三峡库区秭归段浅层速度结构和孕震环境

收集了湖北省秭归地区24个流动地震台站2020年6—7月期间的垂直分量连续波形记录,利用背景噪声互相关得到了各台站之间的经验格林函数,提取了0.6—5 s周期范围内的瑞雷波群速度频散曲线,并反演获得了该区域近地表6 km以内的三维S波速度模型。结果显示:秭归盆地及其南部邻区的S波速度明显低于东侧断裂区的S波速度,与研究区不同构造地块的构造演化和沉积特征一致;2014年M_S4.2地震发生在研究区垂向高低速交界区;长江区域附近断裂区的S波速度明显降低,表明长江水渗透到断层区,因此秭归地区地震频发与三峡库水荷载和水渗透作用有关。

应用微动H／V谱比法和台阵技术探测场地响应和浅层速度结构

为了快速而且廉价地获取北京市详细的场地响应和浅层速度结构,应用于地震动模拟和地震灾害预防,我们开展了微动观测技术和处理方法研究.本文利用2007年夏季北京五棵松地区进行的几个微动观测实验数据,使用单台H/V谱比法分析场地的卓越频率及其对应的放大系数,并对比了不同地震仪和观测时间对H/V曲线的影响;应用高分辨率F-K频谱分析方法从微动台阵数据中得到Rayleigh波的频散曲线并使用邻域算法反演出浅层速度结构.H/V结果表明该地区卓越频率在2.1～2.2 Hz之间,对应的放大系数下限约为3;利用微动H/V方法得到的场地卓越频率具有较高的稳定性.微动台阵反演结果给出了比较合理的波阻抗界面深度和层平均速度结构,认为地下80多米处的波阻抗界面是决定场地卓越频率和其场地放大系数的主要界面.本研究表明微动技术应用于评估城市地震场地响应和浅层速度结构是可行且易于实施的.

基于单台加速度记录的混合全局优化HVSR反演场地浅层速度结构

利用水平与竖向谱比(HVSR)方法反演场地速度结构是国际上迅速发展的研究领域.HVSR反演计算实质是一个土层场地模型空间搜索的全局优化问题,当模型搜索空间的复杂程度增大时,目前常用的搜索算法收敛速度慢,计算效率较低.本文实现了一种结合遗传和模拟退火方法优点的混合全局优化HVSR反演算法,通过理论模型和竖向台阵实测数据的检验,表明该算法能获得很好的反演效果,较好地解决了蒙特卡罗方法收敛速度慢,遗传算法收敛早熟和模拟退火算法搜索效率低的问题.本文在此基础上讨论了单台加速度S波记录用于场地速度结构HVSR反演的适用性,为基于单个地震台的地震观测记录反演浅层速度结构提供了一种高效且较为准确的反演方法.

吕村—范县剖面的浅层速度结构

根据85009工程人工地震记录到的短周期面波资料,测定了吕村—范县剖面的瑞利波相速度频散,其周期范围为0.3—1.07s,根据相速度频散的特征,分7个区间反演得到了各段的浅层速度结构.结果表明:从吕村到范县以东的整个区域内,上第三系底面深度附近,速度有显著增加之特点;在内黄断裂、长垣断裂和聊兰断裂跨越地段,瑞利波速度明显减小,波型特征也发生了显著变化,由此可以较准确地确定这些断裂在地表的对应位置;在长垣断裂与聊兰断裂之间的横波速度比两侧地区低,上第三第底界面的埋深明显大于两侧.

