汶川M_s8.0地震:地壳上地幔S波速度结构的初步研究

2008年5月12日我国四川省汶川地区发生了震惊世界的M_S8.0地震.历史上,同类地震在大陆内部极为罕见.该地震深部构造背景的研究对理解其成因极为重要.本文利用中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区布设的大规模密集流动宽频带地震台阵记录的远震P波波形数据和接收函数非线性反演方法,得到了沿北纬31°线的19个台站下方120 km深度范围内的S波速度结构及台站下方地壳的平均泊松比.该观测剖面穿越了主震区,总长度约为420 km. 我们的结果揭示了川滇地块、松潘—甘孜地块和四川盆地三个不同地块构造差异.上述三个地块的地壳结构特征可以概括为:(1)四川盆地前陆壳幔界面向西侧倾斜并有较为明显的横向变形.地壳厚度存在46-52 km的横向变化,中下地壳S波速度存在横向变化,地壳平均泊松比值较高(0.28-0.31),但在龙门山断裂带附近,显示了坚硬地壳的特征,地壳平均泊松比仅为0.2;(2)松潘—甘孜地块地壳厚度由西侧靠近鲜水河断裂的60 km,向东减薄为52 km,在14-50 km深度范围内存在S波速度2.75-3.15 km/s的楔状低速区,其厚度由西侧的-30 km向东逐渐减薄为-15 km,相应区域的地壳平均泊松比高达。0.29-0.31;(3)鲜水河断裂西侧,川滇地块地壳结构相对简单,地壳厚度为58 km,并在26 km深度存在约10 km厚度的高速层,地壳内平均泊松比约为0.25; (4)汶川大震区在12-23 km深度上具有近乎4.0 km/的S波高速结构.而其下方的地壳为低速结构.地壳平均泊松比0.31-0.32,汶川大震的余震序列主要分布在高速介质区域内. 本文的结果表明松潘—甘孜地块的地壳相对软弱;而且并不存在四川盆地向西侧的俯冲.我们认为在青藏高原东向挤压的长期作用下,四川盆地强硬地壳的阻挡作用可导致松潘—甘孜地块内部蓄积很大的应变能量以及上、下地壳在壳内低速层顶部边界的解耦,在龙门山断裂带附近形成上地壳的铲形逆冲推覆.汶川大地震及其邻近区域所具有的坚硬上地壳和四川盆地的阻挡作用为低应变率下的高强度应力积累创造了必要条件,而松潘—甘孜地块长期变形积累的高应变能构成了孕育汶川大地震的动力来源.

1976年唐山大地震的孕震环境:密集地震台阵观测得到的结果

1976-07-28唐山地区发生了震惊中外的7.8级大地震。为什么在华北古老克拉通内部的唐山地区能够发生如此的大地震一直是一个令人费解的问题。是否会在唐山地区再次出现同样的破坏性地震值得认真研究。利用流动地震观测台阵数据和接收函数反演方法,我们研究了唐山地区60 km深度范围内的三维地壳上地幔速度结构。结果表明:(1)由活动断裂切割的唐山断块与周围介质存在明显差异,围限唐山断块的断裂均为超壳的活动断裂;(2)唐山大震区中上地壳具有明显的非均匀壳内低速体;(3)该地区壳幔界面表现为明显的断块式隆升,与两侧相比,唐山菱形地块下方的上地幔顶部异常隆起的高度达到10 km左右,下伏的上地幔具有异常的非均匀结构;(4)唐山大震区可能有幔源物质较大规模的侵入,形成了中、上地壳内的低速体。由于较已往的研究结果有更高的空间分辨率,我们得到了一些以往尚未发现的有关唐山地区深部结构的异常特征;(5)首都圈地区内破坏性地震发生的地点绝非偶然,它们均与其相应的深部构造背景密切有关,这为强震发生地点的预测提供了可能。根据本文结果,我们认为,1976年唐山大地震的主因源于上地幔的垂向运动变形及壳幔之间物质及能量的交换,区域水平向应力场为次要作用。这有助于解释为什么能够在我国华北古老克拉通地区发生7级以上强震,在唐山地区再次发生7级以上大地震的可能性值得给予进一步的研究和关注。

