多震相走时和波形三维地震成象方法及在祁连山地壳结构研究中的应用

本文的理论方法是以几何射线理论为基础发展起来的、天然地震走时反演技术及天然地震层析成像技术。它存在着震源函数与介质参数的解耦问题。本研究采取了五种方法来改善反演结果。包括,利用,Pg,Pn等震相增大约束条件;用已有精度较高的人工地震测深结果作速度约柬：用波形反演来修改模型,把诸多物理量开发出来互为约束,以修改后的模型再作反演,使解的稳定性大大提高：采用最优化过程,选择遗传算法。可以进行震源定位,走时反演,波形反演：得到任意深度的速度分布及从地表到Moho面的速度剖面。用于在祁连山地区的结果表明,这些层析剖面对认识大地构造、重大深部事件动力学是很有益的。     

福州盆地及其周围地区地壳深部结构与构造的初步研究

1986-1988年,福建省地震局在福州盆地及其周围地区完成了五条地震测深剖面:宁德-永春剖面;洪懒-宁德剖面;莲峰-福州（尚干）剖面;南平-永泰-平潭非纵剖面;并在宁德-古田-嵩口首次试验扇形剖面观测系统,结果表明,扇形剖面对确定断裂是有效的. 根据对地震波走时的正、反演计算,用理论地震图和射线追踪方法进一步修改和完善,得到了福州盆地及其周围地区地壳深部为高、低速相间的速度分布特征.地壳介质速度为6.40km/s,在中地壳普遍发育一层速度为5.80-5.90 km/s、厚度约5.0 km的低速层.Moho面深度30-33 km,福州盆地为一Moho面隆起区,隆起幅度达3.0 km.北西向断裂发育,其中,闽江断裂在纵剖面和扇形剖面均有明显的反映,并切割到Moho面2.0-3.0 km. 反射波谱频方法计算得到福州盆地地壳Q值仅120-150,比邻近地区明显偏低,中地壳低速层Q值为40-80,是一典型的低速-高导-低Q（高衰减）结构层,此层上界面埋深14-15 km,与居里面埋深较一致.这些结果为福州地区的地热资源远景预测和开发提供了地壳深部结构和某些地球物理场背景.     

龙门山断裂带中段深地震宽角反射/折射剖面研究

射线追踪方法是研究地震波在横向非均匀地壳介质中传播的重要方法.本文推导了理论走时对网格化节点速度的偏导数公式,提出了针对深地震宽角反射/折射剖面数据反演的联合迭代法,并使用该方法对横跨龙门山断裂带中段的一条深地震宽角反射/折射剖面进行了反演和解释.首先,对每一炮的观测数据进行一维反演,在此基础上插值出一个粗略的二维速度模型;然后,使用射线追踪方法计算理论走时,再根据理论走时与观测走时的拟合程度对二维模型进行调整,以获得更加接近实际的二维速度模型;最后,利用联合迭代法对观测走时进行反演,经反复迭代使所有接收点理论走时与实测走时的残差平方和最小,最终获取该剖面的二维地壳速度结构.反演结果表明:测线东段的沉积盖层明显厚于中段褶皱带和西部高原,中部褶皱带部分地区出现基岩裸露;构造转换带两侧的地层分界面近于水平层状分布,其西侧的中、下地壳内各存在一个层间速度间断面;构造转换带内存在薄厚不等的低速层,自西向东有增厚趋势.此外,龙门山断裂带的3条主断裂向下深切结晶基底,这是由于西部松潘—甘孜地块自西向东运动,受到刚性扬子地块的阻挡,沿铲式断裂向上爬升所致;而在断层上盘距地表约15 km深处出现的最大剪应力极值区,正是发生汶川M_S8.0地震的震源位置.      

