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。     

非线性随机海浪的波高分布

利用水波动力学中的Stokes波理论建立了随机波统计模式, 并由此导出了非线性海浪的波高概率分布函数. 结果表明, 水波波陡既可作为控制波高分布函数变化的参量, 又能通过它的大小体现波高分布偏离瑞利分布的程度.含有波陡参量的波高统计分布克服了瑞利分布大波预报过高, 而众值预报过低的不足之处; 同时也使得小概率对应的波高值比瑞利分布预报的为低.资料验证表明, 新提出的波高分布在应用中更为合理.     

1992年美国加州兰德斯地震——地壳结构不均匀性对地震发生的影响

为了理解地震的发生和地壳结构不均匀性的关系,利用南加州地震台网的固定台和临时台所记录的2863个兰德斯余震和区域地震,共计107401个P波和19624个S波高质量的到时数据,采用地震层析成像方法得到了兰德斯地震区P波和S波的精细的三维速度结构和泊松比分布．结果显示,地震的发生和分布与地壳结构的横向不均匀性有密切的关系．总体上看,兰德斯地震区余震成丛分布,并被低速块体截断,其中4级以上地震大多分布于P波高、低速异常过渡区域或偏向高速块体一侧,这可能是因为高速区多属地壳脆性介质,易于造成应力集中,导致地震;反之,低速度区则可能代表破碎程度较高、富含流体或温度较高区域,因而更倾向于产生无震变形．基于兰德斯地震区强震震源位置、地震区P波、S波速度异常与泊松比分布推断,兰德斯地震区可能有流体存在．地壳流体易使地壳岩石弱化,从而引发大地震．     

浅水非线性随机海浪的波高分布

利用水波动力学中的浅水Stokes波理论建立了随机波统计模式,并由此导出了浅水非线性海浪的波高概率分布函数．所导出的以浅水波陡和浅水因子作为参数的波高概率分布在物理上更为合理．这两个参数既可作为控制波高分布函数变化的参量,又能通过它们体现波高分布偏离瑞利分布的程度．新的波高分布克服了瑞利分布大波预报过高,而众值预报过低的不足之处;同时也使得小概率对应的波高值比瑞利分布预报的为低．浅水波陡的作用与深水情况类似,而浅水因子的作用则体现在分布众值对应的波高随着浅水因子的变小而逐渐降低以及浅水波浪分布更为集中等方面．资料验证表明,本文结果更具合理性．     

地震放大效应与地下地质结构——龙门山山前玉皇观区域观测数据分析

通过布置于龙门山断裂带中段、龙门山山前玉皇观区域的地震观测台站阵列接收地震数据,研究该区域的地震动放大效应和地下地质结构.观测阵列共10台宽频带地震仪,分布在玉皇观河口冲积扇区域.分别采用参考场址谱比法(RSSR)和HV谱比法(HVSR)计算64个高信噪比近震数据的振幅谱比函数,结果显示在玉皇观区域具有较明显的地震动放大效应,并且局部场址效应显著.以S06场址为例,建立近地表地震地质模型,通过SH波放大效应正演模拟研究该场址的地震动放大模式.RSSR与HVSR的结果表明,两者所计算的场址放大效应主频一致,但是HVSR的放大峰值却比RSSR的放大峰值大一倍左右,表明HVSR的结果可能包含了波场在近地表低速层之下传播路径的改造作用.另外,采用27个远震P波的接收函数计算了该区域地壳上地幔S波速度结构.接收函数研究结果显示玉皇观地区的莫霍面深度为44 km,沉积盖层、结晶地壳和上地幔的S波速度分别为2.5 km·s~(-1)、3.5 km·s~(-1)和4.5 km·s~(-1).观测阵列台站之间的接收函数反演结果一致性较好,说明本研究区域范围内地形地貌等近地表结构因素的相对变化对接收函数的影响不大.     

