用剪切波分裂研究台湾北部地壳各向异性

研究主要使用台湾北部13个地震台站记录到的1991年7月～2002年12月的波形数据,采用剪切波分裂SAM分析方法,对台湾北部地区的剪切波分裂特征进行了研究.发现位于宜兰盆地内的台站的快剪切波优势偏振方向为近E-W方向,而位于山脉(西部麓山带、雪山山脉和中央山脉)的台站的快剪切波优势偏振方向为NNE向或NE方向.位于海...     

COMPARISON OF SIGNAL PROCESSING TECHNIQUES FOR ESTIMATING THE EFFECTS OF ANISOTROPY1

Three-component recordings of shear-waves in exploration surveys provide an opportunity to measure crustal anisotropy, which may be important in estimating the geometrical and physical parameters of reservoir rocks. VSPs are particularly important for this purpose as they are less subject to the complex interactions of the shear wavefield with the free surface. The first stage in characterizing the subsurface anisotropy requires that the distinctive phenomenon of shear-wave splitting must be examined for every arrival at each geo-phone. This effect may be defined by two parameters: the polarization of the leading shear-wave and the time-delay between corresponding split shear-waves. A variety of techniques have been designed to estimate these parameters of shear-wave splitting. Here, we classify the published techniques into four main categories and review their properties. Representative procedures from each group are applied to a common synthetic data set contaminated with signal-generated noise. The results allow some general statements to be made about the utility of these methods for processing shear-waves in VSP data.     

2013年芦山MS7.0地震序列S波分裂特征

本文测定了2013年4月20日芦山M_S7.0地震震源区及其附近台站的S波分裂参数,包括快波偏振方向和慢波延迟时间,最终得到了40个台站的S波分裂结果．结果显示:在地震主破裂区内观测到的快波优势取向为NE向,与余震分布的长轴方向一致;位于双石—大川断裂以西台站的快波偏振优势方向为NW向,与区域最大主压应力轴方向一致;位于荥经断裂附近台站的快波偏振优势方向为NW向,与该断裂走向一致．快波偏振优势方向随时间的变化结果显示:主震前位于地震破裂区附近的TQU和BAX台站的快波偏振优势方向均呈NE向;主震后TQU台站的快波偏振优势方向为近EW向,而BAX台站的快波偏振优势方向则不突出,反映出芦山地震主震前快波偏振方向受控于龙门山断裂带,而主震后受构造应力场的作用更加明显．此外,各台站的慢波延迟时间为1.25—5.40ms/km,在余震覆盖密集区域,台站的慢波延迟时间均大于3.0ms/km,反映出震源区的各向异性程度较强．芦山主震后,各台站的延迟时间随时间变化持续减小,反映出震源区地壳应力随余震活动逐渐减小．      

基于地壳介质各向异性分析青藏高原东北缘构造应力特征

青藏高原东北缘由于受到多个构造块体的共同约束,表现出复杂的地球物理特性和地质特性,本文利用甘肃数字地震台网(2001-2008年)的观测资料,采用系统分析方法(SAM),进行地壳剪切波分裂分析,获得研究区内18个台站共1005条记录的剪切波分裂参数.研究结果表明,青藏高原东北缘介质各向异性在空间上存在差异,慢剪切波延迟时间表明了地壳介质各向异性的强弱变化特征,快剪切波平均偏振方向则反映了本区区域构造应力的空间变化特征.分析认为,祁连山-河西走廊活动构造区直接受青藏地块与阿拉善地块间相互作用,与青藏地块构造应力一致;甘东南活动构造区的应力环境主要受到内部活动断裂的共同作用,具有局部构造应力的特征.     

