瑞利波相速度和椭圆率与远震P波联合反演蒙古中南部地壳高分辨率S波速度结构

利用蒙古中南部台阵记录的连续背景噪声数据、天然地震面波数据和远震P波波形数据,开展瑞利波相速度、椭圆率和远震P波叠加波形的联合反演,建立了蒙古中南部地壳三维S波速度模型.结果显示,蒙古中南部的瑞利波相速度及椭圆率、沉积基底深度、莫霍面深度、地壳S波速度在蒙古—鄂霍茨克缝合线和蒙古主构造线南北两侧分布均有明显差异,暗示了这两条缝合线至少为地壳级别的分界.中戈壁火山和Bus-Obo火山在地壳内相互连通,在下地壳存在大面积低速层.我们推测杭盖穹隆上地幔热物质上涌在中戈壁带地壳底部形成岩浆囊,为这两座板内火山活动提供了岩浆来源.

粤东连平—河源—汕尾地震测深剖面地壳速度结构及其意义

为适应防灾减灾工作的需要,广东省地震局联合中国地震局地球物理勘探中心、河南省地球物理空间信息研究院于2021年在粤东地区实施了人工地震宽角反射/折射探测,以期获得粤东地区深部地壳速度结构.本文采用地震射线走时正演对粤东地区NW向连平—河源—海丰测线数据进行了处理解释,构建了该剖面的二维壳幔速度结构模型.该模型表明,沿剖面自NW向SE,莫霍面深度由32 km缓慢抬升至29 km,广州—恩平断裂带、河源—邵武断裂带和政和—大埔断裂带的对应位置都显示莫霍面有抬升现象;研究区存在多条NE向展布深大断裂;中地壳发育低速异常区域(低速体)受断裂控制,主要分布于政和—大埔断裂带NW内陆方向,可能与中生代早期岩浆活动形成的花岗岩质岩浆相关.我们认为壳内低速区域(低速体)可能是影响研究区深部孕震环境的重要因素.

云南洱源地区地壳三维精细速度结构成像

云南洱源地区地处青藏高原东南缘的滇西北地区中部,区内地质构造复杂,多条断裂交会穿过,且地热活动活跃,显示出很强的断裂构造特征。地区内地震活动频繁,2013年以来在维西-乔后-巍山断裂西侧发生了多个5级以上地震。文中利用云南区域固定台网和滇西北密集台阵记录的2008年1月1日—2023年7月20日发生在洱源地区的地震走时数据,采用波速比模型一致性约束的双差层析成像方法,获得了云南洱源及其周边区域的地壳三维V_(P)、V_(S)和V_(P)/V_(S)模型及地震重定位结果。结果表明:1)在龙蟠-乔后断裂以东,维西-乔后-巍山断裂、红河断裂和鹤庆-洱源断裂交会处聚集了大量小地震,缺乏中强地震。从现有的层析成像结果分析认为浅层发生的部分小地震可能与地热流体无直接关系,而从浅层向深层逐渐变高的V_(P)/V_(S)值可能暗示深部存在流体,深部流体可能在循环流动过程中逐渐渗透到浅层岩石中,并与部分密集小地震的发生有关。2)2013年以来发生的4个5级以上地震均发生在维西-乔后-巍山断裂西侧,并呈NNW-SSE走向分布,表明川滇块体西边界断裂系统的地震危险性有所增大。3)2013年3月3日和4月17日发生的洱源地震序列主要位于低V_(P)、低V_(S)和低V_(P)/V_(S)值的异常体内。一般而言,如存在流体,则V_(S)比V_(P)下降得更快,从而导致高V_(P)/V_(S)值,而低V_(P)/V_(S)则表明低V_(S)并非由流体所致。因此,现有的成像证据表明地震序列所处区域并不存在流体,从而推断地震序列的发生与流体无直接关系。空间上与洱源地震序列接近的2017年3月27日M_(S)5.1漾濞地震序列也具有相同的速度结构特征,因此也可能与流体无直接联系。2016年5月18日发生的M_(S)5.1云龙地震序列的主震和部分余震主要位于高V_(P)、高V_(S)和V_(P)/V_(S)相对高值区内,高V_(S)表明并非因存在流体而导致出现相对高的V_(P)/V_(S)值,据此推测主震及周围的余震所处区域可能不存在流体,流体并未直接参与到地震序列的发生过程中。

