论全球地震面波层析成像的参数化与样条插值模型

本文的参数化方法考虑不完全依赖数据分布的基函数的构造方法。借助函极小问题与样条插值问题的密切联系,得到了样条函数形式的参数化方法,即样条插值模型,样条插值模型是著名的Ｂａｃｋｕｓ－Ｇｉｌｂｅｒｔ模型在球面情形的推广。     

蒙古中南部地区面波相速度层析成像

本文采用小波变换频时分析技术提取了1893条蒙古中南部地区双台间基阶Rayleigh波相速度频散曲线,通过对提取到的相速度频散进行二维反演,首次重构了蒙古高原中南部10~80 s周期内分辨率为0.5°×0.5°的相速度分布图.结果表明,短周期相速度频散(10~20 s)明显受地表地形控制,表现为杭爱—肯特山盆地为相对高速异常,而南部的戈壁带表现为相对低速异常;在30 s到60 s周期内,南部的戈壁带和北部的杭爱—肯特山盆地都显示出稳定的高速异常,而中部戈壁带则表现为低速异常.该低速异常区与新生代火山岩出露位置的一致性,暗示该低速异常可能与新生代火山活动有关.穿过蒙古高原中部的两条主要断裂带与研究区内的地震波速度分布具有很好的一致性,可能暗示两条断裂带一直延伸到整个岩石圈.此外,蒙古中南部地区的壳幔速度低于全球平均大陆值,且其相速度频散曲线与遭受破坏的克拉通,尤其大陆裂谷很相似,可能暗示着研究区具有薄的、活跃的岩石圈构造.     

蒙古中南部地区与青藏高原东北缘地震面波层析成像

青藏高原东北缘与蒙古高原分别受到印度-欧亚板块碰撞的直接影响和远场效应作用,对这两个地区开展深入研究对我们了解碰撞导致的变形和构造运动、以及碰撞作用的边界范围有着重要意义。基于现有的台阵观测数据,我们分别开展了蒙古中南部地区与青藏高原东北缘的地震面波层析成像。1蒙古中南部地区位于中亚造山带腹地的蒙古地区,是公认的研究大陆岩石圈变形的关键地区之一。由于之前地震资料的不足,我们对其认识十分匮乏。本研究收集了架设在蒙古中南部的69个地震台站观测数据。运用小波变换频时分析技术提取了7 181条瑞利波和901条勒夫波台站间相速度频散。采用连续分区(continuous regionalization)方法构建了蒙古中南部地区12~80s周期内的相速度及其方位各向异性分布图。与已有结果相比,本文结果具有更高的分辨率。基于获得的纯路径频散,遵循Montagner提出的各向异性表述,采用非线性最小二乘算法,我们逐点反演了研究区内每个网格点下的相关参数,获得了蒙古高原中南部地区三维SV波的速度结构分布。结果表明:(1)中戈壁带在整个地壳和上地幔顶部都表现为低速异常,且深度大致延伸到70km左右,其各向异性强度较弱且快波方向较为杂乱。地质资料也显示,在中戈壁带有大量分布的新生代火山岩,可以推断出露的火山岩跟中戈壁带地壳和上地幔顶部的低速结构有直接关系,且中戈壁带下方可能存在垂向的地幔流。(2)在蒙古主断裂带(MML)两侧,S波速度结构与方位各向异性都表现出极大的差异,证实了该断裂带的存在且可能延伸到整个岩石圈。(3)在断裂带MML以南的南戈壁带,地壳内方位各向异性表现为NNE-SSW方向,推测跟印度-欧亚板块碰撞产生的远程效应有关。进入上地幔后,南戈壁带相速度方位各向异性主要表现为NWW-SEE方向,非常接近APM方向。这可能表明南戈壁带上地幔方位各向异性受地幔流动的影响。地壳与上地幔表现出来的完全不同的方位各向异性特征,可能暗示南戈壁带地壳与上地幔变形是解耦的。(4)杭爱—肯特山盆地及其周边地区的方位各向异性在我们给出的周期范围内基本上保持为NNW-SSE方向,表现出垂直连贯变形的特征。其快波方向垂直于贝加尔湖裂谷,与裂谷张开的方向一致,我们推测该区域的应力场受到贝加尔湖裂谷的控制。2青藏高原东北缘利用青藏高原东北缘地区固定和流动地震台网2007年8月~2012年1月期间记录的远震波形,运用小波变换频时分析方法分别测定了1 216和653条周期为15~140s的台站间基阶瑞利波相速度和群速度频散曲线。通过对上述频散进行反演,重构了青藏高原东北缘分辨率高达0.5°×0.5°的二维相速度和群速度分布图。然后通过对所提取到的每个网格点瑞利波相速度和群速度频散进行联合反演,得到了研究区下方一维S波速度结构。最后通过线性插值,得到了青藏高原东北缘下方地壳上地幔三维S波结构。结果表明:(1)在本文的速度结构图上,班公—怒江缝合带下方存在显著的深达180km的高速异常,我们推断位于班公—怒江缝合带下面的高速块体可能就是印度板块,这表明印度板块的前缘已经俯冲到了班公—怒江缝合带附近。(2)我们的结果显示,在青藏高原东北缘的柴达木盆地北部和祁连山地块下面100~250km深处存在板片状高速异常体。结合已有的研究结果和该高速异常体的形态,我们推测此高速异常体可能就是亚洲板块,其前缘已经抵达柴达木盆地北部,且没有明显的向南俯冲的迹象。(3)在印度、亚洲岩石圈地幔中间,我们可以看到显著的延伸到250km深度的低速异常,此低速且低阻异常体的深度远超过南侧的印度板块和北侧的亚洲板块,可能是地幔物质底辟上涌现象造成的。     

