东北日本地震波速度、VP/VS和各向异性结构:对俯冲带水迁移过程的探讨

本文利用区域地震初至波到时数据,通过地震层析成像研究获得了东北日本俯冲带上地幔（深至约150 km）的P波速度（V_P）、S波速度（V_S）、V_P/V_S和P波各向异性结构.结果表明,低速及高V_P/V_S比异常体主要分布在火山下方的下地壳和地幔楔中,其与低频地震的分布吻合,该区域与俯冲板块脱水所释放的流体及其导致的部分熔融密切相关;俯冲的太平洋板块内可能由于脱水脆化导致的双层地震带区域则没有表现出整体的高V_P/V_S值,其可能与俯冲板块内部含水矿物含量有关;俯冲板块内双重地震带区域及上覆地幔楔薄层主要表现为与海沟平行的方位各向异性和正的径向各向异性,其可能是由于含水矿物的脱水使橄榄石晶格结构发生了从A型到B型的变化所引起的.我们研究表明,结合地震波速度和各向异性结构能够加深对俯冲带内水运移过程的认识.     

海原弧形构造区地壳三维精细速度结构成像

利用海原弧形构造区及周围区域地震台网1970—2015年期间记录的天然地震到时数据,采用双差地震层析成像方法对构造区地壳三维速度结构与地震震源位置进行联合反演,获得了高分辨率的三维V_P、V_S以及V_P/V_S模型,分析讨论了速度、波速比分布与强震发生以及断裂等之间的关系.结果显示：研究区域内地震主要沿断裂呈弧状展布,速度在横向分布上具有较大的差异,波速比变化范围为1.60~1.80,平均值约为1.70.大型断裂诸如海原—六盘山断裂带、青铜峡—固原断裂带等位于高速与低速的过渡带,断裂两侧地震波速差异较大.研究区内历史强震多处于高低速过渡区域,海原强震下方下地壳存在低速、高导薄弱层（25~30 km深度）,推测原因主要为流体作用所致.依据相对较低的速度与波速比分布推测研究区地壳主要组成成分为酸性的长英质.速度剖面显示地壳可分为上、下两层,上、下地壳厚度变化由西南向东北逐渐减薄,减薄幅度相近;结合前人研究结果推测构造区地壳增厚模式可能主要为上、下地壳共同增厚.     

中国华南地区地壳厚度与波速比分布特征及其地质意义

本研究利用中国国家地震台网336个固定地震台站记录的远震波形资料,通过P波接收函数Hκ分析估算了中国华南地区的地壳厚度和地壳平均波速比.研究结果显示,地壳厚度约为25?46 km,整体表现西深东浅的变化特点.研究区地壳厚度变化分别与布格重力异常和地形呈现负相关和正相关.扬子块体东部显示较低地壳波速比(＜1.7)可能与地...     

利用近震高频接收函数研究四川理县西山村滑坡体结构

远震接收函数已广泛用于反演台站下方的结构,然而由于地球的非弹性衰减作用,远震数据较难获得高频接收函数,对浅地表结构约束不足.为了克服这一问题,我们使用近震数据的高频接收函数来研究浅表速度结构,并应用于四川理县西山村滑坡体上3个宽频带地震仪记录到的近震事件.本文发展了接收函数V_P-k(V_P/V_S)叠加方法,结合接收函数H-k叠加和波形反演方法获得了台站下方滑坡体的厚度、S波速度和平均V_P/V_S比,并与钻孔得到的滑坡体厚度进行对比.结果表明,滑坡体具有小尺度的横向不均匀性,台站下方滑坡体的平均V_P/V_S比在2.4~3.1之间变化并且在底层存在78~143m·s~(-1)左右的S波低速层.本文观测到的高V_P/V_S比和底层低的S波速度结构,与电磁法获得的滑坡体底层低的电阻率和底部富水特征一致,表明滑坡体h1底界面的抗剪强度相对较弱,是潜在的滑坡危险区域.本文研究结果表明,利用近震接收函数能有效约束浅表的速度结构,进而能为滑坡灾害治理提供一定的地震学参考.     