各向异性介质中频率相关横波分裂参数的提取算法(英文)

基于曾新吾和MacBeth提出的时域内双源累积旋转方法,建立了频率相关介质中分析多分量VSP数据的横波分裂参数提取算法(DCTF)。该算法可以在频域中针对单个频率提取横波各向异性参数(快横波的极化方向以及快、慢横波间的时间差),从而避免了目前常用方法中使用窄带通滤波可能带来的误差。通过对地震合成记录的数值分析,确定了该算法的可行性和正确性,并与目前常用方法的应用结果进行了比较。结果显示,频率相关横波分裂参数可以利用DCTF从地震四分量数据中直接提取。在地震频率范围内,含较大尺度裂缝时各向异性参数将表现出频率相关性,这意味着在地震频率范围会出现频散。随着频率的增加,各向异性有降低的趋势。     

Shear Wave Splitting Analysis to Estimate Fracture Orientation and Frequency Dependent Anisotropy

Shear wave splitting is a well-known method for indication of orientation, radius, and length of fractures in subsurface layers. In this paper, a three component near offset VSP data acquired from a fractured sandstone reservoir in southern part of Iran was used to analyse shear wave splitting and frequency-dependent anisotropy assessment. Polarization angle obtained by performing rotation on radial and transverse components of VSP data was used to determine the direction of polarization of fast shear wave which corresponds to direction of fractures. It was shown that correct implementation of shear wave splitting analysis can be used for determination of fracture direction. During frequencydependent anisotropy analysis, it was found that the time delays in shearwaves decrease as the frequency increases. It was clearly demonstrated throughout this study that anisotropy may have an inverse relationship with frequency. The analysis presented in this paper complements the studied conducted by other researchers in this field of research.     

剪切波分裂分析系统SAM(2007)——区域地震台网资料应用实例

通过对云南、辽宁、福建遥测地震台网的波形资料分析实例,介绍了"剪切波分裂系统分析方法"软件SAM(2007)的用法。通过对区域台网资料的处理分析,表明SAM(2007)是研究剪切波分裂的一个比较实用的软件,能够有效的处理快、慢剪切波识别的问题,研究地壳介质的地震各向异性问题,能普遍用于分析国内区域地震台网资料。     

鄂尔多斯块体西缘地壳介质各向异性:从银川地堑到海原断裂带

通过收集鄂尔多斯块体西缘固定地震台网2010年6月至2017年8月的近场地震资料,选择符合剪切波分裂分析的14个台站记录的共137个有效事件波形,得到了剪切波分裂参数,即快剪切波（简称快波）偏振方向和慢剪切波（简称慢波）时间延迟.结果表明,研究区的快波偏振方向和慢波时间延迟具有明显的分区特征,快波偏振方向主要与构造应力场方向或者断层走向大体一致.鄂尔多斯西缘紧邻块体边界的台站,快波偏振方向自北向南呈现NS、NNE、NE向的变化,与青藏高原东北缘主压应力方向变化基本一致.银川地堑东西两侧的快波偏振方向有差异,东侧区域主要受青藏高原NNE向挤压和黄河-灵武断裂共同影响,而西侧区域可能受到阿拉善块体与鄂尔多斯块体之间的NW方向的主张应力和阿拉善块体内部应力分布的影响;鄂尔多斯块体、阿拉善块体与青藏高原的交汇区快波优势偏振方向为NE向,与青藏高原东北缘主压应力方向一致;海原断裂带及以南区域快剪切波优势偏振方向为WNW向,与断裂走向基本一致,较好的说明了海原断裂带为活跃的活动断裂.构造与断裂分布都是控制快波偏振方向的主要因素,走滑断裂上的台站快波偏振方向与断裂走向一致,表明这些台站主要受到断裂的强烈影响;走滑断裂附近的个别台站快波偏振方向呈现与构造应力场一致的方向,表明几乎没有受到断裂的影响.鄂尔多斯、阿拉善与青藏高原的交汇区平均时间延迟高于其他地区,反映了青藏高原在NE向运动过程中,受到稳定的鄂尔多斯块体阻挡作用,导致了交汇区地壳介质各向异性程度增加.以海原断裂带到六盘山断裂带为界,其两侧区域的各向异性差异性明显,揭示了应力与介质特性的差异,暗示其邻近区域,特别在海原断裂带东端到六盘山断裂带与鄂尔多斯块体西缘交汇区域,可能有较高的强震危险背景.本研究还对该区域的地壳和上地幔的耦合问题进行了初步讨论.     

四川紫坪铺水库库区地震剪切波分裂研究

本研究利用四川紫坪铺水库数字地震台网2004年8月17日~2008年5月11日的地震观测波形资料,使用剪切波分裂SAM系统分析方法,获得了四川紫坪铺水库库区8个数字地震台站的快剪切波偏振结果.结果表明,紫坪铺库区台站的快剪切波偏振优势方向主要为NE或NW方向;台站的快剪切波偏振优势方向与区域主压应力方向或活动断裂走向一致;快剪切波偏振方向变化可能与汶川大地震前区域应力场的增加和龙门山断裂带微破裂增加有关,慢剪切波时间延迟的变化与四川紫坪铺水库水位升降变化相关.     