华北北部地区地壳三维P波速度结构的双差地震层析成像

利用区域固定台站和华北科学探测台阵记录的10 461个近震事件的183 909个Pg波绝对走时和495 753个相对走时数据,采用双差地震层析成像获得华北北部(37.5°～41.5°N,111.5°～119.5°E)范围内的地壳三维P波速度结构模型。结果表明:研究区内各主要构造单元具有明显不同的速度结构特征,速度异常的走向与区域构造的走向一致,浅层速度图像很好地反映了地表地质和岩性的变化;重定位后的大部分地震集中在0～20km的深度上,主要位于低速区的内部或高速和低速区的交界部位;三河—平谷和唐山地震震源区中、下地壳的低速异常可能是流体的显示。结合前人成果和本文模型所揭示的深、浅结构,我们认为太平洋板块在中国东部之下的俯冲和滞留引起板块脱水、软流圈物质上涌等一系列过程,软流圈热物质到达上地幔顶部并沿超壳断裂上侵进入地壳,致使上地幔顶部和下地壳中的含水矿物发生脱水作用产生流体,流体继续上移造成中、上地壳发震层的弱化,从而导致大地震的发生。因此华北北部地区的强震活动,以及地壳结构的非均匀性应是与太平洋板块俯冲、滞留引起的深部过程密切相关的。     

繁峙—太仆寺旗剖面S波资料解释及深部构造特征与地震相关性分析

通过对繁峙－怀安－太仆寺旗三分向深地震测深宽角反射／折射剖面的Ｓ波资料进行处理、结合Ｐ波处理结果，给出了地壳上地幔的Ｓ波速度ＶＳ及介质物性参数泊松比σ的二维结构；综合地质及其它的地球物理资料，参照国内外岩石物理参数的实验结果，对地壳深部结构，构造及岩性进行了解释和推测。     

