唐山北部地区浅层一维剪切波速度结构初步研究

2019年8月2日河北省唐山市路南区某矿井区发生ML2.4巷道塌陷,基于塌陷周边台站观测到的短周期瑞雷波,提取面波基阶群速度频散曲线,并利用迭代反演方法得到研究区域地下10 km深度范围内的一维剪切波速度结构,用于精定位分析。速度分析结果表明,研究区域浅表剪切波速度约为2.46 km/s;深度为2 km时,塌陷周边存在小范围的低速区,速度约为2.57 km/s;深度约为4 km时,剪切波速度达3.47 km/s;深度为5～9 km时,唐山东部沉积盆地内存在1个剪切波低速层。精定位分析结果表明,增加浅层速度模型有助于提高深度较小的地震定位精度;塌陷周边的低速区向下延伸近20 km,为地震多发区。     

利用背景噪声成像技术反演陕西及邻区地壳剪切波速度结构

利用地震背景噪声层析成像技术处理陕西及邻区所布设的257个宽频带台站的连续背景噪声数据,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法获得陕西及邻区地壳(6～39 km)高分辨率剪切波速度结构。成像结果显示:(1)渭河盆地顶部形成于新生代,厚的沉积层造成其浅部显著的低速异常,盆地中、上地壳为低速结构。渭河盆地与南北两侧地质构造单元交界区域的下方存在高速与低速结合带,以及在块体间相互运动的作用下,在块体内部,特别是界带深部可能存在着物质与能量的强烈交换,为渭河盆地及邻区的地震孕育发生提供深部环境。(2)南鄂尔多斯块体并不是一个均匀的整体,块体地壳浅层东薄西厚的低速异常结构,可能与鄂尔多斯自显生宙以来的整体掀斜,以及晚白垩纪以来差异性整体抬升和受强烈而不均匀的剥蚀有关。块体中地壳速度比上地壳和下地壳较高。壳内不存在显著的低速体,说明壳内低速体并没有贯穿整个鄂尔多斯地块。我们推测南鄂尔多斯块体仍保留着稳定克拉通的属性,其地壳结构可能反映了克拉通早期形成时的结构特征,至今还未遭受明显改造。(3)秦岭造山带东,西深部结构存在显著差异,具有分段分区的特征。造山带中地壳速度较高,可能因在板块碰撞和造山过程中,下地壳物质被抬升进入中地壳,从而造成中地壳速度偏高。     

基于背景噪声初步研究河北及邻区的剪切波速度结构

本文根据2010年1～12月河北及邻区的83个宽频地震仪12个月连续噪声记录, 分析了河北及邻区瑞利面波的群速度频散曲线并反演了主要分区内的典型路径剪切波速度结构。 首先采用多重滤波方法提取了台站对5～50 s的面波群速度频散曲线, 然后用Herrmann线性反演方法反演了剪切波速度结构。 结果表明, 群速度频散曲线及剪切波速度分布特征与地表地质和构造特征表现出较好的相关性, 清晰地揭示了地壳内部的横向速度变化。 在短周期(8～20 s), 拥有较厚的沉积层的平原地区表现为明显的低速特征, 而隆起地区则表现为较高的群速度分布特征: 随着周期的增加(>20 s)速度的特征有所改变, 30 s之后由于受地壳厚度的影响, 两者的速度差异逐渐缩小, 在中下地壳波速度随深度增加而增大。 同时, 研究发现在研究区域内西南方向的噪声源占主导作用。     

利用多种地震数据联合反演剪切波速度结构的可靠性检测

本文模拟使用青藏高原东南缘区域台网及国家台网的170个宽频台站基于背景噪声、天然地震面波、P波接收函数反演时的实际数据,对青藏高原东南缘假定的初始模型进行恢复,通过计算初始模型台站下方纯路径频散、提取各台站对间的瑞雷波频散曲线、计算理论接收函数以及反演剪切波速度结构来测试使用不同单项数据与联合使用多种数据反演对初始模型的恢复程度。结果表明,同时使用接收函数、基于噪声经验格林函数的群速度、相速度频散以及基于天然地震面波的相速度频散联合反演的剪切波速度结构,充分利用了几种数据的分辨率优势,清晰地分辨出中下地壳及上地幔顶部的低速层。此外,本文也分析了实际数据处理中出现的计算误差、随机噪声干扰对计算结果稳定性的影响。结果显示:对于面波频散,加入1%的误差后,联合反演的结果仍可很好地反映低速层的形态,但是当误差提升至5%后,对最终结果则产生了一定程度的影响;而在接收函数中加入4%的随机噪声时,虽然地幔低速层的上界面和下界面会略微受到随机噪声的影响,但是低速层的深度范围和速度值均得到了较好的恢复。     