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。

多次覆盖的深地震反射剖面炮集产生的单边折射数据的模拟与反演:推导浅层速度结构的方法

地壳尺度多次覆盖的近垂直深地震反射剖面产生大量的单边炮集,因浅层折射波的交互覆盖而产生众多的数据集。我们介绍一种推导浅层速度结构的方法,该方法是通过模拟和反演单边地震折射初至走时数据来实现的。我们将该方法应用于在印度地盾西北新元古代马尔瓦尔盆地进行的炮检距为100m、长12km的剖面上获得的数据集。该方法表明,在描述浅层折射层深度、陡的倾角和速度方面是成功的,即使缺少常规的相遇折射剖面也如此。研究揭示出马尔瓦尔盆地的2层沉积建造、默拉尼火山岩和复杂基底地形,并测量出了所估算模型参数的分辨率和不确定性。发现近道选排的地震截面图在性质上与导出的盆地结构特征相一致。在布格重力剖面上观测到的相对高和低的异常进一步证实了导出的这一速度模型。本文提出的方法对那些只能获得单边、多次覆盖的地震剖面数据集的近海等地区是非常有用的。

基于地震背景噪声的四川威远地区浅层速度结构成像研究

地震S波速度是防震减灾中场地分类、强地面震动模拟建模等的重要参数.地震背景噪声成像方法可以重建地下浅层三维结构以及探测浅层速度结构变化,为页岩气开采提供参考,有效规避地震灾害风险.本文收集了2015年11月至2016年2月间四川威远地区50个流动台站记录到的垂直分量连续波形记录,利用波形互相关提取2~6 s的基阶Rayleigh波经验格林函数,采用一维地壳结构模型拟合相速度频散曲线,获得了该区域近地表5 km以内的三维S波速度模型.结果表明,威远地区深度2 km以内的S波速度为2.0~2.7 km·s^-1;2.0~5.0 km深度的S波速度横向分布不均匀,西北地区大于2.7 km·s^-1,东南地区在2.3~2.8 km·s^-1之间,分别与背斜构造和较厚的盆地沉积层相对应.3个剖面图均表明S波速度随着深度的增加而逐渐增大,并且在台站S29附近的页岩气田钻井底部与2016年1月7日四川威远M L3.9地震震源位置较为接近,均处于松散的沉积盖层与较为坚硬的花岗岩基底的分界处,推测它们之间可能存在一定的联系.

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.

甲烷震源和密集台阵观测研究粤港澳大湾区中心城区浅部P波三维速度结构

城市下方的三维速度结构是服务城市建设规划和地震灾害风险评估等的重要资料.2020年开展的粤港澳大湾区浅层结构探测实验布设了由6172个短周期台站组成的密集台阵,并利用新型甲烷绿色震源开展了63次主动源激发.本文拾取了63次甲烷震源激发在各台站记录到的16885条初至P波,采用simul2000走时反演程序首次获取了粤港澳大湾区中心城区高分辨率的地壳浅部(1.5 km深度以上)三维P波速度结构.结果表明:(1)成像结果与区域地形和浅部岩性分布有很好的相关性.断陷区呈现低V_(P),而断隆区为高V_(P)分布,分别与碎屑沉积岩、花岗岩及变质岩等相对应.(2)广从断裂、瘦狗岭断裂、珠江口断裂和白坭—沙湾断裂两侧速度均具有明显差异.其中瘦狗岭断裂的控制作用最强,使得不同深度速度分布在南北向的差异最为显著.(3)跨断层速度剖面分布特征显示区域断裂控制着沉积层的展布和基底埋藏深度.本文研究表明,将新型绿色震源和密集台阵相结合是探测城市承载体下方速度结构和断层系统的有效方法,具备较强推广价值.

由微振动记录用剥层法研究浅层S波速度结构

根据江苏华电句容发电一期2×1000 MW发电机组场地情况,布设了三角形嵌套和同心圆台阵进行微振动观测,采用空间自相关法计算频散曲线,并用剥层法反演得到该工程场地浅部的S波速度结构。反演结果与钻孔探测结果吻合较好,表明用微振动台阵记录反演浅部地壳S波速度结构在工程上是可行的。该方法具有不需要人工源,对避开噪声要求不苛刻、成本低且精度可满足工程要求等优点,故有良好的应用前景。

