日本上地壳S波衰减成像

地球介质的衰减特性可以从地震波中的频谱信息中获取,并且能够提供地球内部结构非均匀性的重要信息.与大量的速度结构研究相比,对衰减结构的研究却较少,且大多仅对日本群岛局部地区做研究.本文运用ML振幅层析成像技术反演获得了整个日本群岛上地壳的品质因子Q0值（1 Hz时的Q值）.计算中共利用了日本Hi-net台网971个台站记录到的5559个地震事件,超过60000 条Sg波最大振幅-频率数据,并且满足震中距小于2°、震源深度小于10 km.计算结果表明,低Q0值区域主要存在于日本群岛的中央火山带,与日本新生代以来的火山分布非常一致;同时,位于从神户到京都东北地区、以及四国岛东部等地的非火山区,断层密集,对应的Q0值也很低;另外,西太平洋俯冲海沟与日本群岛东海岸之间的区域也是低Q0值区,这说明高温、岩石强烈破碎、深厚的沉积物是造成地震波强烈衰减的主要原因.高Q0值主要分布在中央火山带前缘与日本东海岸之间.     

利用ML振幅研究地壳横波Q值Ⅱ:Q横向变化特征

利用中国地震年报(1984～2004年)测定M_L所用的54000余条区域地震最大振幅数据,采用二维层析成像方法反演中国大陆地壳介质品质因子Q₀结构.反演结果表明,中国大陆地壳介质品质因子Q₀平均为370,Q₀横向变化量可达±200.在整个研究区解的分辨率能够达到3°×3°,大部分地区能够达到2°×2°.Q₀的变化显示出与地质构造分区相关的特征：低衰减 (高Q₀值) 异常区主要分布在塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯高原及华南地区,鄂尔多斯高原北部Q₀值最高;高衰减异常区(低Q₀值)主要分布在青藏高原以东的川滇地区、华北平原、渤海湾,最低Q₀值在渤海湾地区,天山、祁连山和汾渭地堑Q₀也呈较低异常变化.总体看来,构造上稳定的克拉通地台的介质品质因子Q₀较高,而构造上活动的地区往往Q₀较低,显现出区域的衰减变化特征与地壳结构和区域构造之间的密切关系.     

川滇及周边地区地壳横波衰减的成像研究

利用由149个台站记录的中国地震年报、四川和云南区域地震台网观测报告的5897个近震的27530条横波振幅与周期资料,反演得到川滇地区及周边的地壳衰减Q0值（频率为1 Hz时的Q值）空间分布图像、台站的场地响应以及由于介质衰减不同造成的震级偏差.结果表明,川滇及周边地区的地壳横波衰减Q0值在200～600范围内变化,平均值为400,横向变化显著.在川西-滇西北-保山地区、云贵交界-昆明-思茅地区以及海原-祁连、汾渭和东昆仑等活动块体边界带的Q0值明显较低,这些地区地震和构造活动相对活跃;而构造相对稳定的四川盆地、马尔康块体、桂西滇东断块以及鄂尔多斯、秦岭-大别等地区的Q0值则明显较高.此外,川滇地区大多数台站的场地响应都在1附近,仅有少数增益或衰减较大,达到2倍左右,且其分布无明显规律性.该区观测报告给出的大多数地震震级偏差不大于0.3,但也有少数震级偏差达0.4,其分布与介质品质因子Q0值分布相关,说明震级测定可能受地壳介质衰减横向变化的影响.     

川滇及周边地区地壳横波衰减的成像研究

利用由149个台站记录的中国地震年报、四川和云南区域地震台网观测报告的5897个近震的27530条横波振幅与周期资料，反演得到川滇地区及周边的地壳衰减Q0值（频率为1 Hz时的Q值）空间分布图像、台站的场地响应以及由于介质衰减不同造成的震级偏差.结果表明，川滇及周边地区的地壳横波衰减Q0值在200～600范围内变化，平均值为400，横向变化显著.在川西-滇西北-保山地区、云贵交界-昆明-思茅地区以及海原-祁连、汾渭和东昆仑等活动块体边界带的Q0值明显较低，这些地区地震和构造活动相对活跃；而构造相对稳定的四川盆地、马尔康块体、桂西滇东断块以及鄂尔多斯、秦岭-大别等地区的Q0值则明显较高.此外，川滇地区大多数台站的场地响应都在1附近，仅有少数增益或衰减较大，达到2倍左右，且其分布无明显规律性.该区观测报告给出的大多数地震震级偏差不大于03，但也有少数震级偏差达04，其分布与介质品质因子Q0值分布相关，说明震级测定可能受地壳介质衰减横向变化的影响.     