基于微动方法研究五大连池火山区尾山火山锥浅层剪切波速度结构

为了研究五大连池火山区尾山火山锥浅层三维波速结构特征,在尾山火山锥附近区域布设了无线地震检波器密集台阵,记录连续地震背景噪声波形数据.基于微动方法（拓展空间自相关方法）提取了台站间2~5 Hz频率范围的Rayleigh面波相速度频散曲线.利用面波层析成像方法反演获得2~5 Hz Rayleigh面波二维相速度图像,基于每一个网格节点的频散曲线,进一步反演获得了尾山火山锥附近区域地表至700 m深度的三维剪切波速度结构.成像结果显示：在0~150 m较浅深度,靠近尾山火山锥区域显示为相对高速异常,远离火山锥区域则显示为相对低速异常.而至150~700 m较深深度,波速异常特征与浅部相反,靠近尾山火山锥的区域显示为相对低速异常,远离火山锥的区域显示为相对高速异常.在远离尾山火山锥区域,浅层的相对低速异常可能与松散沉积层有关,深部的高速异常则反映了结晶变质岩的影响.在靠近尾山火山锥区域,浅部的相对高速异常应该反映了出露地表的玄武岩,而深部的相对低速异常则可能反映了火山通道周围广泛发育的破碎裂隙结构及其火山喷发后孔隙流体填充的影响.     

依据浅层剪切波速度估计纵波速度

对大庆测井资料进行了曲线拟合,对深井摆记录地方震地表反射波进行了到时差计算和波速测定,获得了松散沉积建造地层的纵横波速比。结果表明松嫩盆地及其周边地区的浅层波速比约为3.3左右。根据此波速比,推算得泊松比=0.45。参考Peter Borman给出的数据,所反映的地质构造应为新生代,与松嫩盆地的地质结构非常相近。因此可根据浅层工程勘探测定的剪切波速度来估计浅层纵波速度。对于临时在松散沉积层组建的流动台网,采用该速度模型,定位结果可有一定改进。     

中国西北地区剪切波三维速度结构

本文研究区包括中国西北地区几个不同的构造单元,即准噶尔、阿尔泰、天山、内蒙古褶皱、塔里木盆地、柴达木和祁连山地区.从群速度和剪切波速度模型上可以看出,除塔里木具有十分明显的稳定构造体特征外,其它地区均具构造活动地区的特征,但其速度表现各具特点,并与它们的构造演化史有关.莫霍界面的起伏基本上控制了布格重力异常的分布;另外,天山地区与北山的速度结构在土地幔盖层中差别很大,天山的上地幔高速盖层可能与应力场有关.     

中国西北地区剪切波三维速度结构

本文研究区包括中国西北地区几个不同的构造单元,即准噶尔、阿尔泰、天山、内蒙古褶皱、塔里木盆地、柴达木和祁连山地区.从群速度和剪切波速度模型上可以看出,除塔里木具有十分明显的稳定构造体特征外,其它地区均具构造活动地区的特征,但其速度表现各具特点,并与它们的构造演化史有关.莫霍界面的起伏基本上控制了布格重力异常的分布;另外,天山地区与北山的速度结构在土地幔盖层中差别很大,天山的上地幔高速盖层可能与应力场有关.     

中国西北地区剪切波三维速度结构

本文研究区包括中国西北地区几个不同的构造单元,即准噶尔、阿尔泰、天山、内蒙古褶皱、塔里木盆地、柴达木和祁连山地区.从群速度和剪切波速度模型上可以看出,除塔里木具有十分明显的稳定构造体特征外,其它地区均具构造活动地区的特征,但其速度表现各具特点,并与它们的构造演化史有关.莫霍界面的起伏基本上控制了布格重力异常的分布;另外,天山地区与北山的速度结构在土地幔盖层中差别很大,天山的上地幔高速盖层可能与应力场有关.     

基于瑞雷面波群速度频散反演上海地区S波速度结构

利用上海测震台网固定台站地震面波数据记录,通过多重滤波法提取周期为8—20s的瑞雷面波群速度频散曲线,反演得到台站下方介质一维速度结构。结果表明：对于整个上海地区,其剪切波速度横向不均性不明显,在相同深度,每个台站S波速度差异较小,上地壳平均速度约为3.6 km/s,中下地壳平均速度约为3.8 km/s、4.1 km/s。     

用微动中的面波信息探测地壳浅部的速度结构

本文介绍了利用地脉动中的面波信息探测地壳浅部横波速度结构的观测方法、仪器设备、野外数据采集和用空间自相关方法测定相速度及相关的数据处理方法,并给出了在两个场地的探测实例. 通过与钻探结果对比表明,由该方法推测的地壳浅部1～2 km 深度范围的浅层横波速度结构,对于确定物性差异大的地层界面是有效和可靠的. 由于该方法使用的是地脉动噪声中的面波信息,不需要专门的震源, 因此具有经济快捷、应用范围广泛等优点,将可能成为一种新的具有很好应用前景的地球物理勘探方法.     

