利用面波和接收函数联合反演滇西地区壳幔速度结构

考虑到面波频散对介质S波速度、接收函数对界面深度的各自敏感性优势,综合利用面波和接收函数资料实现联合反演,求取滇西地区壳幔速度结构. 本文利用适配滤波频时分析技术处理覆盖滇西地区的长周期面波资料,获得105～1050s周期范围内的面波群速度频散,进而利用分格反演方法提取研究区内1°×1°网格纯路径频散;基于滇西地区宽频带三分量远震记录,经反褶积后得到台站下方的远震P波接收函数. 联立面波纯路径频散信息和接收函数资料建立系统方程,利用阻尼最小二乘法实现联合反演,从而获得滇西地区壳幔S波速度结构. 结果表明,滇西地区以红河断裂为界,东西两侧壳幔结构存在明显差异,断裂西侧约20km深度处存在一厚度为10km左右的低速层,而东侧并不明显;滇缅泰块体上的畹町、沧源一带属于上地幔低速区,而另一个地幔低速区则位于滇中块体上的康滇古隆起上,两处地幔低速区与大地高热流分布、强震活动具有较好的对应关系.     

面波频散与体波接收函数联合反演研究回顾及展望

面波频散和接收函数是研究地壳上地幔速度结构的重要方法.面波频散对绝对S波速度较为敏感,但对界面结构约束不强;而接收函数对间断面具有很好的分辨能力.二者优势互补,通过联合反演,可以得到更为准确的壳幔内部界面及绝对S波速度结构.近十几年来,随着噪声地震学的迅猛发展以及大量宽频带地震仪的架设,该联合反演方法得到了更进一步的应用.为了便于梳理该研究方向的脉络,本文分别回顾了面波频散与体波接收函数的方法原理及其在壳幔结构反演中的应用,并分析了两种方法的优势与不足.在此基础上,介绍了二者的联合反演方法,以及在地壳上地幔速度结构研究中的应用.展望了联合反演方法的进一步发展,以及加入多种地球物理观测数据对反演地壳上地幔结构的意义.     

基于贝叶斯理论的接收函数与环境噪声联合反演

基于Bayes反演理论(Tarantola,1987,2005),在接收函数非线性复谱比反演方法基础上(刘启元等,1996),本文讨论了接收函数与地震环境噪声Rayleigh波相速度频散的联合反演.本文采用修正后的快速广义反射/透射系数方法(Pei et al., 2008,2009) 计算Rayleigh波相速度频散, 并引入地壳泊松比的全局性搜索.数值检验表明:(1)接收函数与环境噪声的联合反演能够有效地解决反演结果对初始模型依赖的问题,即使对地壳速度结构仅有非常粗略的初始估计(例如,垂向均匀模型),本文方法仍能给出模型参数的可靠估计;(2)由于环境噪声与接收函数在频带上的适配性明显优于地震面波,接收函数与环境噪声的非线性联合反演能更好地约束台站下方近地表的速度结构;对于周期范围为2~40s的环境噪声相速度频散,利用本文方法能够可靠推测台站下方0~80 km深度范围的S波速度结构, 其浅表速度结构的分辨率可达到1 km; (3)本文方法能够可靠地估计地壳泊松比,泊松比的全局性搜索有助于合理解释接收函数和环境噪声的面波频散数据.利用本文方法对川西台阵KWC05台站观测的接收函数与环境噪声的联合反演表明,该台站下方地壳厚度为44 km,上地壳具有明显的高速结构,24~42 km范围的中下地壳具有低速结构.该台站下方地壳的平均泊松比为0.262,壳内低速带的泊松比为0.27.     

基于邻域算法的瑞利面波垂直-水平振幅比及频散曲线联合反演及应用

瑞利面波垂直-水平振幅比(或ZH振幅比)是一个随频率变化的函数,对于台站下方浅层地壳结构非常敏感,且具有和频散资料不同的深度敏感核,是传统频散反演方法的一个很好的补充,从而可以将基阶瑞利面波的ZH振幅比和面波频散数据联合起来更好地反演获得观测台站下方的速度结构.本文提出了基于邻域算法的面波频散曲线与ZH振幅比联合反演方法,我们进行了基于理论模型的模拟测试,证明了联合反演是一种更为可靠的反演方法,且能更好地约束浅层地壳结构.相比于频散曲线单独反演,联合反演不仅可以精确反演获得地壳的Vs结构,对分层地壳的Vp/Vs也能很好地约束.然后我们将联合反演算法应用于实际测量数据,获得了中国西南昆明台(KMI)下方更为准确的地壳横波速度结构及Vp/Vs模型.     

