川滇活动构造区地震层析成像

应用一种新的地震体波层析成像方法确定川滇活动构造区(98°-105°E,22°-32°N)详细的三维P波速度结构.反演得到研究区0-85 km深度内几个截面上的P波速度图像.结果表明:(1)该地区地壳和上地幔的速度存在明显的横向不均匀性;(2)上地壳速度图像与地表地质特征明显相关,四川盆地呈现低速,高原地带为明显的高速区,沿康滇地轴为显著的高速条带;(3)10-85 km深度的速度图上腾冲火山附近形成一低速柱;(4)中地壳内存在一个大范围的低速层,这与区内人工地震测深所得到的结果基本吻合;(5)大型活动断裂带两侧存在明显的速度差异,而红河断裂带的影像在40 km的速度图上仍十分清楚,甚至到60 km深度还隐约可见,这也许说明红河断裂是切穿地壳的深大断裂;(6)强震位置与活动断裂及速度结构三者之间存在一定的关联性,大部分构造型强震发生在由大的活动断裂勾画的块体边界上,而那些发生在非大断裂附近的强震几乎都集中在下部中地壳存在低速带或由低速带向高速带过渡的位置.下部低速层的存在可能是上部中强地震活动的构造背景.     

鄂尔多斯西缘中上地壳Pg波速度成像研究

利用鄂尔多斯西缘30个测震台站记录到的5 370次地震的24 860条Pg波射线数据,反演了该区域中上地壳Pg波速度横向变化结果,以及台站走时校正和地震事件走时校正项。结果表明:(1)鄂尔多斯西缘中上地壳Pg波速度结构呈现明显的横向不均匀性;稳定的阿拉善块体和鄂尔多斯块体主要表现为高速区,两块体边界两侧存在高速到低速的明显转换;银川盆地与吉兰泰盆地属于相对低速区,几条主要的断裂带或断裂段属于显著低速区。(2)1970年以来研究区5级以上中强地震多发生于高、低速区的转换地带,反映了地壳结构横向变化剧烈区为地震频发区。(3)台站台基及走时钟差造成的系统走时误差较小;研究区周边地震定位误差偏大、中部地震定位误差偏小,说明地震定位误差大小与台站分布密切相关。     

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演,以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演,同时更新速度模型和地震震中位置,结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构.其横向变化结果表明,研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致,地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、低速异常区的交汇处.秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区.而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.     

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演, 以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演, 同时更新速度模型和地震震中位置, 结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构. 其横向变化结果表明, 研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致, 地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、 低速异常区的交汇处. 秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区. 而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.      

2022年9月5日四川泸定MS6.8地震深部构造特征

2022年9月5日四川省泸定县发生M_S6.8地震.本次地震发生在鲜水河断裂南东段端部,位于鲜水河断裂与龙门山断裂、安宁河断裂相交汇的Y形区域.本文利用四川泸定地区的三维S波速度结构,结合地壳厚度、泊松比、GNSS应变场、构造应力场以及各向异性等资料,综合分析了震源区的深部结构.结果显示：泸定M_S6.8地震发生在地壳厚度、泊松比、布格重力异常以及最大剪切应变率的快速变化区内;震源附近S波速度在横纵向均表现为高、低速的过渡区域.震源西南侧有一个相对较小的低速体,可能是泸定地震发震的主要深部构造原因.GNSS应变场显示泸定地震位于最大剪切应变率显著高值区.震源机制解显示本次地震震中处于WNW向挤压、ENE向拉张的走滑应力结构,与鲜水河断裂的构造应力场一致.构造应力方向与GNSS主压应变方向有良好的一致性.近场地震记录得到的上地壳S波分裂结果显示,Y形交汇区内快S波主要有两个优势偏振方向,其中WNW(近EW)方向为交汇区的主压应力方向.本文推测,鲜水河断裂是泸定地震的主控断裂,但龙门山断裂对本次地震有重要影响.     

