云南禄劝地震部分余震的矩张量反演

利用数字盒式磁带记录加速度仪组成的流动地震台网所记录的三分向近场加速度图,通过矩张量反演确定了1985年4月18日云南禄劝 Ms=6.1地震的部分余震的震源机制.以均匀半无限弹性介质的格林函数解释路径效应,并通过正演计算识别由两次积分得到的位移地震图中的直达 P 波、直达 S 波和 SP 转换波震相,然后用这些震相进行矩张量反演.反演结果表明,在解超定线性方程组时,采用适当的加权系数,可使上述直达波和转换波的理论计算值与观测值拟合得较好.尽管用以反演的三个余震大小不同(震级 ML48,3.2,3.5),震源位置也有差别,但它们的震源机制却非常接近,且与主震的震源机制相当一致.这一特征显示了余震的发生与主震发震构造的内在联系.这些实例说明,由震源球球面上分布适宜的数字地震台网取得的近场加速度资料,借助于即使是简单的介质模型,通过地震矩张量反演,不但可以得出这些地震震源的主要成份————剪切位错源,同时还可得出震源所含的其它成分,如膨胀源和补偿线性向量偶极.      

零偏移距VSP资料层Q反演及其应用研究(英文)

地层品质因子Q的可用于地震资料高分辨率处理,而从VSP资料下行直达波更容易获取准确的地层品质因子。通过对零偏移距VSP资料的监控子波和下行初至波的频谱进行综合分析,仿照Ricker子波频谱的表达式,本文提出了震源子波频谱新的表达式。在震源子波频谱新的表达式基础上,我们介绍了改进的频谱拟合法和改进的谱比法的层Q值反演方法及相应的处理流程。基于本文提出的层Q值反演方法,利用实际的零偏移距VSP资料的下行直达波,反演稳定的层Q值,并用于零偏移距VSP资料及井旁地面地震资料的反Q滤波振幅补偿处理,提高了地震资料的分辨率。     

黏弹性VTI介质微地震正演模拟与震源机制全波形反演

微地震矩张量能够描述储层岩石破坏的细节,有助于了解水力压裂储层的地质力学特征,震源机制矩张量反演对于非常规油气开发具有重要的作用.水力压裂通常在页岩油气储层中进行,震源区介质表现出速度和衰减各向异性,需要研究衰减各向异性介质中微地震信号的传播规律.基于观测到的微地震记录,通过波形反演能够获得矩张量,忽视震源区介质的衰减...     

综合近震及远震波形反演2006文安地震（Mw5.1）的震源机制解

2006年7月4日,在距离北京100 km左右的文安地区,发生了Mw=5.1级地震,引起了北京地区的强烈震感.为了更好的认识区域构造,我们利用近震及远震波形反演的方法得到了此次文安地震的震源机制.选择了北京数字地震台网的9个地震台,震中距小于600 km,台站的方位角覆盖较好.为了更好地利用信号相对较弱的P波信号,对于一个地震记录,本文分别截取出P波和面波两个部分,分别给予不同的权重进行反演,结合格点搜索的方法,得到了与记录P波及面波三分量对应较好的地震的方位角、倾角和滑移角.同时考虑到北京西北地区地壳较厚,本文在利用F-K方法计算近震理论波形的时候,对不同的方位角,采用了不同的地壳速度模型.随后结合远震信号中的直达P、pP、sP波形得到了分辨率较高的地震震源深度.反演结果表明,此次文安地震是一个较为典型的走滑型地震,方位角为210°,倾角80°,滑移角-150°,地震的深度为14～15 km,地震的震级为(Mw-5.1).反演结果与断层的几何分布、余震分布及北京地区北北东向应力场有很好的一致性.     

