利用背景噪声进行地震成像的新方法

利用背景地震噪声提取格林函数，即通过一对台站记录的地震噪声进行互相关计算，来近似台站间的格林函数，并进一步通过地震成像获取地下结构的认识，成为最近跨学科研究的热点问题之一.本文首先叙述了其发展背景及过程，然后分别从四个角度，简要介绍了目前对其物理原理的解释.如果该方法能得到进一步的发展，将不再依赖于天然地震以及人工地震，而仅仅利用地震台站记录的地震噪声便可获取高分辨率的地下成像.该方法将会大大促进地震学的发展.     

地震雷达

利用绿色、环保的人工震源,主动向地下发射地震波,构建地震雷达,实现大范围的地下探测,是地球科学的一个前沿课题.最早,探测地球内部利用的是天然地震产生的地震波,这是因为天然地震释放的能量大,一次天然地震释放的能量相当于万吨级炸药.几千公里远处仍可以接收到信噪比大于1的地震波信号,但天然地震发生频度低和震源位置定位精度低限制了利用天然地震进行地下探测的精度;后来,利用人工源的地震勘探得到迅速的发展,探测精度明显提高,但受到人工源能量的限制,探测的空间尺度有限;今天,以小当量激发实现大尺度探测是发展地震雷达的一个关键问题,是将地震波理论和现代信息科学相结合的一个新的领域.发展人工震源的编码和接收信号的解码等理论和技术,可以从电磁波雷达在过去半个世纪所经过的道路得到许多借鉴和启发.可以预期,地震雷达的发展将会对观测地震学带来全面的影响.     

首都圈地壳网格化三维结构

通过对首都圈地区不同时期的18条深地震测深(DSS)测线资料的重新统一处理,形成采样网格密度为0.25°×0.25°×（2～5）km的速度网格化数字地壳;通过对三维数据的可视化,得到了首都圈地壳不同走向、不同圈层的截面图像;从不同的视角、不同的方面探讨了控制首都圈地壳的北部燕山隆起、西南部太行隆起和东南部裂陷盆地等三大地质单元的构造特征以及接触带张家口-渤海断陷带的构造性质,进一步研究首都圈地壳内部结构构造与灾害性地震的孕发机制的关系.     

地震科技助力第二次青藏高原综合科考的需求及建议

结合第二次青藏高原综合科考的目标,简要论述了第二次青藏高原综合科考中地震科学内容和青藏高原地震科技核心问题,提出了8个方面的地震科技潜在科考建设内容。建议对藏东地区尽快开展潜在灾害源的风险排查及防控。     

北京地区地壳三维结构的综合建模

综合基础地理信息数据、数字化地质图、沉积层的地脉动探测结果、人工地震测深和宽角折射等多种资料,在对数据进行分析和整理的基础上,利用建模工具软件GoCAD,建立了北京地区（东经115．5°-117．5°,北纬39°—41°）地壳及上地幔顶部P波速度结构和地质界面模型。在模型建立的过程中,分析得到了人工地震剖面数据的地学统计特性,并设计了一种适合离散光滑插值（DSI）约束点权重的光滑估计方差,对模型的插值结果进行了质量评估。分析了北京地区地壳上地幔速度结构的特征,又将速度结构模型与层析成像结果进行对比,模型比较好地反映了北京地区的地下结构。     

