辽宁省中上地壳双差层析成像及海城地震(Ms 7.3)发震构造解释（英文）

1975年2月4日辽宁省海城市发生Ms 7.3级地震,波及六个城市共9200km~2,人口密度1000p/km~2,但是及时准确的震前预报使死亡率低至0.02%。此次破坏性地震的发生是由于该区域地质构造复杂,断裂发育,因此本文利用辽宁省地震台网记录到的P波和S波到时资料,结合双差层析成像方法,反演得到震源坐标和三维P波和S波速度结构。双差层析成像结果显示近地表辽东速度偏高,下辽河平原速度偏低,沉积厚度超过10 km。重定位结果显示辽宁省地震震中主要成带状分布在海城河-大洋河断裂和金州断裂两侧,结合地质资料,认为金州大断裂北段由三个断裂构成,并与海城河-大洋河断裂依次相交。海城震区地壳结构与其他地区不同,在金州断裂地下15-20 km处存在明显低速层。根据海城震区波速比结构,认为上地壳低波速和低波速比对应含水地层,中地壳低波速和低波速比认为是高温导致的岩石脱水。与前人研究结果相比,本次研究所获得的震源分布与构造之间关系更加紧密,速度结构精度更高,并对低速体进行了更合理的解释,最终认为海城附近地震频发是断裂交汇与低速体共同作用导致。     

昭通地区地震层析成像及彝良震区构造分析

本文结合1992年01月至2012年10月国家地震台网、四川地震台网、云南地震台网及重庆地震台网的65个台站记录到的2,107个地震的17,945条P波绝对到时数据及227,701条P波相对到时数据,利用双差地震层析成像方法联合反演了昭通地区地震震源参数及地壳三维速度结构.反演结果表明,地震重定位精度有了显著改进,地震在水平方向的重定位精度要高于垂直方向.在深度方向,消除了重定位前地震在5~10km间的层状分布假象,昭通地区震源深度总体大于彝良地区,且彝良地区地震随深度增加向西展布,根据余震分布特征推测地震发生在走向NNE,倾向NW的石门断裂上.反演得到的三维速度结构表明,地表速度异常与地形起伏及地质特征有着密切关系:在浅层,昭通坳陷盆地表现为较大范围的低速异常,且低速异常区在盆地东北缘范围加深.彝良附近表现为高速异常带,大关附近表现为低速异常.随着深度的增加,反演得到的P波三维速度结构清晰地显示出彝良地区中下地壳介质受到北东向挤压而向上隆起,与浅部的高、低速异常区相互交错,形成介质速度构造复杂区域.重定位后的彝良ML5.7级和ML5.6级地震的震源位于隆起的高速异常区两侧的速度过渡区,其走滑兼逆冲的破裂机制与该处反演结果揭示的彝良地区下方的速度异常形成机制较为一致.     

云南地区背景噪声层析成像

选取云南省区域台网46个地震台从2007年11月—2009年10月的宽频带噪声数据, 通过互相关方法获得经验格林函数, 采用自适应时频分析方法获取相速度频散曲线, 并且反演得到8—40 s的相速度分布图. 研究结果表明: 云南地区短周期相速度低速异常与地表断裂带分布和沉积层厚度密切相关; 在短周期相速度分布图上, 红河断裂南北段呈现差异, 表明红河断裂南北段周边介质存在物性差异, 这可能是造成地震活动南北差异的主要原因; 长周期相速度分布图显示, 红河断裂和小江断裂带存在低速异常, 可能是切穿地壳的超壳断裂, 该低速异常可能与深部热作用有关; 红河断裂和小江断裂带交汇地区存在高速异常, 该高速异常体对川滇块体深部介质向南运动可能起到了阻挡的作用. 本文结果为下一步反演云南地区的三维剪切波速度结构奠定了基础.      