南海及邻近地区面波层析成像和S波速度结构

本文介绍由面波层析成像得到的南海和邻近地区地壳上地幔三维S波速度结构.研究区域介于100°E ~130°E和0°~30°N之间,南海位于区域中心,其北、西、南三面通过大陆架和陆坡分别与华南、印支和巽它地块相连,东面邻接台湾—菲律宾岛弧和西菲律宾海盆.由面波层析成像得到的速度结构横向变化与研究区内构造单元的划分基本相符,给出了各个单元的主要结构特征.(1)扬子地块具有厚而高速的岩石圈,华南褶皱带和印支地块具有活动陆块的结构特征,西菲律宾海盆表现为一个较老的稳定的海盆,而岛弧地带显示低速的岩石圈和俯冲板片引起的高速.(2)南海海盆岩石圈厚度60~70 km,横向变化不大,软流圈内低速不显著,整体上表现出一个已停止扩张的年轻海盆的结构特点.与东部中央海盆相比,西南次海盆的上地幔盖层速度和软流圈速度都较低.(3)在南海海盆周边的陆缘地区,岩石圈厚度变化较大,上地幔盖层和软流圈速度较低,明显低于海盆和外围的大陆地区.红河断裂带也表现类似现象,说明这些地区的岩石圈新生代以来经历了长期的构造作用.     

南北地震带岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用天然地震面波记录和层析成像方法,研究了南北地震带及邻近区域的岩石圈S波速度结构和各向异性特征.结果表明南北地震带的东边界不但是地壳厚度剧变带,也是地壳速度的显著分界.其西侧中下地壳的S波速度显著低于东侧,强震大多发生在低速区内部和边界.青藏高原东缘中下地壳速度显著低于正常大陆地壳,在松潘甘孜地块和川滇地块西部大约25～45 km深度存在壳内低速层;这些低速特征与高原主体的低速区相连,有利于下地壳物质的侧向流动.地壳的各向异性图像与下地壳流动模式相符,即下地壳物质绕喜马拉雅东构造结运动,东向的运动遇到扬子坚硬地壳阻挡而变为向南和向北东的运动.面波层析成像结果支持青藏高原地壳运动的下地壳流动模型.南北地震带的岩石圈厚度与其东侧的扬子和鄂尔多斯地块相似但速度较低.川滇西部地块上地幔顶部(莫霍面至88 km左右)异常低速;松潘甘孜地块上地幔盖层中有低速夹层(约90～130 km深度).岩石圈上地幔的速度分布图像与地壳显著不同,在高原主体与川滇之间存在北北东向高速带,可能会阻挡地幔物质的东向运动.上地幔各向异性较弱且与地壳的分布图像显然不同.因此青藏高原岩石圈地幔的构造运动具有与地壳不同的模式,软弱的下地壳提供了壳幔运动解耦的条件.     

腾冲火山区的地震层析成像及其构造意义

利用滇西南临时台网和固定台站的地震数据反演了腾冲及邻近地区的P波速度结构,着重分析了腾冲火山区和龙陵7级地震震源区的地壳结构特点.研究结果表明,腾冲火山区下方10~20 km深度范围存在明显的低速区,其横向尺度大约在20~30 km之间;推测这一低速区代表了仍处于活动状态的壳内岩浆源,热流通道有可能通过腾冲断裂延伸至地壳深部.地壳速度结构自东向西的变化显示出与不同时期的火山活动的关系,腾冲东侧偏高的速度结构反映了龙川江一带上新世时期火山通道内冷凝固结的岩浆侵入体或不易挥发的高密度残留物质,腾冲西侧的低速异常揭示了更新世以来持续至今的岩浆作用和热流活动.龙陵7级地震震源区的地壳结构存在明显的横向非均匀性,M7.3级和M7.4级地震与怒江断裂和龙陵断裂两侧的结构差异密切相关,它们分别发生在高速区和低速区的分界附近.怒江断裂东侧和龙陵断裂西侧具有较高的速度,是震源区应力积累的主要载体;两断裂之间地壳速度明显偏低,有可能是多期次的岩浆侵入导致地壳结构强度降低,使得怒江断裂和龙陵断裂易于受构造应力作用而引发强烈地震,估计地震的震源深度在10~12 km之间.     