2008年MS6.1攀枝花地震震源区多参数结构成像及发震机制研究

通过联合反演123,053个P、Pn、Pg震相和100,176个S、Sn、Sg震相数据,获得了2008年M_S6.1攀枝花地震震源及其周边区域的高分辨率三维纵、横波速度(V_P,V_S)和泊松比(σ)图像.结合研究区域地壳应力数据综合分析发现,攀枝花地震发生在高-低纵、横波速度转换带,并且在震源下方存在一显著的低V_S和高σ异常体延伸至下地壳.本研究认为,该构造特征主要是由于西侧坚硬的川滇菱形块体对来自深部流体或熔融物质具有一定的阻挡作用,绝大部分流体或熔融物质通过断裂带向东南侧的块体内部迁移,造成断裂带两侧块体的岩石物理属性差异较大所致.研究结果表明,攀枝花地震发生在剪切应力较强的元谋—绿汁江断裂带上,震源下方的流体或部分熔融物质被挤入至震源的断层或裂隙中,增加了震源区岩石的流体应力,降低了横波速度(V_S)、增加了岩石的泊松比(σ).我们推测,流体侵入在攀枝花地震形成上扮演了重要角色,来自于青藏高原下地壳的大量的流体或部分熔融物质被挤入震源区岩体的断层或裂缝中,这一过程增加了震源区的孔隙流体压力、减弱岩石的机械强度,同时岩石的静摩擦力增加,导致容易引起岩体脆性形变,从而诱发地震.     

兴蒙造山带诺敏河火山群地壳厚度与波速比研究

利用布设于兴蒙造山带诺敏河火山群地区的宽频带流动地震台站资料,基于接收函数方法,获取了该地区的地壳厚度与波速比值.研究结果显示,该地区的地壳厚度介于32~38 km,莫霍面深度在空间上分布特征与五大连池为中心的火山带分布具有较好的一致性：沿着火山带延展方向地壳较薄.该地区的波速比介于1.74~1.84,波速比在空间上与地壳厚度变化具有一致性：高波速比主要集中于靠近五大连池火山带地区,向诺敏河火山和小古里河火山延展.研究认为：诺敏河火山与五大连池火山带可能具有相同的岩浆来源,可能与富钾岩石圈地幔拆沉作用造成的地幔热物质上涌有关.研究区地壳厚度与波速比呈现负相关关系,暗示该地区可能发生过岩浆底侵作用.     

基于三重震相拟合的华南地区上地幔P波与S波速度结构

利用中国数字测震台网（CDSN）记录到的台湾地区两个地震事件6°~30°震中距范围的三重震相波形资料,基于观测与理论波形拟合法,获到华南地区上地幔P波和S波的最佳波形拟合速度模型及其V_P/V_S比值.与AK135模型相比,华南地区410 km深度上方存在明显低速层：S波低速区厚度约为70 km,速度降为2%~5%;而P波低速区厚度为70~230 km,速度降为5%~6%.另外,410 km间断面整体表现为一个梯度层,厚度约为10~40 km,V_P跃增量为4.0%~5.4%,而V_S跃增量为2.6%~11.7%.研究区内,低速层的V_P和V_S异常值大小和410 km间断面速度跃变量由北向南逐步减小.结合以往的接收函数和地震层析成像结果,华南地区410 km间断面上方的低速区可能与太平洋俯冲板块脱水有关.     

用双差波速比方法分析2014—2015年安徽金寨震群

使用扣除同一个地震台站记录到的两个距离相近地震的地震波的相同路径, 把波速比指示范围限制在地震集中区的方法计算波速比值。 利用区域台网记录到的地震波形和震相数据, 对2014年8月~2015年8月间, 安徽金寨地区发生的小震震群进行波速比计算, 分析了该方法在该地区震相数据上的误差影响和应用情况。 得到金寨震群震中集中区的波速比值。 结果显示, 震中集中区波速比略低, 结合当地断层分布情况, 这可能体现了该区域的介质硬度稍高, 应力积累高于周边区域。     