腾冲火山及周边地区双差层析成像

利用云南腾冲火山地区15个固定台站记录到的7923次地震的P波到时资料,采用双差层析成像方法,反演得到腾冲火山及周边地区地壳及上地幔顶部三维P波速度结构和地震重定位结果.研究发现,腾冲火山区域地壳内存在明显的地震波低速区,P波速度低于整个区域地壳速度平均值超过15%,上地幔顶部存在规模较大的低速异常区.推测腾冲火山地区存在较大规模的地幔热物质上涌以及向地壳的侵入,热物质在地壳内以岩浆囊形式存储,并且壳内岩浆囊之间可能存在岩浆通道.通过联合反演获得的地震重定位结果显示,丛集地震位置更加集中,其展布特征与断裂构造具有显著的对应关系,表明研究区域断裂构造比较活跃.获得的高分辨率三维P波层析成像结果,为进一步认识火山地区岩浆存储特征以及地震分布与区域构造之间的关系提供了新的地震学依据.     

2014年三峡秭归M4.5、M4.7震群序列定位及震源区三维P波速度结构研究

采用双差层析成像方法,对2014年3月27日M4.7和3月30日M4.5秭归震群重定位显示:0～5 km深度层P波高速区分布在仙女山断裂北中段和九畹溪断裂北段,天阳坪断裂一带为低速区;8 km深度层高速区分布在九畹溪断裂东侧,仙女山断裂较低;11 km层高速区仅分布在高桥断裂和周家山—牛口断裂之间地带。在地震集中区的下方(即8～12 km处)存在分布较为稳定的低速区,较大地震事件主要分布在高速区或高低速区交界地带,低速区内则很少有地震分布。局部高速体的存在为岩石发生瞬间破裂提供了物质基础,其与低速体间的梯度带是发震构造常发育的区域。研究区内的仙女山断裂北段、九畹溪断裂正是在该梯度带内发育的两条活动断裂。本地震序列的自地表至5 km和5～10 km深度范围内均有大量破裂存在表明,浅层地震仍在水库渗透范围内,而深部地震则与流体渗透无关。此次地震活动同时存在水库诱发地震和构造地震存在。     

南北地震带北段上地幔速度结构成象(Ⅲ)-应用和结果

根据地震波走时资料反演得出南北地震带北段地壳和上地幔速度结构,发现在该区上地壳存在三个近东西向的低速条带,其空间展布与该区内现今活动构速基本一致;上地幔速度分布显示在该区似有平行的北东和北西向低速条带相互穿插,总体呈现网状;海原—古浪断裂带在上下地壳及上地幔的速度结构中均表现出相应的低速带,表明它是切穿地壳的深大断裂。通过反演还发现青藏块体的东北部边界大致在天祝—兰州—静宁—千阳—略阳—江油一带。     

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.     

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。     

龙门山断裂带精细速度结构的双差层析成像研究

利用川西流动地震台阵、汶川地震震后应急台网记录到的P波到时资料,对2008年5月至2008年10月期间发生的汶川地震余震序列应用双差层析成像方法进行了地震震源和三维P波速度结构的联合反演.结果显示,联合反演获得的地震重定位结果与基于一维地壳参考模型的双差定位方法结果相近;研究区15 km以上速度结构与地表断裂分布密切相关,20 km以下深度呈现北东向和北西向交错结构.汶川地震破裂带南段龙门山断裂带之间上地壳呈现高速异常,速度结构的非均匀变化是控制余震分布和主震破裂传播的主要因素;联合反演结果给出了小鱼洞-理县方向存在隐伏断裂的速度结构证据,同时发现,破裂带北东段可能沿新发断裂扩展;结果确认了汶川地震起始段的高角度逆冲断裂特征,也确认了前山断裂和中央断裂在约20 km深度合并到脆韧转换带的特征.     

晋冀蒙交界地区地壳三维P波速度结构及地震活动性研究

2014年9月晋冀蒙临时地震台网正式运行,为晋冀蒙交界地区的地震研究提供了丰富的资料。结合临时台与固定台记录的P波走时资料,采用双差层析成像方法对该区进行地震重定位和三维P波速度结构联合反演,分析该区3个典型盆地的速度扰动结果,结果表明,地震重定位残差显著降低,震源深度分布更加合理;P波速度浅层基本符合平原地区低速、山区高速的特点,深层则有相反表现,典型盆地P波速度在浅层较为复杂,高低速相间,深层表现为低速;研究时段内忻定盆地和延怀盆地地震活动密集,大同盆地地震活动较弱,低速体及边缘地震活动强度高于高速体及边缘。     

