利用中国地震科学台阵研究青藏高原东南缘地壳各向异性:第一期观测资料的剪切波分裂特征

中国地震科学台阵第一期(2011—2013年)布设在南北地震带南段,本研究利用中国地震科学台阵布设在云南及相邻地区的部分流动台站记录到的2011年6月至2013年3月的数字地震波形资料,开展地壳各向异性分析.本文使用剪切波分裂系统分析方法(SAM方法),获得了研究区内67个台站的剪切波分裂参数.研究结果表明,受到云南及周边地区复杂的构造、应力环境和纵横交错的断裂分布的影响,该地区快剪切波偏振方向(PAZ)整体上显示出NNE向和NE向的优势取向,但在空间分布上比较复杂,虽然大部分台站的PAZ与构造应力场方向一致,但部分断裂附近台站的PAZ受到断裂的影响.结果显示,本研究区内不同区域的PAZ有一定差异性.本研究划分了5个子区,西部3个不同区域的PAZ从北到南分别为NNW向、近N-S向和NE向,有顺时针旋转的趋势,而东部的2个区域PAZ分别为NEE向和NNW向.研究证实,青藏东南缘地区的地壳各向异性空间分布虽然非常复杂,但大体上与区域内的主压应力的方向和断裂分布相关.

用正交偶极阵列声波测井研究地层地应力场

提出了一种利用正交偶极子声波测井资料计算地层主应力的新方法。该方法利用了当地层地应力不均衡时,横波发生双折射形成快横波和慢横波的物理特征,在应力不均衡井段建立快、慢横波应力-速度方程。通过岩心实验确定了快、慢横波应力-速度方程的耦合系数,从而计算地层最大、最小水平主应力数值,并从理论上证明了快横波传播方向与最大水平主应力方向一致。应用该方法,对大港油田碳酸盐岩地层进行了地应力评价,并用成像测井对评价结果进行验证,结果证明该方法有效。

1999年台湾集集地震余震区--嘉义地区地震的剪切波分裂参数随时间变化的研究

本文利用台湾中央气象局布设的嘉义台CHY、民雄台CHN2和义竹台CHN8记录的地震波形资料,使用波形互相关的SAM分析方法(剪切波分裂系统分析方法),对发生在1999年9月20日台湾集集大地震(MW7.6)余震区的嘉义ML6.4和ML6.0级地震的震前序列,开展了长达22个月的大震前近场源剪切波分裂参数随时间变化的应力预测研究.研究结果表明,在正常情况下,快剪切波的偏振方向大致近东西向,与嘉义地区最大主压应力场的方向一致,表明该区的各向异性受区域构造应力场控制;根据剪切波分裂参数——快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟随时间的变化,我们认为,临震期慢剪切波时间延迟的快速下降和快剪切波偏振方向90°跳跃事件的频繁发生,可以作为临震期大震应力预测的前兆指标.近场源剪切波分裂参数随时间的变化在揭示震源区应力变化方面将发挥重大作用.

横波分裂裂缝检测方法在川西深层气藏中的应用

由横波分裂原理可知,当横波(或转换横波)在裂缝介质中传播时,横波将分裂成平行裂缝走向的快横波和垂直裂缝走向的慢横波.基于此,求取裂缝走向的问题可以转化为求取快横波的偏振方位角度的问题;由于快、慢横波的传播时差与裂缝发育密度密切相关,因而裂缝发育密度的预测问题可以转化为快、慢横波的传播时差求取问题.根据快、慢横波在径向分量和横向分量上的振幅、能量、相位、传播速度、走时等差异,可从不同的角度着手,建立不同的横波分裂裂缝检测技术.如R/T能量比值法、T分量极性反转法、最小二乘拟合法、传播矩阵法、Alford正交旋转法等.随着多波多分量地震勘探技术的快速发展,这些方法日趋成熟,正扮演着越来越重要的角色.实践表明,它们对四川盆地新场地区深层裂缝性气藏的勘探开发提供了重要的支撑.

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.

