利用Rayleigh波反演浅土层的剪切波速度结构

根据均匀半空间Rayleigh波相速度与介质剪切波速度之间的关系，对某一频率面波的影响深度内各层介质进行"均匀"化，使其等效于均匀半空间．并利用模型进行正演，以确定在这种均匀化的前提下，面波勘探深度与波长的关系．应用相匹配滤波技术从实测面波信号中分离出基阶Rayleigh波信号，对它进行多重滤波和叠加处理，精确地计算出5．0-30．0Hz之间的基阶面波相、群速度频散．使用"均匀"化的方法，从相速度频散曲线中获得反演的初始模型，利用群速度频散反演得到35m以上各土层的剪切波速度结构．结果表明。

利用地震背景噪声成像技术反演三峡库区及邻近地区地壳剪切波速度结构

本文利用三峡库区重庆遥测台网及邻近地区台网2012年1月至12月期间的连续波形记录,通过噪声互相关,提取了这些台站间的经验格林函数.并通过获取的经验格林函数瑞利面波频散信息,反演出该区域5~40s瑞利面波相速度分布.周期5s及10s的相速度分布结果显示:四川盆地具有较厚的沉积盖层,其中盆地中部沉积层相对偏浅.而周期20s及35s的相速度分布结果显示:中下地壳的扬子克拉通整体呈现较高的相速度分布,具有相对坚硬的中下地壳结构.这其中吉首—常德的武陵山区附近出现明显高速异常,可能与江南古陆古火山岛链(雪峰—九岭弧形古火山群)活动有关,火山活动导致大量的基性-超基性幔源物质侵入地壳,造成了武陵山重力异常,并一定程度上阻挡了云贵高原和湘鄂西部的物质向南逃逸;在地形上,此处恰好对应我国地形第二阶梯向第三阶梯的过渡带,并将华南地块分隔为东西两大部分.最后我们在瑞利面波相速度成像的基础上,反演出该区域三维剪切波速度分布,结果显示四川盆地周边的龙门山、米仓山、大巴山、七曜山和大娄山等地质构造与地壳剪切波速度结构具有明显对应关系.研究结果有助于深入研究该区的深部地质构造特征与地震发生机理.

华北地区深部地幔剪切波速度结构研究

本文分析了华北地区近50个台站下方800 km深度内的剪切波速度结构.结果发现华北地区不同构造单元之间速度结构差异很大,稳定地块速度随深度稳定增加,构造带内速度结构复杂,而且即使在同一构造单元内,不同区段之间速度结构也明显不同,如太行山构造带,反映了不同构造单元或各区段经历了各自不同的地质演化历史.环渤海地区及相关区域多个台站的速度结构显示,华北东部地区地幔软流层埋深浅、厚度大、速度低,反映了地幔上涌的特点;而在软流层或更深层次的地幔中没有发现埋深或厚度比较统一的高速或低速体,因此可能没有岩石圈或下地壳介质曾经拆沉进入地幔,这为东部岩石圈减薄的动力学机制提供了一定的深部地球物理约束.

苏鲁地区剪切波速度结构研究及与地震关系探讨

利用S波纯波形拟合法以及T函数法反演了苏鲁地区壳幔剪切波速度结构,并利用长周期P波T函数反演得到了连云港和莱阳台下方800km深度的速度结构。结果显示:(1)苏鲁地区大部分台站地壳表层及上地壳浅部速度偏高,分别对应高压、超高压物质和古老基底出露地区;(2)沿郯庐断裂带分布的台站均显示明显低速层,并具有北浅南深的特点;(3)连云港和莱阳台超深度反演结果显示两台均在150km深度下出现高速层,反映扬子板块的俯冲深度为100km以下,俯冲板片厚度在100km以上;板片拆离下沉深度甚至达到300km或者更深;(4)地震深度分布与低速层关系密切,沿郯庐断裂和烟台—五莲断裂的中小地震震源深度都比较深,有的甚至达到地壳的底部,反映这两条断裂目前切割深度都比较大,而且地幔物质相对比较活跃。

