加入多次波的长时窗接收函数主成分分析及其在张八岭构造带地壳分析中的应用

接收函数主成分分析方法可以有效地提取单台接收函数中蕴含的台站下方地壳结构和速度各向异性信息, 本文在原有理论基础上将该方法应用于加入了多次波的长时窗接收函数.通过位于郯庐断裂带张八岭构造带的滁州台和嘉山台的数据进行分析验证, 并估计了该地区地下结构和速度各向异性信息.测试结果表明: 相较于仅对Ps转换波的接收函数主成分分析研究, 扩大时窗范围、加入多次波后, 利用第二主成分重构的径向接收函数中信息更加丰富, 且更有利于对构造特征和速度各向异性进行约束.研究同时发现, 重构的接收函数在多次波的时窗内的稳定性更强.实际数据结果显示: 张八岭构造带东缘滁州台下方地壳底部具有倾向指北、向下倾斜不超过20°的构造特征, 壳内具有快轴方向近似平行于郯庐断裂带走向且不大于7%的速度各向异性.而嘉山台下的地壳横向结构变化幅度不大, 具有较弱的速度各向异性特征, 但沉积层底界面表现为近北东走向, 向东南下倾的构造特征.这种差异的地壳结构特征也指示出该构造带在演化过程中具有较高的非均一性.

     

模拟退火法反演远震P波波速慢度及方位数据求解长谷破火山口地壳速度结构

模拟退火法系一种非线性整体搜索算法,本文用以反演远震P波波速慢度和方位数据,求解地壳速度结构。综合试验表明,用模拟退火法能够以合理的精度确定P波低速带的空间位置,并能使近70％的目标速度扰动得以再现。实验表明,用少至两个台站的资料便可得到明显的结果。对长谷火山口的射线方向数据的反演发现,在8km深的再生穹丘构造以下存在一个不对称的低速带,相对背景波速有-25％的变动。这一低速带向东南延伸,深度至少达24km,其波速变动约为-10％。这些特征基本与远震走对的反演结果以及射线方向的正演模拟结果相一致,可能与长谷破火山口残余的岩浆房有关。     

安徽中部地区上地壳二维Pg波速度成像分析

利用1976—2014年安徽、江苏、河南、浙江省56个台站记录的近震数据,共提取4 922条Pg波震相走时数据,对安徽中部地区上地壳速度结构进行了二维层析成像反演。反演结果显示:安徽中部地区Pg波速度为6.50 km/s,其横向速度变化为-0.24~0.24 km/s,研究区速度异常分布范围较好地吻合于地表构造单元形态,速度分布特征还反映出不同构造单元在地质演化中存在构造机理和物质组成方面的耦合现象。大别山高压、超高压变质带下方不存在大规模的高速体。"霍山窗"等几个地震高发区均位于高、低速度异常区的边界地带,说明地壳速度的转换带亦是构造上的不稳定带,易于发生应力的转换和能量集聚,造成该地区小震频发或引发中强地震。     

由单台远震P波偏振资料反演北京台站邻域的速度结构

地震台网的一个基本目的是研究地球的结构, 鉴于核爆炸事件的监测以及地震减灾的需要, 台网中台站邻域的地下结构就成了远震位置精确测定中非常重要的课题. 利用CDSN的北京(BJI)台站的宽频带、高采样率的三分量地震记录计算远震的偏振, 试图用这些偏振资料反演北京台站邻域的速度结构, 特别是速度间断面的细节. 结果发现该台站西部地壳有一明显的低速带, 这同该地区已有的研究结果十分一致. 这使我们相信, 它不仅在实际上验证了, 在理论上利用偏振资料可以反演速度结构、特别是速度梯度变化的边界形状的可能性; 也从实践上表明了, 用单台高质量宽频带记录的偏振数据反演速度结构的可行性. 在这个意义上, 走时数据和偏振数据可以联合用来研究速度结构, 而偏振数据更适合于确定速度异常的边界. 而且, 如果联合使用偏振方法和接收函数方法, 充分利用它们的互补性, 就有可能既可得到台站邻域横向速度结构又可得到台站下方细致的垂向结构.     