基于短周期密集台阵的广州—佛山地区地壳浅部三维S波速度结构研究

广州—佛山地区位于珠三角经济区的核心地带,三条区域性断裂从中交错穿过.广州—佛山地区精细的地壳浅部三维S波速度结构,对于研究区内的城市规划建设、地震灾害评估、强地面运动模拟等具有重要意义.本文利用布设于广州—佛山地区短周期密集地震台阵中的1104个台站记录到的连续波形数据,采用背景噪声互相关方法计算了台站对间的互相关函数并进一步提取到周期范围在0.1~5 s内的39488条高质量面波群速度频散曲线,然后通过基于射线追踪的面波直接反演方法计算得到了研究区内0.3~3 km深度的高分辨率三维S波速度结构.结果显示:研究区内地壳浅部S波速度横向差异显著,其中南部的珠江三角洲断陷盆地S波速度结构相对较为复杂,而北部的广花盆地内部S波速度结构则表现相对简单.研究区内的低速异常主要位于断裂附近,且大都位于断裂的下降盘.珠江三角洲内三水盆地东缘表现为马鞍状低速异常,向下最大延伸至2 km,低速体南北两侧边界与控盆断裂位置基本一致.广花盆地内部存在两个平行排列的高速异常,中间夹持一平行构造走向的低速异常,总体速度结构特征符合广花盆地为一复式向斜的地质构造背景.低速异常向下延伸至1.4 km深度处,可能指示了卷入向斜地层的最大埋深.沿广州—从化断裂发育条带状低速异常,与沿断裂形成的沉积地层有关.条带状异常在浅部分为两段,表明广州—从化断裂在历史上可能具有分段活动性.玉带公园周围被高速异常环绕,异常向上延伸至距地表约1.3 km处,结合研究区已有资料推测该高速异常可能为早期岩浆侵入在地壳浅部的反映.

2022年东台地震序列区域速度结构和精确定位

2022年江苏东台接连发生数十次小地震,其中,震级最大的M_(S)3.0地震导致震中附近震感明显。为探究该地区近期地震相对活跃的原因,文中收集了2008—2022年的地震走时资料,利用双差层析成像方法对苏北盆地的速度结构和地震位置进行了联合反演,获得了震中区P波三维速度结构和地震精确定位结果,并结合断裂分布、震源机制解和当地工业活动等资料,对地震序列可能的发震机制和发震构造进行了探讨。结果显示:1)重定位后,地震序列总体呈近SN向带状展布,发震优势深度在11~16km,与已探明的断裂带缺乏明显联系。结合震源机制结果推测,序列下方可能存在NNE-SSW向隐伏构造。2)震中区下方速度分布具有明显的非均匀性特征,15km深度处存在纺锤状P波高速异常体,地震序列的震源位置表现出从该异常体向远处扩散的发震特点。3)震中区附近现存多处工业活动,其中五烈—时堰—溱东作业点、地震序列和深部高速异常三者的位置存在一定的关联性,且作业时间和发震时间相近。由此推断,此次地震序列的发生与深部非均匀速度结构有关,震中附近的工业活动可能改变了区域应力状态,导致了能量的释放。

2019年四川威远东两次M_(S)>5.0地震序列活动特征及震源区体波速度结构

自2015年以来,四川威远及邻区的地震活动强度显著增强,其中2019年9月8日和12月18日在威远东发生了M_(S)5.4和M_(S)5.2地震,刷新了威远地区有记录以来历史地震震级上限.本文利用2019年8月至2020年3月期间威远及邻区25个流动台和17个固定台记录到的5638次M_(L)≥1.2地震Pg和Sg波到时以及连续波形资料,采用双差层析成像方法获得了威远东这两次地震序列的重定位结果和震源区浅层地壳高分辨率三维体波速度结构.重定位结果显示震源区地震震源深度主要集中在3~4 km.基于两次M_(S)>5.0地震震后10天余震序列空间展布,本文推测两次地震的发震构造均为NNE走向且倾向SE(倾角40°左右)的盲冲断层.三维体波速度结构反演结果揭示:震源区V_(P)异常变化较V_(S)异常变化显著,V_(P)/V_(S)比背景值普遍低4%~10%.在深度小于5 km的浅层内,地震多分布在V_(P)低速异常和V_(S)弱高速异常以及二者的高低速异常过渡带内;在5~7 km深度范围,地震基本上都发生在V_(P)低速异常区.上述速度结构特征揭示震源区附近可能发育着富含气体的孔隙和裂缝且存在流体活动.此外,2019年11月7日以后的地震活动具有明显的流体扩散驱动地震迁移特征,沿两次地震发震断层走向和倾向的流体扩散系数分别为1.5 m~2·s^(-1)和0.1 m~2·s^(-1).两次地震的发生机理很可能是流体扩散引起的孔隙压力上升.