2013年芦山M_S7.0地震序列S波分裂特征

本文测定了2013年4月20日芦山MS7.0地震震源区及其附近台站的S波分裂参数,包括快波偏振方向和慢波延迟时间,最终得到了40个台站的S波分裂结果.结果显示:在地震主破裂区内观测到的快波优势取向为NE向,与余震分布的长轴方向一致;位于双石—大川断裂以西台站的快波偏振优势方向为NW向,与区域最大主压应力轴方向一致;位于荥经断裂附近台站的快波偏振优势方向为NW向,与该断裂走向一致.快波偏振优势方向随时间的变化结果显示:主震前位于地震破裂区附近的TQU和BAX台站的快波偏振优势方向均呈NE向;主震后TQU台站的快波偏振优势方向为近EW向,而BAX台站的快波偏振优势方向则不突出,反映出芦山地震主震前快波偏振方向受控于龙门山断裂带,而主震后受构造应力场的作用更加明显.此外,各台站的慢波延迟时间为1.25—5.40ms/km,在余震覆盖密集区域,台站的慢波延迟时间均大于3.0ms/km,反映出震源区的各向异性程度较强.芦山主震后,各台站的延迟时间随时间变化持续减小,反映出震源区地壳应力随余震活动逐渐减小.

邢台地区地壳各向异性特征初步研究

邢台地区处于华北平原地震带中南段,是华北地区活跃的地震活动区。本研究根据该地区的构造环境,采用SAM方法研究地壳各向异性特征,通过对邢台地区台站的数字波形进行分析,初步得到邢台地区的剪切波分裂参数,该地区的快剪切波平均偏振方向为73.9°±40.2°,慢剪切波平均时间延迟为(2.74±1.54)ms/km。结果表明,快剪切波平均偏振方向与华北区域最大主压应力场方向基本一致,但是受到局部断裂的制约,部分台站下方的快剪切波的偏振方向显示为NWW方向。

玉树地区地壳介质的各向异性特征

本文利用2010年5月7日到10月18日玉树地震震源区及其周边22个地震台站记录的2010年4月14日玉树地震余震数据资料,使用剪切波分裂分析方法初步得到了每一个台站的剪切波快波偏振方向和慢波时间延迟,并分析了玉树及周边地区地壳介质各向异性特征.在该研究区域,甘孜—玉树断裂上部分台站快波偏振方向近于东西向,这一结果与该区域的水平主压应力方向一致.甘孜—玉树断裂带南段玉树周边的台站快剪切波偏振方向为南东向,与断裂带的走向一致,显示了此次地震断裂走滑性质的特征.位于杂多断裂和清水河断裂上的台站及其附近的台站,快波偏振方向与所处的断裂走向基本一致,多为南东东向.各个台站的慢波延迟时间结果分布在4.23～7.01ms/km范围内,平均慢波延迟时间是5.68ms/km.在甘孜—玉树断裂带和乌兰乌拉湖—玉树南断裂相交的位置慢波延时总体较高;而低值区位于打贝通—小苏莽断裂的北西端与杂多断裂之间的位置.沿玉树断裂带,慢波延迟时间的梯度值较大,本文这一结果揭示了慢波延迟时间的分布和破裂带的走向、余震的分布有很大关系.

四川锦屏水库地区地壳剪切波分裂特征及蓄水影响初探

利用雅砻江流域地震台网2011年8月1日至2014年12月31日期间及四川省地震台网1个地震台站2008年5月1日至2015年8月31日期间记录的地震观测波形资料,采用剪切波分裂分析得到了四川锦屏水库地区中上地壳各向异性参数,即快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟.结果显示,研究区内台站的快波优势偏振方向存在明显的局部特征,左侧4个台站的快波优势偏振方向与区域主压应力方向比较一致,右侧台站优势偏振方向各异.研究发现,台站MLI的快波偏振方向变化与水库水位的变化具有很好的相关性,在2013年7月,水库水位急剧升高到约1800m后,台站的快波偏振方向也发生了90°变化,这是一种被称为90°翻转(90°-flip)的现象.蓄水导致的应力增加(以及可能的渗水)产生的高孔隙压影响了剪切波分裂特征.