云南小湾水库蓄水后P波速度结构的双差地震层析成像研究

联合小湾水库库区及其附近11249个地震的P波绝对到时、相对到时数据,利用双差地震层析成像方法反演得到小湾水库蓄水后2008年12月16日～2011年6月30日和2011年7月1日～2016年12月31日2个时间段内库区及其附近的地震重定位结果和三维P波速度结构。结果表明,蓄水后黑惠江段和小湾水库回水澜沧江段地震的增多与水库蓄水有关。由于水体渗透导致孔隙压变化,并随着时间的推移孔隙压变化朝着更深的部位扩散,地震震源深度也随之向深部扩散,进而导致介质变化和P波速度降低。蓄水回水至澜沧江保山段后该区域地震增多,P波速度下降,库水渗透作用为主控因素,该区域地下一定深度的地质构造有利于库水的快速渗透。初步判定2015年10月30日云南昌宁M_S5.1地震余震序列是与蓄水有关的柯街断裂上的构造地震。同时,也存在着与蓄水相关性不大的属于构造地震的活动,如云南施甸一带历来地震多发,施甸2010年6月1日M_L4.8、2012年9月11日M_S4.7地震序列均属于构造地震,与水库蓄水无关。     

井间地震射线层析成像

本文采用射线走时对井间介质的地震波速进行层析成像，反演出井间介质的异常分布和构造．作者用快速弯曲射线迫踪法求解初值问题，用两步法和插值逼近法结合求解两点问题，避免了复杂运算，提高了运算效率和精度．反问题的数值计算用ＬＳＱＲ法．为了求取速度任意分布、对比度大的较为复杂介质模型的槽确初至时，本文采用动态程序法。该法灵活不受地质界面条件约束，且对介质速度分布未加任何限制。本文给出了几个算例．文中层析成像试验结果表明，此种层析成像算法是成功和有效的。     

华北地区瑞利面波噪声层析成像研究

华北具有中国大陆最古老的克拉通构造,自中生代以来,华北克拉通活化,发生大规模的伸展和裂解,岩石圈减薄,并成为中新生代构造强烈活动的地区。华北地区不但是中国的政治、经济和文化中心,也是地震灾害多发区,历史上曾发生过多次破坏性地震。近代发生的唐山、滦县、宁河强震造成了巨大的经济损失和人员伤亡,因此该区一直是中国的地震重点监视防御区。     

A Fast and Reliable Method for Surface Wave Tomography

—?We describe a method to invert regional or global scale surface-wave group or phase-velocity measurements to estimate 2-D models of the distribution and strength of isotropic and azimuthally anisotropic velocity variations. Such maps have at least two purposes in monitoring the nuclear Comprehensive Test-Ban Treaty (CTBT): (1) They can be used as data to estimate the shear velocity of the crust and uppermost mantle and topography on internal interfaces which are important in event location, and (2) they can be used to estimate surface-wave travel-time correction surfaces to be used in phase-matched filters designed to extract low signal-to-noise surface-wave packets.¶The purpose of this paper is to describe one useful path through the large number of options available in an inversion of surface-wave data. Our method appears to provide robust and reliable dispersion maps on both global and regional scales. The technique we describe has a number of features that have motivated its development and commend its use: (1) It is developed in a spherical geometry; (2) the region of inference is defined by an arbitrary simple closed curve so that the method works equally well on local, regional, or global scales; (3) spatial smoothness and model amplitude constraints can be applied simultaneously; (4) the selection of model regularization and the smoothing parameters is highly flexible which allows for the assessment of the effect of variations in these parameters; (5) the method allows for the simultaneous estimation of spatial resolution and amplitude bias of the images; and (6) the method optionally allows for the estimation of azimuthal anisotropy.¶We present examples of the application of this technique to observed surface-wave group and phase velocities globally and regionally across Eurasia and Antarctica.     

