华北东北部的面波相速度层析成像研究

本文用华北临时地震台阵197个宽频带台站2006年12月～2007年6月记录的面波资料,用双台法测定了435条路径上周期8～75 s的基阶瑞利波相速度频散曲线.通过Ditmar & Yanovskaya方法反演得到33个周期分辨率为30～50 km的相速度分布图像.分析研究了4个具有代表性周期的相速度分布图像,这些图像揭示了华北东北部地壳上地幔速度结构的横向非均匀性质.10 s周期的相速度分布图像清晰地勾绘出了华北东北部盆地与山区及其内部次级构造单元的边界,平原与山区的相速度存在明显的差异;华北东北部6级以上的强震大都分布在16 s周期高相速度与低相速度急剧变化的过渡带上,规模较大的断裂也大部分位于过渡带的边界附近;在研究区域中部,26 s周期的相速度出现一个明显的呈北东向展布的相速度梯度带,该梯度带与重力梯度带位置相近,说明该重力梯度带两侧的地壳速度结构差异较大.

山西地区面波相速度分布图像

本文根据山西数字地震台网31个台站和周边河北、河南、陕西、内蒙数字地震台网6个台站2009年2月-2011年11月记录的面波资料,利用双台法测定了350条路径上周期8～75s的基阶瑞利波相速度频散曲线.通过Ditmar&Yanovskaya方法反演得到33个周期分辨率为40～50km的相速度分布图像.分析研究了4个具有代表性周期的相速度分布图像和3条不同方向的相速度剖面,这些图像揭示了山西地区地壳上地幔速度结构的横向非均匀性质和相速度纵向变化特征.10s周期的相速度分布图像显示出断陷带与两侧隆起区相速度存在明显的差异,几个断陷盆地的最大沉降中心附近呈现低相速度异常;山西6级以上强震大都分布在15s周期高相速度与低相速度急剧变化的过渡带上;20～26s周期的相速度以38°N为界呈现出南高北低格局,与山西断陷盆地带莫霍界面埋深南浅北深的结果相吻合;36s～54s周期相速度图像的低速区域逐渐收缩到大同一带,进一步说明南部区域在该周期反映的深度范围已进入上地幔,而大同盆地的低速可能与该区域的新生代火山群有关.沿113°E的南北相速度纵剖面显示周期25～75s以38°N为界,南部相速度高、北部相速度低,证实了38°N线附近是晋北地块、晋南地块的"软"、"硬"块体的结合部位,可能是由于软流圈上涌幅度不同造成了深部速度的南北差异;其他两个横切裂谷的剖面显示出与人工地震测深剖面相似的特征.

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示:14~20s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.

川西地区瑞雷波方位各向异性

本文使用川西密集地震台阵记录的面波资料,利用程函方程面波成像方法获得了周期为14-60 s的瑞雷波相速度及方位各向异性分布。结果显示:川滇菱形地块的川西北地块内部的低速异常明显,其下地壳各向异性快波方向以NS向为主,松潘-甘孜地块内部的低速异常稍弱,下地壳各向异性快波方向以NW-SESE向为主,表明川西北地块可能存在下地壳通道流,松潘-甘孜地块内部存在的通道流相对较弱;龙门山断裂带和丽江-小金河断裂两侧的速度结构和方位各向异性均有明显差异,可推测青藏高原内部的地壳流在东部和南部分别受高速、高强度的四川盆地和滇中地块阻挡,沿高原边界带发生了侧向流动;周期大于25 s的面波方位各向异性方向为NW-SE;与SKS分裂优势方向相近,说明四川盆地的剪切波各向异性可能主要源于上地幔;而龙门山断裂带附近壳幔各向异性较为复杂,面波方位各向异性与SKS分裂的NW-SE向弱各向异性存在差异,表明该处的剪切波各向异性可能来自地幔更深处,有待进一步研究。

高速地表环境下的主动源面波勘探研究

高频(≥2 Hz)瑞雷面波的相速度频散特征已经被广泛用于确定浅地表横波速度,但仅反演几十Hz以内的相速度频散难以约束地表最浅部(譬如,<0.2 m深度)的横波速度.此外,频散反演中不准确的表层横波速度亦会导致更深部横波速度反演结果的偏差.实际中,无论城市混凝土浇筑的马路或者铁路坚硬的道床都在地表呈现为显著高横波速度异常(>1000 m/s)的薄层,此类地表环境下频散反演的结果可能会产生较大的偏差.相较于瑞雷面波频散,相同频率的瑞雷面波水平-垂直振幅比(H/V)对横波速度的敏感深度明显更浅.基于此,本文提出了一种基于主动源多道地震记录准确提取高频瑞雷面波H/V并联合反演瑞雷面波相速度频散和H/V的方法.本文通过高速地表理论模型的研究,表明引入H/V的联合反演显著改善了地表及更深部的横波速度的反演精度.该方法对高速地表条件下的城市道路检测及铁路路基病害识别具有重要工程意义.