新疆伽师强震群区三维地壳上地幔S波速度结构及其地震成因的探讨

１９９７年１月２１日至４月１６日（北京时间）新疆伽师地区连续发生了７次６级以上 强烈地震．为了深入研究该强震群形成的构造背景，我们在伽师强震群区及其邻域大约 １１ ０００ｋｍ~２的范围内布设了由 ３０台宽频带数字地震仪组成的流动地震台阵，台站的间距约５－ １０ｋｍ．利用远震体波接收函数的叠加偏移分析及其非线性反演技术，研究了台阵下方０－ １００ｋｍ深度范围内地壳、上地幔的三维Ｓ波速度结构．结果表明：１）Ｍｏｈｏ界面的深度在塔里 木盆地一侧为４０—５２ｋｍ，而在靠近天山一侧的褶皱变形区为６０—７６ｋｍ，南天山山前折皱变形 区的地壳厚度明显增大，地壳内部产生了明显变形；２）塔里木盆地北缘存在明显的不均匀性， 塔里木盆地与天山之间的接触变形关系显示了塔里木盆地向北北西方向的挤压作用，台阵下 方壳幔界面的地形与地表的地貌特征有较好的相关性，山前弧形褶皱带的形成与地下深部结 构及挤压作用有关；３）伽师强震群分布在壳幔界面梯度带的上方，该震群的成因可能与震源 区附近的隐伏断裂活动有关；４）由于震源处于褶皱变形区的地壳上部，相应的剪切模量较小， 这可能是伽师强震群应力降明显偏低的主要原因．伽师强震群的形成不但与塔里木盆地的

汶川M_S8.0地震:川西流动地震台阵观测数据的初步分析

2006年10月，中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室，在中国四川西部（100°～105°E，26°～32°N）布设了由297个宽频带地震台组成的密集流动地震观测台阵。截至2008年6月，川西台阵已记录远震事件（mb〉5．0，30°≤△≤90°）690个。5．12汶川Ms8．0地震的发生为检验川西台阵观测系统的观测能力和工作状况提供了机会。文中对5．12汶川地震及其强余震序列观测记录进行了初步分析。结果表明：1）已发布的5．12汶川地震及其强余震参数有必要进一步修正，它们的震中位置可能存在8～24kin误差，主震震源深度为19km的估计可能更接近实际情况；2）2008年5月16日理县（Ms 5．9）地震的波场分析表明：该地震面波不发育，它不可能是一个浅源地震，地震动速度波场垂直及水平分量峰值的异常增大与断层密切有关，在不考虑地形地貌、土质条件等因素的情况下，震中距200～250km范围内的地震动速度峰值异常增大可达正常衰减的4倍以上；3）利用接收函数方法对四川盆地和松潘-甘孜地块地壳结构的初步分析表明：四川成都北侧地壳厚度达到46km，四川盆地地壳从西向东逐渐增厚，下地壳显示了较为坚硬的特征，松潘-甘孜地块的地壳结构存在十分复杂的横向变化，汶川地震震源区的地壳厚度达到了52km，深度14～20km范围地壳为复杂的高速结构，其s波平均速度超过4．0km／s，汶川地震应位于这个高速介质区内，其中下地壳为平均s波速度约3．6km／s的低速结构，它提供了其上部地壳横向运动的松弛边界条件。这个观察与地震波场观测给出的地震动速度振幅衰减异常增大吻合。

基于贝叶斯理论的接收函数与环境噪声联合反演

基于Bayes反演理论(Tarantola,1987,2005),在接收函数非线性复谱比反演方法基础上(刘启元等,1996),本文讨论了接收函数与地震环境噪声Rayleigh波相速度频散的联合反演.本文采用修正后的快速广义反射/透射系数方法(Pei et al.,2008,2009)计算Rayleigh波相速度频散,并引入地壳泊松比的全局性搜索.数值检验表明:(1)接收函数与环境噪声的联合反演能够有效地解决反演结果对初始模型依赖的问题,即使对地壳速度结构仅有非常粗略的初始估计(例如,垂向均匀模型),本文方法仍能给出模型参数的可靠估计;(2)由于环境噪声与接收函数在频带上的适配性明显优于地震面波,接收函数与环境噪声的非线性联合反演能更好地约束台站下方近地表的速度结构;对于周期范围为2～40s的环境噪声相速度频散,利用本文方法能够可靠推测台站下方0～80km深度范围的S波速度结构,其浅表速度结构的分辨率可达到1km(3)本文方法能够可靠地估计地壳泊松比,泊松比的全局性搜索有助于合理解释接收函数和环境噪声的面波频散数据.利用本文方法对川西台阵KWC05台站观测的接收函数与环境噪声的联合反演表明,该台站下方地壳厚度为44km,上地壳具有明显的高速结构,24～42km范围的中下地壳具有低速结构.该台站下方地壳的平均泊松比为0.262,壳内低速带的泊松比为0.27.