龙门山断裂带域上地壳各向异性及其变化

龙门山断裂带上发生了2008年汶川8.0级和2013年芦山7.0级地震,为了研究芦山地震前后该区域地壳各向异性的空间分布和变化,以及较大地震对快剪切波偏振方向造成的影响,本文运用剪切波分裂系统分析方法,结合固定地震台网（2010-01—2017-10）和川西流动地震台阵（2006-10—2009-07）的小震波形数据,得到了龙门山断裂带及邻近地区上地壳各向异性参数.结果表明,慢剪切波时间延迟主要分布在0.65~7.39 ms·km^-1之间,横向上具有不均匀性,地壳20 km以上的介质对各向异性的贡献较大.快剪切波优势偏振方向主要为NW或NWW和NE向,具有明显的分区特性.位于龙门山断裂带附近台站的快剪切波偏振方向自北向南由NWW转变为NW、NE向,在南段又变为NWW、NE向,指示了龙门山断裂带的分段特性是其构造属性.根据得到的有效事件数据,本文使用的49个台站中有19个台站的各向异性参数与反方位角、深度、震级和路径长度等显示出一定的相关性.研究区内的芦山地震及其他较大地震可能影响了局部快剪切波偏振方向.研究表明,更多的有效事件数据将有益于定量分析局部构造应力场和断裂属性的变化情况,从而有益于断裂带地震学特性及地震预测研究.     

Seismic anisotropy of the crust in Yunnan, China： Polarizations of fast shear-waves

Introduction Anisotropy of the crust is a common phenomenon(Crampin,1984).Shear-wave splitting can be used to study the earthquake anisotropic characteristic in crust,to analyze crustal stress field condition,and to describe the static and the dynamic state of the related anisotropic parameters(GAO et al,1999).Shear-wave splitting is quite sensitive to anisotropy.The domestic scholars applied shear-wave splitting to studying the crustal anisotropy(YAO et al,1992;GAO and FENG,1990).The st…     

中国地震科学台阵两期观测资料近场记录揭示的南北地震带地壳剪切波分裂特征

利用中国地震科学台阵第一期(2011-01-2014-06)及部分中国地震科学台阵第二期(2013-02-2015-12)的流动地震台阵记录到的小震波形资料,运用剪切波分裂系统分析(SAM)方法,分析南北地震带的地壳各向异性,对剪切波分裂参数所反映的区域应力环境及构造特征,以及区域内主压应力方向与断裂分布的关系展开讨论.研究结果表明,南北地震带快剪切波偏振方向自北向南由NE向逐渐转变为NNW向,与南北地震带区域主压应力的方向变化具有一致性.区域内分布的大量NE及WNW或NW向断裂构造同样对快波偏振方向有比较大的影响,位于走滑断裂附近的台站,其快波方向与断裂走向大致平行,部分位于走滑断裂附近的台站其快波方向几乎垂直于断裂走向,而与构造应力场方向一致性较好.个别台站表现出复杂快波优势方向特征,反映出研究区内构造环境的复杂性.慢波时间延迟结果显示,南北地震带南段的平均时间延迟高于北段,反映了受印度板块和欧亚板块的碰撞挤压作用,南段地壳介质各向异性程度更大,构造变形更加剧烈.对比南北地震带上地幔各向异性特征,推测在川滇菱形块体内部可能存在复杂的壳幔耦合现象,地壳剪切波分裂除了反映区域应力特征,还可以揭示出区域构造信息.     

EXAMINATION OF A SPECTRAL METHOD FOR MEASURING THE EFFECTS OF ANISOTROPY1

The most diagnostic effect of anisotropy on shear waves is shear-wave splitting. This phenomenon creates a distinctive signature in the 3D particle motion. Methods to extract the effects of anisotropy from shear-wave data attempt to measure details of this motion. Many techniques have been published recently which process the shear waves in the time or frequency domain. Here we examine the way in which information on the interference effects between the split shear waves is contained within the frequency domain, and suggest some criteria which may be used in future processing algorithms. The time-delay between the split shear waves, and the polarization direction of the leading shear wave can be converted into easily measured features from analysis of the Fourier spectrum of the shear-wave signal on each component of motion. These features arise in the spectral interference patterns which are formed by the interaction between the two closely-spaced and similar waveforms. The interference patterns are interpreted for synthetic and observed seismogram data.     

