基于密集台阵的四川长宁页岩气开发区地震b值特征分析

随着川南页岩气快速规模化地开采,四川长宁地区地震频发,不仅发生了大量微地震而且伴随发生了多个中强地震,地震风险持续增高。本文基于长宁地区的107个密集台站在2021年4月28日至2022年6月30日期间所记录的连续波形使用深度学习震相拾取方法所构建的观测区高分辨率地震目录,通过最大似然法计算了四川长宁页岩气开发区频度−震级关系式中的b值,对b值的时空分布特征进行了分析。结果表明:长宁地区的平均b值为1.06,长宁—双河采卤区的b值为1.25,而长宁—昭通页岩气开采区的b值为1.01,这意味着页岩气开采区可能具有更高的应力水平;b值在空间分布上呈显著的非均匀性,这种非均匀性在一定程度上反映了地下介质的不均匀性;有感地震更倾向于在低b值区域发生,且地震发生前可能会出现b值下降的情况。

长宁—昭通页岩气示范区小微地震地方性震级测定

利用长宁—昭通页岩气示范区高密度宽频带流动地震台阵观测资料,基于LOCFLOW流程,获得了2021年4—10月的108727个震级介于-0.1~5.2之间的地震事件精定位目录.鉴于LOCFLOW内置算法测量的震级与中国地震台网中心发布震级之间存在系统偏差,根据里克特震级的定义,分别基于参考震级校正和考虑台基校正的量规函数参数拟合反演两种方法,建立了适用于研究区的地方性震级公式.反演获得的量规函数能够更加准确地反映四川盆地南部研究区小微地震的振幅衰减特征,并获得研究区小微地震更加准确的地方性震级,可应用于页岩气开发区震级-频度关系等与震级相关的研究.

利用接收函数研究四川威远地区地壳结构特征

利用在威远地区布设的40台宽频带流动地震仪记录的远震波形数据,提取了径向P波接收函数.接收函数中可以看到清晰的Moho面转换波,并且在此震相之前存在一组正负相间的震相.通过合成测试,判断负震相C2为沉积层基底的PpSs+PsPs震相.通过拾取C2震相的到时,与建模合成的接收函数进行对比,得到了研究区沉积层厚度的分布.正震相C1可能是沉积层基底PpPs震相或康拉德界面转换波.在这两种情况下,C1震相的到时随射线参数的变化趋势相反,前者表现为负斜率,后者表现为正斜率.利用这一特征,对各台站C1震相的成因进行了分析,威远背斜之外主要为正斜率,推断存在Conrad界面.然后通过H-κ叠加估计了研究区地壳厚度和平均波速比,并使用共转换点(CCP)叠加方法获得了研究区Moho面和壳内界面的起伏形态.结果显示,研究区沉积层厚度在3.0~7.0 km之间,威远背斜较薄,自贡台凹较厚;研究区地壳厚度40.9~49.2 km,平均约44.1 km,整体上表现出背斜区域厚,向斜等区域薄的特征.在背斜之外的区域,Conrad界面埋深大约为19 km.本文推断威远背斜上、下地壳在挤压环境下均发生增厚,上地壳顶部沉积盖层在隆升过程中遭受剥蚀,而下地壳得到了相对完整的保存.研究区波速比横向变化较大,在1.71~1.92之间,平均约1.79,与全球大陆平均值相同.研究区存在两个高波速比区(>1.85),威远背斜东段与李家场褶皱交汇处可能存在小规模的地幔物质上涌;而自贡台凹在受到地壳顶部较厚沉积盖层影响的同时,中下地壳可能受到了川滇块体壳内热物质的影响,使地壳平均波速比明显增高.威远背斜核部和自流井背斜东南区域地壳平均波速比相对较低,其地壳成分可能主要为长英质或中性岩石.

基于压缩感知理论的远震P波数据重建研究

本文将基于压缩感知理论的地震观测数据重建方法用于天然远震事件的P波到时处理之中,基于曲波(curvelet)变换,建立基于L_(1)范数的正则化反演模型,并采用迭代收缩阈值算法(ISTA)求解该模型。针对在内蒙古布设的流动地震台阵记录到的远震波形数据,对其进行稀疏采样,采用稀疏反演重建方法对欠采样数据进行重建,并拾取重建数据的P波到时,之后开展远震P波层析成像进行验证。研究结果表明,远震天然地震观测数据在曲波变换中表现出稀疏性,可利用压缩感知方法实现远震P波数据的完备化处理。基于内蒙古流动地震台阵数据三维P波成像也表明,基于压缩感知的数据重建技术可以提高地震层析成像的分辨率,且压缩感知采集技术在天然地震研究中具有潜在的应用价值。