重庆浅层S波速度结构研究

基于重庆台网及邻区固定台站自2011年1月至2018年10月观测到的远震波形记录,利用接收函数直达P波振幅约束浅层结构的方法计算了重庆及周边地区台站下方浅层S波速度结构,结果表明:重庆浅层S波速度结构与盆山构造明显相关,盆地内表现为低速异常,与沉积层特征相对应,大巴山、大娄山区域则表现为相对高速的特征;华蓥山断裂S波速度高于断裂两侧的沉积层速度,表现出四川盆地沉积层中间薄两边厚的特点;华蓥山以东的川东地区多为套滑脱层构造,其浅层S波速度表现为低速异常。最后讨论了2010年以来重庆5次显著地震的孕震环境:川东滑脱构造地区的垫江M_(S)4.4地震和石柱M_(S)4.5地震与该区明显的低速异常有关;荣昌M_(S)4.7和M_(S)4.8地震的震源区无明显的高低速特征,可能与注水相关;武隆M_(S)5.0地震发生在高低速交界部位的有利于积累应变的高速体一侧。

用面波联合勘探技术探测浅部速度结构

瑞雷面波勘探技术以其快速经济、受场地条件限制小等优点广泛应用于浅部横波速度结构探测.人工源面波勘探方法对浅部地层的探测精度高,但探测深度较浅;天然源面波勘探方法探测深度较深,但对浅部速度结构的探测精度不高.本文在夏垫和玉溪两地分别开展了人工源和天然源面波联合探测试验,尝试采用不同排列和相同排列两种方法,采集人工源和天然源面波信息,联合处理数据并提取频散曲线,反演得到浅部地层的横波速度结构.探测结果表明:人工源和天然源面波联合勘探,尤其是采用相同排列的方法,可以在几乎不增加常规面波勘探工作量的条件下,既能保证浅部地层的探测精度,又明显拓展探测深度,大大提升了面波勘探能力,有望在工程勘察领域中推广应用.

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.

利用S_H横波反射资料中的勒夫面波反演浅部横波速度结构

由于勒夫波速度与纵波速度无关,勒夫波多道分析方法具有频散曲线简单、能量清晰、反演过程中未知参数少、对初始模型依赖小、反演结果稳定、分辨率高等特点。实验结果表明,利用浅层S_H横波反射地震数据中的勒夫面波信息,反演得到近地表横波速度结构,在浅层地质构造、断层位置、上断点埋深等方面与浅层SH横波反射地震剖面以及地质钻孔数据吻合较好。该方法可为地下构造解释提供更多依据,提高探测成果的可靠性。

三维微动近地表速度结构成像方法在城市地下溶洞探测中的应用

地下溶洞的普遍存在严重威胁城市地铁建设工程的安全性和稳定性。为了减小地下溶洞对城市地铁建设的影响,注浆处理作为一种常见的应对措施被广泛采用,然而,在进行注浆处理前后,准确计算地下溶洞的大小和位置至关重要。选取武汉某地铁线路进行实验,利用地震背景噪声互相关函数对地铁建设区域50 m以内的速度结构进行三维成像,并与钻孔数据进行对比分析。结果表明,前期钻孔资料推测的溶洞区域往南和东北方向延伸,推测1线和2线、3线和4线之间存在溶洞通道,导致注浆向南北方向发散,后续在1线和4线的钻孔资料中也证实了这一推测,成功揭示了地铁施工区的溶洞分布特征;利用地震背景噪声互相关函数进行速度结构成像是一种有效的方法,可以帮助解决城市地铁建设中地下溶洞问题,提高工程的安全性和可靠性。

利用反射地震资料中的面波研究剖面浅部结构

本研究利用浅层反射地震数据中的面波信息反演提取近地表横波速度结构,取得了较好的效果。该方法在一定程度上可弥补浅部反射资料的缺失,进而提高近地表结构探测的可靠性,同时也实现了对地震资料的充分利用。