Three dimensional shear wave velocity structure of the crust and upper mantle beneath China from ambient noise surface wave tomography

We determine the three-dimensional shear wave velocity structure of the crust and upper mantle in China using Green's functions obtained from seismic ambient noise cross-correlation.The data we use are from the China National Seismic Network,global and regional networks and PASSCAL stations in the region.We first acquire cross-correlation seismograms between all possible station pairs.We then measure the Rayleigh wave group and phase dispersion curves using a frequency-time analysis method from 8 s to 60 s.After that,Rayleigh wave group and phase velocity dispersion maps on 1° by 1° spatial grids are obtained at different periods.Finally,we invert these maps for the 3-D shear wave velocity structure of the crust and upper mantle beneath China at each grid node.The inversion results show large-scale structures that correlate well with surface geology.Near the surface,velocities in major basins are anomalously slow,consistent with the thick sediments.East-west contrasts are striking in Moho depth.There is also a fast mid-to-lower crust and mantle lithosphere beneath the major basins surrounding the Tibetan plateau (TP) and Tianshan (Junggar,Tarim,Ordos,and Sichuan).These strong blocks,therefore,appear to play an important role in confining the deformation of the TP and constraining its geometry to form its current triangular shape.In northwest TP in Qiangtang,slow anomalies extend from the crust to the mantle lithosphere.Meanwhile,widespread,a prominent low-velocity zone is observed in the middle crust beneath most of the central,eastern and southeastern Tibetan plateau,consistent with a weak (and perhaps mobile) middle crust.     

Three dimensional shear wave velocity structure of crust and upper mantle in South China Sea and its adjacent regions by surface waveform inversion

IntroductionHistorically, surface waves provided much of our understanding of the lateral heterogeneity in the crust and the upper mantle, especially in oceans or desert areas. Traditional method utilizes the great circle theorem for surface waves. It assumed that surface wave propagates along the great circle connecting epicenter with station. Firstly, traditional surface wave analysis was carried out by using multi-frequency-filter dispersion analysis to acquire the group or phase velocity d…     

利用远震研究四川盆地及其周缘瑞利面波相速度和方位各向异性

基于四川盆地及周边的245个宽频带台站2010年9月-2014年9月期间的远震记录,提取双台路径瑞利面波相速度频散资料,反演得到四川盆地20~120 s的高分辨率瑞利面波相速度及各向异性空间分布.在丰富区域地球物理基础数据的同时,结合已有研究成果对地壳上地幔变形耦合进行探讨,结果表明短周期（20~30 s）的相速度分布与四川盆地的地质构造特征相吻合,作为川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地之间的边界——龙门山断裂带和鲜水河断裂带对上述三个地块上地壳的速度结构具有明显的控制作用;松潘-甘孜地块,特别是川滇地块中下地壳普遍表现为明显的低速异常,表明中下地壳相对软弱;而四川盆地的中下地壳整体呈现相对高速,表明四川盆地具有相对坚硬的中下地壳.研究区域东南角接近北扬子地块与南扬子地块的缝合部位,呈现高速异常.四川盆地南部和东南邻区不同周期均具有较强的各向异性,且快波方向较为一致,反映这些地区不同深度变形耦合较好.四川盆地西部、北部及东北部邻区,不同周期的各向异性快波方向变化较大,不同深度变形耦合较差.这些特征与绕喜马拉雅东构造结的物质流动被扬子地块的高速地壳阻挡的宏观认识基本一致.

     

基于瑞雷波法的成都盆地场地剪切波速结构确定

在2008年的汶川地震中获得了大量的有价值数据和资料,使得成都盆地成为了研究的热点.为了能够获得成都盆地场地剪切波速结构,为成都盆地及汶川地震的进一步研究提供基本数据支持,本文利用多道面波分析方法在成都盆地(E:103°～105°,N:30°～32°)布置了40个面波测点进行场地剪切波速结构和覆盖层厚度的调查,测点间距...     