三维走时反演与青藏高原南部深部构造

利用中法合作布设在青藏高原南部的51个临时地震台数据，提取了来自80个地震事件的2 312个P波到时和部分S波到时，分析了不同方位P，PKP，以及S-P走时差的变化以及其构造含义．最后利用ACH方法对研究区进行了三维速度反演．通过研究，对青藏高原深部构造取得以下初步认识:① 青藏高原上地幔速度较正常大陆上地幔速度要低，羌塘地块上地幔速度更低．PKP走时残差沿剖面往北变小（早到），说明剖面北部(桑雄以北)有较浅的莫氏面；② S-P走时差自雅江（ITS）向北突然增加，同时反演结果显示雅江以北至当雄为低速地壳，说明该区地壳深部存在局部熔融；③ 喀拉昆仑嘉黎断裂(KJFZ)可能是班公——怒江缝合线的南支，推测为羌塘地块的南界；④ 反演结果显示雅江以南上地幔存在高速体，可能是俯冲的印度岩石圈物质．剖面中部上地幔的低速体可能是物质热状态变化的反映．      

青藏高原东北缘—鄂尔多斯地块地壳上地幔S波速度结构

1999～2000年从青海玛沁到陕西榆林，横跨青藏高原东北缘和鄂尔多斯布设了一条由47台宽频带数字地震仪组成的长约1000km的流动地震台阵观测剖面.利用记录到的远震体波波形资料和接收函数方法获得了剖面下0～100km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明，沿观测剖面地壳结构显示了明显的分块特征; 地壳厚度自东向西由40km增加到64km左右；在海原地震带下方和西秦岭断裂以西到日月山断裂之间的区域Moho间断面结构复杂；在1920年海原震区及其西侧，上地壳存在明显的低速层，在该地区的绝大部分地震分布在该低速层东边界偏向高速区一侧；祁连山东缘Moho面有约4km的深度间断，壳内向西逐渐减薄的低速层内有大量微震发生，沿祁连山的逆冲加走滑的构造运动在深度上已经穿透了Moho面；在玛沁断裂和日月山断裂之间，上地壳存在厚度很大的低速层，同时该区域下地壳也明显加厚.研究结果表明，青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的过渡带地壳变形强烈，地壳结构较为破碎，这与该地区地震频发相一致.     

云南遮放-宾川和孟连-马龙宽角地震剖面的层析成像研究

依据有限差分反演和射线反演的方法,利用走时、振幅比和重力布格异常数据对云南地区遮放—宾川和孟连—马龙宽角地震剖面的地壳上地幔结构进行层析成像研究. 遮放—宾川测线地壳厚度为35～46km,孟连—马龙测线地壳厚度33～44.5km. 局部位置上地幔顶部P波速度值偏低,速度值变化范围大,反映出云南地区是典型的构造活动区的特点. 地壳上地幔结构存在一定程度的深浅构造一致性,意味着浅部物质活动存在深部背景. 遮放—宾川剖面速度结构显示地表怒江断裂东侧存在贯穿地壳的大规模低速异常,可能与深部物质上涌活动有关. 遮放—宾川线和孟连—马龙线速度结构显示作为一级构造单元分界线的红河断裂是超壳断裂,怒江断裂深及上地幔. 而昌宁—双江断裂显示为低角度铲式断层,意味着该断裂切割并不深. 云南地区强震的发生往往与延伸到上地幔的深大断裂有关,且一些浅源地震经常位于中上地壳深大断裂与其他断裂的交汇部位、高速块体与低速块体接触带上速度等值线弯曲的位置. 推测这样的位置有利于能量和区域应力的积累.     

青藏高原东北缘基底结构研究——玛多—共和—雅布赖剖面上地壳地震折射探测

利用青藏高原东北缘玛多-共和-雅布赖人工地震测深剖面的沉积盖层及上地壳折射波Psed、Pg走时,使用正则化方法反演该剖面基底速度结构,并通过射线数分布、分辨率分析等手段分析反演结果的可靠程度,得到了沿剖面850km近地表沉积盖层及结晶基底结构性质及构造变化特征,揭示了巴颜喀拉块体中段、东昆仑—西秦岭褶皱带、祁连褶皱带东侧及阿拉善块体等四个一级地质构造单元以及各块体内部若干次级构造沉积盖层介质岩性及厚度,结晶基底性质及被改造特征,在此基础上分析了(沿测线)青藏高原东北缘与外围阿拉善块体、高原内部块体间上部地壳构造耦合以及与地表构造形态关系.     

