2020年伽师MS6.4地震前震活动研究

2020年1月19日新疆伽师发生M_S6.4地震, 震前约45小时震源区曾发生M_S5.4地震, 构成典型的前-主-余型地震序列, 显著且丰富的前震活动为研究主震成核过程提供了宝贵的基础数据.本文收集了M_S6.4地震震中100km范围内6个地震台站的波形数据, 以重定位后的地震目录作为模板, 利用匹配定位方法(Match & Locate)对M_S6.4地震前后(2019年12月1日至2020年1月31日)的小地震进行了检测和定位, 检测得到4664个地震事件, 其中261个事件发生在伽师M_S6.4地震之前, 序列目录的完备震级从M_L1.6降低到M_L1.1.基于检测目录, 利用修正的大森公式计算M_S5.4前震序列的p值偏低, 表明前震序列衰减缓慢.根据地震活动时空分布, 伽师M_S5.4地震前26天内和伽师M_S6.4地震前2天内, 发震断层附近存在由地震活跃转为相对平静的过程.另外, 伽师M_S6.4主震前2天内的地震活动存在向主震位置迁移、收缩的现象, 可能标志着断层已进入亚失稳阶段.

     

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.

     

横波分裂和纵波方位各向异性在油气勘探中的应用

本文首先回顾了横波分裂和纵波方位各向异性应用于油气勘探的发展历程; 在此基础上重点讨论了二者在上地壳中的分布情况、相互关系及应用条件.横波分裂是地震波传播经过裂缝时所独有的横波双折射现象, 40年的科学研究及生产应用表明这一物理现象在上地壳中广泛存在, 并主要存在于近地表1200 m以浅.纵波方位各向异性从浅到深在上地壳中分布差异较大; 应用于检测裂缝时仅对含气裂缝发育区敏感, 对含其他流体的裂缝区不敏感.针对裂缝发育区的预测, 本文利用理论和实验数据分析论证了横波分裂与纵波方位各向异性的关系; 阐明在油气勘探中横波分裂分析与纵波方位各向异性预测裂缝储层须首先消除近地表的影响, 这在一定程度上限制了二者的应用.同时阐明二者的应用还需要满足近地表相对简单、裂缝储层相对较厚等条件; 且需采集非零偏或环形垂直地震剖面(VSP)资料进行标定.即多分量地震数据品质、近地表地震地质条件及储层方位各向异性发育程度是影响横波分裂及纵波方位各向异性应用效果的3个关键因素.

     

基于平均速度分析的近地表纵波速度反演

面波频散曲线对于横波速度、纵波速度、层厚等近地表地球物理参数的敏感度相差较大, 现阶段通过频散曲线可以获得较为精确的近地表横波速度与厚度信息, 但无法直接对纵波速度进行反演.研究表明, 泊松比对于波长(W)-探测深度(D)关系较为敏感.基于这一发现, 本文根据频散曲线与反演获取的横波速度结构计算平均速度, 获取W-D关系曲线.但合成数据测试证明, 因近地表浅层对应的W-D曲线变化较小, 且浅层纵波速度反演不准确会使误差累积, 直接反演W-D曲线无法获取可靠的纵波速度剖面.本文改进了基于平均速度分析的近地表纵波速度反演方法, 在目标函数中加入了对浅层信息较为敏感的W/D-D信息, 同时对W-D曲线与W/D-D曲线进行联合反演.合成数据测试证明可以获取较为准确地浅层与深层纵波速度.将该方法应用于实际地震数据中, 联合反演得到的纵波速度剖面与微测井数据较为吻合, 证明本文提出的方法可以不借助其他信息, 仅通过面波频散信息, 获取更为准确地近地表纵波信息.

     

一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移

地下介质通常具有黏滞性,地震波在地下介质的传播过程中将不可避免地伴随着振幅衰减和速度频散,进而影响地震成像的准确性和分辨率.基于黏滞介质的衰减补偿逆时偏移能沿地震波的传播路径恢复其所经历的振幅衰减和相位畸变,有效提升成像效果.然而,由于地层对地震波的吸收衰减效应呈指数变化,衰减补偿过程中高低频分量的非同步增长易导致补偿算法数值不稳定.为此,本文提出了一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移方法.该方法基于解耦的常Q分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程描述地震波在地下介质中的传播效应,将振幅正则化因子引入该方程的时间-波数域的解析解中,以确保在补偿过程中地震波场能稳定延拓.二维、三维合成数据以及实际资料的偏移算例均证实了该方法的可行性和有效性,所提出的方法能有效地处理衰减补偿中的不稳定问题,明显提升地震资料的偏移成像质量.