利用多种地震数据联合反演剪切波速度结构的可靠性检测

本文模拟使用青藏高原东南缘区域台网及国家台网的170个宽频台站基于背景噪声、天然地震面波、P波接收函数反演时的实际数据,对青藏高原东南缘假定的初始模型进行恢复,通过计算初始模型台站下方纯路径频散、提取各台站对间的瑞雷波频散曲线、计算理论接收函数以及反演剪切波速度结构来测试使用不同单项数据与联合使用多种数据反演对初始模型的恢复程度。结果表明,同时使用接收函数、基于噪声经验格林函数的群速度、相速度频散以及基于天然地震面波的相速度频散联合反演的剪切波速度结构,充分利用了几种数据的分辨率优势,清晰地分辨出中下地壳及上地幔顶部的低速层。此外,本文也分析了实际数据处理中出现的计算误差、随机噪声干扰对计算结果稳定性的影响。结果显示:对于面波频散,加入1%的误差后,联合反演的结果仍可很好地反映低速层的形态,但是当误差提升至5%后,对最终结果则产生了一定程度的影响;而在接收函数中加入4%的随机噪声时,虽然地幔低速层的上界面和下界面会略微受到随机噪声的影响,但是低速层的深度范围和速度值均得到了较好的恢复。

基于并行遗传算法的场地浅层剪切波速度结构反演

目的针对传统遗传算法容易陷于极值,计算时间长的问题,设计基于计算机集群的一种新的粗粒度并行遗传算法反演场地浅层剪切波速度结构.方法采用遗传模拟退火算法和MPI并行计算技术,实现多进程的粗粒度集群计算,通过个体迁移策略协调优化子种群,运用计算效率判断计算负载状态,采用动态种群进行负载平衡,构建了4节点的PC集群,对算例和实际场地的浅层剪切波速度结构进行了反演计算.结果简单模型收敛于最优解,实际场地的反演结果与钻孔资料的平均误差均在20%以内,计算速度明显提高,并行遗传算法的反演结果好于串行遗传算法反演的结果.结论笔者设计的粗粒度并行遗传算法有效地加快了进化速度,并行效率高,加强了局部搜索能力,反演结果较好,适合应用于反演实际工程场地的浅层剪切波速度结构.

剪切波速度结构研究方法综述

本文列举了目前国内外非常流行的几种剪切波速度反演的方法,介绍了各种方法的基本计算原理,并对不同方汉进行了对比,指出了各自的优缺点以及今后发展的方向.

利用微动方法研究吉林市浅层二维剪切波速度结构

本研究在吉林市某工区布设短周期地震仪,用于记录该地区五个观测目标点连续15个小时的地震背景噪声数据。采用微动方法(空间自相关)提取观测点瑞雷面波相速度频散曲线,再利用面波层析成像方法反演得到了该区域一维剪切波(S波)结构,进而获得了该地区1000 m深度以内的二维S波速度结构剖面。速度剖面成像结果显示,研究区域地下1000 m以内整体分为三层,在第三层中存在两个低速度异常(550 m^950 m),推测为富含水区,为该区域开展地热探测、野外地质调查等综合研究提供重要参考。

基于背景噪声初步研究河北及邻区的剪切波速度结构

本文根据2010年1～12月河北及邻区的83个宽频地震仪12个月连续噪声记录,分析了河北及邻区瑞利面波的群速度频散曲线并反演了主要分区内的典型路径剪切波速度结构。首先采用多重滤波方法提取了台站对5～50s的面波群速度频散曲线,然后用Herrmann线性反演方法反演了剪切波速度结构。结果表明,群速度频散曲线及剪切波速度分布特征与地表地质和构造特征表现出较好的相关性,清晰地揭示了地壳内部的横向速度变化。在短周期(8～20s),拥有较厚的沉积层的平原地区表现为明显的低速特征,而隆起地区则表现为较高的群速度分布特征:随着周期的增加(>20s)速度的特征有所改变,30s之后由于受地壳厚度的影响,两者的速度差异逐渐缩小,在中下地壳波速度随深度增加而增大。同时,研究发现在研究区域内西南方向的噪声源占主导作用。