2012年6月24日宁蒗-盐源M_S5.7地震的剪切波分裂探讨

选用2012年6月24日宁蒗-盐源MS5.7地震震源区的泸沽湖台站2008年9月—2013年9月连续5年的地震数据进行剪切波分裂计算,从剪切波分裂参数随时间的变化初步获得了宁蒗-盐源地区的区域应力特征,以及该地震发生前后地壳应力的特征性变化.泸沽湖台站快波偏振方向结果显示,该台站具有NE向和SE向两个优势取向,与研究区域内断裂的走向相同.该台站的慢波延迟时间表现出明显的变化,特别是在宁蒗-盐源MS5.7地震发生前后.在宁蒗-盐源地震发生前一年,泸沽湖台站的慢波延迟时间缓慢地增加,表明该地区地壳应力逐渐积累;直到该地震发生前一个月,泸沽湖台站的慢波延迟时间才开始急剧下降,表明地壳应力随着地震的发生而迅速释放.

角度谱在快慢横波分离中的应用

横波在穿越裂隙介质时会分裂成平行裂隙的快横波和垂直裂隙的慢横波,其偏振角随着波传播的时间和空间而变化。利用角度谱可以有效地求取偏振角,从而分离快慢横波。这里介绍了角度谱的概念及其应用。

紫坪铺水库水位变化对剪切波分裂参数的影响

本文通过对2006—2009年四川紫坪铺水库库区8个地震台站记录的地震事件,采用剪切波分裂方法获得了水库库区剪切波分裂参数,并结合地震活动性与水库水位之间的变化关系,分析了紫坪铺水库库区地壳应力的变化特征.剪切波分裂结果显示该研究区域快波偏振方向有两个,分别为北东向和北西向,充分体现了紫坪铺水库地区地壳应力是由北西向的区域主压应力与南东走向的龙门山断裂带综合作用的结果.慢波延迟时间平均值为5.8ms·km-1,慢波延迟时间较大的地区位于库坝和库尾,分别是水库蓄水排水引起地壳应力变化最大的区域.对比慢波延迟时间的变化和水库水位的变化显示了慢波延迟时间与水库水位之间的一致变化关系,揭示了水库的蓄水排水对地壳应力的影响.

四川宜宾地区S波分裂特征

本文采用纵横比与偏振分析相结合的方法测定了2013年4月25日~2015年12月31日四川宜宾地区10个台站S波分裂参数,即快波偏振方向和慢波延迟时间。结果表明,华蓥山断裂两侧台站呈现不同的快波偏振优势方向,断裂带以西的台站偏振优势方向为NW向,与区域应力场方向一致;位于断裂带以东的台站优势偏振方向为NE向,与断裂走向一致。在地震密集分布区域内的CNI台的优势偏振方向为NE向,与台站附近的断裂带走向基本一致。研究区域南段的3个台站(JLI、YAJ、XWE)优势偏振方向近NS向。各个台站平均慢波延迟时间在3.07~11.95ms/km范围内,慢波延迟时间最大的台站是CNI台,距离2013年4月25日06时10分M_L5.2地震震中位置最近,这反映出震源区地震波各向异性程度较强。CNI台站的慢波延迟时间显示,在2015年2月7日M_L4.8地震前观测到慢波延迟时间有明显的上升趋势。

基于偶极横波测井的地层各向异性研究

为确定塔中Ⅰ号断裂坡折构造带裂缝走向和水平主应力方位,利用偶极横波成像测井资料进行奥陶系碳酸盐岩储层各向异性研究。在分析偶极横波测井仪发射与接收信号特征的基础上,研究了横波分裂现象在裂缝性地层和构造应力不均衡地层中的响应特征。综合利用Alford旋转分析法与反演分析法提取了地层快、慢横波的慢度与方位,以此评价地层各向异性。参考FMI成像资料对塔中Ⅰ号断裂坡折构造带部分井奥陶系碳酸盐岩储层的各向异性进行了分析,研究认为快、慢横波在评价由裂缝和构造应力不均衡引起的地层各向异性中具有良好的应用效果。