中国东北地区地幔转换带接收函数三维Kirchhoff偏移成像研究

中国东北地区地幔转换带结构对于研究新生代板内火山深部成因及板片俯冲作用具有重要意义.本文利用东北地区密集流动台阵记录提取到的约60,000接收函数,采用三维Kirchhoff偏移成像方法得到了研究区410-km和660-km界面埋深以及转换带厚度分布图像.成像结果显示:长白山火山下方410-km和660-km界面均出现下沉,且660-km下沉的幅度较410-km更大,在25 km以上,认为与太平洋俯冲板片在转换带的停滞有关.长白山及龙岗火山以西过渡带厚度呈现小幅度减薄的特征,暗示俯冲板片在660 km深度附近可能发生撕裂.板片撕裂引起的热物质上涌和俯冲板片脱水共同为长白山火山提供了深部热源.五大连池火山下方观测到410-km界面抬升,而660-km界面下沉的现象,认为410-km界面的抬升可能与岩石圈拆沉有关,拆沉引起的局部对流可能为五大连池火山提供热源,而660-km界面的下沉可能反映存在残留的太平洋俯冲板片.

川南威远地区中小地震震源机制解及应力场特征

基于四川省威远地区密集流动台站从2019年12月1日至2020年6月30日期间收集到的42个M_(L)3.0—4.5中小地震事件,采用Hypo2000定位法进行精定位,并利用HASH(Hardebeck&Shearer)法反演得到其中31次地震的震源机制解,之后利用阻尼区域应力反演方法计算了研究区的应力场参数。结果表明:中小地震主要分布在威远背斜南翼SSE向墨林场断层的两侧,震源深度集中在10 km以内,均为浅源地震;震源机制解类型以逆冲型为主,断层错动类型较为复杂,根据震源机制解结果,推测墨林场断层两侧存在一系列盲冲断层及正断型断层,同时研究区浅层地层中还可能存在其它小的隐伏断层或破裂;区域应力场为逆冲兼走滑型,其最大主应力轴σ1方位为103°,倾角为1°,最小主应力轴σ3方位为192°,倾角为51°,与震源机制解主要类型具有较好的一致性。

经皮球囊扩张椎体后凸成形术治疗多发性骨髓瘤导致的椎体骨折的疗效

目的探讨经皮球囊扩张椎体后凸成形术(PKP)治疗多发性骨髓瘤(MM)导致的椎体骨折的疗效。方法选取MM导致椎体骨折患者35例(共49个椎体),采用PKP治疗,对比手术前后视觉模拟评分(VAS)、Barthel指数、脊柱功能障碍指数(ODI)评分及椎体高度变化。结果35例(共49个椎体)患者手术均成功,其中患者术后生命体征良好,随访期间共2例(3个椎体)患者死亡,死亡原因分别为1例骨髓功能衰竭,1例感染。与术前相比,术后1 d、3个月、6个月VAS评分、ODI评分降低,Barthel指数升高(P<0.05);与术前相比,术后6个月椎体前缘高度、中份高度、后缘高度均较高(P<0.05)。结论PKP治疗MM导致椎体骨折患者可显著缓解疼痛,提升日常生活活动能力,促进脊柱功能恢复,改善椎体畸形,临床效果显著。

利用接收函数研究兴蒙造山带阿巴嘎地区的地壳结构

本文利用内蒙阿巴嘎地区布设的38个宽频带地震台站记录到的远震数据,采用P波接收函数共转换点叠加方法(CCP)揭示台站下方Moho面起伏形态,并利用H-κ方法进一步得到地壳厚度和壳内平均波速比值.结果显示,研究区地壳厚度为35~44km,均值约为40km,西南部的鄂尔多斯盆地边缘地壳较厚,东北部的阿巴嘎火山群地区地壳显著变薄.研究区地壳平均波速比值在1.70~1.87之间,均值为1.76,其中阿巴嘎火山地区波速比值明显偏高.CCP叠加结果显示研究区Moho界面较平缓,但在缝合带附近存在明显的变化.我们推测,新生代阿巴嘎火山地区薄的地壳和高波速比值可能是由于火山活动底侵作用引起上地幔铁镁质物质侵入下地壳所致.