利用远震接收函数揭示的喜马拉雅东构造结台阵下方地壳结构及其动力学意义

在喜马拉雅造山带的东缘,雅鲁藏布江缝合带在这里发生急剧转折,南迦巴瓦变质体快速隆起,然而关于东构造结的形成机制一直未有定论.利用围绕南迦巴瓦峰的48个宽频带地震台站记录的远震数据提取P波接收函数,采用改进的H-κ叠加方法和共转换点叠加方法综合研究了东构造结的地壳厚度、波速比分布和地壳结构特征.结果表明:研究区平均地壳厚度为64.03 km,大部分台站介于60.48~66.55 km范围;平均波速比为1.728,主要集中范围为1.696~1.742.东构造结地壳厚度横向变化剧烈,构造结西端和北端厚而中间薄,东构造结核部Moho面呈现上隆的构造形态,东西向上隆幅度约为6~7 km,南北向的上隆超过9~10 km.东构造结核部地壳上隆减薄可能由高密度、高波速的岩石圈撕裂残片拆沉到上地幔软流圈后重力失衡所致.平均波速比超过1.8的高值异常展布于东构造结的两侧,推测为环东构造结的壳内部分熔融体.东构造结地壳上隆减薄和壳内部分熔融的存在很可能均与幔源热物质的上涌有关,而软流圈地幔的上涌则可能由印度板片的撕裂引起.     

基于误差分布的震源区波速比反演及其应用:乳山震群源区介质性质变化研究

本文利用误差分布和概率统计分析改进了波速比计算方法.对于震源位置相对集中的震群活动,对台站震相到时进行两次差分,通过对差分后的震相数据对进行二维高斯分布拟合,可以稳健地估计震群活动震源区波速比.该方法充分利用了不同台站Pg、Sg到时差的所有信息,其优势是不需要地震事件的震源位置,并且不依赖震源区以外的速度变化,有效消除了震源区到台站的传播路径效应的影响;相对于传统的平均波速比,本文方法得到的震源区波速比,更能真实地反映震源区介质的性质.我们将该方法应用到2013—2016年的乳山震群,结果显示:震源区波速比的变化与震群活动过程密切相关,波速比的变化反映了序列活动的阶段性特征.     

沉积盆地地区地壳结构估计——预测反褶积方法消除接收函数多次波混响

接收函数方法被广泛地应用于地壳上地幔结构的研究中,H-κ叠加方法是其中最常用的方法之一.对于布设在基岩区台站计算的接收函数,H-κ叠加方法可以准确地估计台站下方地壳厚度和平均波速比,但是对于沉积盆地地区计算的接收函数,由于低速沉积层内会产生多次波混响,干扰甚至覆盖接收函数中莫霍面的转换波和多次波震相,从而影响H-κ叠加结果的准确性.为准确估计沉积盆地地区地壳结构,本文提出使用预测反褶积方法去除接收函数中低速沉积层内多次波混响,其中预测步长由接收函数归一化自相关函数获得,物理意义为沉积层内S波双程走时.合成接收函数和实测接收函数试验表明,本文提出的预测反褶积方法可以有效地去除沉积层多次波混响,并结合改进的H-κ叠加方法可以准确地估计沉积层下覆地壳厚度和平均波速比.相比于其他去除接收函数多次波混响的方法,本文提出的预测反褶积方法具有参数设定简单、运算量小、震相幅值较大等特点,适用于大批量数据处理.     

