海底地震仪(OBS)广角地震记录中二次震相的识别及应用

在海底地震仪(OBS)记录的广角地震剖面中,经常可识别出能量强,连续性好的多次波震相.在常规OBS数据处理过程中,多次波被作为无效信号剔除,但是作为地下界面的真实反射,多次波同样蕴含着地下构造的重要信息.通过对南海海盆OBS2013-ZN测线地震数据的多次波震相进行处理分析,对多个台站Pg,Pm P和Pn震相的二次震相进行识别.以OBS06和OBS07台站为例,详细阐述了二次震相的辨别和确认过程,准确拾取了二次Pg,Pm P和Pn震相的走时数据.并通过射线追踪模拟,确定其传播路径.最后,在原有P波速度模型基础上,利用走时反演方法将初至震相和二次震相进行联合成像获得新的局部速度结构.结果显示,与初至震相结果相比,浅部沉积层和中深部的壳幔速度结构都有一定程度的变化.该研究有助于充分利用OBS数据,挖掘多次波震相特征,提高地壳结构的成像精细度.     

伊豆-小笠原地区岩石圈软流圈边界地震学证据

岩石圈软流圈边界(lithosphere-asthenosphere boundary,LAB)是上地幔内具有负速度梯度的地震间断面.开展对俯冲带区域LAB的地震学探测有助于进一步理解岩石圈与软流圈的相互作用以及与板块俯冲相关的地球动力学过程.本文收集了2002~2014年发生于伊豆-小笠原地区的3个深源地震(400~600 km)的垂向宽频带波形资料,利用线性倾斜叠加方法对波形数据进行处理后获得了相对走时-慢度域的灰度图和叠加波形图,并成功提取了s_P震相在LAB反射的前驱震相s_(LAB)P,该震相的极性与s_P相反,幅度比为0.17~0.21.基于改进的一维速度模型IASP91-IB计算获得了近源区6个s_(LAB)P震相反射点的分布.研究表明伊豆-小笠原岛弧下方LAB深度位于58~65 km,平均深度为62 km,起伏变化较小(7 km).与菲律宾海构造稳定地区研究结果相比,伊豆-小笠原岛弧地区海洋岩石圈出现了明显减薄的现象,其应与西太平洋俯冲板块在地球深部持续释放的挥发分物质导致了软流圈出现部分熔融以及弧后地幔楔内小尺度对流的强侵蚀作用密切相关.     

介质各向异性和非均匀性对横波分裂参数测量的影响

地震横波分裂参数是确定地球介质各向异性基本特征的重要依据.在过去几十年间,快横波偏振方向和快-慢横波到时差测量值的显著离散已经成为影响学界对地震各向异性和横波分裂进行深入研究的一个突出障碍.本文具体分析了实际地球介质的各向异性和非均匀性可能引起的地震记录上地震波震相观测走时和理论走时的偏离、观测偏振和理论偏振的偏离,以及震相观测序列和理论序列的偏离;指出了实际三分量地震记录上地震波震相矢量普遍存在的偏振非正交和路径非正交关系是传统正交分离和参数测量结果显著离散的根本原因;用仿真模拟实例分析了现有震相识别和波形分析方法可能带来的震相漏识别或误识别,介绍了利用矢量分析技术分离三分量观测记录上地震波震相完整波形的基本思路,推导了以地震波空间偏振矢量方向为参数的波形分离运算表达式,以及直接利用三分量地震记录的傅里叶频谱在不同坐标分量上的投影来测量地震记录上各个震相矢量空间方向的近似方法.     