兴蒙造山带诺敏河火山群地壳厚度与波速比研究

利用布设于兴蒙造山带诺敏河火山群地区的宽频带流动地震台站资料,基于接收函数方法,获取了该地区的地壳厚度与波速比值.研究结果显示,该地区的地壳厚度介于32～38km,莫霍面深度在空间上分布特征与五大连池为中心的火山带分布具有较好的一致性:沿着火山带延展方向地壳较薄.该地区的波速比介于1.74～1.84,波速比在空间上与地壳厚度变化具有一致性:高波速比主要集中于靠近五大连池火山带地区,向诺敏河火山和小古里河火山延展.研究认为:诺敏河火山与五大连池火山带可能具有相同的岩浆来源,可能与富钾岩石圈地幔拆沉作用造成的地幔热物质上涌有关.研究区地壳厚度与波速比呈现负相关关系,暗示该地区可能发生过岩浆底侵作用.

内蒙古阿巴嘎地区地壳方位各向异性研究

本文利用架设在内蒙古阿巴嘎地区38个宽频带地震台站记录到的远震数据,通过拟合P波接收函数径向Pms转换波到时和叠加不同方位切向分量,确定了地壳各向异性参数.结果表明,大部分台站Pms延迟时间在0.35s左右;而少数台站时差较大,推测可能受到索伦缝合带附近地壳残留倾斜界面影响.各向异性快波方向变化范围在N95°E到N180°E之间,平均为N130.6°E±19.1°,推测中下地壳矿物在ENE-WSW向区域主压应力作用下发生晶格定向排列可能是导致地壳各向异性的主要成因.研究区壳幔变形特征和机制不同,属于解耦变形.

大兴安岭火山群区的深部速度结构及火山成因

中国东北地区新生代板内火山群广泛发育,其中大兴安岭火山群区的上地幔结构研究匮乏,火山群的演化机理尚不明确.本文收集近年来大兴安岭地区流动台站和固定台站的观测波形数据,通过波形互相关从远震事件记录中挑选出64575个P波震相走时残差,13566个S波震相走时残差,开展远震体波走时层析成像研究,获得该区上地幔的V_(P)、V_(S)以及V_(P)/V_(S)异常结构.研究结果显示,火山群区的低速异常分布在上地幔的不同深度范围内,火山群下方的低速异常向下延深并交汇于软流圈内.结合本文和已有的研究结果推断,岩石圈拆沉导致的软流圈物质上涌是大兴安岭火山群的深部成因.火山群区的速度异常比值优势值为1.5左右,表明速度异常既有温度变化成因也有物质成份成因.总体而言,处在地幔不同深度范围内的低速异常极值区基本和高波速比值区域相对应,暗示火山群下方的岩浆流体处在不同的深度位置,这可能是阿尔山和诺敏河火山群火山岩性存在差异的原因.

小江断裂带北段上地壳三维速度结构研究及鲁甸M_(S)6.5地震构造分析

利用巧家流动台阵2012—2017年期间记录到的近震P波和S波到时数据,采用地震体波走时层析成像方法,反演得到了小江断裂带北段及鲁甸地震震源区上地壳的高分辨率V_(P)和V_(P)/V_(S)模型.成像结果显示:小江断裂带北段在0~6 km左右的深度表现为低波速、高波速比异常,在9~12 km左右的深度以下,小江断裂带北段整体开始呈现显著的高速特征,形状呈向上凸起的特征,这可能是玄武岩侵入的痕迹,暗示了小江断裂带可能是二叠纪峨眉山玄武岩喷发的主要通道.这些高速物质的侵入使得地壳较为脆性,介质强度较低,有助于后期小江断裂带的形成.小江断裂带北段两侧的结构差异显示出一定的分段特征,巧家段和达朵段东侧块体表现为明显的高速异常,而中间的蒙姑段则表现为低的波速异常.整体来说,小江断裂带北段的深浅结构及两侧块体的结构差异,反映了其大型走滑断层和块体边界的构造特征.鲁甸M_(S)6.5地震所在的莲峰断裂和昭通—鲁甸断裂之间的块体呈现“低-高”型的速度异常特征,使得昭通—鲁甸断裂两侧形成明显的速度差,西北侧的低速异常区在大凉山次级块体的挤压变形过程中,受到了高速的昭通—鲁甸断裂阻挡,应力在高低速过渡区积累、释放,进而发生鲁甸地震.此外,在鲁甸地震的两个共轭余震节面中均显示:主震发生在高低速过渡区,余震分布与高低速过渡区和高速区有关,与高低波速比过渡区和低波速比有关.

