模拟退火法反演远震P波波速工及方位数据求解长谷破火山口地壳速…

模拟退火法系一种非线性整体搜索算法，本文用以反演远震Ｐ波波速慢度和方位数据，求解地壳速度结构。综合试验表明，用模拟退火法能够以合理的精度确定Ｐ波低速带的空间位置，并能使近７０％的目标速度扰动得以再现。实验表明，用少至两个台的资料便可得到明显的结果。     

长白山-镜泊湖火山区地壳结构接收函数研究

利用71个远震的波形资料,用接收函数方法提取了布设在长白山—镜泊湖火山区的34个宽频带流动数字地震台站的接收函数,通过对接收函数反演,获得了台站下方的S波速度结构.研究结果表明,沈阳—敦化一线莫霍面深度32～33km,向西地壳厚度加厚,到长春附近地壳厚度约为36km.在天池火山口莫霍面深度为达38km,而镜泊湖火山口森林的莫霍面深度约为39km.总体看研究区的地壳厚度是南浅北深.长白山天池火山口附近地下10km左右有一明显的低速层存在;镜泊湖火山口森林附近30km也可能有低速体存在;研究发现莫霍面上S波速度梯度在火山口附近和远离火山口有明显区别.在火山口附近其莫霍面的S波速度梯度比非火山口地区的S波速度梯度明显小,说明火山口下与一般的地壳莫霍面结构有差别.研究发现沈阳—敦化一线两侧的莫霍面深度有较大变化,其位置与地表的敦化—密山断裂基本一致,说明敦化—密山断裂是研究区的一条非常重要的地质构造带.     

华北及邻区地壳上地幔三维速度结构的地震走时层析成像

利用华北及邻区475个地震台站的区域地震走时资料,反演了该地区的地壳上地幔三维P波和S波速度结构。地震走时的计算用近似弯曲射线追踪方法,三维速度模型的反演用LSQR算法。用检测板方法对走时数据进行成像分辨率分析,结果表明反演模型在水平方向上以0.5°×0.5°的节点分布,垂直方向上以1km、10km、25km、42km、60km为节点作网格划分是合理的。研究区域内,秦岭—大别造山带两侧的华北块体与扬子块体有不同的速度异常特征：华北块体地壳速度结构复杂,而扬子块体则相对简单。华北块体地壳内存在较明显的低速异常,而扬子块体则正常或高速异常。自中新生代以来华北块体地壳经历挤压到伸展的强烈变形,而扬子块体相对稳定。华北块体的构造活动依然强烈,表现为频繁的地震活动。华北地块地壳速度结构的主要特征是：①主要构造带（如燕山构造带、太行山山前构造带、汾渭构造带、郯庐断裂带以及秦岭-大别构造带）位于地壳上地幔的低速或高低速过渡区内;②在唐山及附近地区25 km、42 km和60 km深处连续的低速异常,可能意味着上地幔热的物质上涌,到达上地壳的下部后停止上升过程。     

长白山火山区壳幔S波速度结构研究

利用面波层析成像和远震接收函数方法对长白山地区的地壳上地幔速度结构进行了研究。结果表明:长白山火山区附近存在岩石圈减薄、上地幔软流圈增厚以及上地幔S波速度降低等与上地幔高温物质有关的现象,它表明长白山的岩浆系统一直延伸到上地幔软流圈范围。天池火山区地壳内部存在明显的S波低速层,在离天池火山口较近的WQD台附近,低速层顶部埋深约8km,厚度近20km,S波最小速度约2.2km/s。在距离天池火山北部50km的EDO台地壳中没有明显的低速层。火山区S波速度结构总体表现出距离天池越近,地壳的V_P/V_S越大,低速层的厚度和幅度增加的特征,表明天池火山口附近地壳内部存在高温物质或岩浆囊。CBS台站不同方位的接收函数及反演结果表明,地表低速层厚度以及莫霍面深度存在随方位的变化。地表低速层在南部方向明显较厚,莫霍面深度在南部天池火山口方向存在小幅度抬升。CBS台站附近特殊的近地表速度结构可能是该台站记录的火山地震波形主频较低的主要因素。天池火山口附近莫霍面的小幅度抬升意味着存在与火山作用有关的壳幔物质交换通道     

利用接收函数研究延边地震台下方地壳结构

收集整理2007年以来延边地震台记录的113个远震数字波形资料,采用远震接收函数反演延边地震台下方地壳结构,运用H-Kappa叠加方法,计算得到台站下方地壳厚度和泊松比.采用全球平均地壳模型作为初始模型,反演台站下方0-100 km的S波速结构.反演结果表明,延边地震台下方地壳厚度为30.8 km,波速比为1.84,泊松比较高,为0.29.在台站下方15-20 km及25-30 km处存在低速层.     

