起伏地表下地震波传播数值模拟方法研究进展

起伏地表是地震数据的采集、处理和解释中普遍遇到的难题.起伏地表下的地震波传播数值模拟,对起伏地表观测的地震资料处理解释有重要意义.地震波场模拟和地震波走时场分别描述地震波的动力学和运动学信息,为研究地震波传播理论的两种重要途径.本文从地震波场和地震波走时场两方面回顾和总结了起伏地表下的地震波传播数值模拟方法的研究进展,并展示了该领域的一些最新研究成果,为使读者能从中找到突破点,为起伏地表这一勘探领域的经典难题做出贡献.     

松辽盆地北部隐伏二叠系和侏罗系的初步研究

据50余口钻井揭露,松辽盆地北部隐伏的二叠系自下而上称杜尔伯特组(磨拉石)、一心组(残留海盆)、林甸组(火山弧)和四站组(大湖盆),是海西期阿尔泰型(增生弧型)造山带发育的记录,构造线为北东东向。侏罗系(主体为中侏罗统)大庆群由下部碎屑岩和上部蚀变火山岩组成,是古缝合线活化控制发育的燕山期陆内造山作用的磨拉石建造,构造线仍为北东东向,故侏罗系自内蒙东延入黑龙江省中-西部。晚侏罗世时松辽地区的磨拉石盆地闭合,中-酸性岩浆侵入活动仍十分活跃。据新的同位素年龄、化石和构造线方向等证据将火石岭组、沙河子组和营城组归为早白垩世早期,是北东向构造控制发育的松辽盆地断陷阶段的记录。文章列述了典型钻孔所见二叠系和侏罗系的岩石序列和地层分布,分析了其沉积—构造背景和演化,提出松辽盆地的基底是海西期增生弧型造山带,盆地早期的断陷伸展和火山作用是燕山造山带坍塌的地表反映。在此基础上讨论了早白垩世北东向新生构造在区域构造演化中的意义,探讨了前白垩系的油气远景。     

松辽盆地南部白垩纪-古近纪挤压构造的发现与盆地性质探讨

松辽盆地位于欧亚板块东部,毗邻太平洋板块,是叠置于华北板块和西伯利亚板块之间的晚古生代碰撞造山带之上规模最大的中-新生代陆相含油气盆地,具有断、坳双重结构。自白垩纪以来,松辽盆地南部主要经历两期挤压作用:NW-SE向挤压作用发生在下白垩统营城组碎屑岩段-上白垩统泉头组沉积时期,挤压作用持续了18Myr;近E-W向挤压作用发生在四方台组-古近系沉积时期,挤压作用至少持续了39.1Myr。两期挤压作用都表现出东强西弱的特点,第二期挤压作用的变形强度远大于第一期,并且在明水组沉积晚期变形强度最大,这期挤压作用奠定了松辽盆地现今的构造格局。下白垩统营城组上部碎屑岩段-上白垩统泉头组和四方台组-古近系的沉积作用分别记录了第一期、第二期挤压作用形成的反转构造和断层相关褶皱的变形过程。上述构造在不同时期隆升速率与沉积速率之间的关系,控制了盆地的沉积范围、沉积地层的厚度和接触关系在空间上的变化。松辽盆地在上述两个构造演化阶段都处于活动大陆边缘的陆内区域,盆地性质都应属于陆内挤压坳陷盆地。     

龙门山中段及邻区地壳密度结构及其地球动力学启示

龙门山是我国东西构造、地貌分界线的重要组成部分。其两侧的岩石圈结构差异,是形成龙门山造山带的主要原因之一,并对龙门山的构造演化起着持续影响。为了解龙门山两侧壳幔结构差异,本文从重力角度探讨跨龙门山地区的地壳密度结构。我们使用EGM2008模型的重力异常数据,以最新的阿坝-遂宁人工源地震剖面速度模型为基础,得到了龙门山造山带中段及其邻区的精细地壳密度结构。密度结构显示松潘-甘孜地区和四川盆地分别具有软弱和坚硬的下地壳。根据本文所得到的地壳密度结构模型,我们认为龙门山的隆升主要受印度洋板块与欧亚大陆板块的陆-陆碰撞作用影响,强烈的挤压作用使青藏高原物质向东运移,东移物质在青藏高原东缘龙门山地区受到坚硬的四川盆地的阻挡转而向上运移,造成了龙门山的隆升。     

中国大陆东部强震活动特征

中国大陆东部是我国地震高发地区,区域内人口密度大、经济相对发达。根据地质构造背景和地震活动的差异,将中国大陆东部划分为东北地区、华北地区、东南沿海地区和华南其他地区,选取1815年以来M_S≥6.0地震目录(不包含东北深源地震)作为基础资料研究中国大陆东部强震活动特征。首先基于活动地块理论对中国大陆东部地震活动区进行划分,然后从时间和空间分布上分析中国大陆东部强震活动特征,最后预估中国大陆东部的未来强震活动趋势。研究结果表明:(1)中国大陆东部M_S≥6.0地震主要集中在华北地区和东南沿海地区,而东北地区和华南其他地区强震活动相对较弱,同时华北地区和东南沿海地区MS≥6.0地震具有同步活跃的特征;(2)华北地区M_S≥6.0地震的主体活动区包括华北平原活动地块、鲁东-黄海活动地块和燕山-渤海带,东南沿海地区的主体活动区为滨海断裂带、长乐-诏安断裂带和台湾海峡,东北地区的主体活动区为松辽盆地;(3)采用威布尔分布对1815年以来各活跃幕时段M_S≥6.0地震首发和次发地震间隔进行拟合,认为未来5年中国大陆东部发生M_S≥6.0地震的可能性较大。     