2014年5月云南盈江M_S6.1地震序列横波分裂讨论

2014年5月24日、30日云南盈江地区先后发生了M_S5.6和M_S6.1地震。采用质点运动判别与偏振分析相结合的方法测定了此次地震序列横波分裂参数,即快波偏振方向和慢波延迟时间,最后获得了4个台站的横波分裂参数。震源区附近的两个台站KAC、MNO快波偏振优势方向为NS向,与区域主压应力轴方向一致。在M_S6.1地震发生后MNO台站快波偏振方向出现了紊乱现象,KAC台站快波偏振方向发生了偏转。这4个台站的平均慢波延迟时间分布在1.50～4.47ms/km。靠近主震附近的KAC和MNO台的平均延迟时间均大于4.0ms/km,表明距主震越近各向异性的程度越大。MNO台站在M_S6.1地震前慢波延迟时间的突然减小意味着临近主震前震源区地壳应力释放。

用正交偶极声波计算砂泥岩剖面地层应力

简要介绍用正交偶极声波计算地层应力的方法原理 ,并给出一段计算应力剖面的实例。通过计算表明该方法与过去相比不同。在泥岩段水平最大与最小主应力基本相等或相差甚小 ,在砂岩段才呈现较大差异。对该方法计算结果与技术发展给出粗浅的看法。

四川威远地区近震剪切波分裂特征

基于布设在四川威远地区的流动地震台站2019年11月至2020年5月记录的近震波形数据,利用剪切波分裂分析方法获得了研究区内23个地震台站的剪切波分裂参数。结果显示:威远地区地震台站快波偏振方向多数为北西向,与区域主压应力方向一致;有个别台站可能由于受到局部构造环境的影响,快波偏振方向为北东向。而在地壳速度变化明显的威远背斜附近,有6个台站结果显示为两个快波偏振优势方向,表明该地区快波偏振方向是区域应力场和局部构造环境共同作用的结果,威远地区慢波延迟时间均值为4.43 ms/km,威远背斜南侧区域的慢波延迟时间值普遍大于其北部区域,表明在威远地区南部区域的各向异性强度强于北部区域。

三维转换波叠前方位各向异性校正技术

转换波成像与常规纵波成像不同的是转换波受方位各向异性的影响更为严重,相同反射点的快、慢波时差可达到40ms,严重影响转换波成像质量和分辨率。本文以横波分裂理论为基础,提出了一种叠前方位各向异性校正技术。该技术是基于共检波点叠加的层剥离转换波方位各向异性分析方法,并在叠前共检波点道集上进行方位各向异性校正。通过该技术在喇嘛甸工区的应用,得出T2层方位各向异性的主方位在67°～84°之间,快慢波时延在10～40ms之间。经过方位各向异性校正后,径向分量能量增强,切向分量能量减弱,提高了转换波成像质量和垂向分辨率。

2014年10月云南景谷M_S6.6地震序列剪切波分裂参数变化研究

采用质点运动判别与偏振法相结合的方法,测定了2014年10月云南景谷MS6.6地震余震序列剪切波分裂参数,得到了4个台站的剪切波分裂参数。快波偏振方向结果显示,这4个台站的快波偏振优势方向均为北北东向和北东向,与区域主压应力轴方向和地表破裂方向一致。4个台站的慢波延迟时间分布在2.24~7.37 ms/km,距离主震震中较近的L5307台站的慢波延迟时间相对较大,这与该台站位于震源区有关。L5309台站在MS5.8强余震前观测到了地震前7天慢波延迟时间突然下降,MS5.9地震前10小时,该台站也观测到慢波延迟时间的突然下降,直到地震发生。由此可见,MS5.8和MS5.9两次强余震发生之前慢波延迟时间都突然下降,表明较大地震发生之前地壳应力的突然增强。

基于交叉偶极子阵列声波资料精细评价地应力方法

地应力是油气储层勘探开发中重要分析参数之一,通常利用电成像与地层倾角测井获取直观、准确的地应力方向,而阵列声波资料在作业中易受井眼与地层的影响,获得的地应力方向与其他方法有差异。此文采用阵列声波各向异性分析与电成像数据结合的方式,提出了如何利用声波数据准确识别地应力方法。研究表明:诱导缝发育层段中快横波传播方向与地应力方向呈小角度相交,而诱导缝不发育层段快横波方位能够代表最大水平主应力方向。