用改进的相对幅值法反演震源机制及其在核爆炸地震事件识别中的应用

与波形反演方法相比,相对幅值法在利用短周期地震波反演震源机制时不需要高分辨率的地球模型,因此更适合于低震级地震事件的震源机制反演．本文以Pearce的传统相对幅值法为基础,引入一种新目标函数以量化特定震源机制解模型的直达P波与地表反射pP和sP波的理论相对幅值与实际观测之间的不吻合程度,由此提高了相对幅值法的容错能力．利用改进的相对幅值法,反演了吉尔吉斯斯坦伊赛克湖地区震级分别为mb4.9和mb3.8的两次天然地震震源断层面解．对于较大的地震,利用5个远震台阵上观测的pP/P和sP/P相对幅值得到的震源断层面解,与哈佛大学的CMT断层面解非常接近;对于哈佛大学没有给出CMT解的较小地震,利用同样方法得到的震源断层面解的走向与震中位置处主要断层的走向一致,而且利用该断层面解可以拟合和解释区域台站上的长周期波形和P波初动方向．最后,为了说明相对幅值法在地下核爆炸地震事件识别中的应用,利用改进的相对幅值法分析了朝鲜2006年10月9日核试验的远震P波波形,发现没有断层面解与远震台站上的P波波形特征相吻合．      

综合近震及远震波形反演2006文安地震(Mw5.1)的震源机制解

2006年7月4日,在距离北京100 km左右的文安地区,发生了M_w=5.1级地震,引起了北京地区的强烈震感.为了更好的认识区域构造,我们利用近震及远震波形反演的方法得到了此次文安地震的震源机制.选择了北京数字地震台网的9个地震台,震中距小于600 km,台站的方位角覆盖较好.为了更好地利用信号相对较弱的P波信号,对于一个地震记录,本文分别截取出P波和面波两个部分,分别给予不同的权重进行反演,结合格点搜索的方法,得到了与记录P波及面波三分量对应较好的地震的方位角、倾角和滑移角.同时考虑到北京西北地区地壳较厚,本文在利用F-K方法计算近震理论波形的时候,对不同的方位角,采用了不同的地壳速度模型.随后结合远震信号中的直达P、pP、sP波形得到了分辨率较高的地震震源深度.反演结果表明,此次文安地震是一个较为典型的走滑型地震,方位角为210°,倾角80°,滑移角-150°,地震的深度为14~15 km,地震的震级为(M_w=5.1).反演结果与断层的几何分布、余震分布及北京地区北北东向应力场有很好的一致性.     

核幔边界反射震相ScS对远震体波反演震源参数精度影响

研究表明,远震直达体波波形(P波、SH波)是有效反演中强地震(M5.5~7)震源参数的重要资料.但是当震中距较大时,核幔边界全反射波ScS会进入SH波反演窗口,其未被传统的基于体波震源参数反演算法所考虑,从而导致反演结果偏差.本文通过TEL3与fk方法合成理论地震图,使用Jackknifing统计方法定量测试了不同情况下ScS震相对远震体波反演的影响.结果表明,当反演数据震中距位于70°~90°时,ScS震相会造成震源质心深度1km左右、机制解最大8°的系统偏差;使用震中距40°~90°的SH波进行抽样反演,机制解最大系统偏差可达5°;SH波与P波联合反演可减少ScS震相引起的震源参数结果系统偏差.因此,ScS震相对基于射线理论的远震体波震源机制解反演所造成的误差是需要给予考虑的.     

2010年高雄地震震源参数的近远震波形联合反演

本文改进了传统基于近震波形数据的点源震源参数反演的Cut And Paste(CAP)方法,实现了近震Pnl波、面波和远震P波、SH波的联合反演的CAPjoint算法.对2010年3月高雄地震,分别进行单独反演以及联合反演,获得各自的震源机制解及深度,其中联合反演所得的最佳双力偶机制解参数为,节面1:走向317°,倾角36°,滑移角52°,节面2:走向181°,倾角62°,滑移角114°,深度为21 km.并对不同震中距波形对本次地震以及几种典型机制解断层几何参数的敏感性进行测试.为验证联合反演方法的可靠性,本文采用重抽样思想发展而来的Bootstrap方法,对近震数据的子集及其与远震数据的联合反演所得的参数进行统计,验证了在稀疏近台条件下联合反演中添加远震数据对地震震源参数约束的作用.     