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。      

山东地区地壳三维纵横波速度和泊松比结构及其对地震活动性的影响

基于山东及邻区丰富的P波和S波到时数据反演获得了研究区内高精度的三维纵横波速度结构和泊松比异常分布形态。结果表明:2020年济南长清M_S4.1地震震中位于P波、S波高低速异常和高低泊松比异常过渡带,可能是区域构造应力下长清断裂发生左旋走滑运动的结果;2003年青岛崂山M_L4.1地震、崂山震群、乳山震群和长岛震群等的发生可能都受到流体的强烈影响,流体沿已有的较大断裂或相对完整岩体内的裂隙侵入,诱发断裂活动或裂隙破裂,从而导致中强地震或震群活动的发生。      

晋冀蒙交界地区构造应力场特征

正利用基于P波初动和振幅比反演震源机制解的HASH方法,得到晋冀蒙交界地区2008年1月—2015年12月共1280次M L2.0以上地震的震源机制解。选取结果较为可靠的1068次地震的震源机制解,将研究区域划分为1°×1°的网格,采用阻尼区域应力反演方法(M_sATSI软件)获得了晋冀蒙交界地区的更小尺度平面的应力分布和应力状态分布随深度的变化。     

渭河断陷地壳三维S波速度结构和VP/VS分布图像

利用陕西及邻省区域地震台网的观测数据,采用重叠元迭代重建层析成像技术,结合两点快速射线追综,对渭河断陷盆地地壳的S波速度进行了层析反演成像.并利用前期P波速度的研究结果,计算了该地区地壳的VP/VS分布.研究结果表明:(1)S波速度分布两个地区存在强烈的横向不均匀性,其一是陕晋交界的合阳、永济地区,二是铜川、泾阳地区,它们都位于不同构造单元交汇地带,差异运动显著,是新老地层交错的地区.(2)历史强震震中主要分布在S波的高速区及边缘地带;(3)在淳化、耀县、泾阳之间存在VP/VS高值区,最高达2.1.     

龙门山中段及其临近地区上地壳细结构——人工地震测深结果

收集了最新完成的穿过青藏高原东缘松潘-甘孜地块、龙门山中段及四川盆地的遂宁-阿坝人工地震测深剖面数字地震记录资料,用波前成像方法对高信噪比的Pg、Sg波走时数据进行了仔细的分析处理,得到了该区域上地壳P、S波速度细结构特征及泊松比分布(如图所示).     

不同地区人工爆炸与天然地震记录特征及识别研究

本文分析了河北怀来多次爆炸、河北三河采石场多次爆炸和低震级天然地震事件的记录特征和时频差异。结果显示:河北怀来爆炸的P波能量强、衰减快、S波发育弱;河北三河采石场爆炸的P波、S波主频均低于怀来爆炸,S波与面波混淆,不同震中距的台站记录低频发育明显;而天然地震的有效频带更宽,频率成分更为复杂。将Pg/Sg谱比判据应用于小震级地震与爆炸的识别中,探索交叉频带谱比对不同地区爆炸的识别。结果表明:高频（＞5 Hz）Pg/Sg谱比判据可将研究数据中的爆炸与小震级地震完全区分;与Sg低频（0—2 Hz）有关的交叉频带谱比可对两个不同地区的爆炸进行识别,交叉频带的谱比判据较传统的单一频带谱比判据能够更好地反映出不同类型事件的特征差异。      

多次各向异性散射模式对S波能量密度包络曲线的影响

在多次各向异性散射理论的基础上,本文重新推导了方向性散射系数的球函数展开式.引入特征时间的概念,来定义震源处初始地震波脉冲宽度,并在地震波能量密度积分方程中引入任意给定频率的初始脉冲能量谱密度的解析表达.通过离散波数方法求解了修正的地震波能量密度积分方程.基于积分方程的数值解,研究了不同散射模式对S波能量密度包络曲线的影响.计算结果表明:随着震源距的增加,在S波到时之后,多次各向异性散射模式与多次各向同性散射模式合成的能量密度包络差异逐渐增大.其中通过多次前散射模式,我们可以得到不同震源距的尾波能量密度包络的同一衰减趋势,以及S波能量密度包络随着震源距的增加而出现的展宽现象.最后,利用美国内华达州Wells地震余震的台站记录验证了多次前散射模式的实用性与有效性.     

不同散射模式下S波包络合成

为揭示地震波在地壳小尺度非均匀介质中的散射过程,更准确地描述地震波的包络展宽现象,本文基于多次各向异性散射理论,采用离散波数法求解能量密度积分方程,选取高斯型自相关函数表征的散射模式,得到S波能量密度包络.基于此,本文首先分析了单次散射和多次散射在形成S波能量密度包络中的贡献规律;然后探讨了吸收系数和总散射系数对合成S...     