VARIATION OF REFLECTION AND TRANSMISSION COEFFICIENTS WITH CRACK STRIKE AND CRACK DENSITY IN ANISOTROPIC MEDIA1

Recent observations show that the differential amplitudes between the faster and slower split shear-waves in reflection surveys contain information about lateral variations of crack density in cracked reservoirs. However, the variation of amplitude with crack geometry when the crack strike changes with depth has not been reported previously. In this paper, we derive expressions for reflection and transmission coefficients of plane split shear-waves at vertical incidence at an interface separating two cracked (anisotropic) media with different crack strikes. We examine the effects on these coefficients as crack strike and crack density vary. For interfaces with large velocity-contrasts, the reflection coefficients carry little information about crack geometry, and the effects of crack strike varying with depth are negligible. In such cases, the polarization and time-delay of the split shear-waves are the only features which reliably diagnose anisotropy and contain information about the variation of crack strike and density. However, for interfaces with small velocity-contrasts, the effects of any variation of crack strike with depth cannot be neglected. In such cases, in addition to the polarization and time-delays of split shear-waves, both the differential amplitude of faster and slower shear-waves and the amplitude ratio of the two off-diagonal elements in the reflected data matrix after separation of split shear-waves, contain information about the variation of crack strike and crack density. In contrast, effects of crack strike changing with depth on transmitted waves are more sensitive regardless of the velocity-contrast and the degree of anisotropy.     

青藏高原东北缘地壳各向异性的构造含义

青藏高原东北缘记录了印度—欧亚大陆板块碰撞和汇聚的远场效应,且仍正处于侧向生长阶段.而地壳各向异性则反映了高原地壳的形变特征.为此,本文主要利用甘肃数字地震台网(2001年1月—2010年10月)波形记录资料,采用SAM方法进行剪切波分裂研究,得到青藏高原东北缘地壳各向异性的平均剪切波分裂参数及剩余地震各向异性参数,两个参数分别反映了区域构造和应力场特征及局部构造和局部断裂特征.研究结果表明:快剪切波2个优势偏振方向分别为NE47.72°±21.83°和121.65°±22.07°,慢剪切波平均时间延迟为2.63±1.31ms·km-1.快剪切波平均偏振方向反映了该区域的水平主压应力方向,快剪切波偏振方向的第二优势取向揭示了NWW的局部构造意义,表明应力环境受本区NWW深大断裂带的影响.各个台站的剩余快剪切波偏振方向的优势取向与断裂走向一致,表明活动断裂控制着剩余快剪切波偏振方向.剩余慢剪切波时间延迟变化反映了断裂引起地震各向异性程度,形变具有区域特征.     

太行山山前断裂西南段地壳介质各向异性特征浅析

根据太行山山前断裂西南端, 包括石家庄及其周边地区的位于太行隆起与华北盆地两大地质构造单元交汇处的构造环境复杂情况。 该文应用SAM分析方法与首都圈近4年(2002年1月至2005年8月)的观测数据, 分析该区地壳介质各向异性特征。 研究结果表明, 太行山山前断裂西南端快剪切波平均偏振方向与华北区域最大主压应力场方向一致, 是区域应力环境的较好描述。 该区慢剪切波平均时间延迟比较首都圈西北部和东南部均较小。 区内台站的快剪切偏振方向既受到区域构造背景应力环境的作用, 又受到局部的NNE向构造带的制约, 是两者共同作用的结果。 井径(JNX)台站的剪切波分裂参数与紧邻台站有明显不同, 其原因有待更多数据加以补充并做细致讨论。     