地震转换波对叠前同时反演的影响研究

叠前同时反演是油气探测的一种有效工具.其理论基础是平面P波Zoeppritz方程计算的反射系数的近似,是入射角的函数.叠前同时反演可以利用三项或两项Fatti方程进行反演分析.本文针对实际油田的测井数据,利用反射率法模拟了仅包含P波一次反射记录,包含P波一次反射和P波层间多次波记录以及全波场地震记录,再利用叠前同时反演对合成地震记录进行反演研究.研究结果表明,在大偏移距处P波主要反射受到其它模式波的污染,从而影响了叠前同时反演结果的精度.对于薄互层介质当转换波影响严重时,使用小角度数据的两项AVO反演比使用大角度数据的三项AVO反演更合理可靠.     

CAP方法反演震源机制的误差分析:以胶东半岛两次显著中等地震为例

利用区域波形数据使用CAP方法反演中强地震的震源机制正逐渐得到广泛应用.本文以胶东半岛近期发生的两次显著中等地震为例,讨论了使用CAP方法反演震源机制时的误差估计,展示了反演结果的不确定性分析过程.2013年11月23日和2014年1月7日在山东莱州和乳山分别发生了M4.6和M4.3级中等地震,两次事件均造成了较大影响.我们基于CAP方法,使用自助抽样(bootstrap)技术多次重复反演过程,得到大样本量的震源机制解数据;基于这些数据,使用粒子群算法和聚类分析技术给出了优化解,估计了震源机制解的误差范围,并利用震源机制解的P、T轴给出了震源球上的概率密度分布.     

黏声方程Q值反射波反演

地震波在非弹性介质中的衰减效应常用品质因子Q度量.相对准确的Q模型对提高强衰减介质中地震波成像的质量至关重要.本文提出了黏声介质反射波形反演(QRWI)方法来重建地下宏观Q模型.在缺乏大偏移距和低频地震数据时,该方法以黏声波方程为波场传播引擎,利用反射波核函数对模型中深部的敏感性去提取背景Q值.当速度高、低波数成分均已知时,基于波形拟合的QRWI可以获得较高分辨率的反演结果.由于地下介质速度的高波数扰动很难准确估计,本文通过引入峰值频移目标函数,极大地降低了QRWI对速度高波数成分的依赖.理论合成数据实验结果表明,本文方法反演得到的宏观Q模型可以满足衰减补偿逆时偏移成像的要求.     

基于“剪切+张裂”一般位错模型频率域求解微震震源机制

研究微地震的震源机制,获得压裂区域的破裂方向、尺度和应力状态等信息,在非常规油气开采过程中具有重要意义.对于微震,通常采用剪切位错或者矩张量模型对震源进行描述.本文从其实际发震机制出发,使用了"剪切+张裂"的一般位错点源模型,并基于此模型发展了一种利用全波形信息,通过波形振幅谱相关和初至约束,在频率域求解微震震源机制的方法.该方法适用于地面和井中观测,能够在得到常规震源参数（断层走向、倾角和滑动角）的同时给出裂缝断层剪切和张裂错动的距离信息,更直观体现破裂程度.理论数值测试证明方法有效、可行,在未滤波的情况下,实际数据的波形拟和结果仍较为一致,同时还发现错动距离与应力降等常规破裂参数并不严格相关,说明剪切、张裂错距可作为独立的新参数来定量评估水压致裂效果,指导工程开发进行.     