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。     

利用地脉动信息约束沉积层区域台站下方速度结构反演

利用接收函数和地震面波频散联合反演台站下方速度结构,已成为一种常用技术.联合反演结果能同时匹配两个不同数据集合,使得解的非唯一性在一定程度上得到了有效抑制.然而对于现有地震台站分布,短周期面波由于受多种因素的影响,可以获得的有效频散资料较少,层析成像的横向分辨率较低,难以反映台站附近局部介质真实的频散特性,而且这些面波...     

瑞利面波频散曲线贝叶斯反演及其在活断层调查中的应用

瑞利波具有强能量和频散特性,面波勘探采集瑞利面波数据分析反演得到横波速度结构,在浅地表勘探领域得到了广泛的应用,根据面波频散反演速度结构是面波勘探的重要环节之一.面波频散与地下介质的弹性参数是非线性关系,全局优化方法是解决非线性反问题的有效办法,贝叶斯方法是一种基于统计的全局优化方法.贝叶斯公式反映了先验信息和条件概率乘积与后验概率之间的正比关系,利用马尔科夫链蒙特卡洛采样方法可以获得后验分布的采样.与其他方法相比,该方法不是给出一个模型最优解,而是统计出模型参数的平均值和方差,平均值即是反演的模型解,方差能对该反演结果的不确定性做出评价.本文采用贝叶斯方法对模拟和实测瑞利面波数据频散曲线进行反演,结果显示,该方法能获得比较精确的横波速度和厚度参数,验证了本文方法可行.在高丽营地区采集了多个单炮面波数据,对数据进行频散谱处理拾取频散曲线,通过贝叶斯反演方法获得了该测线二维横波速度剖面图,有助于划分和解释该测区地层及断层地质构造.     

接收函数复谱比的最大或然性估计及非线性反演

利用Ｓｈａｍｗａｙ和Ｄｅｒ的多道最大或然性反褶积原理，讨论了从单台三分量远震Ｐ波波形中分离接收函数径向与垂向分量复谱比的方法．根据Ｔａｒａｎｔｏｌａ的波形反演理论发展了接收函数复谱比的非线性反演方法．本文的反演方法除了拟合接收函数的复谱比之外，还需拟合时间域中接收函数垂向与径向分量的初至振幅比．合成波形数据反演的结果表明本文方法的反演结果不依赖初始模型．利用该方法和ＣＤＳＮ台网兰州台记录的宽频带远震Ｐ波波形数据，研究了该台站的接收函数及其随方位角的变化．接收函数复谱比非线性反演给出了该台站下方１４０ｋｍ深度岩石层的Ｓ波速度结构，得到兰州台下方地壳厚度为５４ｋｓ，岩石层厚度为９４ｋｍ．     

场地瑞利波频散特性的测试方法研究

瑞利波频散特性测试是波速结构的面波探测方法中的关键环节。本文不进行速度结构的比较,而是直接与表面波谱分析方法比较所提取的频散曲线,从而将反演方法可能引入的不确定性因素剥离了出去,能够更客观地说明地脉动台阵方法的有效性和精度。在唐山26个场地进行的两种方法中美联合观测和分析结果表明。地脉动方法在83％的场地达到了与表面波谱分析方法相同的精度,是一种经济有效的场地瑞利波频散特性和波速结构测试方法。     

基于接收函数与背景噪声联合反演的研究与应用

本文回顾了接收函数线性反演及接收函数与频散曲线联合反演的理论.为了检验两种方法在实测数据中的应用效果,我们选择云南区域台网位于四个不同次级块体的四个台站为例:首先,计算了四个台站的远震P波接收函数;然后,分别运用接收函数线性反演和接收函数与背景噪声数据联合反演两种方法分别得到台站下方的S波速度结构;另外,运用H-k扫描方法验证两种反演方法获取的莫霍面深度的可靠性.在反演过程中,当我们提供具有深一些莫霍面的初始模型时,联合反演获取的莫霍面深度与H-k扫描结果具有很好的一致性,同时联合反演也能有效地捕捉低速层,对反演的S波速度也有较好的约束.由此推知,加入背景噪声相速度数据后的联合反演对初始模型的依赖性低于单独用接收函数反演的结果.     