利用地方震、远震走时和面波数据联合反演日本俯冲带P波和S波层析成像

通过最新收集的大量高质量的地方震和远震事件的到时数据进行联合反演,我们确定了日本俯冲带约700km深度的P波和S波速度层析成像。我们还使用远震瑞利波的振幅和相速度,确定了日本及其附近海域下方20~150s周期基阶瑞利波的二维相速度图像。研究区精细三维S波层析成像可通过地方震和远震事件的S波到时,及瑞利波相速度数据进行联合反演得到。我们的反演结果揭示:一维原始速度模型中,俯冲太平洋板块和菲律宾海板块呈现明显的高速区。在板块上方的地幔楔和太平洋板块下方的地幔中存在显著的低速异常。俯冲板块和周围地幔之间速度有明显的差异,表明温度、水含量和/或部分熔融程度有显著的横向变化。地幔楔低速异常是由板块脱水作用和地幔楔拐角流造成。在日本东北太平洋板块下方显示片状的低速区,这可能反映了地幔深部热上涌以及地幔柱软流圈的俯冲作用。我们的结果表明不同的地震数据联合反演,对于得到地壳和地幔可靠的层析成像图像是非常有效和重要的。     

应用远震有限频率层析成像反演首都圈上地幔速度结构

本文选用首都圈数字地震台网2003年9月~2005年12月记录的300多个远震事件的波形资料,采用分频带多道互相关方法得到三个不同频段的P波相对走时数据共18499个,计算了每个频段的走时灵敏度核,应用有限频率层析成像反演得到首都圈地区的上地幔三维P波速度结构模型.利用检测板估计了反演结果的分辨率,并与射线层析成像方法的结果进行了比较,说明了反演结果的可靠性.研究结果表明,各构造单元具有明显不同的速度结构特征,其差异可到150 km深:燕山隆起区表现高速;太行山隆起区整体以低速为主并存在小范围高速块体;华北盆地、渤海湾下浅层上地幔中存在大范围的强低速异常,其顶面在50~70 km,可视为软流圈顶面的埋深,这一结果说明华北盆地、渤海湾下岩石圈明显减薄;张家口-蓬莱断裂带是上地幔浅部速度结构的变异带,也是岩石圈减薄的边界带,区内大部分强震都发生在该构造带上,由此看来该带上强震的发生不仅与地壳结构的不均匀性有关,还可能有较深的构造背景.     

应用远震有限频率层析成像反演中国东北地区上地幔P波三维速度结构

选取黑龙江、 吉林、 辽宁、 内蒙古区域地震台网, 以及NECESSArray流动台阵记录的223个远震事件的波形资料, 采用多道互相关方法得到了22569个P波相对走时数据, 并计算了相应的走时灵敏度核, 应用有限频率层析成像反演得到中国东北地区上地幔600 km以上的P波三维速度结构模型, 利用检测板评估了反演结果的分辨率。 结果表明, 松辽盆地下方80~200 km的深度上呈主体的低速异常, 与这一地区上地幔浅部的高地温值和低密度的特征相互对应, 可能暗示了部分熔融的地幔。 南北重力梯度带两侧的速度结构明显不同, 这一差异可以延伸到200 km以下, 表明在中国东北地区南北重力梯度带有可能是一条上地幔内部结构的变化带, 或是深部结构的分界线。 长白山火山区下呈大范围的低速异常, 并可从上地幔浅部延伸到地幔转换带中, 推测此低速异常可能反映了地幔转换带内上涌的热物质, 上涌的原因则主要是受到太平洋板块俯冲运动的作用。     

利用远震接收函数方法研究南海西沙群岛下方地壳结构

利用西沙琛航岛流动地震台站和永兴岛固定地震台站的资料,提取了远震P波接收函数,结合正演和反演方法模拟了台站下方的地壳结构.模拟结果显示:西沙群岛地壳顶部存在2 km厚的新生代低速沉积层,横波速度只有2.0~2.2 km/s;上地壳为一速度梯度带,横波速度由2 km处的3.4 km/s逐渐增加到12 km深度时的3.8 ...     

