体波走时层析成像方法及其在中国壳幔结构研究中的应用评述

文中对地震体波走时层析成像技术近30年的发展进行回顾和评述,并对该方法所存在的问题进行了分析和探讨以及给出应对策略。在壳幔速度结构的横向不均匀性、强震发生的深部构造环境、活火山区的深部结构和起源,以及造山带、板块碰撞带区域深部结构等4个方面对应用地震层析成像技术所取得的主要成果做了分类总结和探讨。研究证明,利用地震层析成像技术所获得的高分辨率地球内部结构为探索岩石圈的演化和板块运动规律及地震、火山活动发生的深部构造环境等提供了十分重要的科学依据。     

1992年美国加州兰德斯地震——地壳结构不均匀性对地震发生的影响

为了理解地震的发生和地壳结构不均匀性的关系,利用南加州地震台网的固定台和临时台所记录的2863个兰德斯余震和区域地震,共计107401个P波和19624个S波高质量的到时数据,采用地震层析成像方法得到了兰德斯地震区P波和S波的精细的三维速度结构和泊松比分布．结果显示,地震的发生和分布与地壳结构的横向不均匀性有密切的关系．总体上看,兰德斯地震区余震成丛分布,并被低速块体截断,其中4级以上地震大多分布于P波高、低速异常过渡区域或偏向高速块体一侧,这可能是因为高速区多属地壳脆性介质,易于造成应力集中,导致地震;反之,低速度区则可能代表破碎程度较高、富含流体或温度较高区域,因而更倾向于产生无震变形．基于兰德斯地震区强震震源位置、地震区P波、S波速度异常与泊松比分布推断,兰德斯地震区可能有流体存在．地壳流体易使地壳岩石弱化,从而引发大地震．     

近震反射层析成像法在兰德斯余震区的应用

采用美国南加州1992年兰德斯地震（M7．3）的余震所产生的初至S波和莫霍面反射波（SmS，sSmS）的到时资料，得到了兰德斯震源区的精细地壳层析成像结果。反演仅用了2个相距约200km的地震台站所记录的数据。获得的成像结果具有25～35km的横向分辨率（亦即台站间距的1／6～1／a）。本研究表明，地壳内的一次和多次反射波对提高地壳层析成像的空间分辨率极为有效。成像结果显示，绝大多数的兰德斯余震都发生在断层带的高波速区内，说明地震的发生与断层带结构的非均匀性密切相关。     

海南岛及邻区地壳三维P波速度结构

利用海南岛及邻区1999——2005年9个地震数字化台站记录到的3 500余条区域初至波到时资料,确定了海南岛及邻区地壳三维P波速度结构. 结果表明,该区域浅部上地壳的波速异常与地表地质构造有一定的相关性,即王五——文教断裂带以北地区波速较低,而以南地区为相对高的波速异常区. 这与琼北地区为凹陷、并伴有多期火山活动和较高的地热背景,而琼中南地区为较稳定的隆起等构造特征相一致. 在其中下地壳,琼东地区相对琼西地区波速较低,可能暗示了地幔热物质上涌等动力学过程. 波速异常分布模式还暗示出北西向断裂带(如铺前——清澜断裂带)较浅,而近东西向的王五——文教断裂带较深,有可能延伸至莫霍面或更深.      

美国南加州地壳、上地幔三维P波速度成像-莫霍面起伏的影响

应用南加州地震台网记录的6 347次区域地震的146 422个P波到时数据，并结合其它地震学方法所得到的莫霍面深度资料，在考虑莫霍面起伏变化下，确定了该区0～35 km深度内的精细三维P波速度模型．检测板分辨率实验结果说明了反演结果的可靠性．该模型提供了有关区域结构的重要信息，浅层P波速度结构与地表的地质特征相关，非常准确地反映了山脉盆地、地形地貌的差异；各深度层上的速度结构表现为分块特征，反映了以大型活动断裂为界勾画出的分区，如洛杉矶盆地、文图拉盆地、莫哈韦沙漠、半岛山脉、圣华金山谷、内华达山区及思尔顿凹槽区域整体变化的特征．圣安德列斯断层成为研究区内明显的边界，几个深度层上可以看到两侧的速度存在明显的差异，而横跨该断裂的几个剖面图上则显示了位于断层西南侧的太平洋板块区域速度较高、不均匀性较大，地震活动较深；位于断层东北部的北美板块速度偏低，非均匀性稍弱，地震活动性则较弱．比较平缓莫霍界面和起伏莫霍界面下反演得到的结果可以说明:莫霍界面的起伏对中下地壳层位速度结构的影响是明显的，尤其是在莫霍面深度变化较大的部位，这种影响更为强烈．带莫霍面形状的模型能更精确地计算射线路径和理论到时，从而使反演后的残差更小、结果更精确．      