利用面波频散及接收函数联合反演青藏高原东南缘剪切波速度结构

青藏高原东南缘位于青藏高原与扬子地台的过渡地带。该区域受到印度板块和欧亚板块挤压、碰撞的影响,自第四纪以来强烈隆升变形,地形地貌、地壳厚度较其东部的扬子地台存在显著差异。但是,目前关于该地区的变形模式及隆升机制的解释仍有很大争议。由于青藏高原东南缘复杂的地质构造,该区域地震活动也十分频繁,尤其是2008年5月12日MS8.0汶川地震及2013年4月20日MS7.0芦山地震,不仅造成了巨大的人员伤亡,

利用背景噪声成像技术反演陕西及邻区地壳剪切波速度结构

利用地震背景噪声层析成像技术处理陕西及邻区所布设的257个宽频带台站的连续背景噪声数据,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法获得陕西及邻区地壳(6~39km)高分辨率剪切波速度结构。成像结果显示:(1)渭河盆地顶部形成于新生代,厚的沉积层造成其浅部显著的低速异常,盆地中、上地壳为低速结构。渭河盆地与南北两侧地质构造单元交界区域的下方存在高速与低速结合带,以及在块体间相互运动的作用下,在块体内部,特别是界带深部可能存在着物质与能量的强烈交换,为渭河盆地及邻区的地震孕育发生提供深部环境。(2)南鄂尔多斯块体并不是一个均匀的整体,块体地壳浅层东薄西厚的低速异常结构,可能与鄂尔多斯自显生宙以来的整体掀斜,以及晚白垩纪以来差异性整体抬升和受强烈而不均匀的剥蚀有关。块体中地壳速度比上地壳和下地壳较高。壳内不存在显著的低速体,说明壳内低速体并没有贯穿整个鄂尔多斯地块。我们推测南鄂尔多斯块体仍保留着稳定克拉通的属性,其地壳结构可能反映了克拉通早期形成时的结构特征,至今还未遭受明显改造。(3)秦岭造山带东\,西深部结构存在显著差异,具有分段分区的特征。造山带中地壳速度较高,可能因在板块碰撞和造山过程中,下地壳物质被抬升进入中地壳,从而造成中地壳速度偏高。

基于背景噪声面波成像法研究土耳其中部岩石圈速度结构

土耳其东部是由碰撞引起的挤压变形区域,而西部为俯冲引起的爱琴海伸展变形区域,土耳其中部作为两者之间的过渡拥有很复杂的地质情况,尤其是具有火山活动和长远的俯冲、大陆碰撞等构造历史,因此获得此区域岩石圈可靠的速度结构对认识俯冲末期的板块状态、岩浆活动等现象意义重大。为了更好地了解此区域的岩石圈速度结构,本研究使用了(31°E—38.8°E,34.5°N—42.0°N)范围内172个台站的背景噪声数据,通过互相关方法获得经验格林函数;之后利用频率-贝塞尔变换法得到了5—80 s周期范围内的基阶瑞雷波频散曲线,并在个别区域获得了高阶模式频散曲线;最后利用基于Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno算法校正的拟牛顿迭代反演方法得到地表至124 km深的三维剪切波速度结构。结果表明:土耳其中部的速度横向变化剧烈(最大变化可达400 m/s),且与地质边界和缝合带区域密切相关,中安纳托利亚火山区及部分金牛座山脉东部的速度在0—100 km深度均小于4.3 km/s,因此推测此区域不存在岩石圈地幔;从塞浦路斯海沟开始俯冲的非洲大洋岩石圈,以近垂直俯冲在金牛座山脉中部下方,表现为明显的高速特征;土耳其中部在70—100 km深度广泛存在与上升软流圈物质相关的低速带,因此大部分研究区域的岩石圈波速小于全球平均剪切波速度,并且此区域岩石圈整体较薄、厚度多变。此外,本研究还发现在金牛座山脉中部和东部约13—23 km深度存在一个明显的低速带,推测可能与地块破裂导致的地层部分熔融有关。