接收函数复谱比的最大或然性估计及非线性反演

利用Ｓｈａｍｗａｙ和Ｄｅｒ的多道最大或然性反褶积原理，讨论了从单台三分量远震Ｐ波波形中分离接收函数径向与垂向分量复谱比的方法．根据Ｔａｒａｎｔｏｌａ的波形反演理论发展了接收函数复谱比的非线性反演方法．本文的反演方法除了拟合接收函数的复谱比之外，还需拟合时间域中接收函数垂向与径向分量的初至振幅比．合成波形数据反演的结果表明本文方法的反演结果不依赖初始模型．利用该方法和ＣＤＳＮ台网兰州台记录的宽频带远震Ｐ波波形数据，研究了该台站的接收函数及其随方位角的变化．接收函数复谱比非线性反演给出了该台站下方１４０ｋｍ深度岩石层的Ｓ波速度结构，得到兰州台下方地壳厚度为５４ｋｓ，岩石层厚度为９４ｋｍ．

中国数字地震台网的接收函数及其非线性反演

利用中国数字台网（CDSN）记录的85个远震事件的宽频带P波波形数据和分离接收函数的最大或然性反褶方法,获得了CDSN台网10个台站不同方位的岩石层接收函数.利用这些台站不同方位的平均接收函数和非线性接收函数反演方法,获得了上述各台站下方100km深度范围内的岩石层S波速度结构.结果表明CDSN台网各台站下方的地壳厚度和岩石层速度结构存在明显的差别.其中,拉萨台下方的地壳厚度为66kin,壳幔界面较模糊,而余山台下方的地壳厚度为34km,壳慢界面两侧速度反差明显.刮用本文方法估计的地壳厚度与已有的结果基本一致,由于CDSN台网覆盖了中国大陆的各主要构造单元,本文的结果为研究中国大陆的岩石层S波速度结构及其横向变化提供了新的证据.

文献题录信息挖掘技术方法及其软件SATI的实现——以中外图书情报学为例

利用C#编程技术基于.NET平台设计开发出文献题录信息统计分析工具软件SATI,可导入处理EndNote格式、NoteExpress格式及NoteFirst格式的国内文献题录数据和HTML格式的WoS国际文献题录数据,进行数据格式的转换、字段信息的抽取、词条频次的统计和知识单元共现矩阵、词条频率逐年分布矩阵及文档词条矩阵的构建,以辅助生成聚类图、多维尺度图谱、网络知识图谱、策略坐标图等可视化结果。以2006～2010年中外图书情报学各十种具有代表性的核心期刊刊载的17440篇论文数据为实例,基于聚类与多维尺度分析结果,呈现出中外图书情报学三大主要研究领域,并结合共词分析与社会网络分析方法,通过绘制共现网络知识图谱与策略坐标图,进一步揭示研究领域结构的内部联系及其特征。

论地震数值预报——关于我国地震预报研究发展战略的思考

随着中国工业化和社会现代化进程的加快 ,中国城市化进程必将进一步加速。如何减轻地震灾害的问题正变得日益严峻。尽管地震预测是一个举世公认的国际性科学难题 ,但在强化各种减轻地震灾害措施的同时 ,仍须大力推进地震预测研究。为此 ,需要打破长期徘徊在以地震前兆异常监测为基础的经验性预测局面 ,把注意力尽快转向研究以动力学为基础的数值预报。以GPS为代表的空间对地观测技术 ,岩石圈巨型高分辨率宽频带流动地震台阵观测技术以及数值模拟技术已经为地震数值预报研究提供了前所未有的技术基础。以地震数值预报为目标的GPS阵列地壳形变连续观测 ,高分辨率地壳上地幔结构探测 ,地壳动力学 ,地震孕育和破裂过程的理论、模拟试验和实际观测 ,数据同化和计算软件的开发应成为今后研究的重点。现在的问题是 ,需要积极借助数值天气预报的经验 ,强化多学科 ,多部门的组织协调 ,尽早在有条件的地区开展地震动力学数值预报的科学试验。地震数值预报研究必将极大地促进中国地震科学基础研究和地震预报的进一步发展。

GDS—1000宽频带通用流动数字地震观测系统

GDS-1000宽频带通用流动数字地震观测系统主要用于大陆岩石层的人工及天然地震台阵研究、强震观测以及余震观测台网的临时布设。其主要技术指标为:动态范围120dB,前放增益1,16,128倍可调,高端频率6.25,25,45Hz可调,采样率25,100,200Hz可调,1MB固态数据存储器借助地震数据的压缩软件可以存储3MB以上的数据,工作温度范围-10—45℃,功耗小于3W。定时接受的BPM无线电授时信号可保证记录系统时钟校正误差小于10ms。其智能化地震触发系统可处于下列模态:近震触发,远震触发,近震和远震触发,任意地面运动信号触发,以及手动触发和定时触发。DSR-1000数字地震数据回收系统用于GDS-1000的参数预置、地震事件数据的转储和地震图的现场绘制。该系统在野外试验期间已取得大量近震、远震及核爆炸记录。