Global Models of Surface Wave Group Velocity

—?Measurements of group velocity are derived from phase-velocity dispersion curves and modeled with global laterally-varying isotropic structure. Maps for both Love and Rayleigh waves are created in the period range 35?s to 175?s. The data set of group-velocity measurements includes over 50,000 minor-arc observations and 5,000 major-arc observations. The errors in the measurements are estimated by an empirical method of comparing pairwise-similar paths, resulting in uncertainties which are 20% to 40% of the size of the typical measurement. The models are determined by least-squares inversion for spherical harmonic maps expanded up to degree 40. This parameterization allows for resolution of structures as small as 500?km. The models explain 70–98% of the variance relative to the Preliminary Reference Earth Model (PREM). For the area of Eurasia, the group-velocity maps from this study are compared with those of Ritzwoller and Levshin (1998). The results of the two studies are in very good agreement, particularly in terms of spatial correlation. The models also agree in amplitude at wavelengths longer than 30?degrees. For shorter wavelengths, the agreement is good only for models at short periods. The global maps are useful for prediction of group arrival times, for revealing tectonic structures, for determination of seismic event locations and source parameters, and as a basis for regional group-velocity studies.     

Scattered Surface Wave Energy in the Seismic Coda

One of the many important contributions that Aki has made to seismology pertains to the origin of coda waves (Aki, 1969; Aki and Chouet, 1975). In this paper, I revisit Aki's original idea of the role of scattered surface waves in the seismic coda. Based on the radiative transfer theory, I developed a new set of scattered wave energy equations by including scattered surface waves and body wave to surface wave scattering conversions. The work is an extended study of Zeng et al. (1991), Zeng (1993) and Sato (1994a) on multiple isotropic-scattering, and may shed new insight into the seismic coda wave interpretation. The scattering equations are solved numerically by first discretizing the model at regular grids and then solving the linear integral equations iteratively. The results show that scattered wave energy can be well approximated by body-wave to body wave scattering at earlier arrival times and short distances. At long distances from the source, scattered surface waves dominate scattered body waves at surface stations. Since surface waves are 2-D propagating waves, their scattered energies should in theory follow a common decay curve. The observed common decay trends on seismic coda of local earthquake recordings particular at long lapse times suggest that perhaps later seismic codas are dominated by scattered surface waves. When efficient body wave to surface wave conversion mechanisms are present in the shallow crustal layers, such as soft sediment layers, the scattered surface waves dominate the seismic coda at even early arrival times for shallow sources and at later arrival times for deeper events.     

用噪声成像方法研究云南地区强震前地震面波速度变化

本文利用2008年1月至2010年1月云南地震台网46个台站的连续波形资料, 采用背景噪声方法计算云南地区不同台站对之间的面波延迟时间, 通过层析成像方法反演得到不同时间段相同时间窗长的面波波速分布。 根据试验, 将三个月的时间窗长作为云南地区得到稳定信噪比的延迟时间的叠加天数。 结果表明, 不同时间段得到的波速结构具有明显的变化。 这些变化表明: ① 2008年汶川8.0级地震后, 程海断裂带波速增加, 能量积累加剧; ② 2008年攀枝花6.1级地震前攀枝花地区处于速度升高和速度降低的分界带上; ③ 2009年姚安6.0级地震前震中所在区域面波波速升高, 而震后出现降低。 与传统的动态成像相比, 背景噪声方法由于采用固定的台站对, 不同时间段的射线固定, 这样可以减小由于不同时段地震分布不均一和震源定位而引起的误差, 使动态反演结果更加可靠。     

基于频率漂移法的地质透射雷达波的衰减层析成像

本文介绍一种电磁波衰减层析成像的方法。这种成象方法利用电磁波振幅谱重心频率的下移作为投影函数来重建本征衰减系数（目标函数）的空间分布。作者已经将帝种方法应用于处理地质雷达的预测资料。对于大多数天然介质而言。当电磁波信号的频率不高于过滤频率（介质电导率与电容率之比）时，电磁波的衰减会随着频率的增高而增强。因而，接收到的电磁波信号的振幅谱重心频率将发生向低频方向的飘移。这种下移正比于本征衰减系数沿射线     

Surface Wave Tomography of the Arctic from Rayleigh and Love Wave Group Velocity Dispersion Data

Izvestiya, Physics of the Solid Earth - The results of studying the deep structure of the Earth’s crust and upper mantle of the Arctic from surface wave data are presented. For this purpose,...