通州—三河地区沉积层高分辨率三维S波速度结构和径向各向异性

北京大都市区位于冀中凹陷与太行山隆起和燕山褶皱带的交汇区,区内被第四系松软沉积层覆盖,历史和现今的地震活动性表明,其面临潜在的巨震风险.地震风险评估和强地面运动模拟依赖准确的沉积层三维S波速度模型.本文基于布设在通州—三河地区前所未有的密集台阵数据,构建了该区域高分辨率三维S波速度结构和径向各向异性模型.首先将919个台站组成的密集台阵划分为若干子台阵,利用修正的背景噪声聚束分析方法,提取各个子台阵的Love波频散曲线,通过深度反演构建了通州—三河地区三维SH波速度模型.结合由基阶和一阶Rayleigh波模式反演构建的三维SV波速度模型,获得了台阵下方的径向各向异性模型.模型显示,大兴断裂在穿过牛堡屯之后,继续向北东向延伸约20 km.大兴凸起以大兴断裂为界,表现出明显不同的构造特征和沉积过程.断裂的北西侧第四系沉积层较浅,推测约为100~400 m;断裂的南东侧第四系沉积层厚度横向变化较大,发育夏垫凹陷和甘棠凹陷.沉积盆地径向各向异性的幅度可达±20%,地表约0~60 m范围有一较强的负径向各向异性(VSH<VSV)覆盖层,推测与该地区垂直地裂缝发育有关.正的径向各向异性(VSH>VSV)是沉积作用造成的水平层序排列的沉积分层的反映.

2023年甘肃积石山M_(s)6.2地震震源区的三维速度结构及其发震构造

2023年12月18日23时59分, 在甘肃积石山县拉脊山南段积石山东缘断裂附近发生了M_(s)6.2地震.为了探究本次地震的发震构造、孕震环境以及余震序列与深部结构的关系, 本文使用基于固定台站、预警台站和临时布设的密集台阵构建的地震事件资料, 采用双差层析成像方法开展地震定位和三维速度结构研究.重定位后, 余震序列近似呈SE-NW方向展布, 总长度约15 km, 震源优势深度分布范围为8~14 km, 平均深度为10.4 km.主破裂北侧余震条带和主破裂附近余震序列的震源深度存在错断, 二者倾向在空间上近似垂直.东北倾的大河家断裂是主震的发震断层, 主破裂北侧余震条带发生在一条西南倾的反冲盲断层上.余震序列基本发生在高速和低泊松比异常内, 且高速异常和余震序列的形态高度吻合, 速度结构的非均匀性是控制本次地震和余震形态的主要深部构造因素.本次地震是在挤压构造背景下, 上地壳高速和低泊松比异常体内进行应力积累和释放, 从而发生的一次典型的逆冲型地震事件.

大别—苏鲁造山带及其邻区岩石圈速度结构特征

大别—苏鲁造山带是我国东部重要的碰撞造山带,精细的岩石圈三维速度结构有助于更好地认识这里的构造演化和地球动力学过程.本文收集了大别—苏鲁造山带及其周缘各区域地震台网2008—2021年间记录的天然地震走时资料,其中添加了江苏、安徽、河南三省103个自建台站的观测资料.结合区域内8~70 s瑞雷面波频散数据,采用体波面波联合反演方法获得了水平方向上0.5°×0.5°网格的Vp、Vs模型,并进行了地震重新定位.研究表明:(1)大别和苏鲁造山带的壳内速度分布具有上凸下凹的相似结构,中地壳同时存在高、低速异常,但苏鲁造山带的岩石圈厚度相对更薄.(2)襄樊—广济断裂南侧、晓天—磨子潭断裂以及嘉山—响水断裂下方出现岩石圈地幔缺口,可能与岩石圈拆沉有关,推测中地壳高速体可能是热物质通过岩石圈薄弱位置上涌后在壳内冷却形成的结晶物.(3)大别山和苏鲁地体早期可能是同生构造,受扬子板块俯冲、郯庐断裂带的走滑活动以及古太平洋板块俯冲等因素控制,造成现今岩石圈深部结构的差异.(4)研究区内的主要地质体表现出各自不同的地震活动性,地震分布总体呈现出北多南少的特征,且地震主要发生在高、低速过渡带或高速异常区域.郯庐断裂带中段郯城下方的地震在纵向上呈高角度条带状展布,最大震源深度接近25 km,表明断裂面在深部可能存在高倾角发育.