利用噪声HVSR方法探测近地表结构的可能性和局限性——以保定地区为例

近地表结构和构造探测是研究活动断层近地表特征和工程场地地震效应的关键环节.对于城市地区,丰富的噪声限制了常规地球物理勘探方法的应用,最近的研究表明,利用噪声也可用来反演近地表结构.我们在河北保定地区,布设了一条由二百多个观测点组成的密集地震噪声剖面,探索利用噪声探测近地表结构的可能性.用噪声水平和垂直向谱比法(HVSR)得到的HVSR曲线表明,剖面普遍存在HVSR振幅显著(≥2)的峰值频率,根据其特征可以划分为A、B、C三个区.除了基岩台无明显峰值频率外,西部A区峰值频率从8Hz向东递降至0.3 Hz.中部B区峰值频率在1.3 Hz附近微小变化.东部C区则表现为比较宽的波峰,可能是由两个波峰组成,第一个波峰在0.8~1.0 Hz之间,大部分台的HVSR曲线都可以拾取出这个波峰,第二个在0.5~0.8之间,只有少数台可以可靠地拾取.以台阵反演的速度剖面为约束,选择出适用于保定地区的峰值频率-土层厚度关系式,将剖面的峰值频率转换成土层界面的深度分布,并与两条浅层地震反射剖面进行了对比分析.结果表明,C区的两个土层界面深度分布和地震反射剖面上的二个晚更新世(Q3)界面深度(分别在约100 m和150 m附近)有较好的吻合;B区得到的土层界面深度与反射剖面的界面埋深有比较明显的差别, 进一步研究发现,B区观测点的地形严重影响了HVSR曲线的形态,使峰值频率可能偏离了土层的共振频率;A区土层界面从0 m向东倾斜至大约500 m深,但无反射剖面数据佐证.从HVSR和土层深度剖面可以推测在A区中部和A、B区交界处存在着两条垂直位错明显的正断层,但对垂直错距小的断层则无法识别.本文的结果表明,噪声HVSR方法不仅可以给出土层卓越频率等场地响应特征,还可以作为勘探工具探测近地表土层的界面起伏,协助识别活动断层的近地表位置和活动特征.该方法的局限性在于,HVSR方法容易受到风、近地表地形、近台瞬态震源等环境因素的影响.     

北京地区主要活动断裂深部速度结构特征及强震构造分析

根据分别由人工地震测深速度结构剖面数字化和天然地震层析成像建立的北京地区三维地壳速度结构模型,本文绘制了剖面图。同时将剖面两侧5km的地震震中投影到剖面上,分析了北京地区主要活动断裂的深部速度结构特征,证实两种方法得到的地壳速度结构模型具有很大的相似性。同时,顺义凹陷、马池口凹陷下方存在近垂直的深断裂,此深断裂可能为未来的发震断裂,地壳浅部与此对应的活动断裂是顺义-前门-良乡断裂北段、黄庄-高丽营断裂北段以及清河断裂,地壳内部的深断裂与地壳浅部控制盆地发育的活动断裂之间可能处于"汇而未交"的状态,具有地震孕育的深部构造背景。     

首都圈地区地壳P波和S波三维速度结构及其与大地震的关系

选用华北地震遥测台网和首都圈数字化地震遥测台网1993～2005年记录的2866个地震事件中的33487条P波和31822条S波的到时资料,计算得到了水平分辨率25km到50km之间的首都圈地区（38.5°N～41°N, 114°E～120°E）地壳三维P波和S波速度结构,并进一步获得泊松比分布.研究表明,首都圈地区P波和S波速度分布表现出强烈的横向不均匀性,浅层速度分布同地表地质结构分布相一致.分析得出震区强震多发生在低速体与高速体之间、低泊松比地区,且震源下部存在低速、高泊松比异常体.经过与其他地区研究结果相比较,对地震触发与流体的关系进行了探讨.流体在地震孕育及触发的过程中可能起着重要作用.     

对后续震相的认识促进了地震层析成像的发展

与地震初动震相相比,后续震相包含有更为丰富的地球内部信息,因此逐渐地在地震层析成像研究中得到重视。文中以赵大鹏等最近的层析成像研究为例,介绍了通过增加后续震相到时信息得到的新的层析成像研究成果,包括通过使用反射波,仅用两个地震台站就可以进行地壳成像研究;深度震相到时的增加,拓宽了区域成像范围,成功实现了台网外部层析成像;随着国际地震中心(ISC)提供的更丰富的各种后续震相到时,对后续震相的认识和使用促进了全球体波走时成像的发展和对地球深部结构及动力学过程的认识。另一方面,地震学相关领域的进步,使得更多的后续震相能够被拾取并被应用到成像研究中,这将大大提高对地震波形信息的挖掘,提高对研究地区下三维结构的认识,极大地促进地震层析成像学的发展。     

西昆仑造山带下岩石圈地幔速度结构

在已完成的新疆地学断面研究计划实施中曾在西昆仑山前布置了14个宽频带地震台站.利用记录到的远震P波初至和层析成像方法,研究了西昆仑造山带下的岩石圈地幔结构特征.在已有地震学证据基础上,层析成像结果显示,西昆仑造山带下的高速岩石圈地幔可能是印度岩石圈地幔的俯冲前缘.沿东经80°深度剖面图像显示,在西昆仑造山带下的150～300km处,高速异常的岩石圈地幔前锋与低速异常的塔里木块体岩石圈地幔发生了面对面碰撞.