四川威远及邻区中小地震活动特征及地壳精细结构研究

利用2019年以来在四川荣县—威远布设的密集地震台站,以及部分固定台站记录到的近震资料,采用双差层析成像方法获得了高分辨率的浅层地壳三维速度结构和震源位置.重定位结果显示,研究区内中小地震多数呈南北向条带状分布,与已知地表断层的分布无明显关联.地震震源深度主要集中在2~5 km深度之间.研究区中小地震活动与速度结构变化具有相关性,在5 km以浅,地震多分布在S波高速异常区;在7~10 km深度范围,地震多发生在P波和S波的高、低速异常转换带.综合重定位和速度剖面结果,推测研究区内沉积层厚度约4~6 km,而一些中强地震多发生在结晶基底顶部.在研究区深部,黄桷坡断层以北地震区比荣县地震区具有更高的P波速度,在相似的应力状态下,力学性质更强的黄桷坡断层以北地区更难以破裂,可能是该地区更晚发生地震的缘由.

张渤地震带及邻区近震体波成像及孕震环境分析

针对张渤地震带深部孕震构造环境和地幔岩浆对地壳底侵作用的问题,本文充分收集了华北地区区域数字地震台网176个固定台站记录到的观测数据,应用近震体波层析成像方法,获得了华北地区地壳的P波三维速度结构和VP/VS波速比.依据VP/VS波速比能反映岩石物理性质和流变学特征的特性,并结合人工地震测深剖面、大地电磁测深、地球化学等成果,讨论了张渤地震带的孕震环境和动力学机制等问题.研究结果显示:张渤地震带强震位于高低速异常分界线附近或偏向高速体一侧,震源体下方均存在广泛的低速异常分布,据此推测这些低速异常的存在可能与流体有关,同时也揭示出张渤地震带地震主要分布在上地壳,从震源深度分布及地壳物性结构分析上地壳具有发震的构造背景,也有发震的物性基础,是一个易震层和多震层.张渤地震带地壳内部在20km下方存在偏高的波速比特征,这些可能反映了在该区域内中、上地壳幔源物质的侵入和热状态的岩体在横向上的变化,可能是地幔岩浆长期底侵作用的结果.由于深部幔源物质的侵入,使得地壳深部流体的供给量增加,在地壳发震层下长期存在的流体会影响断裂带的结构,降低断裂带的强度,使区域应力场发生变化从而导致断裂带上应力的集中,进而引发地震发生.

利用双差层析成像方法反演青藏高原东南缘地壳速度结构

本文利用云南及周边区域地震台网2010—2016年记录到的近震资料,采用双差层析成像方法进行地震重定位并获得了青藏高原东南缘的三维地壳速度结构。结果显示:重定位后的震源位置精度得到明显提高,震源主要分布于20 km深度以上的中上地壳;地震分布与速度结构存在一定的相关性,大多数地震发生在中上地壳的低速异常区内以及高、低速异常区域之间;研究区上地壳速度结构存在明显的横向不均匀性,其速度异常与地表地形及地质特征密切相关;中下地壳分布着两条主要的低速带,一条沿着安宁河断裂、小江断裂分布在川滇菱形地块的东侧;另一条主要分布在川西北次级地块内,并穿过丽江断裂向南延伸,推测这两条低速带可能是青藏高原中下地壳物质向南逃逸的两条通道。

基于三重震相拟合的华南地区上地幔P波与S波速度结构

利用中国数字测震台网(CDSN)记录到的台湾地区两个地震事件6°~30°震中距范围的三重震相波形资料,基于观测与理论波形拟合法,获到华南地区上地幔P波和S波的最佳波形拟合速度模型及其V_P/V_S比值.与AK135模型相比,华南地区410km深度上方存在明显低速层:S波低速区厚度约为70km,速度降为2%~5%;而P波低速区厚度为70~230km,速度降为5%~6%.另外,410km间断面整体表现为一个梯度层,厚度约为10~40km,V_P跃增量为4.0%~5.4%,而V_S跃增量为2.6%~11.7%.研究区内,低速层的V_P和V_S异常值大小和410km间断面速度跃变量由北向南逐步减小.结合以往的接收函数和地震层析成像结果,华南地区410km间断面上方的低速区可能与太平洋俯冲板块脱水有关.

云南漾濞M6.4地震震区三维速度结构

利用2015年1月至2021年5月28日期间我国云南省漾濞县及周边地区固定台站和漾濞地震后布设的流动台站所记录到的近震资料,使用双差层析成像方法获得了该地震震区的高分辨率地壳三维速度结构和震源位置。重定位结果显示,漾濞M6.4地震序列主要沿NW-SE向展布,与维西—乔后—巍山断裂走向一致,地震主要集中在4—10 km的深度范围,呈约80°高倾角分布。结合定位结果与三维速度结构显示:漾濞M6.4地震序列的空间分布与速度结构变化具有相关性,主震位于P波、S波高低速异常交界处,这种介质物性变化的交界地带可能有利于中强地震的孕育和发生,余震主要分布在低P波速度、高S波速度和低波速比的脆性区域;沿漾濞地震序列的分布走向,主震两侧呈现完全不同的速度结构,其西北部具有明显的高P波速度、低S波速度特征,该地区高密度、强韧性的地层可能是阻挡漾濞地震的NW向破裂而呈单向破裂特征的原因。