地震各向异性——多组裂隙对横波偏振的影响

通过对多分量地震资料的分析,我们发现随着频率的增加横波分裂时差减小.对于深部接收的VSP数据来说快横波的偏振方向保持不变,而对于浅层接收的VSP数据来说偏振方向却存在一个最大可以达到20°的旋转.尽管多尺度随机分布微裂隙岩石物理模型已经成功地模拟并解释了横波分裂时差随频率变化的现象,却不能解释与频率相关的横波分裂.据推测,如果微裂隙的排列方向和大裂隙的排列方向不同,利用低频信息获得的偏振方向将指示裂隙主方向,而利用高频信息获得的偏振方向则指示微裂隙方向.在背景多孔隙介质中存在多组裂隙的情况下,推导出垂直入射条件下横波偏振方向的解析式,给出了系统研究横波在介质中传播的方法.研究结果表明,横波偏振方向会随着频率的变化而变化,并且在入射方位、角度一定的条件下,是裂隙方位和密度的函数,这些认识可能有助于揭示观测到的、依赖频率变化的横波偏振现象.     

玉树地区地壳介质的各向异性特征

本文利用2010年5月7日到10月18日玉树地震震源区及其周边22个地震台站记录的2010年4月14日玉树地震余震数据资料,使用剪切波分裂分析方法初步得到了每一个台站的剪切波快波偏振方向和慢波时间延迟,并分析了玉树及周边地区地壳介质各向异性特征.在该研究区域,甘孜-玉树断裂上部分台站快波偏振方向近于东西向,这一结果与该区域的水平主压应力方向一致.甘孜-玉树断裂带南段玉树周边的台站快剪切波偏振方向为南东向,与断裂带的走向一致,显示了此次地震断裂走滑性质的特征.位于杂多断裂和清水河断裂上的台站及其附近的台站,快波偏振方向与所处的断裂走向基本一致,多为南东东向.各个台站的慢波延迟时间结果分布在4.23~7.01 ms/km范围内,平均慢波延迟时间是5.68 ms/km.在甘孜-玉树断裂带和乌兰乌拉湖-玉树南断裂相交的位置慢波延时总体较高;而低值区位于打贝通-小苏莽断裂的北西端与杂多断裂之间的位置.沿玉树断裂带,慢波延迟时间的梯度值较大,本文这一结果揭示了慢波延迟时间的分布和破裂带的走向、余震的分布有很大关系.     

华夏地块东南部地壳地震各向异性特征初步研究

本研究采用SAM剪切波分裂分析方法,使用福建区域数字地震台网记录到的（1999年01月～2003年12月）的波形资料,挑选符合剪切波窗口条件的记录,得到华夏地块东南部地区23°N～29°N,116°E～120°E）10个台站的剪切波分裂参数. 研究结果表明,该区域快剪切波平均偏振方向为NW109.4°±42.6°,慢剪切波平均时间延迟为2.5±1.5(ms/km),快剪切波平均偏振方向对应该区的水平主压应力方向. 闽东台站NW方向的快剪切波偏振优势方向揭示了NW向的水平主压应力和NW走向断裂的构造意义. 两个闽西台站NE方向的快剪切波偏振优势方向与区域水平主压应力方向不一致,与NE走向的断裂一致,体现了局部构造和局部应力场的复杂性. 本研究证实,位于活动断裂上的台站的快剪切波偏振方向的优势方向与断裂走向一致,位于海边或岛上的台站的快剪切波偏振方向较为离散,主要是受到不规则表面地形和断裂交汇的影响. 慢剪切波延迟时间的空间分布特征,显示沿海地区慢剪切波延迟时间变化较大,而内陆地区则较为平缓.     

首都圈地区远震基底PS波分裂研究

远震PS波的一个重要优势是其携带台站下方介质的各向异性信息.本文基于首都圈数字地震台网2002-2003年记录的高精度远震波形资料,从基底PS转换波入手,采用三分量PS波分裂偏振分析方法,获取各个台站下方来自基底的PS波分裂参数,包括快波偏振方向和快、慢波的时间延迟等,分析台站下方浅部地壳介质的各向异性特征.几个台站的研究结果显示,该方法保持了原始波场的信息,可以用来分析PS波分裂特征;短周期台站记录的远震来自基底的PS波具有干扰少、信噪比高的特点,存在分裂现象,各台站快慢波时差超出我们的预期值,平均在0.1~0.2 s左右.此研究可与横波分裂相对比,对于认识地壳各向异性及其内部的应力状态,分析其构造及地震活动现象有较大的意义.