用接收函数得到的2012年Mw7．8海达瓜伊地震附近地区的剪切波速度结构

2012年Mw7．8海达瓜伊地震的逆冲震源机制表明该区穿过转换挤压型太平洋一北美板块边界的汇聚受俯冲作用调节，该机制对地震与海啸的灾害分析具有重要意义。本文使用5个陆基地震台的远震记录，通过接收函数非线性反演方法调查了海达瓜伊之下的地壳结构和俯冲范围。在2012年地震后布设了3个台站，将覆盖延伸到了东南部，这些台站在以前还没被分析过。反演估计了莫尔兹比岛很大部分的地下剪切波速度结构。结果表明存在一个深约18-26km的速度正异常，我们将其解释为浅的大陆莫霍面。我们还识别出了一个厚12～17km的剪切波低速带，其深度沿板块汇聚方向从约25km增大到42km，该层被解释为俯冲的海洋物质。这些结果首次提供了俯冲的海洋板块延伸到整个莫尔兹比岛之下的证据。

青藏高原东部和周边地区地壳速度结构的背景噪声层析成像

利用连续地震背景噪声记录和互相关技术获得瑞利面波格林函数,进而反演获得了青藏高原东部和周边地区的地壳三维速度结构.地震数据源于北京大学宽频带流动观测地震台阵,国家数字测震台网数据备分中心提供的部分固定台站的连续记录及INDEPTH IV宽频带流动观测地震台阵.首先对观测数据进行处理和分析取得所有可能台站对的面波经验格林函数和瑞利波相速度频散曲线,反演得到了观测台阵下方周期从6～60s的瑞利波相速度异常分布图像.并且进一步反演获得研究区域三维剪切波速度结构和莫霍面深度分布.短周期（6～14s）相速度异常分布与地表地质构造特征吻合较好,在青藏高原和四川盆地之间存在一个明显的南北向转换带.而本文最重要的结果是周期大于25s的相速度异常分布图像显示,以昆仑断裂带为界,柴达木盆地和祁连山脉地区呈现与青藏高原截然不同的中地壳速度结构,反而与青藏高原东缘地区和川滇菱形块体速度结构相似.反演获得的剪切波速度在27.5～45km深度的切片也明显地揭示：青藏高原的松潘—甘孜地块和羌塘地块呈现均一的低速层;然而,柴达木盆地和祁连山脉地区则呈现较强的横向不均匀性,尤其是柴达木盆地的高速异常和四川盆地的高速异常相对应.这些结果为前人提出的青藏高原东北向台阶式增长模式提供了重要的地震学观测证据.与全球一维平均速度模型（AK135）相比较发现,本文测量和反演获得的研究区域内平均相速度和剪切波速度都比AK135模型慢很多,尤其是青藏高原的中地壳（25～40km）剪切波速度显著低于全球平均速度模型.进一步的层析成像反演证实松潘—甘孜和羌塘地块中地壳（27.5～45km）呈现大范围均一的低速层,为青藏高原可能存在大规模中下地壳＂层流＂提供地震学观测证据.在祁连山脉的27.5～45km深度观测到的明显低速异常体可能对应于该造山带下地幔岩浆活动导致的底侵作用,表明引起该地区地壳增厚的主要机制可能是来自地幔岩浆的底侵作用.

工程场地浅层剪切波速结构反演

目的反演工程场地浅层剪切波速结构,验证中美联合地脉动台阵观测记录适合应用于实际工程场地的浅层剪切波速结构.方法对唐山地区两个实际场地观测,从地脉动台阵观测竖向记录中提取了Rayleigh波相速度频散曲线,从地脉动台阵3分量记录中提取了Love波相速度频散曲线,采用Haskell矩阵计算理论的Rayleigh波和Love波相速度.结合遗传算法与单纯形结合的反演算法对唐山地区的两个具体场地浅层剪切波速度结构进行了反演,并与实际的钻孔资料进行了对比.结果场地1提取的相速度频散曲线与理论计算结果有一定的差别.场地2提取的相速度频散曲线与理论计算结果符合较好,场地2的剪切波速结构反演结果较好,与钻孔资料的平均误差均在20%以内.结论利用从地脉动记录中提取Rayleigh波和Love波相速度频散曲线,反演场地剪切波速结构效果较好,适用于实际工程场地的浅层剪切波速度结构反演.