利用面波振幅谱确定四川九寨沟M7.0地震震源深度

准确的震源深度对理解板块构造过程,地震断层结构,非天然地震识别等有重要意义.地震面波远场振幅公式显示面波振幅谱与震源机制、观测方位和震源深度有密切关系.当震源机制与观测方位确定后,可以利用面波振幅谱与震源深度唯一依赖关系,确定震源深度.浅源地震面波振幅谱在0.01~0.08 Hz之间的某个很窄的频段会出现陷波现象即振幅能量衰减,陷波位置与震源深度和频率有密切关系.本研究分析了不同震源机制解的理论地震图陷波现象出现的位置与震源深度的关系.通过理论地震图计算,得到不同震源深度的远场面波振幅谱,与实际观测波形对比,并进行深度定位.理论地震图面波振幅谱显示,震源深度的微小变化会引起面波振幅谱的变化,因此可以精确确定浅源地震的震源深度.震源机制解与震源深度具有耦合现象,为了分析震源机制的扰动对震源深度定位的影响,反演了九寨沟地震的震源机制解,并对走向、倾角、滑动角分别增加±10°的扰动,结果显示震源机制解的较小扰动对深度定位影响不大.为了消除低频噪声、剪切波、短周期面波等对面波振幅谱的影响,利用AK135速度模型对地震波形进行去频散处理.本研究利用瑞利(Rayleigh)面波振幅谱能量衰减特征对2017年8月8日四川九寨沟M7.0地震震源深度进行确定,得到本次地震震源深度为8.2 km.     

青藏高原羌塘西部上地幔SH波速度结构的研究

利用INDEPTH-Ⅲ台阵记录到震中距14°~19°之间的一个中深源地震事件(~220 km深), 采用三重震相波形模拟方法, 得到了青藏高原羌塘西部地区上地幔一维S波速度结构模型. 所得的上地幔SH波速度模型(ATIP)显示在上地幔190~270 km深度范围内有一速度变化达-4%左右的明显低速异常. 同时ATIP模型显示上地幔过渡带上方速度梯度小, 与前人结果一致. 结合其他地球物理研究结果, 认为羌塘西部地区软流圈顶部埋深约190 km, 岩石层不存在大规模减薄现象, 其上地幔结构与稳定欧亚大陆地幔类型相类似.     

透射边界的一个推广

非均匀介质中的波传播问题(包括近场理论地震图的计算、波与人工或天然结构相互作用的分析等)是地震学和地震工程学的一个重要研究课题。近年来,研究这一问题的离散方法日益受到重视,研究者做了很大努力试图建立有限计算区域人工边界的辐射条件,对大部份人工边界处理方法的归纳和比较表明,如果试图寻求一种同时适用于两维及三维暂态波分析的     

2022年青海门源Mw 6.6地震的发震断层及孕震构造模式

2022年1月8日青海门源盆地北缘发生Mw 6.6地震,震源机制反演表明此次地震属于左旋走滑事件.震后10 d内,近600个余震被检测到,最大余震为M 5.1级.此次地震发生在祁连-海原左旋走滑断裂系统的冷龙岭段,该断裂段全长127 km,由古地震研究确定的特征地震大小在Mw 7.3～7.5.为了更为全面理解此次地震的震源机制以及当地孕震模式,我们分析了地震波形,获取了主震和17个Ms≥3.0余震的震源机制与矩心深度.利用升、降轨道SAR数据获取的像元偏移数据和同震干涉相位(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)确定了两条地表破裂带的位置,并利用InSAR数据反演了主震的滑动模型.研究发现,此次地震破裂带对应于冷龙岭断裂西段和托莱山断裂的阶区,发震断层存在3个形变中心,最大滑动量约为4 m,出现在冷龙岭断裂上,形变中心深度为4 km.滑动模型显示释放了累计能量～1.58×10¹⁹Nm,约合矩震级Mw 6.68,与本文利用地震学方法得到的Mw 6.58接近.结合区域活动构造特征、1986和2016年两次门源地...     

一个发生在沉积盖层里的破坏性地震: 2010年1月31日四川遂宁-重庆潼南地震

一般而言只有结晶基底才有足够的强度积累大量的应变能然后突然释放形成破坏性地震, 而沉积盖层则由于富含孔隙、流体因此较软弱而不能积累足够的能量形成大的地震. 而2010 年1 月31 日在遂宁-潼南交界处一次M5.0 破坏性地震, 多数台站记录短周期面波(Rg)发育, 显示出浅震的特征. 通过拟合短周期面波和较长周期面波的相对幅度, 拟合远震深度震相pP, sP 波形, 确定该地震深度约为(2±1.5) km, 因此该地震发生在厚达6 km 的沉积盖层之内. 虽然文献中有古生代沉积岩中发生4 级地震的报道, 但是中生代沉积盖层中发生高达5级地震的案例尚无报道. 此次地震给破坏性地震的孕育机理研究提供了罕见的案例.     