华北及周边地区上地幔P波速度结构

本文基于层析成像方法研究了华北及其邻区(30°N~43°N,100°E~130°E)的上地幔P波速度结构.该区域是我国地震活动强烈的地区之一,曾多次发生破坏性地震,地质构造十分复杂.本研究采用中国数字化地震台网1996~2002年和中国科学院地质与地球物理所（IGGCAS）流动地震台阵2001~2003年地震记录中的P波走时,挑选了6870个地震事件,其中包括1382个区域地震事件,5488个远震事件.在对实际资料反演之前,进行了分辨率测试以确定反演结果的可靠性,对反演中不同参数对结果的影响做了分析,以确定最佳的的模型和参数.根据上述分析,以水平方向1°×1°,垂直方向以5 km、15 km、30 km为间隔划分网格,并建立初始速度模型,采用伪弯曲射线追踪方法计算走时和射线路径,通过基于LSQR算法的反演重建了研究区域40 km以下、480 km以上的三维P波速度结构.成像结果显示：（A）研究区域西南部的四川盆地北部在40 km以上为明显的低速异常,40 km以下一直到360 km均为高速异常;（B）华北盆地在90 km之上高速异常比较明显,而在120 km~360 km的深度,低速异常为区域主要特征,它与渤海湾地区的低速区连接,形成地幔楔,随着深度的增加,由于太平洋俯冲板块的影响,华北盆地和渤海湾地区下的高速异常突出.     

新疆及邻区Pn速度层析成像

利用新疆及邻区2万多条Pn射线的走时资料,采用层析成像的方法反演该地区上地幔顶部的Pn速度结构.主要结果是:①新疆地区平均h速度为.2km/s,高于中国大陆地区的平均值(.0km/s),速度变化量从-0.3km/s到0.2km/s.②准噶尔盆地是明显的高Pn速度区,高速区与地貌形状吻合较好,最大值达.4km/s;塔里木盆地整体上呈现高速异常二者都可能与盆地是稳定地块、构造活动和变形较弱有关.③在盆地与山脉的交接带即主要的构造活动带,存在较低的Pn速度,可达7.9km/s.④塔里木南缘中部存在一显著的低速区,可能与岩浆活动和构造活动较强有关.⑤上地幔顶部波速各向异性整体上盆地中心较弱,边缘地带较强.新疆南部波速的各向异性可能是因印度板块对欧亚大陆的碰撞使地幔物质向北蠕动的结果.     

俯冲带波速结构的数值模拟

数值模拟结果显示，俯冲带在大部分深度都存在高速异常，并在400km左右和550km左右的深度存在高速异常的极大值，这和地震层析成像得到的波速结构相一致.说明虽然层析成像方法的分辨率较低，但它能给出俯冲板块上P波速度随深度变化的基本特征.俯冲带既有正的波速异常，也有负的波速异常，幅度约在-10%-%之间，这在区域台网的资料中可以得到反映.俯冲带在约700km深度存在低速异常，亚稳态橄榄石的存在也使俯冲带出现沿俯冲方向的倾斜低速区.地震层析成像结果没有类似的波速结构，可能是其分辨率较低所致.要研究俯冲带的细结构，应基于高精度的区域台网的资料.     

用转换函数方法研究腾冲—临沧地区地壳结构

根据流动数字地震台网提供的三分量地震波形记录资料,应用转换函数及快速模拟退火算法对腾冲－临沧地区30个地震台站下的地壳横波速度结构进行了反演.反演结果说明,研究区壳幔边界清晰、莫霍界面附近速度跳跃明显,由此得出该区地壳厚度在40 km左右、并具有从南向北增厚趋势.一个普遍的现象是,在腾冲-宝山地块下地壳存在明显的低速带,低速带的厚度在10～20 km间.研究结果进一步表明各台站下方上地幔速度结构复杂.这些结果为探讨青藏高原东南缘下地壳的侧向黏性流动、碰撞板块边界处壳幔物质交换等均提供了重要的地球物理证据,为探讨印-藏汇聚过程中青藏高原东构造结岩石圈变形、高原隆升及其深部动力学有一定理论意义.     