用接收函数方法研究汶川和芦山地震之间未破裂段的地壳结构

芦山与汶川地震之间存在约40 km的地震空区.震源区和地震空区的深部构造背景的研究对深入了解中强地震的深部孕育环境及地震空区的地震活动性具有重要科学意义.利用本小组布设的15个临时观测地震台以及21个芦山科考台站和21个四川省地震局固定台站记录的远震数据,用H-K叠加方法得到各个台站的地壳厚度和平均泊松比,并构建了接收函数共转换点(CCP)偏移叠加图像以及反演得到台站下方的S波速度模型.我们的结果揭示了震源区和地震空区地壳结构特征差异:(1)汶川震源区的地壳平均泊松比为~0.28;芦山震源区为~0.29;而地震空区处于泊松比变化剧烈的区域;(2)汶川地震与芦山地震的震源区以西下方的Moho面呈现深度上的突变(这与前人的研究成果基本一致),分别从~44 km突变到~59 km,~40 km突变到~50 km,而地震空区地壳平均厚度呈现渐变性变化;(3)地震空区Moho面下凹且具有低速的上地壳.综合一维S波速度结构和H-k以及CCP的初步结果,这可能显示汶川地震的发震断裂在深部方向上向西倾斜并形成切割整个地壳的大型断裂;芦山地震则可能是由于上、下地壳解耦引起的;而地震空区处于两种地震形成机制控制区域的过渡带中.     

中国及邻区Pn波速度结构成因探讨

在汪素云等利用全国地震台网资料所得结果的基础上, 补充了约5万条区域地震台网Pn波到时数据, 再次反演了中国及邻区Pn波速度横向变化和各向异性变化. 对比分析了研究区的地壳厚度分布、大地热流分布、新生代火山岩分布和高温、高压实验研究结果, 并探讨了中国及邻区Pn波速度结构的成因. 定量分析结果表明, Pn波速度与地壳厚度成正相关变化, 与大地热流成反相关变化. 根据Pn波速度随地壳厚度变化而估计的P波速度vP随压强p的变化率δvP/δp, 与(Matsushima和Akeni)由二辉橄榄岩包体的岩石实验所得结果非常接近. 在扣除了增厚地壳引起的压强增大对Pn波速度的可能影响后, 青藏高原地区的低Pn速度区更加显著. 低Pn速度区与新生代火山岩分布区有较好的一致性. 在几处波速各向异性显著的区域, 快波速方向与地壳最大主压应力方向和现代地壳运动方向一致, 可能与研究区上地幔顶部沿挤压方向的流动变形有关.     

基于密集台阵的青藏高原东北缘地壳精细结构及九寨沟地震震源区结构特征分析

基于青藏高原东北缘密集宽频带野外流动观测台阵以及固定台站资料,利用双差层析成像方法对地震位置和研究区的地壳速度结构进行了反演.最终用于联合反演的地震事件合计9644个.结果显示青藏高原东北缘速度结构具有明显的横向不均匀性.从整体上看,青藏高原地区表现为低速异常,鄂尔多斯表现为高速异常,而扬子地块亦表现为高速异常.不同深度处速度结构表现不一致,同一深度处P波速度结构和S波速度结构也有明显差异.由西秦岭北缘断裂带、临潭-宕昌断裂以及礼县-罗家堡断裂围限的地震活动强烈的区域中,P波速度结构由深度0 km时呈现的低速异常,逐渐过渡到5 km时高低速相间分布的特征;而S波速度结构在此区域中,由近地表0 km时高低速相间分布的特征,逐渐过渡到30 km时几乎表现为低速异常.2017年8月8日九寨沟7级地震所在的塔藏断裂、岷江断裂和雪山断裂围限区域,在深度20 km处的P波速度结构和周围存在明显差异,九寨沟地震处于高速异常与低速异常的过渡带内.此外,2013年7月22日发生在青藏高原东北缘的岷漳县6.6级地震,震源区所在的临潭-宕昌断裂附近的P波速度结构在15 km深度处也有明显特征,震源位置所在区域也处于高低速过渡带.该区域这种地壳内部高低速过渡带可能是应力比较容易积累而发生中强地震的一个重要场所.     