上地幔670km间断面相关震相的走时

PREM 模型中,存在深度为220,400和670km 等的速度间断面,传播中的地震射线在触到这些间断面时由于反射折射及转换而产生一些相关震相,在不同地区不同震级的地震中分别都有记录;编制这些相关震相的走时表,是研究地球内部物理性质的一项基础性工作.本文计算了 PREM 模型与上地幔过渡区670km 间断面有关的一些震相的走时,绘制成走时曲线;据此讨论了部分震相的特征及性质.     

震前波速比异常与地震预报——溧阳一九七九年地震前的波速比异常

地震预报是一个难度很高的重大科研课题。马波同志的《震前波速比异常与地震预报》一文,提供了利用人工爆破收集波速比数据来监测地震这一比较经济可行的地震预报方法。     

用数值模拟格林函数方法合成近源地面运动地震图

用数值模拟计算所得小地震波形代替经验格林函数法中的观测小地震波形, 合成1995神户地震震源附近强地面运动理论地震图. 数值模拟计算的小地震波形, 称为计算格林函数地震波形或计算小地震波形. 数值模拟小地震波形计算是在两维适当高精度速度结构条件下用拟傅里叶变换微分求解波动方程进行的. 拟傅里叶数值模拟中使用了快速, 高精度, 高稳定性的错格实数傅里叶变换微分算子. 在合成神户大地震的综合理论地震图的计算中, 首先根据震源谱的拐角频率与地震断层长度的关系确定出的数值模拟所得格林函数地震波形的地震矩和相当震级. 再将这些计算的小地震波形用经验格林函数的方法合成神户地区地震断层附近部分台站的理论地震图. 合成近源地面运动地震图时使用了多重震源破裂过程模式. 结果表明综合理论地震图与作为目标地震的1995年神户M7.2地震的观测波形吻合得很好. 它意味着该方法对于在缺少地震观测的地区进行地震学研究和强地面运动预测是十分有效的.     

2013年芦山地震滑坡空间分布样式对盲逆断层构造的反映

2013年4月20日芦山地震后,关于地震发震断层的判识与考察成为了地震学家关注的对象与争论的焦点.基于野外调查与可利用的高分辨率航片人工目视解译方法,初步建立了芦山地震滑坡空间分布图.从地震滑坡的角度开展芦山地震发震断层的分析与讨论,旨在为芦山地震发震构造研究提供地震滑坡方面的证据.综合垂直可能发震断层走向的3个地震滑坡密度剖面分析的结果为:双石-大川断裂的下盘区域发生了较多的滑坡,滑坡丰度在双石-大川断裂附近没有发生突变行为;滑坡在大邑断裂附近发育极少,滑坡密度没有发生突变行为;滑坡密度在上里西断裂NW方向1~2 km处发生了一次较明显的突变行为,上里西断裂的上盘滑坡丰度明显高于下盘.据此,本文得出了初步结论:在芦山地震中主要活动的断层既不是双石-大川断裂,也不是大邑断裂,更可能是两者之间的一条具有明显的线状地貌特征的上里西断层,断层错动并没有传到地表,为一次盲逆断层型的构造地震.     

古地震学研究的历史、现状和发展趋势

古地震学蒙于１９世纪晚期,现代古地震学则形成于７０年代末。我国的古地震学经历了起步,发展和走向成熟３个阶段。古地震学在探槽技术,识别标志,测年和理论模型等方面都取得了长足的进展,但没有成熟到可以为概率地震预报提供高信度的数据。未来需要继续探讨的主要问题包括;古地震的地质证据,年代学,位移的研究;完整性,区域古地震特征,大地震重复的理论模型;重视注意稳定大陆地区的古地震研究和利用技术和边缘学科的成果     