用远震接收函数研究西安地震台台基的一维速度模型

以西安地震台1992年至2000年记录到的853个远震宽频带数字地震记录为基础,利用远震接收函数的方法反演了西安地震台台基的一维速度结构及莫霍面深度,结果表明,西安地震台下的莫霍面深度为39.7 km,P波速度6.59 km/s,P波与S波速度比为1.65.在反演台下一维速度模型时,对接收函数分别进行了算术平均和4次方根的叠加,对这两种不同的叠加得出了相应的反演结果.由于反演结果的非唯一性,在计算的过程中,加入了平滑参数来约束反演结果,并选择了0.2,0.3,0.4等3个平滑约束值,获得了比较理想的台基一维速度模型.     

中国东北地区远震S波走时层析成像研究

利用中国东北流动和固定台网的234个宽频带地震仪在2009年6月-2011年5月所记录的远震波形数据,采用波形相关方法拾取了10301个有效的S震相相对走时残差数据,进一步采用两种射线走时层析成像的方法,反演获取了研究区下方深达800 km的S波速度结构,不同射线走时层析成像方法的结果对本区的S波速度异常结构起到一定的约束作用.S波成像结果与我们先前开展的P波成像研究结果整体相似：在长白山下方发现有一个高速异常结构,这可能就是俯冲到欧亚大陆板块下方的太平洋板块,由于板块的部分下沉,使得板块的形状并没有呈现出明显的板片状.长白山、阿尔山、五大连池火山下方都有低速异常体,长白山和阿尔山下的低速异常向下延伸至地幔转换带附近,可能与其上部的火山形成有关.五大连池火山下方的低速异常向下延伸至200 km左右,不同埋深的低速异常结构可能意味着五大连池与长白山和阿尔山有着不同的成因.松辽盆地呈现以高速异常为主导、高低速异常混合分布的特性,暗示松辽盆地岩石圈地幔可能遭受了改造与破坏,可能有岩石圈拆沉的过程,盆地南部下方的低速异常与长白山和阿尔山下的低速异常有连通性,可能是下地幔热物质上涌的一个通道.S波和P波相似的成像结果从另一个角度展示了中国东北地区的上地幔速度异常结构,对我们认识此区的地下结构提供了重要的约束.     

中国东北地区远震S波走时层析成像研究

利用中国东北流动和固定台网的234个宽频带地震仪在2009年6月—2011年5月所记录的远震波形数据,采用波形相关方法拾取了10301个有效的S震相相对走时残差数据,进一步采用两种射线走时层析成像的方法,反演获取了研究区下方深达800km的S波速度结构,不同射线走时层析成像方法的结果对本区的S波速度异常结构起到一定的约束作用.S波成像结果与我们先前开展的P波成像研究结果整体相似:在长白山下方发现有一个高速异常结构,这可能就是俯冲到欧亚大陆板块下方的太平洋板块,由于板块的部分下沉,使得板块的形状并没有呈现出明显的板片状.长白山、阿尔山、五大连池火山下方都有低速异常体,长白山和阿尔山下的低速异常向下延伸至地幔转换带附近,可能与其上部的火山形成有关.五大连池火山下方的低速异常向下延伸至200km左右,不同埋深的低速异常结构可能意味着五大连池与长白山和阿尔山有着不同的成因.松辽盆地呈现以高速异常为主导、高低速异常混合分布的特性,暗示松辽盆地岩石圈地幔可能遭受了改造与破坏,可能有岩石圈拆沉的过程,盆地南部下方的低速异常与长白山和阿尔山下的低速异常有连通性,可能是下地幔热物质上涌的一个通道.S波和P波相似的成像结果从另一个角度展示了中国东北地区的上地幔速度异常结构,对我们认识此区的地下结构提供了重要的约束.     