1927年古浪8级大震区及其周边地块的深部电性结构

沿穿过古浪大震震中区乐都—武威—白马岗北北东方向约340 km长的剖面,进行了16个测点的大地电磁探测.使用Robust技术处理观测数据,分析了视电阻率、阻抗相位、Swift二维偏离、最佳电性主轴方位角等参数,并采用NLCG二维反演技术对TE和TM两种模式的数据进行了二维反演模拟.结果表明：大通山—大坂山、西海原、皇城—双塔、龙首山和北大山5条断裂为明显的电性边界,其中西海原、皇城—双塔、龙首山和北大山断裂由西南向东北依次变浅变缓并在深部收敛于壳内低阻层上.沿剖面上地壳的电性构造较中下地壳的复杂,上地壳自西南向东北可分为中祁连隆起、北祁连褶皱带、冷龙岭隆起、武威盆地、潮水盆地和北大山隆起6个构造单元样式,显示与地表地质调查一致的构造格局;而在中、下地壳,武威盆地、潮水盆地和北大山隆起为一体,都属于阿拉善地块.中祁连和阿拉善地块电性成层性好,存在西南深、东北浅的壳内低阻层,北祁连褶皱带和冷龙岭隆起带电性结构复杂,高、低电阻体相间.1927年古浪地震震中区西南侧和上方区域的电阻率为高电阻率区,下方和东北侧区域为低电阻率区,处于电性结构明显呈台阶状陡变的地带,表明古浪地震是一次与断坡作用有关的地震.     

深地震反射剖面揭示的天山北缘乌鲁木齐坳陷地壳结构和构造

已有活动构造研究结果表明,天山北缘具有典型的大陆内部活动构造特征,表现为多排平行山体的背斜和逆断裂.为了研究乌鲁木齐坳陷区的地壳细结构、主要断裂展布和深、浅构造关系,2004年底,在乌鲁木齐西部的天山与准噶尔盆地之间的过渡带上,完成了一条近SN向的长度为78 km的深地震反射探测剖面.结果表明,该区地壳以双程走时9～10.5 s左右的强反射带为界分为上地壳和下地壳,上地壳厚约26～28 km,下地壳厚约23～25 km.双程走时5 s以上,反射层位丰富,构造形态清晰,且在剖面横向上具有明显不同的构造特征;在西山以南的区域,为一系列近东西向展布、南北向排列的逆冲背斜构造和一组自南向北逆冲的断裂,它们在深部均受到滑脱带的控制;在西山和王家沟一带,为一套向北陡倾的反射层系和一组沿层间滑动的断裂;剖面北部显示出了典型的沉积盆地图像,沉积盆地最深处约为10～12 km.双程走时6～9 s之间,为一些延续长度较短、反射能量较弱、且无规律可寻的凌乱反射,表明这部分地壳结构具有明显的“反射透明”性.Moho过渡带出现的时间位于双程走时14～17 s,对应壳幔过渡带厚度约为9～10 km.本区Moho面自北向南逐渐加深,剖面北部其深度约为50～52 km,在靠近北天山附近,其深度约为54～55 km.在剖面中部的西山附近,上、下地壳分界面反射和Moho过渡带反射变得模糊,且浅部地层还出现隆起和褶皱,推测与准噶尔盆地和天山的挤压过程有关.     