用瞬态多道瑞利波法研究夏垫隐伏断裂附近的浅层速度结构变化

用瞬态多道瑞利波法,对夏垫隐伏断裂附近的浅层速度结构进行了调查研究,利用f-k域分析方法提取瑞利波频散曲线,分别用遗传算法和半波长方法反演,得到断裂附近的横波速度结构和瑞利波相速度分布剖面。反演结果与钻孔资料的对比表明,瞬态瑞利波法对于探测上断点埋深较浅的隐伏断裂是有效和可靠的。     

3 岩石层结构与过程

岩石层结构与过程为第二专题,共收到论文30篇,其中口头报告13篇,张贴报告14篇,内容主要涉及天然地震观测研究,深地震测深及高能量可控震源等内容. 3.1 天然地震观测研究 该部分内容主要有:用现在广泛使用的常规地震资料处理方法,如体波走时反演、面波频散反演、尾波Q值计算、接收函数等方法研究台阵下方局部区域小尺度地壳结构、介质性质及全球范围内大尺度的壳幔P波速度结构.     

鄂尔多斯地区上地幔岩石圈三维速度结构面波反演研究

双平面波拟合法是一种新的面波成像方法,反演中考虑地震波场中的非平面波成分,提高反演的分辨率.本文利用双平面波拟合法,反演获得鄂尔多斯地区上地幔岩石圈的速度结构.所用资料为国家数字地震台网69个宽频带地震仪和北京大学34个流动数字地震台观测到的地震波面波资料.首先从面波记录中提取了研究区域20~125 s瑞利波相速度频散曲线,进而得到各个周期瑞利波相速度异常分布图.结果显示,短周期瑞利波相速度异常与地表的构造特征吻合较好,中长周期的瑞利波相速度可以反映出上地幔岩石圈的速度异常分布以及构造特征.由研究区20~125 s的瑞利波相速度分布图可以反演得到地表到地下200 km范围内的三维剪切波速度结构.结果显示,鄂尔多斯块体内部稳定均一,活化或改造的痕迹不明显;鄂尔多斯块体西南缘受到青藏高原的强烈作用,有大量地幔物质流动的痕迹存在;中央转换带下超过200 km深度存在地幔物质上涌,可能与太平洋板块的俯冲和青藏高原板块的挤压有关.     

中国数字地震台网的接收函数及其非线性反演

利用中国数字台网（CDSN）记录的85个远震事件的宽频带P波波形数据和分离接收函数的最大或然性反褶方法,获得了CDSN台网10个台站不同方位的岩石层接收函数.利用这些台站不同方位的平均接收函数和非线性接收函数反演方法,获得了上述各台站下方100km深度范围内的岩石层S波速度结构.结果表明CDSN台网各台站下方的地壳厚度和岩石层速度结构存在明显的差别.其中,拉萨台下方的地壳厚度为66kin,壳幔界面较模糊,而余山台下方的地壳厚度为34km,壳慢界面两侧速度反差明显.刮用本文方法估计的地壳厚度与已有的结果基本一致,由于CDSN台网覆盖了中国大陆的各主要构造单元,本文的结果为研究中国大陆的岩石层S波速度结构及其横向变化提供了新的证据.     