地震背景噪声HVSR方法在安徽明光城市场地响应特征和活断层探测中的应用

本文利用跨郯庐断裂带明光段东边界一条密集测线的波形数据,计算了该测线133个台站的HVSR曲线,获得了剖面的峰值频率.基于计算的HVSR曲线,我们采用粒子群算法反演了浅层地壳的S波速度结构,并通过地质构造、钻孔资料、浅层地震反射剖面和频散曲线反演结果等验证其可靠性,进而对郯庐断裂带明光段的沉积格局、东界两条主干断裂的空间展布和活动性特征进行分析讨论,得出如下结论:(1)测线下方HVSR剖面呈现复杂的双峰、多峰形态,其场地分类均为Ⅱ类中硬土,但峰值频率变化较大,应关注西侧凹陷区对强地面震动的放大效应;(2)HVSR反演S波速度结构揭示的土石界面与钻孔结果较为一致,其分布形态、趋势与浅层地震反射剖面结果高度吻合,且刻画了主动源未能刻画的风化基岩-未风化基岩界面;(3)HVSR反演S波速度结构刻画的郯庐断裂带东界两条断裂的空间展布、活动性等特征与钻孔、浅层地震、频散反演和地质构造等结果较为一致,并揭示池河—太湖断裂的活动性强于嘉山—庐江断裂,可能为活动断裂.上述研究结果表明HVSR方法可以应用于城市场地响应特征、浅层沉积结构和隐伏活断层探测等.

霍山地区地壳浅部精细结构及地震活动关系探讨

1研究背景霍山地区位于大别山东北缘,东紧邻郯庐断裂带(图1),是安徽境内地震活动最集中、最活跃的地区(图2)。历史上5级以上地震多沿NE向土地岭-落儿岭分布,最大地震为1917年霍山6^(1/4)级地震。近百年来,5级以上强震活动较弱,但有仪器记录以来中小地震活跃,并集中分布在土地岭-落儿岭与NW向青山-晓天断裂的“十字型”交会处。

基于密集线性台阵的背景噪声成像在明光市城市活断层调查中的应用

近年来,短周期密集台阵被动源探测技术逐渐成为地壳精细结构探测研究中的重要手段.为了探讨其应用于城市活断层调查在勘探尺度的有效性,在横跨安徽省明光市郯庐断裂带东界两条主干断裂位置,沿同期的主动源S波反射剖面,安徽省地震局和中国科学技术大学联合布设了一条由133个短周期地震仪组成的被动源密集测线.我们通过该被动源测线获得了约28天的连续波形记录,并采用一种新的线性台阵背景噪声成像方法——拓距相移法提取了10 Hz~2.0 s宽频的基阶Rayleigh波相速度频散曲线.利用得到的宽频带频散曲线,我们反演了近地表1.3 km以浅的高分辨率S波速度结构,并与基本重合的主动源S波反射剖面以及地质资料等进行对比,验证了反演结果的可靠性,同时进一步分析了郯庐断裂带东界两条主干断裂的断层特征.结果表明:(1)被动源与主动源反演结果在近地表100 m以浅高度一致,且被动源的反演深度更深;(2)池河—太湖断裂是隐伏于深部的走滑断裂和浅部伸展断裂的综合反映,浅部为倾向北西的正断层,向上穿透第四系地层,可能为活动断裂;(3)拓距相移法能有效拓宽频散曲线的提取频带,保证浅部结构具有高分辨率,同时大大加强对深部结构的约束.该方法能够获得可靠的地下结构反演结果,可以作为城市活断层调查的一种新的有效手段.

SASW及MASW方法在隐伏断层探测中的应用

针对地壳浅部介质横向变化大的特点,用瞬态瑞利波SASW与MASW方法对河北夏垫断裂进行了探测与数据处理分析.分别用时间域互相关法和频率域f-k分析法提取频散曲线,然后进行反演得到横波速度结构.实验结果表明瞬态瑞利波法在应用中便捷、灵活,对于探测地表介质中非均匀异常体及断裂向浅部的延伸情况具有独特的应用前景.