卷积神经网络快速挑选接收函数

地震三分量波形数据中提取的接收函数受震源复杂性及随机噪声等因素的影响,往往出现一些波形异常现象,需要在资料解释前予以剔除.当接收函数数量较多时,人为挑选质量合格的接收函数将耗费大量的时间.为了高效的挑选高质量的接收函数,本文利用深度学习卷积神经网络(Convolutional Neural Network,简称CNN)方法来对接收函数的质量进行判断.我们使用华北地区和阿巴嘎地区地震观测台站接收的9833个不同的地震事件建立训练集,并用1521个新的地震事件作为检测数据集,得到的训练集的准确率和召回率均达到99%以上,测试集的准确率和召回率分别达到95.3%和92.4%.我们还使用了训练集和测试集以外的数据进行验证,并对比了不同CNN评估结果所对应的波形图,实验证明评估结果与实际的接收函数波形对应良好.此外,对于某些台站的接收函数,可能存在如下问题:波形虽然具有很好的一致性,但由于不符合常规意义下质量好的标准导致CNN无法识别.为解决该问题,本文首先对一定方位角和震中距范围内的接收函数相互求取二范数,再对二范数较低的结果进行统计,并与CNN的挑选结果进行对比,挑选出合格的数据.

压缩感知高分辨率接收函数叠加成像及其应用

接收函数成像方法纵向分辨能力高,而其水平分辨能力很大程度上取决于地表观测台站分布.经典共转换点(Common Conversion Point,CCP)叠加成像方法应用中,如果存在台站稀疏区,往往需要统一选取较大尺度叠加半径以获得连续的成像剖面.这不仅造成台站密集区域成像分辨率损失,且使成像界面产生明显的叠加痕迹.本文结合压缩感知理论和经典CCP成像方法实现提高空间分辨率的接收函数成像.我们假设地下界面在局部范围内变化较缓慢、形态特征稳定,那么接收函数信号相应具有一定的稀疏特性.基于此假定,首先通过压缩感知稀疏促进算法从稀疏、不规则分布的地震台阵接收函数重构出密集、规则化的“虚拟台阵”接收函数.之后,利用重构得到的“虚拟台阵”接收函数,采用小尺度叠加半径进行共转换点叠加成像获得高分辨率转换界面成像剖面.特别地,我们在叠加成像前进行了叠前成像点振幅补偿处理,以克服台站分布不均匀导致的成像能量不均衡问题.台站越稀疏的区域,其振幅补偿值越高.本文方法可以极大减少经典CCP成像方法实际应用中为了兼顾台站稀疏区域采用大尺度叠加半径所造成的空间分辨率损失和“阶梯状”界面的叠加痕迹,在保证台站密集区高分辨率成像结果的同时有效提高台站稀疏区的成像分辨率并提升成像质量.数值模拟测试和华北克拉通科学台阵观测数据应用结果表明,压缩感知接收函数叠加成像方法可以实现可靠的高分辨率深部转换界面成像,在高分辨率深部结构研究中具有广阔的应用前景.

中国东北诺敏河火山群地区面波层析成像研究

本文利用诺敏河火山群地区的43个宽频带流动地震台在2015年6月至2017年5月记录到的垂直向连续数据,采用基于连续小波变换的频率-时间分析技术采集了6475条高质量的基阶相速度频散曲线,用面波成像方法反演研究区地壳和上地幔三维S波速度结构.结果表明:诺敏河火山20~30 km深度的中、下地壳范围内观测到一个小尺度低速异常,推测为诺敏河火山群地壳岩浆房,其与五大连池火山群地壳岩浆房在横向上不相通;研究区上地幔40~150 km深度范围内存在多个局部高速异常,且这些高速异常之上均出现明显的低速异常,这种结构模式暗示了这些区域可能发生了岩石圈拆沉作用,推测不同深度的高速异常可能是不同地质时期拆沉的岩石圈地幔及其残留;诺敏河火山群东南侧存在上下连通的低速异常,其从研究区东南部150 km深度左右向北连通研究区地壳减薄区域以及诺敏河火山群在地表的出露位置,表明这些位置可能存在上升的软流圈物质,且上升方向和小古里河—科洛—五大连池—二克山火山带延展方向基本一致,结合前人的研究结果分析,暗示存在诺敏河和五大连池火山群深部同源的可能性.