     

马鞍山地震台人工爆破与天然地震记录特征差异

鉴于马鞍山地区矿山较多,常有人工爆破发生,为了快速识别事件性质,分析了人工爆破与天然地震在P波初动方向、纵横波振幅比、衰减速度、频谱、发震时间等方面的差异。     

海域工程场地地震安全性评价的特殊问题

中国位处环太平洋地震带与地中海-喜马拉雅地震带之间,陆域和海域地区的地质构造活动均非常强。随着沿海经济的持续、快速发展,特别是“21世纪海上丝绸之路”战略构想的提出,滨海、近海及海洋工程的抗震设防成为地震科学领域的热点研究方向。因此,迫切需要开展海域地震区划为工程抗震设防提供依据。国家重点研发计划项目“海域地震区划关键技术研究”以海域地震区划的基本原则、科学问题及关键技术为研究目标,提出海域地震区划图的编制原则,形成区划方法与技术系统,并通过典型海域地震区划的示范应用,为中国海域地震区划图编制提供技术支撑。经过两年的项目研究,编制完成了中国东部和南部海域活动构造框架图和3个典型海域（位于黄海、台湾海峡、南海内）地震构造简图,获得了中国海域及邻区俯冲带地震构造模型;建立了中国海域及邻区的统一地震目录,给出了中国近海大陆架地震带的地震活动性方案和参数;统计分析了海域与陆域场地上地震动以及内陆与俯冲带的不同震源类型地震的地震动特性差异,提出了基于地震动观测记录和地震模拟数据的地震动衰减模型构建方案;建立了中国海域及邻区海底地形及海床场地模型,给出了初步的海域场地地震动调整方法;分别开展了海上风力发电、桥梁及海底管道等海域工程及珊瑚岛礁的地震反应模拟分析,初步给出了海洋工程结构和岛礁对不同的地震动参数的敏感性特征;提出了典型示范区的地震区带及潜在震源区方案,形成了海域地震区划的原则与方法,完成了海域地震区划技术系统架构的设计。     

耗散大气中的声波射线追踪

基于分层大气中声波的局地色散关系方程,建立一种计入真实大气衰减效应的有耗大气声波射线追踪模型.在色散方程的虚部中导出声波在运动大气中的耗散系数和竖直方向上的增长因子,并利用真实大气中的衰减理论对所得到的耗散系数进行修正.利用Hamilton方程组解出大气声波在考虑耗散效应下的射线微分方程组.该有耗射线追踪模型的数值模拟结果表明,声波的耗散效应对声波的传播路径存在一定影响,在近场情况下,这种影响可以忽略,但是对于声波的远场传播,则影响较大.     

中国大陆主要地震活动区中小地震震源参数研究

本文利用中国大陆几个主要地震活动区近几年积累的大量ML≥3.0数字地震观测记录,在分别反演得到13个不同构造研究区域的介质衰减模型、348个台站的场地效应的基础上,自0.1~20 Hz的SH观测波形数据中逐步消除了仪器、噪声、几何扩散、传播路径的介质衰减、台站场地效应等影响后,恢复了2573次3.0≤ML≤6.0地震的震源谱,采用ω平方震源模型拟合震源谱后,利用Brune的圆盘模型计算了它们的震源参数,并讨论了中国大陆中小地震的震源特征,比较了中国大陆不同地区的应力降释放水平,综合讨论了地震应力降与震源深度、机制解类型、地震大小等各种因素的关系.研究表明,中国大陆中小地震释放的应力降在0.1~20 MPa之间,绝大多数在10 MPa以下.新疆天山中东段地区、青藏块体东北缘及龙门山断裂带东北缘是高应力降地震集中的区域,表明这里的断层受到相对较强的构造剪应力作用.中小地震释放的应力降随着震级的增大而增大,应力降Δσ∝M03.14,不遵循常数应力降模型.在深度20 km以内,中小地震释放的应力降对深度的依赖不显著,但在20 km以上深度显示出随深度增大而增大的现象.中小地震释放的应力降没有表现出与震源机制类型的相关性.本研究实现了震源参数的准实时计算,丰富了大陆块体内部地震震源定标率关系研究的样本.可以预见,随着中小地震数据的大量产出和积累,这些震源参数的时空分布特征研究将会为地震预测预报研究提供有实际物理意义的依据,得到的介质衰减模型及场地效应等也将对台网日常震级ML测定所需的量规函数、台站校正值的研究提供重要参考.     

精确的频率空间域黏声波有限差分数值模拟

在时间空间域,模拟吸收衰减效应时对计算机内存需求大,计算效率不高、非常难以进行模拟吸收衰减;频率空间域通过引入品质因子和复值速度,使用经验物理、数学公式进行数值模拟吸收衰减就容易多了.笔者使用十分节省计算机内存需求的嵌套剖分法,使用Kjartansson模型高效率地进行模拟吸收衰减.数值试验证实吸收衰减影响地震场的所有频率、对高频的影响最为明显,降低了地震记录的质量;频率空间域非常容易模拟吸收衰减效应,为黏声波全波形反演实际地震资料而奠定很好的基础.