用应变地震观测求解震源矩张量的基本原理

震源机制解,即对地震矩张量的推断,对于地震研究具有至关重要的意义.应变地震观测是张量观测,与摆式地震仪的位移矢量观测不同,可以为地震研究提供新的数据源.本文讨论用应变地震观测求解震源矩张量的基本原理.在距离震源足够远的地方,地震波可以看成平面波,其性质决定于震源矩张量.假设平面地震波的应变张量可以由震源矩张量通过坐标变换计算得到,就可以通过观测应变地震波求解震源机制.这个假设至少对于双力偶震源机制是成立的.由此可以证明,在理想的无限介质中,只要有两个以上不同地点的应变地震波观测,就可以解出震源矩张量.这为解决震源机制问题提供了新的方法.目前的地震矩张量求解方法需要两方面的条件:或者需要很多观测点(例如体波反演),或者需要长周期地震波资料(例如面波反演).这些方法只适用于分析比较大的地震.对于小震,因为通常其震中周围不会有足够多的摆式地震仪观测点观测到其地震波,而地震波周期又短,难以利用传统方法给出可靠的震源机制解,所以只需少数观测点就能求解震源矩张量的新方法特别有意义.用应变地震观测求解震源机制,可以给出更为精确的结果.     

Microseismic Full Waveform Modeling in Anisotropic Media with Moment Tensor Implementation

Seismic anisotropy which is common in shale and fractured rocks will cause travel-time and amplitude discrepancy in different propagation directions. For microseismic monitoring which is often implemented in shale or fractured rocks, seismic anisotropy needs to be carefully accounted for in source location and mechanism determination. We have developed an efficient finite-difference full waveform modeling tool with an arbitrary moment tensor source. The modeling tool is suitable for simulating wave propagation in anisotropic media for microseismic monitoring. As both dislocation and non-double-couple source are often observed in microseismic monitoring, an arbitrary moment tensor source is implemented in our forward modeling tool. The increments of shear stress are equally distributed on the staggered grid to implement an accurate and symmetric moment tensor source. Our modeling tool provides an efficient way to obtain the Green’s function in anisotropic media, which is the key of anisotropic moment tensor inversion and source mechanism characterization in microseismic monitoring. In our research, wavefields in anisotropic media have been carefully simulated and analyzed in both surface array and downhole array. The variation characteristics of travel-time and amplitude of direct P- and S-wave in vertical transverse isotropic media and horizontal transverse isotropic media are distinct, thus providing a feasible way to distinguish and identify the anisotropic type of the subsurface. Analyzing the travel-times and amplitudes of the microseismic data is a feasible way to estimate the orientation and density of the induced cracks in hydraulic fracturing. Our anisotropic modeling tool can be used to generate and analyze microseismic full wavefield with full moment tensor source in anisotropic media, which can help promote the anisotropic interpretation and inversion of field data.     

基于多射线联合反演的速度无关叠前地震数据Q值估计

描述地震波衰减特征的品质因子Q对地震数据处理和油藏描述非常重要,在地震勘探领域,Q值一般通过垂直地震剖面(VSP)数据或地面地震数据得到.由于叠前地面地震数据具有复杂的射线路径且存在噪声、调谐干涉效应等影响,从叠前地震数据中准确估计Q值相对困难.本文以地震波射线传播为基础,根据同相轴局部斜率和射线参数的映射关系,将多射线波形频谱同时带入谱比法联合反演估计Q值,提出了基于多射线联合反演的速度无关叠前Q值估计方法.该方法通过局部斜率属性避开了速度对Q值估计的影响,局部斜率携带地震波传播的速度信息,具有相同局部斜率的地震反射波具有相同的传播射线参数.同相轴局部斜率是地震数据域的属性,而速度是模型域的参数,在估计Q值中采用数据域的属性参数可以直接应用于数据的联合反演,而不需要通过速度对其做进一步的转化,从而提高了Q值估计的精度.同时,本方法采用预测映射(predictive mapping)技术将非零炮检距反射信息映射到零炮检距处,从而获得零偏移距走时对应的Q值.模拟和实际算例验证了本文方法的有效性.     