0.9 m薄煤层SH型槽波频散特征及波形模式

在0.9 m薄煤层中使用放炮方法做微震震源的条件,通过对所采集到的薄煤层槽波信号进行分析,发现薄煤层槽波在频域中存在高频和低频两个独立并且不连续的波段.其中高频区大约以2000 Hz为中心,低频域的中心频率约为490 Hz,并且高频域和低频域的能量差异不显著.通过时频分析,可以清晰地看到高、低两个频域几乎在同一时刻触发,并且其小波相关系数在这两个域中的分布规律表现出一定的相似性.通过对0.9 m薄煤层槽波频散曲线的理论分析可知,现场观测到的Airy震相的频率及速度和其理论值较为接近.震源置于煤层中心,且炸药能量对顶底板的扰动,对第二阶对称波形模式下槽波高频部分的形成起着关键作用.在这一对称高阶波形模式下槽波的波速基本上和煤层顶底板中S波的波速一致.由于这两个触发的波形模式在时间域中具有相似的特征,建议在高频域和低频域同时发育较好的薄煤层槽波勘探中,可以采用在同一时间域中高低频相结合的方法提高利用槽波勘探分析的效果.     

Numerical analysis of seismic wave propagation in fluid-saturated porous multifractured media

Elastic wave propagation and attenuation in porous rock layers with oriented sets of fractures, especially in carbonate reservoirs, are anisotropic owing to fracture sealing, fracture size, fracture density, filling fluid, and fracture strike orientation. To address this problem, we adopt the Chapman effective medium model and carry out numerical experiments to assess the variation in P-wave velocity and attenuation, and the shear-wave splitting anisotropy with the frequency and azimuth of the incident wave. The results suggest that velocity, attenuation, and anisotropy vary as function of azimuth and frequency. The azimuths of the minimum attenuation and maximum P-wave velocity are nearly coincident with the average strike of the two sets of open fractures. P-wave velocity is greater in sealed fractures than open fractures, whereas the attenuation of energy and anisotropy is stronger in open fractures than sealed fractures. For fractures of different sizes, the maximum velocity together with the minimum attenuation correspond to the average orientation of the fracture sets. Small fractures affect the wave propagation less. Azimuth-dependent anisotropy is low and varies more than the other attributes. Fracture density strongly affects the P-wave velocity, attenuation, and shear-wave anisotropy. The attenuation is more sensitive to the variation of fracture size than that of velocity and anisotropy. In the seismic frequency band, the effect of oil and gas saturation on attenuation is very different from that for brine saturation and varies weakly over azimuth. It is demonstrated that for two sets of fractures with the same density, the fast shear-wave polarization angle is almost linearly related with the orientation of one of the fracture sets.     

首都圈地区爆破、矿塌和天然地震的识别研究

选取首都圈地区2008年8月——2009年9月ML在2.0——2.2范围内的爆破、矿塌和天然地震数据资料,从时间域和频率域进行分析对比,总结出识别爆破、矿塌和天然地震的依据．在时域方面,爆破的初动方向向上,矿塌向下,天然地震的初动方向依赖于台站的分布情况;爆破和矿塌的面波比较发育;天然地震的S波与P波最大振幅比(AS/AP)大于爆破和矿塌,同时,爆破和矿塌的能量衰减比天然地震快．在频域方面,高频成分的能量衰减快于低频;天然地震的拐角频率较高,爆破次之,矿塌的最小;在震中距200 km范围内,爆破的顶峰频率主要分布在5——7 Hz,矿塌分布在2——4 Hz,天然地震的顶峰频率较大,在10——18 Hz范围内.另外,天然地震的频率域较宽,其次为爆破、矿塌．      

Sensitivity of seismic waves to structure

We study how the perturbations of a generally heterogeneous isotropic or anisotropic structure manifest themselves in the wavefield, and which perturbations can be detected within a limited aperture and a limited frequency band. A short-duration broad-band incident wavefield with a smooth frequency spectrum is considered. In-finitesimally small perturbations of elastic moduli and density are decomposed into Gabor functions. The wavefield scattered by the perturbations is then composed of waves scattered by the individual Gabor functions. The scattered waves are estimated using the first-order Born approximation with the paraxial ray approximation. For each incident wave, each Gabor function generates at most 5 scattered waves, propagating in specific directions and having specific polarisations. A Gabor function corresponding to a low wavenumber may generate a single broad-band unconverted wave scattered in forward or narrow-angle directions. A Gabor function corresponding to a high wavenumber usually generates 0 to 5 narrow-band Gaussian packets scattered in wide angles, but may also occasionally generate a narrow-band P to S or S to P converted Gaussian packet scattered in a forward direction, or a broad-band S to P (and even S to S in a strongly anisotropic background) converted wave scattered in wide angles. In this paper, we concentrate on the Gaussian packets caused by narrow-band scattering. For a particular source, each Gaussian packet scattered by a Gabor function at a given spatial location is sensitive to just a single linear combination of 22 values of the elastic moduli and density corresponding to the Gabor function. This information about the Gabor function is lost if the scattered wave does not fall into the aperture covered by the receivers and into the legible frequency band.     