利用SPAC法估算地壳S波速度结构

S波速度结构能够反映地球介质的物性差异,是地壳内低速区结构特征判别的重要依据.本文尝试利用空间自相关法(SPAC法)从地震台站微动信号的垂直分量中提取瑞利波相速度频散曲线,通过对频散曲线的反演获得地下介质的S波速度结构.以国家数字测震台网8个宽频带地震台站的实测微动数据为例,采用SPAC方法获得了首都圈地区北京附近约30 km 深度范围内的一维S波速度结构.结果表明,该区结晶基底埋深较浅约2 km;分别在5~8 km 和12~16 km 深处发育S波低速层;8 km 和 20 km 处是S波速度差异较大的速度分界面.这一结果与以往地震学及人工地震探测结果较为吻合,表明SPAC法估算地壳S波速度结构是可行、有效的.     

东沙隆起台缘带灰岩下构造畸变识别及成因分析

东沙隆起惠州台缘带具有优越的成藏条件,其储盖组合集中发育在台地区特有的一套厚层灰岩之下．该套灰岩高速且非均质性强,横向岩相变化剧烈,导致研究区真实构造难以准确恢复．本次研究结合区域井、震资料,分析构造畸变原因,以高精度叠前深度偏移速度场为数据基础,提出基于地质模式校正速度场的方法,运用变速层剥法恢复灰岩下伏构造,并通过累积误差分析恢复后构造形态合理、幅度可靠,最后通过地质成因分析构造形成的主控因素为深埋造成的压实差异．本方法在少井区实际钻井中得到证实,实钻误差远小于海上勘探标准,为同类型灰岩下伏构造恢复和评价提供了较好参考和依据．     

南海瑞雷面波群速度层析成像及其地球动力学意义

南海处于欧亚板块、 菲律宾海板块、 太平洋板块和印度-澳大利亚板块的交汇处, 其地质和构造作用十分复杂．通过面波群速度成像, 给出了南海及邻区的三维横波速度分布并分析了其地球动力学意义．南海西部和南部新布设的地震台站使得利用单台法时路径覆盖比过去更好. 特别是在华南地区, 新的台站分布能够弥补该地区地震少且台站少造成的射线密度不够的缺点． 首先运用多重滤波法得到南海周边48个台站周期为14——130 s范围内的基阶瑞雷波频散曲线图; 接着通过子空间反演得到整个区域在不同周期时的群速度分布; 最后通过阻尼最小二乘反演得到不同深度切片上的横波速度分布及不同纵剖面上的横波速度分布． 结果显示: ① 海盆速度较高, 且速度分布很好地勾勒出海盆的轮廓. 浅层较高的横波速度说明海盆都具有洋壳性质, 而深部较高的横波速度则可能对应扩张中心生成洋壳后残留的高速物质． 不同海盆速度上的差异与它们的热流值和年龄大小一致．海盆下的高速异常在60 km以下消失, 且在一定深度范围内由低速区替代． 在低速区下200 km深度, 在南海海盆观测到一条NE-SW走向的高速异常, 可能与古俯冲带有关. ② 环南海出现明显的高速区, 对应俯冲带特征, 且这些高速区速度差异明显且有间断, 说明俯冲带的非均质性和俯冲角度的差异. ③ 在环南海高速区内侧（向南海侧）观测到不连续的低速区． 在浅层, 这些低速区反映了沉积层和地壳的厚度特征. 在地幔, 这些低速区可能对应于古太平洋俯冲带的地幔楔或者也可能反映了南海海盆停止扩张后残留的地幔熔融物质. ④ 南海海盆岩石圈的厚度为60——85 km．      

2013年芦山MS7.0地震前南北地震带数字化水位、 水温高频信息异常特征及效能分析

数字化观测资料中含有丰富的高频异常信息, 这些高频信息中可能隐含着与地震有关的异常信号。 引入概率密度分布法对2013年4月20日芦山M_S7.0地震发生前南北地震带水位、 水温分钟值观测数据高频成分进行分析, 结果表明, 芦山M_S7.0地震前南北地震带共有17个测点、 19组数据出现高频异常信息, 其中水位5组、 水温14组, 高频异常多集中在四川南部构造带, 且随着时间进程发展, 异常幅值逐渐减小且异常出现向震中区迁移的特征。 通过应用Molchan图表法对提取的高频信息进行统计检验, 结果显示, 概率密度分布法提取的高频异常对地震具有较好的预测效果。 通过对震源区及附近区域大地构造演化、 前兆异常发展及地壳运动速度场等特征分析, 结果发现, 计算得到的地下流体高频异常空间分布特征与南北地震带地壳运动场具有很好的一致性, 表明利用概率密度分布法提取的高频异常与区域构造活动存在一定相关性, 同时也为前人关于对异常形成机理的研究提供了旁证。     