中国西部地区地壳结构特征与强震活动相关性研究

中国西部地区是地震活动十分强烈的地区,天山、阿尔泰、帕米尔和西昆仑都是著名的地震构造带,在这些地震构造带和周边地区发生了多次震级大于5级的强震.本文通过分析西部地区的重力场特征,根据重力数据结合地震剖面、应用Parker-Oldenburg方法反演得到了研究区莫霍面深度,通过对比地震层析成像的反演结果,分析了研究区的地壳结构特征.计算结果表明,研究区地壳结构不均匀特征明显,在造山带地区一般是莫霍面坳陷区,盆地则是莫霍面隆起区,主要造山带地壳速度结构表现为高速区,盆地和主要凹陷区为低速区.根据计算结果和以往强震震中位置分析了地壳构造与强震活动的相关性,西部地区的地震活动与地壳结构的横向不均匀密切相关,强震主要发生在地壳速度变化带附近和地壳速度结构差异较大的地区,在构造应力作用下,这些地壳介质非均匀地区易发生强震,这是中国西部造山带和盆-山边界附近频发强震的构造原因之一.     

剪切波分裂揭示的青藏高原上地壳地震各向异性基本特征

青藏高原整体隆升,构造运动与介质变形强烈,然而由于地震观测数据不足,青藏高原内部上地壳各向异性研究一直是一个空白.本研究使用西藏地区的地震台网(2009年5月—2017年5月)的观测资料,利用剪切波分裂研究青藏高原上地壳地震各向异性特征.由于青藏高原固定地震台站分布稀疏,可用于进行剪切波分裂研究的近场地震事件记录稀少,本研究采用地震事件的单台定位技术,对公开的地震目录里没有震源深度数据的地震事件进行震源位置约束,并引入微震模板匹配定位方法,对连续地震波形进行检索,识别出地震目录里遗漏的新的微震(小地震)事件波形.微震识别获得的新地震事件记录是地震目录里报告的地震事件记录的大约6倍,用于补充研究区的剪切波分裂数据分析.通过数据分析,对比快波偏振方向,证实微震识别获得的数据极大地增加了有效数据的数量,提高了结果的可靠性.研究结果表明,雅鲁藏布江缝合带与班公—怒江缝合带之间的拉萨地块东部地区,台站的快剪切波(快波)偏振方向主要受区域应力场影响,快波偏振方向主要是NS或NNE方向,表明了区域最大主压应力方向;但个别地震台站(当雄台)快波偏振方向受原地主压应力影响,其快波偏振方向既不平行于断裂走向也不平行于区域主压应力方向,揭示出地壳介质的局部变形导致的局部应力方向不同于青藏块体里的其他地区.研究区西部的改则、普兰和研究区北部的双湖,快波偏振方向显示与断裂等构造走向一致的特点.研究区东部的昌都和察隅,快波偏振方向除了与断裂走向(或构造线)一致,还与地表运动的方向相同,揭示了青藏块体东部的深部物质可能的运移方向.这个现象虽然还需更多的研究证实,但这个发现的重要启示是,地震各向异性结合地表变形可用于探讨地壳深部物质的运动.     