利用HVSR方法探测四川理县西山村滑坡速度结构

HVSR(Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio)是地震背景噪声水平分量与垂直分量的频谱比,常被用来探测起伏地形较小的浅地表速度结构.然而,高起伏地形下该方法的适用性还需要仔细研究.本文探讨利用HVSR方法探测四川理县西山村滑坡的速度结构.我们首先将ENZ坐标系下三分量地震数据旋转到垂直于地形自由面的LQT坐标系,分别计算了两个坐标系下2 h地震背景噪声数据的HVSR曲线,对比结果发现,LQT坐标系下三分量数据的HVSR峰值频率更能反映地下结构信息.然后,本文反演了29个台站LQT坐标系的HVSR曲线,获得了滑坡体堆积物及基岩的一维S波速度结构.西山村滑坡体堆积物的S波速度范围为50~1000 m·s^(-1),滑坡厚度23~130 m.滑坡体西侧边缘地下40~120 m处存在10~20 m的低速层,表明该位置抗剪强度相对较弱,是潜在的滑动危险区域.对数据进行坐标系转换后,HVSR方法能够利用较短的观测数据获取可靠的滑坡体速度结构,为滑坡体积估算、脆弱位置识别、灾害评估提供重要信息.

基于背景噪声反演华南块体岩石圈三维S波速度结构

利用背景噪声方法,对布设在华南块体及其周边区域数个流动地震台阵中共704个地震台站的连续数据进行分析,反演得到华南岩石圈的三维S波速度结构。结果表明,地表附近S波速度结构与华南块体的地表构造高度相关,低速异常区集中在四川盆地和江汉盆地等沉积层较厚的区域。江南造山带的中上地壳呈现明显的高速异常,该高速异常即为华夏块体与扬子块体的分界区域。华夏块体中地壳低速异常区与该区域广泛分布的中生代花岗岩对应较好。华南上地幔岩石圈的东部与西部存在显著的速度差异,西部呈现显著的高速异常,反映西部四川盆地底部稳固的克拉通结构;上地幔的低速异常揭示华南东部岩石圈因太平洋板块俯冲的影响而明显减薄(<70km)。推测华夏块体以琼州海峡为中心的上地幔显著低速区可能对应海南地幔柱的热物质上涌。

广东省强地震震源区地壳速度结构及其对板内地震成因的启示

稳定板块内部的强地震(震级大于和等于6.0级的地震)是如何孕育与发生的一直以来是悬而未决的科学问题。广东省的阳江洋边湾、河源新丰江水库与汕头南澳岛位于稳定的华南陆块内部,是广东省地震活动最为活跃的三个区域,有强震发生的历史,是理解板内强震孕育与发生的理想窗口。而这些强震区域的地壳结构与物理性质是理解强震孕育构造背景与发生机制的关键基础。本文基于阳江与河源已构建的上地壳速度结构,结合区域地震活动性分析,对比与总结汕头南澳岛与北美新马德里强震区的孕震构造背景,揭示广东省强震震源区与地震活跃区的地壳结构与物理性质、强震孕震与发震构造背景以及两者关系,进而探讨广东省强震发生的成因机制。结果显示广东省的强震倾向于发生于NE-SW向与NW-SE向断层交汇处。这些断层交汇处呈现低地震波速度特征,在发震深度范围(8~15 km深)地震b值较小(<1.0)。低地震波速度与低地震b值特征指示断层交汇处为稳定华南陆块的局部薄弱带,易于构造应变能积累。此外,流体参与的孔隙压力增大或荷载增大等局部地壳应力扰动可能是触发广东省强震一个不可忽略的因素。本文提出进一步加强板内强震发生的应力积累方式和持续时间,以及孔隙水压力增大的物理机制等研究,可加深认识板内强震的发生过程及其控制因素,助力粤港澳地区的地震危险性评估。

背景噪声频率-贝塞尔变换法研究厦门岛浅层S波速度结构

为获取厦门岛浅层三维速度结构,本文使用福建省地震局于2019年布设的50个流动地震台站组成的密集台阵所记录到的垂向分量波形数据,计算背景噪声互相关,利用频率-贝塞尔变换(F-J)法提取子台阵的瑞利波相速度频散曲线进行反演,获取子台阵下方一维S波速度结构,并通过插值得到厦门岛4 km以内的三维S波速度模型.结果表明,整体上厦门岛S波速度随深度增加呈现递增趋势,在近地表处的横向不均匀性显著.0~1 km深度的S波速度大体上呈现“北高南低”的特征,与岩性分布有较好的对应关系.随着深度的递增,高低速特征分布逐渐呈现为连续性较好,近北东向展布的条带状.结合前人研究结果,本文推测这一现象与厦门岛岩层在不同时期受到挤压和拉张作用形成的褶皱和断裂相关,反映了厦门岛所经历的多次构造变动和岩浆侵入事件.垂向剖面的速度差明显区与研究区断裂带位置具有一定的对应关系.研究结果可为厦门岛的构造演化研究和地质灾害评估提供新的科学依据.