利用SV分量接收函数反演地壳横波速度结构

详细讨论了远震体波SV分量接收函数的特点及其在反演地壳S波速度结构中的优势．与径向接收函数类似，SV分量接收函数可通过对远震体波的SV分量直接反褶积P分量获得．研究分析表明:与径向接收函数相比，SV分量接收函数的振幅随震中距的变化更加稳定，波形简单且突出了对结构最敏感的PS转换波信息．理论数值实验显示:在反演地壳S波速度结构时，SV分量接收函数比径向接收函数具有更好的收敛性．作为实例，利用SV分量接收函数反演方法反演了海拉尔台下的S波速度结构．      

山西地区剪切波速度层析成像

正本文通过收集山西裂谷带及其邻区150多个宽频带地震仪的连续记录和远震事件波形资料;利用噪声成像、双平面波成像等方法研究了山西裂谷带及其周边区域的面波频散,并基于远震事件计算了研究区域的接收函数;在此基础上,拼接了5—120 s周期的完整面波频散曲线,采用面波频散曲线和接收函数,联合反演了研究区域三维剪切波速度结构和地壳厚度等结     

P波和S波接收函数的贝叶斯联合反演

S波接收函数对于研究岩石圈速度结构具有重要价值. 本文利用合成地震图技术研究了S波接收函数的动力学特征. 在接收函数非线性复谱比反演方法的基础上,发展了基于贝叶斯理论的P波和S波接收函数的非线性联合反演方法. 结果表明:(1)适用于S波接收函数反演的震中距范围约为55°~80°,S波接收函数反演要求所用远震事件的震级大于5级; (2)与陡变的岩石圈底部界面(LAB)相比,梯度带类型LAB上生成的S_LP转换波相对较弱,台站下方的沉积盖层有助于相对增强S_LP震相; (3)由于S波接收函数径向分量不符合δ脉冲,不依赖于等效震源假定的三分量接收函数多道最大或然性反褶积方法更适合S波接收函数的估计;(4)数值检验的结果表明,在初始模型速度参数偏离真实模型20%的情况下,本文的方法能够预测300 km深度范围内的P波和S波速度结构;(5)观测数据的反演结果表明,由于P波接收函数低频分量相对不足,本文的联合反演方法对于大于100 km深度上地幔的S波速度结构约束相对较弱.     

远震接收函数方法及其在海域岛礁区地壳结构研究中的应用

远震接收函数方法从远震P波波形中提取出台站下方主要速度间断面的信息,是研究地壳、上地幔结构的有效方法。该方法通过拟合转换波波形来约束间断面深度和横波速度。传统的接收函数线性反演方法强烈依赖于初始模型的选取,其反演结果存在较大的不确定性,为此新的基于非线性的反演方法逐渐发展起来,另外,接收函数与面波联合反演以及S波接收函数方法的提出也在一定程度上降低了反演结果的非唯一性。接收函数方法在大陆区地壳结构的研究中得到了广泛运用,但对于海区和岛礁区的研究却非常缺乏,本文回顾了国内外一些岛礁区的接收函数研究实例,介绍了西沙群岛琛航岛的天然地震观测及其结果,探讨了接收函数方法在岛礁区地壳结构研究中的应用前景。     

汶川地震破裂带地壳速度结构研究

利用分布在汶川地震破裂带上三个固定台站两年的远震接收函数,结合该区域已有面波频散结果,首先确定了各台站下方不同方位地壳的厚度、波速比和纵波平均速度,进而构建初始模型,对各台站下方不同方位地壳速度结构进行了线性反演.结果表明:位于汶川地震破裂带两端单台下方地壳结构的横向非均匀性较强,各方位接收函数差异较大,而破裂带中部台...     

大陆深俯冲的深浅动力学响应:来自帕米尔高原地壳精细结构的约束

帕米尔高原位于青藏高原西构造结,强烈的陆内中源地震活动指示帕米尔高原下方正发生着大陆深俯冲过程.文章基于帕米尔高原现有流动地震台阵观测资料,利用接收函数谐波分析和环境噪声方法,在有效协调接收函数与面波频散分辨尺度的情况下,通过接收函数和面波频散联合反演,重建了横跨帕米尔高原到费尔干纳盆地等主要构造单元的壳幔二维S波速度结构.通过与接收函数CCP叠加成像剖面之间的对比分析,可靠地揭示了帕米尔高原中源地震分布、Moho面形态、上地幔和壳内低速异常分区/分层之间的空间配置关系,不仅进一步证实了亚洲大陆下地壳在帕米尔高原下方与岩石圈地幔耦合在一起发生了深俯冲,而且指示了深俯冲地壳物质的变质脱水反应在该区中源地震活动和壳内变形中起到的重要作用,从而为认识和理解大陆深俯冲过程及其动力学响应提供了新的地震学制约.