用接收函数方法反演青藏高原东北缘地壳结构

利用ASCENT计划于2007年布设在青藏高原东北缘的18个宽频带流动台站约一年的观测资料获得了2547个接收函数.使用H-?域的搜索算法,得到了14个台站下方的地壳厚度.对于数据质量较差的3个台站,通过Moho的Ps转换波的到时估算出地壳厚度值.计算结果表明,研究区的地壳结构复杂,Moho深度变化范围为40~60 km.海原断裂附近Moho模糊,而且较两侧明显地加深.秦祁地块由西向东Moho逐渐变浅,105°E以东,Moho平均深度约为45 km,以西则在50 km以上.结合面波研究结果推测,在105°E附近可能存在一个秦岭与祁连分界线.以Crust 2.0作为初始模型,把计算得到的地壳厚度值作为约束,用线性反演方法得到了15台站下方的S波速度结构.通过与研究区人工源地震测深结果比较,发现二者具有较好的一致性,表明反演结果可靠.综合分析认为:在青藏高原区,青藏高原与西秦岭过渡带和西秦岭北段均存在中下地壳低速层,推测它们可能与附近断裂和深部物质运移有关.从青藏高原内部到边缘,中下地壳速度逐渐升高.再结合研究区地壳的速度(尤其是低速层)的分布特点以及与地壳物质成分相关的泊松比的变化规律等综合分析,认为地壳流在青藏高原东北部的边缘地带可能不存在,地壳可能是通过在挤压方向上的缩短而加厚.     

由多震相走时和波形作三维地震成像

本项成果包括：提出天然地震走时反演层析成像技术,采用下列方法使得处理结果得以改善：１）利用３２个地震,４０４条射线的Ｐｇ,Ｓｇ,Ｐｍ,Ｓｍ,Ｐｎ,Ｓｎ等震相增加约束条件：２）用已有精度较高的人工地震测深化结果作速度约束;３）用波形反演来修改模型,把波源,介质吸收,散射等物理特征集中反映在记录中,把诸多物理量开发出来互为约束,以修改后的模型再作反演,使解的稳定性大大提高;４）采用最优化过程,选择遗传     

伽师强震群区上地壳三维速度层析成像——人工爆破和天然地震的联合反演

伽师震区位于天山褶皱、帕米尔构造弧与塔里木块体三个构造单元的交接地带,近年来该区发生了一系列的强震活动.为进一步获得该震区详细的地壳速度结构,本文利用人工爆破和天然地震资料联合反演的方法,对1997年新疆伽师震区布设的三维人工地震透射台阵和流动地震台网的资料进行处理,重建了台阵下方上地壳三维速度扰动图像,并结合地震活动分布,对伽师强震群的地震成因作出进一步分析.结果表明研究区上地壳速度结构在纵向和横向上具有明显的非均匀性,随着深度的逐渐加深,震区下方以萨如锡为中心的低速异常体逐步被高速异常体所替代.自12 km深度开始,在与强震群震中相应的位置上,明显出现沿北北西向的高P波速度异常体,在其周围为相对低速分布,呈现出低速条带环绕高速条带的分布格局,V_P/V_S在相同的位置上也表现为高值分布.这种结构上的差异可能与伽师强震群发生有密切关系.16 km深度的P波速度层析图表明,伽师强震群发生在地壳相对高速扰动区内或是高速扰动向低速扰动过渡的边缘,壳内高速体的存在为强震的孕育和发生提供了重要基础.     

Study and review on crust-mantle velocity structure in Bohai Bay and its vicinity

Introduction Bohai Bay, along with its adjacent areas, is one of the seismically active areas in North China. Understanding its crust/upper-mantle structural characteristics and lateral heterogeneity of the medium in this area is of great significance to the study of seismogenic environment, thus improvimg the level of earthquake prediction. For years, scientists have studied the area by gravity and magnetic methods (FENG, et al, 1989), geothermal field (WU, et al, 1988; TIAN, ZHANG, 19…     