利用接收函数方法研究中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征

基于我们布设的探测深俯冲的中国东北地震台阵NECsaids台阵和固定地震台长时段的观测记录及NECESSArray流动台阵共计152个台站数据提取得到的33752条P波接收函数,采用H-κ叠加分析和共转换点（CCP）叠加成像等方法进行统一分析处理,并汇集他人接收函数研究结果得到中国东北东南部地区迄今为止最高分辨率的地壳厚度和平均波速比分布图像.对中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征综合分析研究表明：研究区不同陆块的地壳属性存在明显差别,张广才岭地块中南部的地壳厚度和波速比与华北克拉通东北缘相当,地壳厚度同地表地形之间显示有明显的正相关关系;松辽地块东南缘地壳最薄、波速比最高,地壳厚度同壳内波速比之间显示出明显的负相关关系;兴凯地块西部地区的地壳结构表现为稍厚的地壳厚度和研究区内最低的壳内波速比,其地壳厚度同壳内波速比之间亦显示出明显的负相关关系;佳木斯地块西南缘在具有"正常"的壳内波速比同时地壳最厚.研究区内的郯庐断裂带北延段在切穿其下Moho面的同时表现出南北分段的特征：北段（44.4°N—47°N）两分支之下的Moho面整体下凹,而南段（41.5°N—43.3°N）两分支之下的Moho面则整体上隆.长白山天池火山下方表现为Moho面下凹沉落及高壳内波速比特征,推测其壳内岩浆囊很可能存在于火山口东北隅至少10 km的范围内.     

Silicate perovskite analogue ScAlO3: temperature dependence of elastic moduli

The elastic moduli of ScAlO₃ perovskite, a very close structural analogue for MgSiO₃ perovskite, have been measured between 300 and 600 K using high precision ultrasonic interferometry in an internally heated gas-charged pressure vessel. This new capability for high temperature measurement of elastic wave speeds has been demonstrated on polycrystalline alumina. The temperature derivatives of elastic moduli of Al₂O₃ measured in this study agree within 15% with expectations based on published single-crystal data. For ScAlO₃ perovskite, the value of (∂K_S/∂T)_P is −0.033 GPa K⁻¹ and (∂G/∂T)_P is −0.015 GPa K⁻¹. The relative magnitudes of these derivatives agree with the observation in Duffy and Anderson [Duffy, T.S., Anderson, D.L., 1989. Seismic velocities in mantle minerals and the mineralogy of the upper mantle. J. Geophys. Res. 94, 1895–1912.] that |(∂K_S/∂T)_P| is typically about twice |(∂G/∂T)_P|. The value of (∂K_S/∂T)_P for ScAlO₃ is intermediate between those inferred less directly from V(P,T) studies of Fe-free and Fe- and Al-bearing MgSiO₃ perovskites [Wang, Y., Weidner, D.J., Liebermann, R.C., Zhao, Y., 1994. P–V–T equation of state of (Mg,Fe)SiO₃ perovskite: constraints on composition of the lower mantle. Phys. Earth Planet. Inter. 83, 13–40; Mao, H.K., Hemley, R.J., Shu, J., Chen, L., Jephcoat, A.P., Wu, Y., Bassett, W.A., 1991. Effect of pressure, temperature and composition on the lattice parameters and density of (Mg,Fe) SiO₃ perovskite to 30 GPa. J. Geophys. Res. 91, 8069–8079; Zhang, Weidner, D., 1999. Thermal equation of state of aluminum-enriched silicate perovskite. Science 284, 782–784]. The value of |(∂G/∂T)|_P for ScAlO₃ is similar to those of most other mantle silicate phases but lower than the recent determination for MgSiO₃ perovskite [Sinelnikov, Y., Chen, G., Neuville, D.R., Vaughan, M.T., Liebermann, R.C., 1998. Ultrasonic shear wave velocities of MgSiO₃ perovskite at 8 GPa and 800K and lower mantle composition. Science 281, 677–679].

Combining the results from the previous studies and current measurements on ScAlO₃ perovskite, we extracted the parameters (q and γ₀) needed to fully specify its Mie–Grüneisen–Debye equation-of-state. In this study, we have demonstrated that acoustic measurements of K_S(T), unlike V(P,T) data, tightly constrain the value of q. It is concluded that ScAlO₃ has ‘normal’ γ₀ (1.3) and high q (3.6). The high value of q indicates that ScAlO₃ has very strong intrinsic temperature dependence of the bulk modulus; similar behaviour has been observed in measurements on Fe- and Al-bearing silicate perovskites (Mao et al., 1991; Zhang and Weidner, 1999).     

