基于面波走时的三维结构面波直接成像:方法综述与应用

利用面波频散数据进行各向同性和各向异性横波速度结构成像是研究全球和区域构造变形、获取地壳上地幔和近地表精细结构的一种非常有效的方法.传统的基于频散数据的面波成像通常采用两步法,即首先反演二维相速度或群速度分布图,然后再基于格点的纯路径频散反演格点下方的一维横波速度模型,之后再拼合成三维速度模型.在本文中我们较为详细地综述新发展的基于面波频散走时的三维面波直接成像方法体系,即面波一步法成像.该方法体系包括通过所有路径、不同频率的面波频散走时直接反演三维各向同性横波速度结构的方法(DSurfTomo)、直接反演三维方位各向异性横波速度结构的方法(DAzimSurfTomo),以及直接反演三维径向各向异性横波速度结构的方法(DRadiSurfTomo).新的面波直接成像方法计算不同周期的面波射线路径,从而更好地考虑复杂结构下面波射线路径弯曲对成像精度的影响.随后我们介绍面波直接成像方法的应用实例,包括地壳上地幔及地壳浅部的多尺度各向同性和各向异性横波速度结构的成像,这些成像研究为认识区域构造演化、孕震构造、断裂带浅部结构、成矿构造、城市地下结构等提供了重要的约束.最后我们讨论面波直接成像方法的频散数据及模型参数化问题,以及基于有限频理论的面波直接成像和面波全波形成像,讨论并展望在面波直接成像方法框架下面波频散数据与其他地震或地球物理数据的联合成像问题.

2013年内蒙古通辽MS5.3地震震源区地壳速度结构与孕震环境

为了解2013年内蒙古通辽M5.3地震震源区地壳速度结构与孕震环境,本研究基于“中国地震科学台阵——华北地区东部”29个流动地震台站自2017年1月至2019年4月期间记录的连续波形数据,应用面波直接反演背景噪声成像方法,获得通辽地震震源区与周边地区地壳三维S波速度结构.结果显示,通辽M5.3地震震源区与周边地区地壳S波速度结构呈现明显横向不均匀性.浅层S波速度结构分布特征与地表地质构造密切相关:盆地内侧呈明显低速异常,可能反映了沉积层结构,而大兴安岭下方则呈现明显高速异常,可能反映了造山带较为致密的古生代结晶基底岩.在中下地壳,震源区低速异常向西南方向延展至南北重力梯度带.通辽M5.3地震与该区域速度结构存在密切关系,地震震中位于低速异常边缘,表明该低速异常可能代表深部流体作用降低断层面有效正应力从而触发地震.结合前人全球的和区域尺度的地震层析成像结果展示上地幔存在明显低波速异常与地幔转换带存在明显高波速异常,推测通辽M5.3地震的发生可能与太平洋板块深俯冲至我国东北地区下方地幔转换带内形成“大地幔楔”中结构与动力学密切相关.在“大地幔楔”结构中,由于地幔转换带中滞留板块脱水作用和地幔角流作用,容易形成湿热物质上涌,进而引起松辽盆地西南部岩石圈物质拆沉和携带流体的地幔热湿物质上涌至地壳后作用于断裂带、降低了断层面有效正应力,从而导致了中强度地震的发生.