山西地区剪切波速度层析成像

本文通过收集山西裂谷带及其邻区150多个宽频带地震仪的连续记录和远震事件波形资料;利用噪声成像、双平面波成像等方法研究了山西裂谷带及其周边区域的面波频散,并基于远震事件计算了研究区域的接收函数;在此基础上,拼接了5—120 s周期的完整面波频散曲线,采用面波频散曲线和接收函数,联合反演了研究区域三维剪切波速度结构和地壳厚度等结果。综述如下:(1)山西及周边区域地壳厚度在横向上有较为剧烈的变化,在吕梁和太行山区域,地壳厚度较厚,而在山西裂谷带,地壳厚度则明显较薄,体现了拉张减薄的特征。

利用地脉动台阵记录反演场地浅层Vs结构

比较了影响Love波相速度频散曲线的主要因素,通过虚拟反演,说明了利用Love波相速度反演浅层剪切波速度结构的可行性,以地脉动台阵3分量观测记录提取的Love波相速度频散曲线为目标函数,利用遗传算法与单纯形法混合算法,分两种情况反演了某实际工程场地的浅层剪切波速度结构。结果表明,利用从地脉动台阵3分量观测资料中提取的Love波相速度反演工程场地浅层的剪切波速度Vs结构是一种很有前景的技术方法。

微动台阵法探测地下结构的实验研究

应用微动台阵法在江汉平原和长江大堤开展应用实验。结果表明,空间自相关法比频率-波数法结果更为稳定;通过变换台阵的尺寸可以探测浅至数米深至数百米的地下结构信息;利用台阵在空间上的平移观测可获取地下二维及三维的结构信息。

龙门山及其相邻区域的剪切波高频衰减特性

在地震动模拟的随机性方法中,高频衰减参数κ是控制傅里叶加速度谱高频形状的关键参数。本文采用2008年汶川地震和2013年芦山地震期间在震中距0~300km范围内的44个强震动台站记录到的500多个地震事件(3.3<MS<8.0)的1 597组加速度记录研究了κ的特性。结果表明κ与震级无关,但是与近地表地质条件、局部场地条件和震中距有明显相关性。计算得到松潘—甘孜造山带(SGO)和四川盆地西部(WSB)的κ与距离的相关性分别为0.000 142 7s/km和0.000 103 1s/km,水平分量的平均κ0(κ_0~h)范围分别为0.0144~0.046 9s和0.032 1~0.053 9s。松潘—甘孜造山带和四川盆地西部的κ_0~h与局部场地条件的相关性表现出相反的变化趋势。松潘—甘孜造山带的结果表明,V S30不能完全描述近地表地质条件的特征,同时κ_0~h的大小主要由近地表地质条件控制。另外,本文观测到水平分量和竖向分量κ0的空间分布分别与地形高程和地下0~10km深度的剪切波速度结构具有较强的相关性。最后,研究发现龙门山地区、阿尔卑斯东南部和迪纳里德山脉北部地区和美国南加利福尼亚州ANZA地震台网的κ_0~h与地形高程之间具有较好的相关性。以上结果表明,地形高程可作为κ_0~h—V_(S30)相关性模型的一个补充参数,来建立区域的模型。

工程场地条件评定中的地脉动研究

为了研究开发更经济、更简便的场地动力特性探测方法，本文简要地回顾了工程场地条件评定中地脉动研究的演进，概述了地脉动观测技术的发展，循着地脉动分析方法的演进历程，叙述了谱和谱比分析方法、利用地脉动频散曲线反演场地速度构造的研究，讨论了各种分析方法的依据和适用条件，指出了目前存在的问题，并探讨了可能的改进途径。