腾冲地区地壳速度结构的有限差分成像

利用流动台网和固定台站的地震观测数据,采用有限差分层析成像方法反演了腾冲及邻近地区的地壳P波速度结构,分析了腾冲火山区的岩浆活动和龙陵七级地震的深部构造成因.研究结果表明,腾冲火山区的地壳结构具有明显的非均匀性,浅表层偏低的速度主要为盆地内部的松散沉积层、新生代火山堆积及断裂附近的流体裂隙和热泉活动所致;5～15 km之间的高速体可能代表了早期火山通道内冷却固结的岩浆侵入体或难挥发的超铁镁质残留体;地壳深部的低速体则反映了熔融或半熔融的岩浆体,推断火山区下方的岩浆活动与龙陵七级地震震源区地壳深部的岩浆侵入来自同一源区--现今壳内岩浆活动的主要区域.龙陵震源区的地壳速度结构横向变化较大,怒江断裂东侧和龙陵断裂西侧为高速特征,介质应变强度较大,为应力积累的主要载体;两断裂之间的低速区向下延伸至下地壳,可能与地壳深部的岩浆侵入有关;龙陵断裂和怒江断裂明显控制了这一区域的岩浆活动,七级地震正是发生在断裂下方的速度边界附近.地壳介质强度的横向变化导致了震源区应力积累的不均一性,深部岩浆的聚集和动力作用是龙陵地区发生强震的主要原因.     

汶川Ms8．0地震：地壳上地幔S波速度结构的初步研究

2008年5月12日我国四川省汶川地区发生了震惊世界的Ms8.0地震.历史上,同类地震在大陆内部极为罕见.该地震深部构造背景的研究对理解其成因极为重要.本文利用中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区布设的大规模密集流动宽频带地震台阵记录的远震P波波形数据和接收函数非线性反演方法,得到了沿北纬31°线的19个台站下方120 km深度范围内的S泼速度结构及台站下方地壳的平均泊松比.该观测剖面穿越了主震区,总长度约为420 km.我们的结果揭示了川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地三个不同地块构造差异.上述三个地块的地壳结构特征口J以概括为:(1)四川盆地前陆壳幔界面向西侧倾斜井有较为明显的横向变肜,地壳厚度存在46～52 km的横向变化,中下地壳S波速度存在横向变化,地壳平均泊松比值较高(0.28～0.31),但在龙门山断裂带附近,显示了坚硬地壳的特征,地壳平均泊松比仪为0.2;(2)松潘-甘孜地块地壳厚度由西侧靠近鲜水河断裂的60 km,向东减薄为52 km,在14～50 km深度范围内存在S波速度2.75～3.15 km/s的楔状低速区,其厚度由西侧的～30 km向东逐渐减薄为～15 km,相应区域的地壳平均泊松比高达0.29～0.31;(3)鲜水河断裂西侧,川滇地块地壳结构相对简单,地壳厚度为58 km,并在26 km深度存在约10 km厚度的高速层,地壳内平均泊松比约为0.25;(4)汶川大震区在12～23 km深度上具有近乎4.0 km/s的S波高速结构,而其下方的地壳为低速结构,地壳平均泊松比0.31～0.32,汶川大震的余震序列主要分布在高速介质区域内.本文的结果表明松潘-甘孜地块的地壳相对软弱;而且并不仔在四川盆地向西侧的俯冲,我们认为在青藏高原东向挤压的长期作用下,四川盆地强硬地壳的阻挡作用可导致松潘-甘孜地块内部蓄积很大的应变能量以及上、下地壳存壳内低速层顶部边界的解耦,在龙门山断裂带附近形成上地壳的铲形逆冲推覆.汶川大地震及其邻近区域所具有的坚硬上地壳和四川盆地的阻挡作用为低应变率下的高慢度应力积累创造了必要条件,而松潘-甘孜地块长期变形积累的高应变能构成了孕育汶川大地震的动力来源.     

华北地区上地幔顶部Pn波速度结构及其构造含义

利用20301条全国及区域地震台网的Pn波射线的走时资料,采用地震层析成像方法反演了华北地区上地幔顶部Pn波速度结构。结果表明,华北地区Pn波平均速度为7.92km/s,横向速度变化量从-0.21～+0.29km/s,Pn波高、低速异常区沿NNE向相间排列,从西向东有鄂尔多斯地块中部高速区、山西地堑低速区、冀中坳陷高速区、鲁西隆起及渤海湾低速区、郯庐断裂带以东高速区,华北地块商界除秦岭一带里高速异常外其余为低速异常。大同附近新生代火山区呈现较大的波速各向异性,快波方向呈NNE-SSW向;渤海湾周围也显示出显著的各向异性,并呈旋转趋势,反映了该区地幔流动变形的迹象。华北地区Pn波速度与大地热流之间具有负相关关系,Pn波低速异常区,对应着高热流值,如:山西地堑、渤海湾;而在Pn波高速异常区,对应着低热流值,如:冀中坳陷。这表明本区Pn波速度变化主要是上地幔顶部存在温度差异的结果。强震主要发生在低速异常区以及高、低速异常区的交界带上面的地壳内,在低速异常区发生的地震,其震源深度较浅;在高、低速异常区的交界带发生的地震,其震源深度较深。     