天然地震Lg波衰减研究进展及其在中国大陆地区的应用

品质因子Q值的大小用于描述地震波的衰减程度.Lg波Q值反映了地壳介质的非弹性衰减特征.Lg波的Q值与地壳的速度异常、断层/裂隙和孔隙水、热状态、构造活动历史等有一定的相关性.研究Lg波Q值的横向分布特征是考察地壳横向不均匀性的一种颇为有效的途径.本文简述了Q值的定义、地震波衰减的机制,Lg波震相的特性及其应用,重点阐述了单台法,双台法以及反双台法/反双事件法等Lg波Q值测定方法、适用条件及范围,分析了这些方法的优缺点,总结了中国大陆及其邻区的Lg波Q值成像的研究成果.     

利用天然地震研究地壳Q值的方法和进展

从地震波衰减品质因子(Q值)的含义及其研究意义出发,介绍了国内外利用天然地震的体波、尾波、Lg波开展地壳介质品质因子Q值研究的方法和动态,阐述了各种方法的方法原理及应用范围等,并展望了利用天然地震研究介质Q值的趋势。     

利用S波高频衰减参数对云南地区地壳Q值成像

根据35个数字地震台站记录的云南地区1999 ~2007年6429个近震的波形资料,采用遗传算法对S波位移谱的高频衰减进行拟合,得到19009条衰减算子t*数据.根据这些衰减算子t*数据,反演得到云南地区地壳Q值分布.结果表明,云南地区的地壳Q值分布存在显著的横向不均匀性,即红河断裂北侧地壳Q值整体偏低,而红河断裂南侧地壳Q值整体较高.云南地区1900年以来6级以上强震基本上位于低Q值区域,这可能由于强烈构造活动导致地壳产生大量裂隙,且裂隙中充满流体,从而表现为低Q值;但呈北西向的龙陵—澜沧—耿马—孟连一带的强震却位于高Q值区,这可能与该地区正发育一条新的构造带有关.此外,云南地区的高大地热流点(>80 mW/m2)基本上位于低Q值区域,热流值与衰减值成负对应关系.     

利用ML振幅研究地壳横波Q值Ⅱ:Q横向变化特征

利用中国地震年报(1984～2004年)测定M_L所用的54000余条区域地震最大振幅数据,采用二维层析成像方法反演中国大陆地壳介质品质因子Q₀结构.反演结果表明,中国大陆地壳介质品质因子Q₀平均为370,Q₀横向变化量可达±200.在整个研究区解的分辨率能够达到3°×3°,大部分地区能够达到2°×2°.Q₀的变化显示出与地质构造分区相关的特征：低衰减 (高Q₀值) 异常区主要分布在塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯高原及华南地区,鄂尔多斯高原北部Q₀值最高;高衰减异常区(低Q₀值)主要分布在青藏高原以东的川滇地区、华北平原、渤海湾,最低Q₀值在渤海湾地区,天山、祁连山和汾渭地堑Q₀也呈较低异常变化.总体看来,构造上稳定的克拉通地台的介质品质因子Q₀较高,而构造上活动的地区往往Q₀较低,显现出区域的衰减变化特征与地壳结构和区域构造之间的密切关系.     

华北地区Lg尾波衰减研究--Lg尾波Q0地震成像

利用单台记录叠加频谱比法测量出的华北地区560余条单台传播路径上平均Lg尾波Q0值数据（Q0是1Hz的Q值）,采用随机褶积模型和奇异值分解法,重建该地区地壳中Q0的横向变化.结果表明,华北地区地壳中Lg尾波Q0值分布具有显著的横向不均匀性,这种不均匀性与地质构造明显相关,块隆区具有较高的Q0值,例如,燕山造山带、太行山块隆、鲁西隆起;华北平原区表现为低Q0值分布,例如冀中坳陷、黄骅坳陷、济阳坳陷,二者界限分明.结合研究区内的大地热值分布研究表明,低Q0值区大都处于高热流区,这可能是地壳内热物质的活动有关.虽然华北地区Lg尾波Q0值高、低分区明显,但是,从总体上应该属于低Q0值异常区,也就是说,该区的地壳是高地震波衰减区,这可能是该地区受太平洋板块和欧亚板块的相互作用而使地壳减薄,热物质上升造成的结果.     