Frequency-Dependent Energy Dissipation of Irregular Breaking Waves

Results of field experiments and simulation are used to study the hypothesis that energy dissipation from irregular breaking waves can have a nonuniform distribution over the frequency. It was found that the wave energy dissipation in the outer surf zone is practically independent of the frequency and can be approximated by a constant. A quadratic or a selective (at the frequency band of second–third harmonics) dependence of energy dissipation on frequency was found to form in the inner part of the surf zone, where it is controlled by wave asymmetry and bed slope. The dissipation of the energy of breaking waves was shown to proceed in such a way as to compensate for the effect of processes of linear or nonlinear deformation of waves.     

含流体孔隙介质中面波的传播特性及应用

基于单相介质中地震波理论的高频面波法已广泛应用于求取浅地表S波的速度.然而水文地质条件表明,普遍的浅地表地球介质富含孔隙.孔隙中充填的流体会显著地影响面波在浅地表的传播,进而造成频散和衰减的变化.本文研究了地震勘探频段内针对含流体孔隙介质边界条件的面波的传播特性.孔隙流体在自由表面存在完全疏通、完全闭合以及部分疏通的情况.孔隙单一流体饱和时,任何流体边界条件下存在R1模式波,与弹性介质中的Rayleigh波类似,相速度稍小于S波并在地震记录中显示强振幅.由于介质的内在衰减,R1在均匀半空间中也存在频散,相速度和衰减在不同流体边界下存在差异.Biot固流耦合系数(孔隙流体黏滞度与骨架渗透率之比)控制频散的特征频率,高耦合系数会在地震勘探频带内明显消除这种差异.介质的迂曲度等其他物性参数对不同流体边界下的R1波的影响也有不同的敏感度.完全闭合和部分疏通流体边界下存在R2模式波,相速度略低于慢P波.在多数条件下,如慢P波在时频响应中难以观察到.但是在耦合系数较低时会显现,一定条件下甚至会以非物理波形式接收R1波的辐射,显示强振幅.浅表风化层低速带存在,震源激发时的运动会显著影响面波的传播.对于接收点径向运动会造成面波的Doppler频移,横向运动会造成面波的时频畸变.孔隙存在多相流体时,中观尺度下不均匀斑块饱和能很好地解释体波在地震频带内的衰减.快P波受到斑块饱和显著影响,R1波与快P波有更明显关联,与完全饱和模型中不同,也更易于等效模型建立.频散特征频率受孔隙空间不同流体成分比例变化的控制,为面波方法探测浅地表流体分布与迁移提供可能性.通常情况孔隙介质频散特征频率较高,标准线性黏弹性固体可以在相对低频的地震勘探频带内等效表征孔隙介质中R1波的传播特征,特别在时域,可在面波成像反演建模中应用.     

Numerical study of seismic scattering and waveguide excitation in faulted coal seams

Finite‐difference P‐SV simulations of seismic scattering characteristics of faulted coal‐seam models have been undertaken for near‐surface P‐ and S‐wave sources in an attempt to understand the efficiency of body‐wave to channel‐wave mode conversion and how it depends on the elastic parameters of the structure. The synthetic seismograms clearly show the groups of channel waves generated at the fault: one by the downgoing P‐wave and the other by the downgoing S‐wave. These modes travel horizontally in the seam at velocities less than the S‐wavespeed of the rock. A strong Airy phase is generated for the fundamental mode. The velocity contrast between the coal and the host rock is a more important parameter than the density contrast in controlling the amplitude of the channel waves. The optimal coupling from body‐wave energy to channel‐wave energy occurs at a velocity contrast of 1.5. Strong guided waves are produced by the incident S‐sources for source angles of 75° to 90° (close to the near‐side face of the fault). As the fault throw increases, the amplitude of the channel wave also increases. The presence of a lower‐velocity clay layer within the coal‐seam sequence affects the waveguiding characteristics. The displacement amplitude distribution is shifted more towards the lower‐wavespeed layer. The presence of a ‘washout’ zone or a brecciated zone surrounding the fault also results in greater forward scattering and channel‐wave capture by the coal seam.