汶川MS8.0级地震余震分布及周边区域P波三维速度结构研究

利用川滇地区长期积累的地震走时观测资料和汶川地震余震观测资料对汶川地震震源区及周边区域地壳和上地幔P波三维速度结构进行了研究.结果表明,浅部P波速度分布与地表地质之间具有很好的对应关系.龙门山断裂带在20 km以上深度表现为高速异常带,彭灌杂岩体和宝兴杂岩体为局部高速异常区.龙门山断裂带中上地壳的局部高速异常体对汶川地震的余震分布具有明显的控制作用.在余震带南端,余震全部发生在与宝兴杂岩体对应的高速异常体的东北侧;在余震带的中段,与彭灌杂岩体对应的高速异常体在一定程度上控制了余震的分布;在余震带的东北端,宁强-勉县一带的高速异常体可能阻止了余震进一步向东北扩展.龙门山断裂带中上地壳的P波高速异常表明介质具有相对较高的强度,在青藏高原物质向东挤出过程中起到了较强的阻挡作用,有利于深部能量积累.在30 km深度之下,扬子地块具有明显的高速特征,其前缘随深度增加向青藏高原方向扩展,在下地壳和上地幔顶部已达到龙门山断裂带以西.     

根据接收函数反演得到的首都圈地壳上地幔三维S波速度结构

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的33个宽频带台站的远震数据,采用接收函数非线性反演方法得到其中72个宽频带台站下方60 km深度范围内的S波速度结构.根据得到的各台站下方地壳上地幔的S波速度结构,并综合刘启元等（1997）用接收函数非线性反演方法得到的延怀盆地15个宽频带流动台站下方的地壳上地幔S波速度结构模型,给出了39°N～41°N,114°E~119.5°E区域内沿不同走向、不同深度S波速度分布.由于综合了利用首都圈数字地震台网的宽频带台站以及流动地震台阵的观测数据,本文给出了较前人同类研究空间分辨率更好的结果.结果表明: (1)研究区的速度结构,特别是怀来以东的速度结构十分复杂.在10~20 km深度范围内,研究区地壳具有高速和低速异常块体的交错结构.研究区中上地壳速度结构主要被与张渤地震带大体重合的NW向高速条带和穿越唐山大震区的NE向高速条带所控制,而其中下地壳的速度结构主要为延怀—三河—唐山地区上地幔隆起所控制.(2)研究区内存在若干壳内S波低速体,它们主要分布在唐山,三河及延怀盆地等地区.在这些地区,壳内低速体伴随着壳幔界面的隆起和上地幔顶部速度结构的横向变化.(3)地表断层分布与地壳速度结构分区有较好的相关性,表明断层对不同块体有明显的控制作用.其中,宝坻断裂,香河断裂和唐山断裂均为超壳断裂.(4)首都圈内大地震的分布与壳内低速体及上地幔顶部的速度结构有密切关系.对于唐山大地震的成因,仅考虑板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的热效应.     

用接收函数方法研究汶川和芦山地震之间未破裂段的地壳结构

芦山与汶川地震之间存在约40 km的地震空区.震源区和地震空区的深部构造背景的研究对深入了解中强地震的深部孕育环境及地震空区的地震活动性具有重要科学意义.利用本小组布设的15个临时观测地震台以及21个芦山科考台站和21个四川省地震局固定台站记录的远震数据,用H-K叠加方法得到各个台站的地壳厚度和平均泊松比,并构建了接收函数共转换点(CCP)偏移叠加图像以及反演得到台站下方的S波速度模型.我们的结果揭示了震源区和地震空区地壳结构特征差异:(1)汶川震源区的地壳平均泊松比为~0.28;芦山震源区为~0.29;而地震空区处于泊松比变化剧烈的区域;(2)汶川地震与芦山地震的震源区以西下方的Moho面呈现深度上的突变(这与前人的研究成果基本一致),分别从~44 km突变到~59 km,~40 km突变到~50 km,而地震空区地壳平均厚度呈现渐变性变化;(3)地震空区Moho面下凹且具有低速的上地壳.综合一维S波速度结构和H-k以及CCP的初步结果,这可能显示汶川地震的发震断裂在深部方向上向西倾斜并形成切割整个地壳的大型断裂;芦山地震则可能是由于上、下地壳解耦引起的;而地震空区处于两种地震形成机制控制区域的过渡带中.     