基于基追踪-BI_Zoeppritz方程广义线性脆性指数直接反演方法

非常规油气资源的勘探开发在能源领域越来越受到重视.针对页岩油气、致密砂岩气储层的脆性指数预测,对突破"甜点区"、指导后续水力压裂等都具有重要的意义.针对常规叠前AVO反演技术预测脆性指数存在的问题:(1)稀疏脉冲反演垂向分辨率不高;(2)基于AVO近似公式的常规叠前反演,需要假设常背景纵横波速度比以及弱弹性参数反射率等条件,会影响到三参数反演的精度;(3)通常需要借助反演获取的纵横密三参数转换为杨氏模量和泊松比,再进一步转换才能获取脆性指数,在参数转换的过程中会将误差累积放大,影响最终的脆性指数预测精度.本文从精确Zoeppritz方程出发,通过对其进行重新推导,将其表达为脆性指数、P波速度和S波速度的函数(BI_Zoeppritz方程),并借助广义线性AVO反演,对基追踪反演获取的高分辨率角度反射系数进行迭代反演,直接提取高分辨率、高精度的脆性指数.通过模型和实际资料验证了该算法相对常规叠前反演获取的脆性指数有了进一步的改善.     

The crust and upper mantle discontinuity structure beneath Alaska inferred from receiver functions

In this study, three receiver function stacking methods are used to study the detailed crust and upper mantle structure beneath south-central Alaska. We used teleseismic waveform data recorded by 36 stations in the Broadband Experiment Across the Alaska Range (BEAAR) and 4 permanent stations in Alaska. H − κ stacking method using P-to-S converted wave and its multiply reflected waves between the Earth's surface and the Moho discontinuity is adopted to estimate the crustal thickness (H) and average crustal V_P/V_S ratio (κ) in this region. The receiver function results for 24 stations show that the crustal thickness under Alaska ranges from 26.0 to 42.6 km with an average value of 33.8 km, and the V_P/V_S ratio varies from 1.66 to 1.94 with an average value of 1.81 which corresponds to an average Poisson's ratio of 0.277 with a range from 0.216 to 0.320. High Poisson's ratios under some stations are possibly caused by partial melting in the crust and the uppermost mantle. Common converted point (CCP) stacking results of receiver functions along three lines show clear Moho and slab images under this subduction zone. The depths of the slab from our CCP stacking images are consistent with those estimated from the Wadati–Benioff Zone (WBZ). In the area between two stations DH2 (147.8°W, 63.3°N) and DH3 (147.1°W, 63.0°N), a Moho depth offset of about 10 km is found by both the H − κ and CCP stacking techniques. Common depth point (CDP) stacking of receiver functions shows not only the 410-, 520- and 660-km discontinuities, but also significant variations (−30 to 15 km) in the transition zone thickness under the southwest and southeast parts of the study region. The transition zone becomes thinner by 20–30 km, indicating that the temperature there is 150–200 K higher than that of the normal mantle.     

2019年6月17日四川长宁Ms6.0地震震源区三维速度结构

四川盆地南部地区自2015年以来地震活动性持续增长,并相继发生了数次M5.0及以上的中强地震.2019年6月17日的长宁Ms6.0地震则是其中震级最大的一次强震,且震后相继发生了一系列M5.0及以上的中强地震,给当地的生命和财产安全造成了极大危害.研究此次大震的地下结构和发震机制有助于理解该区地震异常活跃的机理,并为今...     

接收函数揭示的兴蒙造山带西南部的地壳结构特征

针对构造演化历史甚为复杂的兴蒙造山带的地壳结构探测较为有限的问题,本研究利用2016-2018年布设在兴蒙造山带西南部的第3期NECsaids地震台阵和固定地震台及NECESSArray的流动台数据,采用时间域最大熵谱反褶积方法提取到研究区的24027条高质量P波接收函数,进而采用H-κ和共转换点(CCP)叠加方法以及分层剥离转换震相分析地壳各向异性的方法来辨识研究区的地壳结构特征.分析表明:研究区地壳各向异性整体呈近NW向和近EW向,与区域速度场和板块绝对运动方向一致,表明现今地壳结构主要受控于太平洋板块构造域;大兴安岭-太行山重力梯级带是明显的地壳结构差异过渡区,其西侧地壳厚度明显高于东侧且呈降低趋势,而平均波速比则呈现东西两侧盆地较高的分布特征;局部地区的高波速比和不同的各向异性特征则显示受到新生代火山和断裂活动的改造作用,二连盆地的厚地壳和复杂的各向异性特征则展现出古亚洲洋闭合及蒙古-鄂霍茨克和古太平洋等多期构造作用的可能影响.     

