S-wave splitting intensity analysis and inversion

Analysing S-wave splitting has become a routine step in processing multicomponent data. Typically, this analysis leads to determining the principal directions of a transversely isotropic medium with a horizontal symmetry axis, which is assumed to be responsible for azimuthal anisotropy, and to the time delays between the fast and slow S-waves. These parameters are commonly estimated layer-by-layer from the top. Errors in layer stripping occurring in shallow layers might propagate to deeper layers. We propose a method for S-wave splitting analysis and compensation that consists of inverting interval values of splitting intensity to obtain a model of anisotropic parameters that vary with time and/or depth. Splitting intensity is a robust attribute with respect to structural variations and is commutative, which means that it can be summed along a ray (or throughout a sensitivity kernel volume) and can be linearly related to anisotropic perturbations at depth. Therefore, it is possible to estimate anisotropic properties within a geological formation (e.g. the reservoir) by analysing the differences of splitting intensity measured at the top and at the bottom of the layer. This allows us to avoid layer stripping, in particular, for shallow layers where anisotropic parameters are difficult to estimate due to poor coverage, and it makes S-wave splitting analysis simpler to apply. We demonstrate this method on synthetic and real data. Because the splitting intensity attribute shows usefulness in S-wave splitting analysis in transversely isotropic media, we extend the splitting intensity theory to lower symmetry classes. It enables the characterization of tilted transversely isotropic and tilted orthorhombic media, opening new opportunities for anisotropic model building.     

中国地震科学台阵两期观测资料近场记录揭示的南北地震带地壳剪切波分裂特征

利用中国地震科学台阵第一期(2011-01-2014-06)及部分中国地震科学台阵第二期(2013-02-2015-12)的流动地震台阵记录到的小震波形资料,运用剪切波分裂系统分析(SAM)方法,分析南北地震带的地壳各向异性,对剪切波分裂参数所反映的区域应力环境及构造特征,以及区域内主压应力方向与断裂分布的关系展开讨论.研究结果表明,南北地震带快剪切波偏振方向自北向南由NE向逐渐转变为NNW向,与南北地震带区域主压应力的方向变化具有一致性.区域内分布的大量NE及WNW或NW向断裂构造同样对快波偏振方向有比较大的影响,位于走滑断裂附近的台站,其快波方向与断裂走向大致平行,部分位于走滑断裂附近的台站其快波方向几乎垂直于断裂走向,而与构造应力场方向一致性较好.个别台站表现出复杂快波优势方向特征,反映出研究区内构造环境的复杂性.慢波时间延迟结果显示,南北地震带南段的平均时间延迟高于北段,反映了受印度板块和欧亚板块的碰撞挤压作用,南段地壳介质各向异性程度更大,构造变形更加剧烈.对比南北地震带上地幔各向异性特征,推测在川滇菱形块体内部可能存在复杂的壳幔耦合现象,地壳剪切波分裂除了反映区域应力特征,还可以揭示出区域构造信息.     

青藏高原东北缘中上地壳介质各向异性及其构造意义

青藏高原东北缘(94°E—105°E,32°N-40°N)是高原北东向扩张的前沿地带,亦是研究高原生长过程的重要区域.本文利用青海省数字地震台网(2008-2014年)共7年的地震目录和波形数据,首先使用双差定位获取精定位震源位置,在此基础上,挑选位于S波窗口内(射线入射角≤45°)的地震事件,依据S波分裂分析方法(SAM),获取研究区域内共26个台站的S波分裂参数.研究结果表明:地处多个块体交汇部位的西宁及其周缘,地壳各向异性呈现两个优势偏振方向,表明该区中上地壳应力环境由区域主压应力场和活动断层共同约束;玉树地震序列的地壳各向异性优势偏振方向与区域主压应力场一致.     

How does anisotropy in bedrock river granitic outcrops influence pothole genesis and development?

Pothole formation and development may be influenced by joint sets and other heterogeneities within bedrock, as well as by hydraulics. Previous research indicates that most potholes found in rivers of the mountainous Spanish Central System exhibit preferred orientations associated with dominant joints and correlate more strongly with variations in substrate resistance than with hydraulics. Weathering and erosion weaken rock surfaces, which leads to decreased mechanical resistance. We start from the hypothesis that different mechanisms of pothole formation may create around the pothole a distinctive signature in terms of ultrasound pulse velocity and surface hardness. We develop a conceptual model and test it using potholes for which we know the mechanism of formation, demonstrating that the spatial and statistical distributions of dynamical mechanical properties and surface hardness of a pothole may provide insight into its genesis. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

非均匀正交各向异性特征参数地震散射反演方法研究

在长波长假设条件下,水平层状地层中发育一组垂直排列的裂缝构成了等效正交各向异性介质.各向异性参数与裂缝弱度参数的估算有助于非均匀各向异性介质的各向异性特征描述,而弹性逆散射理论是非均匀介质参数反演的有效途径.基于地震散射理论,我们首先推导了非均匀正交介质中纵波散射系数方程,并通过引入正交各向异性特征参数,提出了一种新颖的正交各向异性方位弹性阻抗参数化方法.为了提高反演的稳定性与横向连续性,我们发展了贝叶斯框架下的正交各向异性方位弹性阻抗反演方法,同时考虑了柯西稀疏约束正则化和平滑模型约束正则化,最终使用非线性的迭代重加权最小二乘策略实现了各向异性特征参数的稳定估算.模型和实际资料处理表明,反演结果与测井解释数据相吻合,证明了该方法能够稳定可靠地从方位叠前地震资料中获取各向异性特征参数,减小参数估算的不确定性,为非均匀正交介质的各向异性预测提供了一种高可靠性的地震反演方法.     