1966年邢台强震群震前、 同震和震后断层运动特征分析

在1966年3月邢台强震群水准观测基础上, 本文首先对同震位移和数值模拟结果进行了对比, 认为邢台强震群发震断层浅层是牛家桥阳断层和永福庄断层, 深部发震断层是倾向北西的北东向断层; 然后以区域水准观测为约束, 通过反演给出了邢台强震群震前断层无震滑移、 同震断层位错和震后断层余滑空间分布。 结果表明, 震前显著无震滑移主要发生在3月8日6.8级前震的发震断层上, 而3月20日宁晋7.2级和6.7级地震发震断层深部同震位错相对弱的断层段, 震前也存在较为明显的无震滑移; 震后断层余滑主要分布在束鹿凹陷西侧的牛家桥阳断层。 从邢台强震群过程中断层运动时空演化特征可以看出, 强震破裂成核过程中震前断层无震滑移既可能发生于前震发震断层, 也可能发生于主震发震断层, 震后断层位移空间分布与同震位错具有互补性; 而震前断层无震滑移是否为有关震前前兆的真正原因, 是值得进一步深入研究的问题。     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震强地面运动模拟及烈度分布估计

2022年1月8日青海省海北藏族自治州门源回族自治县发生M_S6.9地震。门源地震序列的重定位结果认为门源地区还存在一定的应力积累,未来该地区具有发生强震的可能。本文结合震源区地形数据、三维速度结构,根据门源地震震源破裂过程的初步结果,采用曲线网格有限差分方法模拟了门源地震的波场传播过程,得到烈度分布。结果表明:沿平行断层走向方向的地震动衰减明显小于垂直断层走向方向;门源地震的最大烈度为Ⅷ度,位于震源破裂起始点附近区域,理论烈度与野外调查的地震烈度分布基本一致;受强地面运动方向性效应和起伏地表的影响,地震灾害主要沿发震断层的WNW方向和ESE方向集中分布。      

东北地区拉布达林盆地的构造特征及早白垩世变形序列

拉布达林盆地为内蒙-大兴安岭古生代碰撞造山带之上的中生代断陷盆地,主要发育下白垩统和第四系.拉布达林盆地的构造特征复杂,主要发育NE向、NEE向和NW向构造,其中NE向构造主要为一系列NE向犁式正断层及其与之相伴的同向正断层组合,NEE向构造具有剪切正断层的性质,NE向和NEE向断层都是形成于塔木兰沟组-伊列克得组沉积时期的控陷断层,它们是形成于同一应力场具有不同力学性质的构造.NW向断层形成较晚,切割了NE向和NEE向断层,具有左行走滑的特征.在大磨拐河组沉积时期经历了较大规模的挤压作用,不仅使部分早期NE向控陷正断层发生正反转作用,而且形成断层转折褶皱和断层传播褶皱.依据反射地震资料及相关地质资料,确定拉布达林盆地在早白垩世经历了3期变形作用,即塔木兰沟组-伊列克得组沉积时期的NW-SE向的伸展作用、大磨拐河组沉积时期的NW-SE向挤压作用和伊敏组沉积时期的近EW向伸展作用.     

中国大陆地震低活动异常及其在中期预测中的效能研究

在对中国大陆地震活动的分析研究中发现, 在某些大地震发生前的一、 两年中, 中国大陆往往出现地震活动显著平静的低活动异常。 本文应用最近100 a(1918—2017年)间5级以上地震资料, 分析地震低活动异常与未来一、 两年中国大陆地震活动的关系。 从M≥5.0地震的年频度、 年度最大地震震级、 6级以上地震的平静等方面建立了地震低活动异常的判据指标, 并从概率增益指数β、 预测效能比α、 地震预测R值评分等方面对地震低活动异常与未来大震关系作了多参数检验。 初步研究结果显示, 地震低活动异常与未来一、 两年中国大陆地震活动有一定的关系, 主要表现为其与8级左右(M≥7.8)巨大地震具有一定的相关性, 但其关联度较低, 概率增益指数β与预测效能比α为3左右, R值评分为0.2左右。 对于M＜7.5的地震, 地震低活动异常未显示, 其概率增益β, R值评分接近于0, 似呈现为近于随机关系。 M7.5是开始显示地震低活动异常与其有一定相关性的转折点。     

一种基于层析成像技术提高浅地表面波勘探水平分辨率的方法

在高频面波方法中,水平分辨率是指水平方向上分辨异常体的能力.异常体在水平方向上的长度可用水平方向上横波速度的异常尺度来确定.面波多道分析（MASW）方法被广泛应用于浅地表横波速度结构的探测,然而该方法确定的横波速度是整个检波器排列的平均计算结果,因此水平分辨率较差.另外,采用共中心点（CMP）多次覆盖的方式采集数据亦增加了野外的工作量.我们在MASW方法的基础上,应用面波层析成像方法,提出一套提高面波勘探水平分辨率的完整方法的技术流程.首先,利用波场分离技术获得准确的基阶或高阶模式面波,采用相位扫描的互相关方法测量多道面波记录中任意两道之间的面波走时;然后根据面波层析成像方法,获得高分辨率的各目标网格内的纯路径相速度频散曲线;最后反演所有目标网格内的纯路径相速度频散曲线,得到研究区域的拟二维横波速度结构.这套方法具有一定的抗噪能力,理论上它可以准确地提取相邻两道之间面波的相速度频散曲线;同时由于该方法最少只需要1个排列就可以获得拟二维横波速度结构,因此它显著减小了野外工作量.理论模型和实际资料都证实了这套方法可有效提高面波勘探的水平分辨率.