Lg波Q值随震源深度的变化作为地壳本征衰减深度的判据

Lg波的Q_Lg值是描述区域地壳结构及介质衰减特性的重要参数之一,Q_Lg层析成像被广泛应用于地壳衰减结构横向不均匀性的研究中.但是,对Q_Lg在垂直方向上的不均匀性的研究较少.当发现一个地区发生Q_Lg值低时,我们希望进一步了解这种介质衰减深度.本文通过数值模拟合成地震图的方法,通过分析不同震源深度和介质模型计算Q_Lg,判断Lg波发生主要衰减的深度.研究结果显示：（1）当震源深度浅时,上地壳介质衰减对于Lg波Q值的影响明显比下地壳的影响更大.而震源深度深时,两者贡献基本相当;（2）如果上地壳介质衰减强,则随着震源深度的增加,η值逐渐减小;如果下地壳介质衰减强,η值先增大后减小;但如果下地壳存在低速层,则η值持续增大;（3）如果上地壳介质衰减强,则随着震源深度的增加,Q₀逐渐增大;反之如果下地壳介质衰减强,则Q₀逐渐减小.因此,我们可以通过调查某一区域不同深度地震的Lg波衰减规律,来判断这一地区的地壳介质衰减情况.     

由地震释放的地震矩叠加推导平均应力场

文中给出了根据地震释放的总地震矩求解平均应力场的方法,并使用加入随机误差的人工合成震源机制解数据和唐山余震区震源机制解数据对其进行检验。由检验结果可知,该方法可以应用于区域平均应力场的求解。使用的震源机制解资料越多,所得结果越稳定,且更接近真实的区域应力场。该方法的优点是: 用每个地震的震级作为权重,能够较好地反映出大小地震在应力场反演中的不同贡献; 并且在计算过程中不需要知道震源机制解2个节面中哪个节面为地震断层面。     

常Q滞弹性介质地震波动数值模拟——时域本构优化逼近

在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但计算量及计算存储将成倍增长.目前尚未有普适的标准线性体个数优化取值方案.本文基于广义标准线性体参数的非线性优化拟合方法,详细分析了时域本构逼近误差的影响因素,清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度,与频带上下限取值无关这一特性,阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性.论证了波形模拟精度主要取决于波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值.综合考虑上述两个控制因素,结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则,对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表.进一步,本文提出采用不同个数标准线性体以近似不同Q值的阻尼介质时域本构,解决了以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题,并基于数值实验验证了这一方法的精度.本文工作对推进滞弹性介质波动数值模拟及其在全波形反演问题中的应用具有理论价值和实践意义.     

2007年甘肃部分地震的震源参数反演

2007年甘肃测震台网记录到M_L>3.0的地震43次,本文选取了其中17例,利用垂直向PG波初动波形进行了地震矩张量反演,给出了最佳双力偶解,并对一些地震发震背景和发震机理进行了分析讨论.对地震机理研究及未来地震预报提供了参考依据.     

基于密集台阵研究2019辽宁抚顺M2.4矿震震源参数

分析矿震破裂机制及微震的时空分布能够为矿区灾害评估提供更多的有效信息.本研究基于密集台阵观测对2019年11月12日辽宁抚顺2.4级矿震开展震源参数研究,震源机制解显示地震破裂包含明显的非双力偶分量,表现为体积压缩的塌陷机制,且震源深度较浅,最佳拟合矩心深度为0.6 km.同时,对11月3日—25日记录的连续地震波形开展微震扫描,新检测出324个微震事件(-0.5~2.0级),定位结果显示在M 2.4矿震发生前M>1.0级事件显著增多,且在矿震位置存在近南北向的微震条带分布,微震序列随时间向深部迁移(约1.5 km),暗示存在断层活化迹象.结合震源破裂机制,我们认为此次事件与矿区塌陷破裂密切相关,同时伴随先存断裂的剪切滑动.本研究表明,基于密集台阵观测的地震矩张量反演和微震检测研究,对判定矿震类型及防范矿区灾害具有重要的研究意义.