模拟退火法反演远震P波波速工及方位数据求解长谷破火山口地壳速…

模拟退火法系一种非线性整体搜索算法，本文用以反演远震Ｐ波波速慢度和方位数据，求解地壳速度结构。综合试验表明，用模拟退火法能够以合理的精度确定Ｐ波低速带的空间位置，并能使近７０％的目标速度扰动得以再现。实验表明，用少至两个台的资料便可得到明显的结果。     

海洋含水合物沉积层的速度频散与衰减特征分析

随着水合物含量的增加,往往会引起纵、横波速度的增加,同时也会引起衰减的变化.针对含水合物沉积层的速度频散与衰减特征分析,有助于水合物含量的估计.本文以有效介质理论模型（EMT）为基础,研究了海洋未固结含水合物沉积层的纵、横波速度的非线性变化趋势.同时采用BISQ模型替代有效介质模型中的Gassmann方程,具体分析了全频带范围内海洋含水合物沉积层的速度频散与衰减特征.采用该模型,速度与衰减均随着水合物含量的增加而增加,且岩石孔隙度与泥质含量对衰减系数的影响较小.针对大洋钻探计划（ODP）164航次的实际数据,运用该模型方程计算采用声波测井数据（20 kHz）与VSP数据（100 Hz）,分别获取了水合物稳定带的饱和度数据,平均在5%～7%之间,由于速度频散的影响,VSP估算结果要弱低于声波测井估算数据,均与实测保压取芯的甲烷含量数据、他人研究成果以及神经网络趋势预测结果均有着较好的一致性.对南海神狐海域三口钻位开展了水合物含量预测,与保压取芯结果有着较好的吻合关系.同时基于层剥离法提取该区域某地震测线BSR层的等效Q值,采用本文方法估算了该区域的等效天然气水合物含量15%～30%.数值模拟与实际应用结果表明：含水合物沉积层的速度频散与衰减特征均随着水合物含量的变化而变化,联合利用这一些变化特征,有助于天然气水合物含量的估计.     

利用Moho地形导纳法(MDDF)反演中国大陆岩石圈有效弹性厚度

本文用数值实验方法验证了,在Moho地形导纳法(MDDF)中使用先由重力数据反演的Moho面相对起伏数据,能较传统的重力地形导纳法获得更高的反演精度.之后作者应用Moho地形导纳法(MDDF)反演获得了精度较高的中国大陆区域岩石圈有效弹性厚度.结果显示:(1)中国地区岩石圈有效弹性厚度Te从东向西大体上呈阶梯状上升;(2)Te与岩石圈地震-热厚度、地表热流、上地幔顶部的地震波速度等数据密切相关;(3)在中国中东部, Te较低的区域以及Te的高低值转换带对应较强的地震活动性.但在西部,Te与地震活动性的相关性并不明显.     

台湾地区的随机噪音瑞利波层析成像研究

本文使用的数据来源于2004、2005和2008年台湾CWBSN(Central Weather Bureau Seismic Network)的18个宽频带台站记录的数据,2008年中国国家地震台网的2个宽频带台站数据和日本MASN(MeteorologicalAgency Seismic Network)的1个宽频带台站数据.通过互相关方法提取瑞利波的经验格林函数,利用相匹配滤波的时频分析技术测量瑞利波相速度频散曲线.利用面波层析成像方法给出台湾地区8s、12s、16s、20s的瑞利波相速度分布图,结果较好地揭示了地壳内部、尤其是浅部地壳的横向速度变化.研究表明,短周期的相速度分布同地表地质结构、地形密切相关,滨海平原、屏东盆地以及宜兰平原为低速区,西部丘陵、中央山脉以及海岸山脉地区为高速区;不同周期的相速度分布图显示,整体上低速区随相速度周期的增大逐渐向东移,这与台湾地区地壳内部速度的分布特征和构造特征基本一致.此外,屏东地区一直处于低速区,这可能与该地区布格重力负值异常有关.     