1995年神记地震震源区层析成象：是否在震源区存在流体的证据？

对１９９５年１月１７日日本神户的Ｍ＝７．２地震震源区的地震成象显示,存在一个覆盖约３００ｋｍ＾２,地震波速出现－５％的低值,而泊松比出现＋６％的高值的异常区,这个异常可能是由存在过压的、流体充填的和断裂的基夺所引起的,这种岩体导致了神户地震的发生。     

P-wave tomography of crust and upper mantle under Southern California: Influence of topography of Moho discontinuity

We use 146 422 P-wave arrival times from 6 347 local earthquakes recorded by the Southern California SeismicNetwork to determine a detailed three-dimensional P-wave velocity structure at 0～35 km depth. We have takeninto account the Moho depth variations, which were obtained by seismological methods. Checkerboard tests sug-gest that our inversion results are reliable. Our models provide new information on regional geological structuresof Southern California. At shallow depths P-wave velocity structure correlates with surface geological features andexpresses well variations of surface topography of the mountains and basins. The velocity structure at each layer ischaracterized by block structures bounded by large faults. Ventura Basin, Los Angeles Basin, Mojave Desert, Pen-insular Ranges, San Joaquin Valley, Sierra Nevada, and Salton Trough show respectively all-round block. SanAndreas Fault becomes an obvious boundary of the region. To its southwest, the velocity is higher, and there arestrong heterogeneity and deeper seismicity; but to its northeast, the velocity is lower and shows less variation thanto the southwest, the seismicity is shallower. To investigate the effect of the Moho geometry we conducted inver-sions for two cases: one for flat Moho geometry, another for a Moho with lateral depth variations. We found thatthe topography of the Moho greatly affects the velocity structure of the middle and lower crust. When the Mohotopography is considered, a more reasonable tomographic result can be obtained and the resulting 3-D velocitymodel fits the data better.     

精确测量的地幔体波走时及地幔非均匀性的强度

用波形相关法精确地测定了在世界各地发生的87个6级以上地震的P波, PP波和Pdiff波的503个走时数据。记录这些地震波形的是新建于西太平洋地区的海洋半球地震观测网。我们利用这些高精度的走时数据研究了地幔体波的走时残差的范围及地幔非均匀性的强度。结果表明,P波、PP波和Pdiff波的走时残差最大分别为9 s ,11 s和15 s ,这为地幔层析成像反演中应该使用的体波走时残差数据的范围提供了重要信息。超出这一范围的走时残差数据不应该用于反演中,以免歪曲成像结果。我们发现,当震中距小于40°时,P波走时残差的范围为-6到+9 s。而对于40°到99°之间的震中距,P波走时残差的范围为-3到+5s。由于震中距越大,P波穿透地幔越深,我们这一结果提供了直接和确凿的证据,表明上地幔和地幔转换带中的横向非均匀性的强度要远胜于下地幔。我们精确测量的Pdiff波的走时数据表明,在地幔底部存在显著的低速异常,可能与地幔热柱或者超级地幔柱有关。我们使用了一个最新的三维全球层析成像模型来解释这些体波走时数据的空间变化。     

峰度和AIC方法在区域地震事件和直达P波初动自动识别方面的应用

提出了一种基于直达P波信号的峰度和Kurtosis-AIC方法进行区域地震事件实时检测和直达P波初动精细识别的新方法,并应用于山东地震台网记录的地震波资料处理.结果表明:(1)应用峰度方法能够有效识别出地震事件,可有效减低地震事件的错误报警率和漏报率;(2)与人工识别震相到时的结果相比,根据Kurtosis-AIC震相自动识别方法得到的震相到时的平均绝对值误差为(0.09±0.08)s。     

河南测震台网波形记录时间监控程序开发

针对地震速报时间误差带来的问题,提出解决问题的重要性,分析时间获取的途径和原理,通过C＋＋提供的 SOCKET 套接字及其函数,结合地震数据采集器协议,提供实例方案,最终达到应用效果。