2020年云南巧家M 5.0地震重定位及地质构造探索

本文使用云南、四川、贵州区域数字台网所观测到的巧家、东川地区P波和S波震相数据,利用双差层析成像方法反演得到了小江断裂中北段、莲峰断裂、昭通—鲁甸断裂、包谷垴—小河断裂及周边区域P波、S波三维速度结构．结果显示,研究区上地壳速度结构与地质构造变化及相应的断裂有较好对应关系,速度结构整体呈低速状态,泊松比偏低,表现出呈酸性的长英质介质属性;中下地壳（15～30 km）包谷垴—小河断裂西侧区域大量地震事件位于高速异常体,推测该高速异常区可能表现出较为明显的脆性特征;重定位后地震深度主要分布在15～35 km,呈现出与断层位置相关的两条平行条带状分布,推测其断层面倾向SW,倾角大约75°,整体较深,位于中下地壳;通过多维度比较发现,研究区地震的发生随着时间推移在空间上有SW方向扩展趋势,且逐渐变浅．     

天水—礼县地区地震波透视

我们用地震波透视方法对南北地震带北段的天水—礼县地区进行了五年的观测,通过地壳测深获得了该区地壳速度结构,发现1987年1月8日迭部M_s=5.9地震孕震过程中地震波走时和波速比都有变化。震前几天地震波走时特别低,其优势频率与拐角频率向高频移动,能量分散,多峰,且主频衰减减少,波速比特别高,据此分析了天水—礼县地厂地震波的运动学和动力学特征。我们还提出了P、S波联合反演方法,同时反演地壳P、S波速度结构,以及用凝聚函数方法来判断源函数的一致性。     

太行山构造带壳幔结构分段性特征

分别利用纯S波波形反演和T函数法计算了太行山构造带及其邻近地区100km以上的壳幔剪切波速度结构,结果显示太行山构造带在南、中、北段的壳幔结构存在明显差异。南段邢台邯郸地区地壳中比较突出的特点是下地壳存在一个厚度近10km的低速层;中段石家庄—保定地区靠近山脉的各台地壳结构相对比较稳定,越向盆地区发展,结构愈加复杂化;北段到达北京地区,由于该区是太行山与燕山构造带的交汇地区,中下地壳出现薄高低速转换层位,呈现不稳定状态。沿太行山构造带东缘是地震活动带-河北平原地震带,通过对比速度结构与地震空间分布,发现不同区段小震分布特点与地下低速或不稳定结构关系密切。结合该区域上地幔速度结构特征,认为太行山中段与华北地区中新生代以来的岩石圈大规模减薄运动关系密切,而南北两段当前地幔物质比较活跃,构造运动相对更为强烈。     

北京地区上地壳三维细结构层析成像

利用三维不分块地震层析成像技术对北京东北部地区的三维人工地震莫霍反射波走时数据进行反演,得到了该区上地壳的三维P波、S波慢度及波速比结构图像,三种结构不同深度的切片图像揭示出慢度和波速比分布有呈北东向和北西向展布的特征.断裂活动引起沉积不均匀造成现今的速度分布,地震大多分布在波速比较低的块体内,说明地震不仅与断裂活动有关,有可能还与物质结构和性质相关;北京地区上地壳速度结构、断裂活动和物质性质三者之间存在密切关系.     

利用双差层析成像方法反演青藏高原东南缘地壳速度结构

本文利用云南及周边区域地震台网2010—2016年记录到的近震资料,采用双差层析成像方法进行地震重定位并获得了青藏高原东南缘的三维地壳速度结构。结果显示:重定位后的震源位置精度得到明显提高,震源主要分布于20 km深度以上的中上地壳;地震分布与速度结构存在一定的相关性,大多数地震发生在中上地壳的低速异常区内以及高、低速异常区域之间;研究区上地壳速度结构存在明显的横向不均匀性,其速度异常与地表地形及地质特征密切相关;中下地壳分布着两条主要的低速带,一条沿着安宁河断裂、小江断裂分布在川滇菱形地块的东侧;另一条主要分布在川西北次级地块内,并穿过丽江断裂向南延伸,推测这两条低速带可能是青藏高原中下地壳物质向南逃逸的两条通道。      