信度网结构在线学习算法

提出一种新的信度网结构在线学习算法.其核心思想是,利用新样本对信度网结构和参数不断进行增量式修改,以逐步逼近真实模型.本算法分为两个步骤:首先分别利用参数增量修改律和添加边、删除边、边反向3种结构增量修改律,并结合新采集的样本,对当前信度网模型进行增量式修改;然后利用结果选择判定准则。从增量式修改所得的后代信度网集合中选择一个合适的信度网作为本次迭代结果.该结果在与当前样本的一致性和与上一代模型的距离之间达到一个合理的折衷.实验结果表明,本算法能有效地实现信度网结构的在线学习.由于在线学习不需要历史样本,且能够不断适应问题域的变化,适合于对具有时变性的领域进行信度网建模.

信度网近似推理算法(上)

信度网提供了一套强有力的图形工具来表达基于概率的领域知识,并且已经成功地应用在诸多实际问题中,如:故障诊断、预测、模式识别、数据挖掘等.目前基于信度网提出了多种推理算法以精确计算待求概率值[2,4,12,19,21～23,26,30].这些算法在某些信度网上具有很高的推理效率,但是在最坏情况下这些算法的计算时间复杂度都是NP-难的.

震源区和接收区结构不同情况下体波合成地震图的矩阵-射线方法

本文进一步扩展了合成地震图的广义射线方法.由于算法中将地球模型划分成震源区、接收区和地幔区,因此可用于计算震源区与接收区速度结构不同时的体波合成地震图.新算法把广义射线理论与传播矩阵理论结合起来,并采用了分层Q值模型,从而可以自动包括指定介质层内所有多次波的混响.为简便数据准备,设计了射线编码自动生成算法. 本文算法与Kind扩展的反射率法用相同的地球模型进行了数值结果对比,结果表明,矩阵-射线方法用于计算体波地震图时,不但有足够好的精度,而且还具有速度快并适于单个震相研究的优点.在计算由10个接收点组成的地震剖面时,其计算时间仅为反射率法的7％左右.

延怀盆地及其邻区地壳上地幔速度结构的宽频带地震台阵研究

在沙城以东的延庆盆地及其邻近区域内布设了由GDS－1000宽频带数字地震仪组成的流动地震台阵，利用台阵记录的宽频带远震P波波形数据和非线性接收函数反演方法获得了延怀盆地内0-80km深度范围的地壳、上地幔S波速度结构．利用计算机三维彩色剖分显示技术研究了台阵下地壳、上地幔速度结构的横向非均匀变化。结果表明，研究区域内的地壳厚度为40km左右，壳幔界面有4km左右的上下起伏．地表沉积盖层在延庆盆地中心附近厚度约1km，而在向盆地外围延伸的方向上相对变薄．研究区域内上地壳S波速度结构较复杂，而下地壳与上地幔则相对比较均匀．其上地壳最突出的特点是在10km深度附近有明显的S波低速层．在延庆盆地下方，它延伸到6-20km的深度范围．在延庆盆地南侧，该低速层有从西往东逐渐减弱的趋势．研究区域内的地震基本上都发生在延庆盆地下方上地壳低速体外围．据此推断，延庆盆地及其临近区域内的地震活动与该区域地壳内的热状态有密切关系．

信度网推理——方法及问题(上)

基于概率知识表达的信度网,已成为人工智能非精确知识表达与推理领域近10几年来研究的热点.目前国外的许多研究机构都对信度网进行了深入的研究.这些研究主要集中在以下三个方面:基于信度网的推理、基于信度网的学习和基于信度网的应用.其中基于信度网的推理一般分为:精确推理(即精确计算概率值)和近似推理(近似计算概率值)两个部分,主要研究高效的推理算法[13,6];基于信度网的学习一般分为参数学习和结构学习两个内容,同时根据样本数据的不同性质每一部分均包括:实例数据完备、实例数据不完备两个方面[7,6];基于信度网的应用,主要包括:基于信度网的知识表达、相应的软件工具开发、基于信度网的实例应用等.目前这些研究都取得了丰硕的成果,正逐步走向实际应用.信度网的提出人Pearl教授也于1999年被授予IJCAI杰出研究成果奖.