带数字记录的电子计算器在ZZZ—1型质子旋进式磁力仪中的应用

一、前言为了自动记录数字测量仪器的数据,记录系统多是采用数字打印机记录数据。而目前市场所提供的打印机,虽然记录速度较高,但体积大,容易出故障,维护任务重,且在记录速度不高的情况下,也没有必要采用数字打印机。目前市场上出售的 VOESA1871PD 带数字记录的电子计算器,具有数字打印功能,价格低,体积小,易于维护,使用方便,做一个接口线路即可以作为数字化仪器的数字记录器。我们已经把这种记录器应用于 ZZZ—1型磁力仪中,此外还试制出单独的接口线路,可供各种数字化仪器使用,数字仪输出数据的电平可以是 CMOS 电平,也可以是 TTL 电平。     

硬石膏断层带摩擦稳定性转换与微破裂特征的实验研究

断层带摩擦稳定性转换及其对应的微破裂特征对于地震成核条件和慢地震机理研究具有重要的意义.本文利用双轴实验装置研究了硬石膏断层带摩擦稳定性的转换及其对应的应变变化、微破裂特征,并分析了实验标本的微观结构.实验结果表明,σ2和加载点速度对断层滑动稳定性具有显著影响.在低σ2条件下,硬石膏断层带出现不稳定滑动,变形以局部化的脆性破裂和摩擦为主;随σ2的增加,断层由不稳定滑动向稳定滑动转换,断层带变形方式逐渐转变为分布式的破裂.在低σ2条件下,硬石膏断层带在较低加载点速度下表现为速度强化且滑动稳定,在中等加载点速度下表现为速度弱化并伴有准周期性的黏滑,在较高加载点速度下又有转向速度强化的趋势,σ2的提高使得速度弱化的范围逐渐减少,滑动趋于稳定.上述两次转换对应不同的微破裂特征,在较高速度下从速度弱化转换为速度强化时,断层滑动伴有能量较小但频度很高的微破裂活动,而在较低速度下从速度弱化转换为速度强化时,断层滑动伴有间歇性的微破裂,这与断层带的微观结构特征有较好的对应关系,表明其转换机制是不同的.     

南黄海中部隆起带折射波层析成像

南黄海中部隆起带中、古生界地层具有良好的油气勘探潜力.但是,由于该区处于水深10～100 m的浅水环境,地震记录上多次波十分发育;且上覆新生界低速地层与下伏中、古生界高速地层速度反差可达2～3倍,形成了地震波能量屏蔽界面,下伏地层反射波能量弱,严重影响了地震反射波速度建模质量.而新生界地层与下伏中、古生界地层之间的速度大反差界面在地震记录上产生了稳定的、易于拾取的折射波,因此,我们将改进的散射积分走时层析成像方法结合多偏移距反演策略应用到南黄海中部隆起带折射波速度建模中.结果表明,折射波层析成像可重建2.5～3.0 km深度的高质量速度模型.对比该速度模型与叠加速度转换得到的速度模型逆时偏移成像的结果,发现用折射波速度模型偏移的地震剖面揭示中生界盆地轮廓、内部构造和断层更清晰,地震同相轴连续性强,且古生界陡倾角地层成像质量也显著提高.证明折射波走时层析成像在南黄海中部隆起带速度建模中是有效的,为南黄海浅、中层地震速度建模提供了一种可靠的解决方案.     

中国大陆西北造山带及其毗邻盆地的地震层析成像

根据新疆、甘肃、青海和吉尔吉斯斯坦地震台网提供的地震数据,利用地震层析成像法重建了中国大陆西北造山带及其毗邻盆地的地壳上地幔三维速度图像．上地壳造山带大都为高速区,盆地和地陷区的低速显然与较厚的松散沉积层有关．地壳中部东、西天山之间存在低速边界,造山带及青藏高原北部的莫霍面深度较大,盆地和坳陷区的莫霍面相对较浅．上地幔软流层在青藏高原、阿尔泰山、祁连山等地较浅,在塔里木盆地和天山一带较深．地幔热物质有可能在板块碰撞中沿构造边界上升到造山带的底部,它们的动力学性质与中国大陆西北造山带的形成演化有着密切的联系。     