云南漾濞M6.4地震震区三维速度结构

利用2015年1月至2021年5月28日期间我国云南省漾濞县及周边地区固定台站和漾濞地震后布设的流动台站所记录到的近震资料,使用双差层析成像方法获得了该地震震区的高分辨率地壳三维速度结构和震源位置。重定位结果显示,漾濞M6.4地震序列主要沿NW?SE向展布,与维西—乔后—巍山断裂走向一致,地震主要集中在4—10 km的深度范围,呈约80°高倾角分布。结合定位结果与三维速度结构显示:漾濞M6.4地震序列的空间分布与速度结构变化具有相关性,主震位于P波、S波高低速异常交界处,这种介质物性变化的交界地带可能有利于中强地震的孕育和发生,余震主要分布在低P波速度、高S波速度和低波速比的脆性区域;沿漾濞地震序列的分布走向,主震两侧呈现完全不同的速度结构,其西北部具有明显的高P波速度、低S波速度特征,该地区高密度、强韧性的地层可能是阻挡漾濞地震的NW向破裂而呈单向破裂特征的原因。      

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演, 以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演, 同时更新速度模型和地震震中位置, 结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构. 其横向变化结果表明, 研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致, 地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、 低速异常区的交汇处. 秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区. 而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.      

三峡库区上地壳速度结构初步研究

文中利用三峡加密观测台网记录的2009年3月到2010年12月高精度地震数据,使用双差层析成像方法,联合反演了三峡库区上地壳的震源位置参数和三维上地壳P波和S波速度结构。研究结果显示,三峡库区上地壳P波速度和S波速度区域出现2个高VP值、上低下高VS值区,分别在巴东北部神农溪两岸—泄滩西区域和仙女山断裂带北段香溪河口附近。巴东北部神农溪两岸—泄滩西区域,较小地震的平面分布呈3条近EW向的条带,剖面陡立、向N倾,沿着P波和S波高、低速过渡带分布;香溪河口附近地震沿NNW向的仙女山断裂带分布,地质剖面显示出地震陡立线性分布,沿着高VP值、上低下高VS值区的过渡带展布,联合反演得到的微震面与断裂构造分布具有较好的一致性。     

青藏高原吉隆-鲁谷(Hi-Climb)层析成像与印藏碰撞的消减作用

利用中美合作Hi-Climb项目北段吉隆-鲁谷剖面的天然地震探测数据,拾取2004～2005年期间5级以上地震事件的P波与4级以上地震的Pn波震相的走时,通过多震相层析成像反演获得青藏高原腹地的地下500 km以上的P波速度扰动结构.结果表明雅江地区为北向倾斜的低速扰动,班公-怒江断裂下方存在向南俯冲并被印度板块俯冲挤压而回折的高速体,建立了印度板块在冈底斯地块下方拆沉并被雅江低速体穿越的构造样式.说明印度板块俯冲在到达班公-怒江缝合带之前已经开始消减,与拆沉位置对比发现,印度板块的前锋深部呈现多期多级次特征,并受到地幔热循环作用的影响.     

南北地震带北段地壳结构基本特征——来自兰州—惠安堡—榆林人工地震剖面的约束

利用在南北地震带北段横跨鄂尔多斯盆地西南缘、银川地堑南缘缘弧形构造带、祁连块体布设的一条长度660 km的高分辨地震宽角反射/折射探测剖面,根据获得的P波震相走时,利用多种一维计算方法获得了该区的地壳基本速度结构模型。结果显示：剖面所经区域的地壳速度结构和壳内界面分层都显示出较大的差异,鄂尔多斯块体浅部具有较厚的沉积层覆盖,同时具有相对平缓的速度等值线和不同深度界面,显示稳定地壳特征。祁连块体及与鄂尔多斯块体耦合区域壳内界面和速度等值线均显示出较大的起伏变化特征,特别是在C1和C2界面之间速度呈现负异常跳跃特征。区域地壳厚度变化较为规律,总体呈现自西向东逐渐减薄的特征,各个块体又具有各自的地壳厚度特征,祁连块体边界区域断裂纵横交错,构造复杂。本剖面研究结果对理解该区域地壳基本结构、物性差异、构造异常区的分布特征以及讨论何种构造背景较易孕育形成地震都具有重要意义。同时也为认识南北地震带北段构造薄弱带或活动构造带的深、浅构造特征提供了依据。