龙门山断裂带北段南坝地区上地壳S波分裂特征

基于汶川科钻4号井孔（WFSD-4）附近的较小尺度的南坝微震台阵以及较大尺度的川西流动台站和区域台网的固定台站记录到的近震波形资料,通过横波窗内的S波分裂计算,分析了龙门山断裂带北段南坝地区的上地壳介质各向异性特征,并对区域应力场及构造特征展开讨论.S波分裂计算的结果显示研究区快波偏振方向主要表现为NE-NEE向,与北川断裂的走向一致,也与区域主压应力方向一致.小尺度密集分布的南坝微震台阵的计算结果进一步显示,靠近北川断裂的台站,其快波偏振方向与断裂走向一致,而距北川断裂较远的西北部台站的快波偏振方向与断裂走向不一致,反映了上地壳各向异性特征与地表的活动断裂结构密切相关.从南坝微震台阵的归一化时间延迟随时间的变化情况可以发现,在一个震中位于台阵布设范围内的地震事件发生前后,时间延迟有明显的变化,表明时间延迟随时间变化较为敏感,地震的能量影响了介质的性质.对比龙门山断裂带中段的科钻3号井孔周边地区的S波分裂计算结果,归一化时间延迟与本文结果一致,表明龙门山断裂带中段和北段的上地壳介质各向异性强度基本相同.     

云南地区地壳上地幔三维S波速度与径向各向异性结构研究

云南地区地处青藏高原东南缘,一直是地球科学研究的热点地区.目前,一些热点问题,如云南地区是否存在中下地壳低速流及其空间分布,仍有一定的争议.通过建立云南地区精细的地壳上地幔速度与各向异性结构,可为深入认识上述问题提供重要信息.本文利用天然地震波形记录,采用双台法提取了12~60 s周期的Rayleigh和Love波相速度频散,并进一步反演获得了云南地区10~100 km的三维地壳上地幔SV和SH波速度及径向各向异性结构.结果表明：S波速度与径向各向异性结构在横向和垂向均存在显著变化.在20~30 km深度,存在两个低速条带,且条带内呈现出正径向各向异性（V_SH>V_SV）特征,暗示了中下地壳低速物质的水平向运动.在80~100 km深度,云南西南和东南部显示为低速异常和正径向各向异性特征,暗示了软流圈物质的水平流动.在云南北部的丽江、攀枝花和昭通地区,岩石圈地幔中则存在明显的负径向各向异性（V_SH<V_SV）,可能反映了地幔物质的上涌痕迹.历史强震多发生在地壳低速区域或高低速过渡带,且地震附近的径向各向异性为负或者较弱.一些地震震源下方存在低速层,地壳低速层可能会促进强震发生.     

基于贝叶斯线性AVAZ的TTI介质裂缝参数反演

裂缝储层岩石物理参数的准确获得对地下裂缝预测具有重要意义,而叠前方位AVA地震反演是获得裂缝岩石物理参数的有效手段.假设地下岩石为倾斜横向各向同性（TTI）介质,本文从裂缝岩石物理等效模型的构建出发,从测井数据中估计出纵横波相对反射系数和裂缝柔度参数.通过推导含裂缝柔度的方位各向异性反射系数公式,基于贝叶斯反演框架建立了P波线性AVAZ反演方法.合成地震数据应用表明基于贝叶斯理论的TTI介质裂缝柔度反演方法具有一定抗噪性,可以降低裂缝柔度估测的不确定性,为地下裂缝预测提供有力的依据.     

磁共振弥散张量成像在早期帕金森病诊断中的应用研究

目的:探讨磁共振弥散张量成像（DTI）在早期帕金森病（PD）诊断中的价值。方法:选取早期PD患者18例、正常志愿者18例,同时行头部MRI平扫及DTI检查,观察两组双侧丘脑、尾状核头、黑质、壳核及苍白球的FA值、ADC值。结果:两组间双侧丘脑、尾状核头及黑质的FA值比较,早期PD组较对照组减低,差异有统计学意义（P<0.05）。两组间壳核及苍白球的FA值比较差异无统计学意义（P>0.05）。两组间各感兴趣区（ROI）的ADC值差异无统计学意义。结论:丘脑、尾状核头及黑质的FA值有助于PD的早期诊断,DTI可为PD的早期诊断提供有价值的线索。      

青藏高原东北缘SKS波分裂研究

利用青藏高原东北缘区域数字地震台网43个台站的远震SKS波形资料,采用最小能量法和旋转相关法得到台站下方上地幔介质各向异性的分裂参数:快波偏振方向(φ)和快慢波时间延迟(δt)。研究结果表明:在塔里木盆地东南缘区域,各向异性快波方向与该区域的断裂走向存在明显的夹角,该盆地向柴达木盆地的俯冲方向一致,各向异性归因为古构造运动遗留下的"化石各向异性",且由于壳幔物质的拆沉作用,推测该区域壳幔之间存在解耦作用;在祁连—河西走廊区,SKS快波偏振方向呈NW-SE,与主要断裂带的走向一致;在西秦岭北缘断裂带附近,观测到快慢波时间延迟有着较大的变化,可能是岩石圈变形和软流圈物质流动共同导致;在鄂尔多斯板块内,快波方向呈NW-SE方向,可能暗示青藏高原深部物质分叉绕流运动。青藏高原东北缘不同区域台站下方的各向异性均具有差异性,进一步证实了青藏高原东北缘地区构造变形的复杂性。