2022年泸定MS6.8地震同震形变特征及周边强震危险性

2022年四川泸定6.8级地震发生于鲜水河断裂磨西段,为揭示此次地震的同震形变特征,收集了震中200 km范围内的连续全球定位系统(global positioning system, GPS)测站和震中50 km范围内的强震动数据,进行了高精度处理以提取测站的同震水平位移.此外,还收集了覆盖震中区域的Sentinel和ALOS-2降轨数据,通过干涉差分技术处理并获得了卫星视线向同震形变场.结果显示:水平同震形变呈四象限分布,表明泸定地震的震源机制为左旋走滑;距震中16 km的强震动台站记录到了明显的位移波形,其峰值位移达14 cm、永久变形约为12 cm;合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)显示断层近场30 km×30 km区域具有明显的同震变形,断层西侧卫星视线向最大位移达15 cm,挖角乡附近的局部形变超过15 cm;野外调查推测在“二台子-爱国村”间的断层段发育地表破裂,但从InSAR形变场上难以判定,同震是否破裂到地表仍需详细的野外考察予以确定.反演了川滇块体北东边界主干断裂在泸定地震前的闭锁分...     

利用地震海洋学方法研究南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征

主要利用地震海洋学方法研究了南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征,内孤立波的类型是第一模态下沉型,最大振幅有85.5 m.内孤立波自最大振幅所处深度向下,其振幅大体呈线性减小趋势,振幅随深度的减小率为0.2左右.海底对内孤立波的波形会产生一些影响,一方面海底可能会"切割"内孤立波底部,使之出现间断,另一方面海底的"摩擦"会导致近海底的内孤立波处会发育有较多次一级尺度的波动.横向上看,由地震剖面所得到的内孤立波视宽度,需经过一定的校正才能获得真实宽度,本文所研究的两个内孤立波视宽度分别是4.52和3.36 km,校正后的宽度为0.5~3 km.另外内孤立波处存在的垂向噪音反映出内孤立波具有很强的垂向剪切力.内孤立波水平波数谱与GM模型谱的对比研究表明,其能量在低波数段比GM谱大两个数量级左右.     

首都圈地区地壳三维P波速度细结构与强震孕育的深部构造环境

利用首都圈密集数字地震台网123个台站记录的2973个区域地震48750个精确P波到时数据, 采用地震层析成像方法反演得到研究区内详细的三维P波地壳速度结构模型. 其空间分辨率在水平方向为25~50 km, 在深度方向为4~17 km. 该模型提供了区域地质结构和复杂地壳构造的新信息. 华北平原、太行山和燕山隆起区内展现出明显不同的速度结构变化特征. 在上地壳层位上, 速度图像与地表地质、地形和岩性密切相关; 隆凹相间的华北盆地呈现出地震波速度快慢交替的东北-西南向异常带, 速度异常方向与区域断裂和构造的走向相同; 基岩广泛出露的太行山和燕山隆起区, 在速度图上呈现出大面积的高速异常; 而分布在山间的第四纪沉积盆地显示出小范围的低速异常. 多数大地震(M≥6.0级, 如1976年唐山7.8级地震、1679年三河平谷8.0级地震)都发生在高速块体的边侧, 而在这些强震的下面存在明显的低速和高导岩层. 我们认为这与1995年日本神户7.2级地震和2001年印度普杰(Bhuj)7.8级地震的情况类似. 这些低速和高导异常与流体有关, 下地壳中的流体容易引起中上地壳中发震层的弱化, 使孕震断层易于破裂, 从而发生大震.     

2015年智利8.3级地震构造背景及对俯冲带地震的启示

2015年发生在智利Coquimbo的M_w8.3级地震是一个典型的俯冲带地震,其大小、破裂滑移分布与利用震间期GPS观测得到的智利南部俯冲带闭锁模型一致.利用反投影方法得到的破裂过程初步解显示,这次地震的破裂由震中(约25 km深)向浅部传播,并且这次地震破裂的能量辐射与频率明显相关,与2010年发生在Coquimbo地震破裂南部约50 km的M_w8.8级地震的观测结果一致,表明这部分俯冲带的断层性质随深度存在着系统变化.这次2015年8.3级地震的震前及同震观测资料将对地震破裂动力学的数值模拟提供一个难得的模型约束信息.     