天山及其邻区地壳上地幔S波速度结构的接收函数与面波频散联合反演

根据天山及其邻近区域88个宽频带地震台站的接收函数和欧亚大陆的基阶瑞利波群速度图像, 联合反演了这些台站下的地壳上地幔一维S波速度结构. 在这些速度模型的基础上, 利用线性各向同性变差克里金空间插值技术得到了该区域的地壳上地幔三维S波速度模型. 通过在垂向不同深度上的切片和横向上剖面投影的方式, 显示和分析了天山及其邻区地壳上地幔的剪切波速度特性与构造特性之间的关系. 结果表明, 天山及其邻区的地壳结构垂向上分为上、 中、 下3层, 每层的界面大致位于20, 40和50 km, 并且这些界面的起伏随不同块体的构造差异而变化. 天山地区和塔里木盆地隆起区的上地壳表现为高速特征, 而沉积盆地大部分地区和山前坳陷区的上地壳则表现为低速特征. 东、 西天山之间下地壳存在的近南北向低速带以及上地幔高速盖层在深度上的差异均说明东、 西天山在构造活动和形变上有明显的差别, 这种差别可能是由于印度板块与欧亚大陆的碰撞对它们产生的不同影响而造成的.     

偏离大圆路径传播对四川西部面波相速度成像的影响

面波成像是研究地壳上地幔横波速度结构的一种重要方法．通常,面波相速度或群速度成像假设面波沿大圆路径传播．但是,在地下介质速度结构变化较大时,面波会偏离大圆路径传播,从而导致基于大圆路径假设下的面波成像结果存在一定的误差. 我们采用基于射线追踪的面波成像方法,研究了面波的偏离大圆路径传播对四川西部地区面波相速度成像结果的影响．使用快速行进法(fast marching method)进行面波传播路径的射线追踪,采用子空间反演法(subspace inversion)进行迭代反演,对理论模型合成数据和川西台阵的短周期背景噪声相速度频散数据进行成像分析,并与使用大圆路径传播的成像结果进行对比．对理论模型的测试结果表明,当速度结构变化较大时,基于偏离大圆路径传播的面波成像能够更好地恢复模型异常．对川西台阵的真实数据反演结果显示:在短周期为6 s时,基于偏离大圆路径传播的反演方法较基于大圆路径传播的反演方法所获得的相速度异常的幅度更大些,在四川盆地区域两者的差异接近0.2 km/s;在周期为10 s时,两种反演方法的差异显著减小,基本都在0.1 km/s以内．这主要是因为6 s周期的面波相速度对复杂的上地壳浅层结构更为敏感,从而使得面波的偏离大圆路径传播效应对反演结果的影响更为显著．本文结果表明,当某一周期不同路径的面波相速度测量值变化较大,例如相对于平均相速度的异常超过10％时,则需考虑采用基于偏离大圆路径传播的面波成像方法,否则速度异常较大区域的反演结果可能会造成较大的偏差．      

利用地震面波频散重建川滇地区壳幔S波速度

利用适配滤波频时分析技术分析覆盖川滇地区的长周期面波记录,计算了周期10~100 s内的面波群速度频散,对研究区进行划分尺度大小1.5°×1.5°分格后,采用射线追踪方法求取各分段射线的长度和时间,得到各个格子的纯路径频散.继而采用阻尼最小二乘法求解,反演得到该研究区壳幔S波速度分布.研究结果表明,川滇地区表现出地壳增厚和缩短,在地壳和上地幔顶部,川滇菱形块体内部与其外部相比,虽然存在局部速度负异常,总体上呈相对高速,其周边的走滑断裂带呈现深至上地幔顶部的负速度异常,这有助于地壳块体沿断裂的侧向挤出;此外,云南西部和四川西部壳内和上地幔高导层的存在被认为是与部分熔融的物质或与滑脱构造相关联;从纬向剖面和经向剖面可以得到四川盆地莫霍面平均深度大约为45 km,云南地区莫霍面深度南北方向不一致,云南地区最北端深度达到49 km,南端莫霍面深度大约为36 km,这说明不同构造块体在构造运动过程中受到影响的程度不同.     

用面波联合勘探技术探测浅部速度结构

瑞雷面波勘探技术以其快速经济、受场地条件限制小等优点广泛应用于浅部横波速度结构探测.人工源面波勘探方法对浅部地层的探测精度高,但探测深度较浅;天然源面波勘探方法探测深度较深,但对浅部速度结构的探测精度不高.本文在夏垫和玉溪两地分别开展了人工源和天然源面波联合探测试验,尝试采用不同排列和相同排列两种方法,采集人工源和天然源面波信息,联合处理数据并提取频散曲线,反演得到浅部地层的横波速度结构.探测结果表明:人工源和天然源面波联合勘探,尤其是采用相同排列的方法,可以在几乎不增加常规面波勘探工作量的条件下,既能保证浅部地层的探测精度,又明显拓展探测深度,大大提升了面波勘探能力,有望在工程勘察领域中推广应用.