陕甘宁交界地区地壳S波Q值成像特征研究

利用陕甘宁交界地区测震台网记录到的2009—2018年4423个近震波形资料,采用衰减结构层析成像方法对该地区地壳Q_S值进行成像分析,获得了陕甘宁交界地区地壳衰减模型,分析讨论了Q_S值分布与活动断裂及强震活动等之间的关系。结果显示,陕甘宁交界地区地壳剪切波衰减横向变化显著,整体上,海原-六盘山构造带和西秦岭构造带地壳Q_S值相对偏低,鄂尔多斯盆地和陇中盆地地壳Q_S值相对较高。活动构造带和活动断裂交汇区呈现低Q_S值,结合前人研究成果,推断这与活动断裂带及交汇区地壳岩石较为破碎且富含流体有关。有历史地震记录以来,研究区6级以上地震大多分布在高、低Q_S值的过渡区,分析认为这与"硬"、"软"地壳介质交界处容易积累地震应变能有关。研究区域低Q_S值分布与低横波速度和低电阻率区的主要分布特征较为一致,但是与大地热流研究结果存在区域性差异。     

中国大陆Lg波衰减成像

本文利用2009—2019年间中国大陆固定台站记录的宽频带地震波形数据, 采用反双台法, 获得了约36万个台站对的Lg波Q值, 并反演得到了中国大陆Lg波的衰减模型.结果显示, 中国大陆Lg波衰减的Q值结构存在显著的横向非均一性.青藏高原、渤海湾盆地以及祁连山造山带等构造活动块体展现出明显的地壳低Q值强衰减特征, 而华南块体、鄂尔多斯盆地以及塔里木盆地等相对稳定的地区则呈现地壳高Q值弱衰减特征.Lg波衰减与构造活动强度、松散沉积物、地下流体或部分熔融以及地质块体结构等因素密切相关.渤海湾盆地的强衰减主要由上地壳巨厚的松散沉积物和较高的地壳温度导致.青藏高原和祁连山造山带的地壳强衰减主要归因于现今活跃的构造活动、复杂的断裂系统和地质结构以及富含地下流体甚至是部分熔融等因素.华南造山带和大兴安岭地区的地壳弱衰减特征可能与侵入岩冷却形成高强度的结晶基底以及古老造山带地壳构造趋于稳定相关.

     

利用ML振幅研究地壳横波Q值I: 不同构造区的衰减特征

本文利用《中国地震年报》中测定震级M_L时所用的区域地震图中水平向的最大振幅及周期资料，研究了地壳内横波的衰减及介质品质因子Q₀特征. 结果表明，中国整个区域平均的Q₀值为367，以华南地台最高，为460，塔里木盆地为442，鄂尔多斯高原为419，华北地区最低，为294，其次是川滇地区为295. 由这个结果可知，Q₀与地质构造之间存在明显的相关特征，在构造上稳定的克拉通地台，如塔里木盆地、鄂尔多斯高原、华南地台等具有较高的Q₀值；而构造上活动的强烈剪切变形带和新生代扩张盆地，如川滇地区和华北断陷盆地往往是Q₀值低的地区，这和Pn速度分布特征也很相似，在Pn速度高的地区地壳Q₀值亦高，在Pn速度低的地区Q₀值亦低.     

Lg Coda Q Variations across South America and their Relation to Crustal Evolution

Nine broadband seismograph stations in South America have provided 389 recordings of Lg coda with paths that cover most of the continent. Lg coda Q (Q0v) and frequency dependence <(eta)> values at 1 Hz, obtained from these records, were inverted using back-projection tomography to obtain regionalized maps of Q0 and <eta>. The entire western margin of the continent (the active Andean mountain belt) is typified by low Q0 (250–450), whereas broad regions of high Q0 (700–1100) span the central Brazilian shield and contiguous regions to the north and south. Intermediate Q0 (450–700) characterizes the northern Patagonia platform and most of the Atlantic shield. Reduced Q0 in the Atlantic shield may be related to tectonic or igneous activity that occurred during the breakup of Gondwanaland during the Jurassic period. This Q distribution is generally consistent with earlier studies where Q0 was found to be directly proportional to the time that has elapsed since the most recent episode of major tectonic or orogenic activity in any region. Reduced Q0 in the Patagonian platform may, however, be due to young sediments there. Q0 is slightly higher in two portions of the Andean belt (between latitudes 2.0°N and 10.0°S, and between latitudes 24.0°S and 34.0°S) than in other portions of the belt. These variations are consistent with results of earlier studies of body-wave attenuation and heat flow in the Andean mountain belt. Spatial variations of <eta> generally vary inversely with Q0v, being low (0.0–0.2) throughout a broad region centered in the central Brazil shield and extending to the northeastern coast. All surrounding regions except that to the northeast exhibit intermediate to high (0.4–0.8 and possibly higher) <eta> values. Possible biasing of Lg coda Q measurements by proximity to the transition between the South American and Pacific plates was examined using records from a station near that boundary and was found to be small.     