2010年玉树7.1级地震震源区横波分裂的变化特征

本文对2010年玉树M_s7.1级地震序列的横波分裂的时空变化现象进行了研究.通过在横波窗内S波质点运动图的分析,从位于甘孜-玉树断裂带台站的地震记录中提取了S波分裂的快波偏振方向和快慢波之间的时间延迟.断裂带上3个台站的S波分裂的结果显示了NEE向快波偏振方向,与区域内最大主压应力方向基本一致.观测到了快、慢波到时延迟的趋势性变化,空间上,位于震源区甘孜-玉树断裂带的北支断裂上L6304和YUS台的到时延迟大于位于南支断裂上的L6303的结果,同时YUS台的到时延迟又大于L6304台的;时间上,YUS台的到时延迟在主震后迅速增大,持续一段时间后又减小.横波分裂现象主要由台站下方岩层中随应力分布排列的微裂隙控制,本文结果揭示了主震和余震过程中区域应力场的变化,玉树地震主震区的应力在主震后得到了释放,地壳应力向东南转移,导致了YUS台的到时延迟大于L6304台的;玉树地震的发震断裂是甘孜-玉树断裂的北支断裂,而南支断裂对其影响较小;YUS台附近的地壳应力在主震后得到了增强,随着余震活动导致的应力释放,后期应力减小.     

三峡库区上地壳三维速度结构的双差层析成像研究

本文利用三峡水库诱发地震遥测台网22个子台在2009年初至2016年底期间记录的2093个地震事件直达P、S波到时数据,采用双差层析成像方法联合反演了三峡水库库区及近邻地区上地壳P波三维速度结构,并讨论了库水渗透对速度结构的影响和库区地震活动与速度结构的关系.研究结果表明三峡库区上地壳存在着明显的沉积盖层与结晶基底层的双层结构,两个层的深度与P波速度结构与前人的研究结果基本一致,黄陵背斜西侧当前仍然存在较明显的低速异常区.上地壳浅表层P波速度结构横向差异变化较大,0~5 km深度层P波高速区主要分布在秭归盆地及周缘,8 km深度层高速区主要分布在周家山-牛口断裂东侧至仙女山断裂中段西侧一带,8 km内的高低速区分布与11 km深度层比较存在明显差异.与三峡水库蓄水前与蓄水初期比较,当前库区上地壳沉积盖层内的P波速度结构受到蓄水渗透的影响较明显,主要表现为0~8 km深度内秭归盆地及周缘的水库近岸区存在较大范围高速区,这一现象可能与库水长期渗透改变了上地壳沉积盖层内岩层孔隙裂隙的物理性质从而使地震P波速度增加有关.三峡库区地震事件重新定位后显示,较大地震事件主要分布在P波高速区或高低速区交界地带,而低速区内通常很少发生地震.     