信度网近似推理算法(下)

2 仿真方法[14] 基于信度网的精确推理算法通过利用各节点之间的条件独立性来加快推理计算,前面介绍的基于搜索的方法则不仅利用节点间的条件独立性而且利用概率分布的一些特性进行近似计算,但是在很复杂的问题领域要想通过分析条件独立性和利用概率分布的特征来加速推理计算往往不太现实.基于仿真的方法则另辟蹊径,既不利用条件独立性,也不考虑概率分布的特征,而是通过对样本进行统计以得到待求概率的近似值[9].根据概率论,当样本量趋近于无穷大的时候,样本的统计值将等于其概率值,但是当样本量越小的时候,样本的统计值与真实概率值差异的可能性越大,即:p(p-p*＞ε)的值越大.其中p为对样本的统计值,P*为真实的概率值,ε为误差量(一个大于0的正数).随着样本量的增加,统计计算的结果就越精确.但是该精度的给定不象部分精确计算方法那样给一个误差边界,而只能给出一个概率边界.即样本量越大,其统计结果与真实结果的误差小于某误差限的可能性就越高.

分离三分量远震接收函数的多道最大或然性反褶积方法

迄今为止 ,广泛应用的分离接收函数方法主要基于单个台站的观测数据 ,并依赖等效震源假定的有效性。当地壳内存在明显的间断面时 ,等效震源假定不适于宽频带地震波形数据 ,接收函数的估计将在不同程度上遭到破坏。解决这个问题的出路在于避免使用等效震源假定。依据多道最大或然性反褶积原理 ,给出了利用多道观测数据分离接收函数的方法。我们的方法避免了等效震源假定 ,这对于在复杂构造环境条件下改善接收函数的估计具有实际价值。合成地震图的数值检验结果验证了给出的方法。利用该方法 ,我们得到了跨越大别山造山带 ,从江西大冶附近的大箕铺 (30°2 0′N ,1 1 5°0 3′E)到河南兰考附近的崔林 (34°4 0′N ,1 1 4°4 9′E) ,总长度约 5 0 0km的流动地震台阵剖面各台站的三分量接收函数估计。与基于单台数据的接收函数径向分量比较表明 。

信度网推理——方法及问题(下)

3.2团树传播方法[20] 信度网推理的第二类算法为基于团树传播的方法[3,9,7,10].该方法采用了另一种图形表达方式来表达联合概率分布,即采用了另一种对联合概率分布进行参数化的方法.该方法所对应的图形结构是一棵无向树--团树.该树必须满足如下特征: 每一个节点为一个团,每一个团里面将包含一定量的随机变量; 每两个相邻团节点X和Y之间,都有一个分隔节点S,该节点中的随机变量为相邻两节点中随机变量的交集:S=X∩Y; 对于任意两个团节点X和Y,如果它们随机变量集合的交集S不为空,则在连接X和Y路径上所有节点的随机变量集合均包含集合S中的随机变量(即满足Join Tree特征); 对于团树中的每一个节点Xi(包括团节点和分隔节点),都包含有一个函数Фxi.该函数表达了该节点内各个随机变量间的联合概率分布.它将节点Xi中随机变量的每一种取值组合映射为一个≥0的数,该数被习惯称作--势.

白水泥生产之浅见

白水泥是一种主要用于建筑装饰的特种水泥,白水泥的矿物组成及生产工艺与普通硅酸盐水泥相似,但是对原料要求十分严格,其生料易烧性差,熟料煅烧温度高。详细介绍了白水泥生产用原燃材料的选择范围和质量要求;采用与普通水泥生产的对比方法,全面分析了白水泥的生产工艺过程及其特点;重点介绍了白水泥白度的影响因素及其提高白度的工艺控制措施。最后,还介绍了白水泥生产的技术进步。

汶川地震区地壳上地幔三维S波速度结构初步研究

2008年5月12日汶川MW7.9地震发生在龙门山断裂带。龙门山断裂带及其邻域的地壳上地幔三维速度结构的研究对于理解汶川大地震的动力学背景具有重要的意义。2006年10月至2009年10月,在国家重大基础研究项目（973）的支持下,中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区（26°-32°N,100°-105°E）布设了由297台宽频带数字地震仪组成的流动观测台阵（简称川西台阵）。根据川西台阵记录的环境噪声和远震波形数据,利用噪声成像技术和接收函数方法,我们研究了川西地区（29°-32°N,100°-105°E）地壳上地幔100km深度范围内的三维S波速度结构。本文得到的结果为研究川西高原和四川盆地的地壳结构提供了新的高分辨率观测证据。我们的结果表明：