漳州盆地及其邻区地壳深部结构的探测与研究

漳州盆地及其邻区地处我国大陆东南沿海地震带中段。通过该地区高分辨率折射及宽角反射，折射地震探测剖面，获得了该区地壳几何结构与速度结构、地壳深浅部断裂的几何形态和构造关系等。结果表明，该区地壳分为上地壳和下地壳。上地壳的厚度为16．5～18．8km，下地壳厚度为12．0～13．0km。上地壳分为上下两部分。在上地壳下部有一个低速层，速度约为6．00km／s，低速层顶面深度为12．0km左右，厚度约为5．0km。下地壳也分为上下两部分。Moho界面的深度为29．0～31．8km。该区6条地壳浅部正断层大部分向地下延伸深度不超过4km，最大延伸深度达5km左右。据推测，浅部正断层下方有一条高倾角地壳深断裂带，该断裂带向下断至Moho面，向上断至上地壳下部低速层中。深浅部断裂构造不相连接。漳州盆地深浅部构造组合特征表明，九龙江断裂带是该区内一条特征明显、具有复杂深浅构造背景的深断裂带。这一深地震探测成果的获得，使得该地区深部资料解释的可靠性和探测精度比以往显著提高；对深浅部构造的组合可作统一解释，地壳的分层和结构特征更为确切和精细；首次发现上地壳的拉张性构造及铲式正断层组合特征，不仅有助于对漳州及其邻区地震危险性的综合判定，而且对深化东南沿海地震带深部动力学过程的认识具有重要意义。     

新丰江水库中上地壳P波三维速度结构特征及库水的渗透影响

利用震源位置和速度结构的联合反演得到2007年6月—2014年7月新丰江水库地区地震序列的震源位置及中上地壳P波三维速度结构模型,并进一步研究库区序列分布及速度结构特征.结果显示:库区中上地壳不同深度P波速度存在显著横向不均匀性,浅部库区速度高于周缘,在5~10 km上地壳从库坝下游白田至库尾锡场NW方向存在高速异常体以及2个低速间断区域,低速间断区分别位于人字石断裂与南山—坳头断裂交汇处以及1962年6.1级地震震源区,库水可能沿低速间断区的人字石断裂、石角—新港—白田断裂下渗至13~14 km的地壳.在10~14 km地壳以NE走向的大坪—岩前断裂为界,NW侧为最高速度6.2 km·s~(-1)的高速区域,SE侧从库区中部回龙至库坝下游白田为显著低速异常区域,是可能的库水渗透影响区域,亦是库区中强地震集中区.库区地震多发生在高速体内部、高低速过渡带或低速的渗水通道两侧.     

Exploration and Research of Deep Crustal Structures in the Zhangzhou Basin and Its Vicinity

INTRODUCTIONThe Zhangzhou basinislocated onthe southeast coast of Fujian Province .Interms of geotectonicunits ,it lies in the east Fujian volcanic fault-depression zone between the Wuyi-Daiyun mountainupheaval zone and depression zone of Taiwan Straits of the south China block. In terms ofseismotectonics ,it islocatedinthe middle sectionof the southeasterncoastal seismic zone .In history,the area was influenced by repeated destructive earthquakes , and the seismic activity was closely…     

深反射剖面揭示的芦山7.0级地震发震构造

芦山地震发生在龙门山断裂带前缘.关于芦山地震的发震断层,有的认为是前山断裂——双石—大川断裂,有的认为是山前断裂——大邑断裂拟或其他隐伏断裂,发震断裂究竟是哪条断裂以及芦山地震是不是汶川地震的余震?目前仍存在较大争议.震后穿过芦山地震区完成了一条长近40km的深地震反射剖面,以确定芦山地震的发震构造.反射剖面显示浅部褶皱和断裂构造发育,在上地壳存在6条逆冲断裂,下地壳存在一条非常明显的变形转换带,在深度16km左右还存在一个滑脱层,浅部的6条断裂最终都归并到该滑脱层上.参考主余震精定位结果,芦山地震的发震断裂应该是位于双石—大川断裂和大邑断裂之间的隐伏断裂F4,F2和F3断裂受控于发震断裂而活动,形成剖面上"Y"字型余震分布现象.隐伏断裂F4属山前断裂,不是前山断裂,因此芦山地震不是汶川地震的余震.