京津唐地区中上地壳三维P波速度结构

根据华北遥测台网和延庆-怀来数字地震台网记录的京津唐地区(113.5～119.5E,38.0 ～41.5N)1992～1999年共16 048条P波首波到时资料,利用近震层析成像方法反演了该地区中、上地壳三维P波速度结构,并用所得到的地震波三维P波速度模型同时得到了震级ML1.7～6.2的1 132次地震的精确震源参数.反演结果揭示了京津唐地区地震P波速度结构明显的横向不均匀性.

冀南地区速度结构层析成像分析

克拉通的破坏是地球物理学家重点研究的对象之一。经由中国地震台网查询得知,近年来冀南地区中小地震相较以往频繁发生,为了探查冀南地区地壳结构不稳定的原因,本文基于中国地震台网记录到的P波到时资料,对研究区的地震进行精定位,并利用P波的震相数据对地壳速度结构进行双差层析成像:发现精定位后的震源主要分布在地壳5~15 km深度,主要集中在断层附近;在速度结构方面,地震走时残差均方根的总体均值由0.81 s下降至0.36 s,地震更容易发生在高速区的边缘过渡带上;在邯郸和邢台等地区的壳幔结合处存在低速异常区,莫霍面和上地幔可能受到岩浆等热流物质上涌,侵入地壳,发生化学反应,导致岩石圈的减薄破坏,致使地壳结构趋于不稳定状态,进而对浅层地震的孕育创造了有利条件。

基于接收函数的淮安地区地壳厚度及S波速度结构研究

利用淮安区域地震监测波形资料,有效提取P波接收函数,计算了台站下方地壳厚度并反演出S波速度结构,获取较为可靠的地下深部结构和一维速度模型。从结果来看,淮安市地壳厚度较薄,且具有较大的波速比,速度结构在上地壳内呈逐渐增大的趋势特征,结合区域地质和淮安市近年来的发震特点,认为淮安地区上地壳是区域能量释放的主要空间。

大同震区地震序列震源位置及震源区速度结构初探

采用震源位置和速度结构联合反演的方法对大同震区1989年6.1级、1991年5.8级、1999年5.6级3次地震地震序列进行了震源位置和震源区速度结构反演,以确定3次地震序列的分布和震源区的速度结构。结果表明：3次地震序列的发震断裂为NNE向的大王村断裂和NWW向的团堡断裂,两条断裂表现为交替发震;3次地震序列的震源深度平均为10.06 km,其中以6~15 km为发震优势层;研究区速度结构与大的地貌特征相符,沿大同盆地第四纪沉积层表现的不间断低速带,从大同县一直延伸到阳高、天镇等地。在中部山自皂台附近出现了一高速区位置与大同火山群分布区相近。大同—阳高3次地震序列分布在相对高速区上,表明这一区域为应力集中地区。

甘肃天水盆地的浅层速度结构

以天水盆地为例，利用综合探测方法构建典型地区浅部“标准”速度结构模型，给出盆地区域设定地震动的强地面运动分布特征，展示盆地聚焦效应和盆地边缘效应，为重大工程的防震减灾提供科学依据。利用高分辨率地震反射勘探揭示天水盆地数百米深度的P波速度结构。

关中及陕南地区地壳P波速度结构初析

关中及陕南地区为我国东西和南北巨型构造的交汇地带，是连接青藏块体和华北、华南地块的过渡区，也是多构造应力场的调整区，深入研究其深部构造特征对我国大陆地球动力学的发展、渭河盆地及陕南大震危险性评估、以及为区域油气资源的开采提供大区域构造背景等都将有着重要的意义。20世纪80年代前后，丁韫玉、袁志祥和薛广盈等利用天然地震资料对该区地壳速度结构进行过研究，2000年以来，随着九五、十五项目的实施，陕西及周边省份地震台网密度大幅度增强，地震观测精度也有了很大的提升，因此，有必要利用当前最新的地震层析方法对该区域的速度结构进行重建。

利用速度结构与震源参数联合反演算法研究天津及邻近地区小震重定位特征

利用2002年1月至2008年12月天津地震台网产出的初至P波走时资料,通过震源与速度结构联合反演算法,计算出天津及邻近地区三维P波速度结构的优化模型,同时获得1 738次中小地震的重新定位结果。结果表明,天津及邻近地区中小地震分布具有与强震相同的地壳深部介质背景,主要分布在高低速度过渡带;天津及邻近地区中小地震震源深度重新定位后更集中分布在10-15 km深度范围内。