多种面波层析成像方法及其在青藏高原的应用与对比

面波层析成像是一种广泛应用的获取地壳与上地幔地震波速度与各向异性结构的地球物理方法.本论文综述了面波层析成像方法的简要历史,阐述了多种常用的面波层析成像方法（双台法、双平面波法、程函方程法、Helmholtz方程法、背景噪声成像法与直接面波层析成像法）的基本原理及其优缺点.双台法的理论与实际使用简单,但该方法要求震源与两个台站需近似位于同一大圆弧路径,在台站较少且记录时间较短的区域,获取的相速度水平分辨率偏低.双平面波法能一定程度克服地震波多路径传播与散射对频散的影响,但其对面波波形数据要求较为严格,且通常适用于区域地震台网.程函方程法和Helmholtz方程法可直接从地震记录同时获取相速度与方位各向异性,计算方便快速,无需经过正演与反演过程,但这两种方法要求台站分布密度要高,不适用于台站间距大且分布稀疏的区域.与程函方程法相比,Helmholtz方程法不仅考虑了波形的相位,还利用了其振幅,能获取更准确的相速度与方位各向异性信息.背景噪声成像法的优点是无需震源就可获取高分辨率地壳尺度的成像结果,但通常缺乏长周期面波的信息,难以约束岩石圈深部与软流圈结构.直接面波层析成像法能直接从台站间...     

三维复杂地形近地表速度估算及地震层析静校正

在地表一致性模型的基础上提出一种可适用于宽线剖面、弯曲测线、传统的二维和目前广泛使用的三维地震观测.在地形及近地表低降速带地质结构复杂的探区,低降速带厚度及速度估算的精度是静校正处理的关键.本研究根据三维地震观测的初至走时数据,利用最小平方与QR分解相结合的算法,在三维空间重建近地表低降速带速度模型,根据重建速度模型实现了静校正长波长分量与短波长分量的同步计算.分析了复杂的近地表低降速带模型初至波的性质,在观测值的自动拾取以及理论值的计算中充分考虑了可能成为初至波的直达波、折射波和反射波的利用,提高了低降速带速度模型反演的精度.在初至走时观测数据的拾取中,本研究采用分形算法克服了初至波波形差异以及折射波相位反转导致的拾取误差,实现了三维初至拾取的大规模全自动化运算.在射线路径与初至波理论走时的计算中,本研究采用一种计算量与模型复杂程度无关的三维射线追踪方法,该方法以最小走时射线路径保证了与观测数据有同等意义的初至波的射线追踪及理论走时的计算.野外实际资料的处理结果表明了方法的有效性.     

利用深反射地震数据构建的多阶面波频散曲线反演近地表横波速度结构——以跨班公湖—怒江缝合带深反射地震资料为例

深反射地震剖面法为了获取深部结构特征常常采取大的偏移距采集数据.目前公开发表的相关资料中,鲜有利用深反射地震炮集数据获取近地表的结构特征.为此,本文通过正演测试了相关数据处理流程,即利用有限差分正演了起伏地表模型的大偏移距地震单炮弹性波场特征,通过共检波点域面波信号F-K频谱叠加构建新方法,从深反射地震数据集中提取了高品质的多阶面波频散曲线,再利用多阶面波联合反演获得了近地表的结构特征.在前述正演流程基础上,利用跨越班公湖—怒江缝合带的SinoProbe深反射地震剖面中的实际炮集数据,求取了基阶和一阶瑞利波频散曲线,联合反演后得到近地表横波速度结构.该结果与初至波走时反演获取的纵波速度结构具有较好的一致性,且在近地表的浅层分辨率较纵波速度结构特征更高,而更与已有地质认识相吻合.本文提供的相关数据处理流程表明利用深反射地震炮集数据,也能够获取近地表浅层的横波速度结构.     

电阻率约束下的地震反演技术在库车某区叠前深度偏移速度建场中的应用

库车山前带发育第四系和新近系两套砾岩,第四系砾岩主要发育于冲积平原沉积体系,新近系砾岩主要发育于冲积扇沉积体系.不同时期不同沉积体系下的砾岩组合在一起表现为垂向上具有多期叠置性,横向上沉积范围局限具有不连续性.空间岩性的巨大变化给库车山前带的精细速度建场带来很大困难,导致构造落实非常困难.非地震电阻率数据能够清晰反映两套砾岩层的空间轮廓分布特征,测井数据能够反映砾岩垂向的多期叠置特征,地震数据不能反映砾岩的形态特征,但是能够反映正常地层的格架特征.通过把地震数据与电阻率数据进行融合,在融合体上进行联合构造解释,建立了不同岩性的精细层序地层格架模型,利用此模型对地震波阻抗反演进行约束,反演得到纵波速度体.利用该速度体作为叠前深度偏移处理的初始速度模型,通过反复迭代,建立了最终的叠前深度偏移速度场,较为可靠的落实了库车地区的圈闭形态、高点位置和埋深.