由单台远震P波偏振资料反演北京台站邻域的速度结构

地震台网的一个基本目的是研究地球的结构, 鉴于核爆炸事件的监测以及地震减灾的需要, 台网中台站邻域的地下结构就成了远震位置精确测定中非常重要的课题. 利用CDSN的北京(BJI)台站的宽频带、高采样率的三分量地震记录计算远震的偏振, 试图用这些偏振资料反演北京台站邻域的速度结构, 特别是速度间断面的细节. 结果发现该台站西部地壳有一明显的低速带, 这同该地区已有的研究结果十分一致. 这使我们相信, 它不仅在实际上验证了, 在理论上利用偏振资料可以反演速度结构、特别是速度梯度变化的边界形状的可能性; 也从实践上表明了, 用单台高质量宽频带记录的偏振数据反演速度结构的可行性. 在这个意义上, 走时数据和偏振数据可以联合用来研究速度结构, 而偏振数据更适合于确定速度异常的边界. 而且, 如果联合使用偏振方法和接收函数方法, 充分利用它们的互补性, 就有可能既可得到台站邻域横向速度结构又可得到台站下方细致的垂向结构.     

台湾地区的壳幔P波速度和Vp／Vs波速比结构研究

利用中国台湾地震台网1992-2004年间记录到的P波和S波到时数据,使用地震层析成像方法联合反演了台湾及邻近地区地壳上地幔的P波速度和Vp/Vs波速比结构。与已有结果相比,采用的球坐标系有限差分算法适合于地壳波速结构强烈不均匀的情况,能够提高走时计算和三维射线追踪的准确程度,而联合反演得到的P波速度、Vp/Vs波速比及其重新定位后的地震分布为揭示壳幔结构的横向变化和深部特征提供了更多约束。结果表明：在地壳浅表层,沉积盆地和造山带具有明显不同的波速特征,沉积盆地P波速度偏低、Vp/Vs波速比偏高,造山带P波速度偏高、Vp/Vs波速比偏低;台东纵谷作为欧亚大陆和菲律宾海板块的碰撞缝合带,Vp/Vs波速比明显偏高,并延伸至中、下地壳和上地幔,反映了岩石破裂、部分熔融和流体活动对壳幔深部物质的影响;台湾东北部琉球岛弧附近的P波速度、Vp/Vs波速比和重新定位后的地震分布勾画出了菲律宾海板块俯冲至欧亚大陆下方的形态,高速的海洋俯冲板片及板片上方P波低速和高Vp/Vs波速比的特征一直延伸至80km;沿着东西向的纵向波速剖面,地壳厚度在中央山脉东侧达到60km左右,并呈现向东倾的趋势,反映出欧亚大陆板块的向东俯冲和挤压使造山带中下地壳物质变形增厚。     

京津唐张地区地壳上地幔三维P波速度结构

采用作者最近新提出的频谱参数化方法,对北京电信传输台网2447个远震P波到时残差数据进行了反演,说明新的参数化方法能有效地应用于实际数据.反演结果表明,京津唐张地区深部100多km内存在明显的速度横向不均匀性;50 km以上部分的结构与地表的地质构造有较好的对应关系:在燕山隆起区下部表现为高速异常区,而凹陷区下部则呈现低速异常区;深度100 km以下,地表构造的痕迹逐步消失,异常蝠度也相应降低.研究区域范围内存在三个大的低速异常块体,其中以天津、唐山附近的水平尺度为100 km左右的低速异常区幅度最大,向下一直延伸到约100 km的深度,而且在100 km以下存在一低速异常构造与之对应.研究区域内发生的强震大部分都位于低速异常区边缘向高速区过渡的梯度带上.     

华北克拉通东北部的远震S波走时层析成像研究

华北克拉通是近年来我国地学界研究的热点之一.本文利用布设在华北东北部地区的华北地震科学台阵所记录的远震波形资料,用波形互相关方法拾取了9105条S波走时残差数据,进而用体波走时层析成像方法反演获得了研究区从地表至600 km深度的S波速度结构.所获得的S波层析成像结果表明,华北克拉通中部块体的山西断陷带低速异常一直从地面延伸至上地幔约300 km深处,推测该低速异常体可能与中、新生代的大同火山群的形成与活动有关.研究发现华北东部存在一高速异常体由东部渤中凹陷的地壳一直向西延伸至太行山山前断裂下方地幔转换带410 km附近,推测该高速异常体可能为太平洋板片向西俯冲在华北克拉通东部块体下方地幔过渡带内的滞留.研究结果显示华北克拉通东部的华北盆地表现为高低速相间分布,表明该地区下方的岩石圈发生了破坏,而位于华北克拉通北缘的燕山造山带显示为高速异常,表明燕山造山带下方的岩石圈没有明显的破坏迹象.