DISCUSSION ON ATTENUATION CHARACTERISTICS,SITE RESPONSE AND MAGNITUDE DETERMINATION IN SICHUAN

The attenuation characteristics and site response are calculated respectively for each individual tectonic unit in Sichuan (Sichuan Basin,west Sichuan plateau and Panzhihua-Xichang area),using digital waveform data recorded by regional seismic networks and relevant seismic phase data collected from China Seismograph Network.The frequency dependent Q(f) is obtained by the iterative grid-search technique described by Atkinson and Mereu based on trilinear geometrical spreading model.The source spectra are determined by the model of Brune and the site responses of seismic stations are derived by Moya's method using genetic algorithms.Comparison to conventional M_L estimates shows that the network local magnitude bias is quite significant at low and intermediate magnitudes.The bias at the j^th station for the i^th event is defined as ΔM_ij=M_ij-M_i, where ΔM_ij is the station magnitude and M_i the network-average value.For comparison,we mapped the spatial distribution of biases by digital seismograms recorded from 10535 earthquakes of magnitude 2.5≤M_L≤4.9 that occurred in Sichuan from January 1,2009 to June 30,2015.Based on the above data,the attenuation characteristics,site response and their effects on magnitude determination in Sichuan are analyzed.Our results demonstrate that the associated model for regional quality factor for frequencies can be expressed as Q₁(f)=450.6f^{0.513 4} for Sichuan Basin,Q₂(f)=136.6f^{0.581 3} for west Sichuan Plateau and Q₃(f)=101.9f^{0.666 3} for Panzhihua-Xichang area.Site response results indicate that different stations show different amplifications.Maps of biases appear to be different,but with similar dominant spatial distribution.For stations in Sichuan Basin,their greater magnitudes are functions of low attenuation in structure and amplification effects of both seismic stations and basin effects.For stations in west Sichuan Plateau,the possible causes of these lower magnitudes are severe dependence upon source region due to extreme lateral variations in either structure or path effect attenuation.For stations in Panzhihua-Xichang area,broken medium caused by strong tectonic activity or large earthquakes and heat flow up-welling along active faults may be the main reasons of low magnitude values when earthquakes occur in western Sichuan and eastern Tibetan region.And the greater magnitudes for earthquakes along the Longmen Mountains appear to be well correlated with edge effect of sedimentary basin on strong ground motion.In our study,stations magnitude biases appear to be extremely correlated with tectonic structures and different regions when seismic rays passing through,magnitudes are affected significantly by lateral variations in attenuation characters rather than site responses.     

华北地区Lg尾波衰减研究--Lg尾波Q的测量

利用1989～1998年间发生在中国华北地区ML≥3.0级的地震事件,华北遥测台网以及数字化台网记录到的信噪比较高的Lg尾波时间序列,经过滤波、消除背景噪声等预处理,采用单台记录叠加频谱比法,得到传播路径上Lg尾波Q0（Q=Q0fη, Q0是1Hz的Q值,η是Q值与频率相关系数）,进而获得该地区Q0和η的空间分布. 测量结果表明,华北地区地壳Lg尾波Q0值分布存在显著的横向不均匀性,这种不均匀性与该地区地壳的速度分布基本一致,表现为与该地区地表地质特征明显的一致性,即传播路径位于太行山隆起和燕山隆起区为高Q0值分布;传播路径位于冀中坳陷和黄骅坳陷等平原区表现为低Q0值;传播路径位于隆起区和坳陷区二者之间,其Q0值也介于二者之间,说明华北地区的地壳结构没有很大的阶跃式变化而使波导遭到破坏,Lg尾波Q0值基本上反映了地壳内介质滞弹性的固有衰减.