菲律宾群岛深部速度结构成像与双向俯冲板片构造特征

菲律宾群岛受到欧亚板块、菲律宾海板块和印度-澳大利亚板块的碰撞作用,地质环境复杂,构造因素多样.尽管近几年来已经有了少数关于该区域层析成像的研究,但这些研究的区域主要集中在马尼拉海沟、吕宋岛及中菲律宾地区,而关于群岛周围其他海沟和南菲律宾地区的讨论相对较少.到目前为止,还没有同时获得过关于菲律宾群岛深部纵、横波速度结构的研究,本次研究通过反演155779条P波震相和59642条S波震相,同时获得了菲律宾群岛从地表至150 km深度的纵、横波速度结构.地震层析成像结果表明该地区的壳幔速度结构具有较强的不均一性,地壳内部存在着广泛的低速异常,而表征俯冲板块的高速异常则沿着群岛周边的海沟展布.南海块体在马尼拉海沟中段的俯冲角度和俯冲活动性比南段小;菲律宾海板块在东吕宋海槽南段微弱的俯冲作用很有可能同本哈姆海台的碰撞有关.菲律宾群岛大部分M_W>6.0的强震沿着各个板块的边界发生,体现出菲律宾海板块同欧亚板块之间的强耦合作用,群岛西侧的南海块体在马尼拉海沟16°N-20°N之间呈现出的弱耦合状态可能跟北吕宋地区的拉张应力环境有关,南海块体在16°N以南的地区同上覆块体之间的耦合作用较强;群岛东侧的菲律宾海板块在14°N以北的地区没有强震发生,它与菲律宾群岛之间的耦合程度从北向南逐渐增强,在12°N以南的地区要强于12°N以北的地区;此外苏禄海盆和菲律宾构造带之间也存在着强耦合关系.     

腾冲地区近震S波分裂研究

本文利用布设在云南腾冲地区的15个固定和流动地震台站记录的近震波形数据,采用剪切波分裂分析方法得到了593对高质量的各向异性分裂参数.结果显示,腾冲火山区地震台站下方的近震各向异性的慢波延迟时间为0.02?0.37 s,平均延迟时间0.2 s.结合已有接收函数地壳各向异性研究结果,推测研究区地壳各向异性的主要贡献源自中...     

张渤地震带及邻区近震体波成像及孕震环境分析

针对张渤地震带深部孕震构造环境和地幔岩浆对地壳底侵作用的问题,本文充分收集了华北地区区域数字地震台网176个固定台站记录到的观测数据,应用近震体波层析成像方法,获得了华北地区地壳的P波三维速度结构和V_P/V_S波速比.依据V_P/V_S波速比能反映岩石物理性质和流变学特征的特性,并结合人工地震测深剖面、大地电磁测深、地球化学等成果,讨论了张渤地震带的孕震环境和动力学机制等问题.研究结果显示：张渤地震带强震位于高低速异常分界线附近或偏向高速体一侧,震源体下方均存在广泛的低速异常分布,据此推测这些低速异常的存在可能与流体有关,同时也揭示出张渤地震带地震主要分布在上地壳,从震源深度分布及地壳物性结构分析上地壳具有发震的构造背景,也有发震的物性基础,是一个易震层和多震层.张渤地震带地壳内部在20 km下方存在偏高的波速比特征,这些可能反映了在该区域内中、上地壳幔源物质的侵入和热状态的岩体在横向上的变化,可能是地幔岩浆长期底侵作用的结果.由于深部幔源物质的侵入,使得地壳深部流体的供给量增加,在地壳发震层下长期存在的流体会影响断裂带的结构,降低断裂带的强度,使区域应力场发生变化从而导致断裂带上应力的集中,进而引发地震发生.