河套地震带Pg波速度过渡区的地震空间相关长度幂律变化

基于Pg波速度反演和地震重新定位, 运用单键群算法对Pg波速度过渡带的地震空间相关长度进行了幂律拟合分析． Pg波速度反演结果表明, 其速度的横向变化表现出构造相依的特征, 速度高低与地壳厚度呈正相关, 并在包头—西山嘴凸起和岱海凹陷两个区域形成Pg波速度过渡带． 利用重新定位的地震数据计算了这两个速度过渡区的地震空间相关长度, 结果显示其幂律拟合曲线均呈一定的增长趋势, 表明2008年以来两个Pg波速度过渡区域的应力作用不断集聚、 增强, 断层有逐步进入协同化阶段的可能, 加之速度过渡带通常是地壳运动强烈区域, 未来将成为孕育中强地震的有利场所． 在有效控制定位误差的条件下, 重新定位可以明显减小地震空间相关长度的离散形态, 提高计算精度．      

台湾集集地震震源区地壳各向异性初探

利用剪切波分裂可以研究地壳介质的地震各向异性特征.研究表明,复杂地质构造会造成剪切波偏振方向的不同.剪切波分裂特性对地壳应力场的微小变化所引起的地壳岩石裂隙图像的变化非常敏感,由于快剪切波偏振方向反映了地震台站下方地壳的主压应力的方向,因而可以用来研究地壳应力场特征.     

小地震精定位与层析成像揭示的邢台地震区深部构造特征

1966年河北邢台M_S7.2地震发生后小地震持续不断,为开展该地区的深部构造研究提供了便利条件。文中基于河北省地震台网1991—2021年间的观测数据,采用双差定位法获得了邢台及其邻区9 644次地震的精定位结果,清晰地刻画出深部断裂的空间形态;结合华北流动地震台阵2006—2008年的观测数据,采用38 578个P波到时数据,获得了研究区高分辨率走时层析成像结果。研究表明：研究区的地壳速度结构存在较强的横向不均匀性,新河断裂与元氏断裂之间的上地壳存在明显的低速异常,中下地壳存在高速异常,邢台地震位于高、低速异常体交界处,该位置具备积累大量应变能的介质条件,易发生破裂,释放应力;邢台震区小地震密集带与高、低速异常体东边界的总体展布趋势比较一致,推测沿高、低速体东边界展布的深、浅部断裂已上下贯通,速度异常体的边界位置同样也是速度变化相对强烈的部位,易发生地震破裂;综合多种地震、地质调查成果,揭示出邢台震区下方存在一条贯通整个地壳的深大断裂,倾向SE,上断点位于东汪附近,邢台地震促使深浅部的先存断裂上下贯通。     

门源地区地壳三维体波速度结构及地震重定位研究

本文使用甘肃、青海数字地震台网及中国地震科学探测台阵记录到的门源地区地震的P波和S波到时资料,应用双差层析成像方法联合反演了该地区的地壳三维速度结构和震源位置参数.结合地质构造背景,研究了门源M_S6.4地震孕育发生的深部介质环境及该地区速度结构与地震活动性之间的关系.结果表明：反演之后地震的走时残差均方根显著降低,重定位后的地震在垂直方向上呈现出与断层位置有关的条带状分布.门源地区地壳速度结构存在明显的不均匀性,浅层P波和S波速度结构与地表地质构造及地形特征密切相关.研究区内地震活动性与地壳速度结构具有很强的对应关系,地震主要分布在高速异常区域及其边缘.门源M_S6.4地震震中附近的P波和S波速度结构表现出明显的高速异常,且在震源区下方存在P波低速层,这种特殊的构造条件可能是导致此次地震发生的重要原因.     

环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构

利用环渤海地区的天然地震P波到时资料,采用纬度和经度方向分别为05°×06°的网格划分,反演了该地区地壳上地幔的三维P波速度结构.初步结果表明,环渤海地区地壳上地幔的速度结构具有明显的横向不均匀性：京津唐地区地壳中上部的速度异常反映了浅表层的地质构造特征,造山带和隆起区对应于高速异常,坳陷区和沉积盆地对应于低速异常;地壳下部出现大规模的低速异常与华北地区广泛存在的高导层相对应,估计与壳内的滑脱层和局部熔融、岩浆活动有关;莫霍面附近的速度异常反映了地壳厚度的变化及壳幔边界附近热状态的差异;上地幔顶部大范围的低速异常可能是上地幔软流层热物质大规模上涌所致.