南海海底天然地震台阵观测实验及其数据质量分析

长期的海底天然地震观测由于技术上的困难而极富挑战性.为了在这一领域积累经验,同时揭示南海中央海盆残留洋脊下的岩石圈结构,在南海深海区进行了一次较大规模的被动源海底地震仪(OBS)台阵观测实验.本文简述了此次实验的仪器、OBS的布放和回收状况,着重从多个角度分析了所收集的海底地震记录的数据质量.地震波形分析表明回收的OBS记录质量良好,来自远震、区域性地震和马尼拉俯冲带内的小震的主要震相都清晰可辨.海底背景噪音频谱分析显示OBS记录的噪音水平要高于全球平均噪音模型,且水平和垂直分量的数据质量存在差异,反映了洋流对于OBS各分量的不同影响及各分量与海底的耦合状况;在5~10 s周期范围内,多个OBS台站存在着一个噪音低值区,且水平分量和垂直分量在此频段噪音水平很接近.这一特征与开放大洋的噪音特征不同,说明南海这一边缘海的双频微噪音(double frequency microseism,DFM)的能量来源并不是远源.还利用瑞雷面波的偏振方向规律确定了OBS台站水平分量的方位,并对典型地震的瑞雷面波进行了频散分析.此外,还总结了这一实验对于在南海进行长期的海底天然地震观测的经验和教训.     

东海OBS深部地学探测断面及其地质意义

利用主动源海底地震仪(ocean bottom seismometer,简称OBS)进行东海地壳深部结构地震探测,对探讨东海大地构造演化意义重大.采用立体气枪阵列延迟激发震源新技术,完成了一条横跨东海陆架盆地-琉球岛弧的OBS深部地学地震探测测线(OBS-2015),获得了地壳内部主要地层界面和莫霍面的地震反射/折射震相.对OBS台站记录经预处理、震相识别与拾取后,通过射线追踪、走时拟合等正反演处理,得到了沿测线的二维地壳速度结构剖面.剖面的地质解释与综合研究认为,东海陆架中-新生代沉积盆地沉积层厚度大、分布广,中-新生界最大叠合厚度达13 km左右;东海陆架区地壳是大陆地壳向海区的延伸,莫霍面起伏小、埋藏深度在30 km左右.钓鱼岛隆褶带到琉球岛弧区域莫霍面起伏剧烈,呈由西向东快速抬升的趋势.冲绳海槽区地壳厚度只有东海陆架盆地的一半左右,并呈中轴线最薄(13 km左右)、向两侧快速加厚(19 km左右),莫霍面上方发育速度达7.1 km/s的下地壳高速地质体,东部坳陷地区莫霍面已出现明显抬升,与盆地存在明显镜像关系,推测为盆地拉张作用所致.冲绳海槽的纵向速度结构与陆壳差异大,与洋壳的速度结构较为接近.综合以上因素并结合区域地质背景分析认为,南冲绳海槽进入了海底扩张的初始阶段,地壳具有非典型洋壳的特征.本次探测结构为东海深部地壳结构研究及区域地质演化研究提供了重要的基础资料.     

非均匀断层上的破裂传播及对震级预测的挑战

针对发震断层上的潜在地震开展震级和地表震动预测,对开展地震灾害区划、防震减灾等工作十分关键.由于断裂带本身的多种非均匀性,如断层几何、介质结构、应力的非均匀分布,准确预测震级面临着众多挑战.本文简要回顾了影响地震破裂传播及震级的因素,指出了应力分布状态、断层孕震带尺度、断裂带介质结构对破裂传播过程的影响.在非均匀应力分布下,震级对破裂起始位置(震中)具有强烈的依赖性,即震中-震级存在“测不准”关系,震中对破裂是否延伸到地表也有控制作用.走滑断裂带孕震带尺度(在倾向上的深度)对破裂是否发展为“逃逸型”大地震有控制作用.近断裂带的介质结构对破裂方向性、延展尺度都有显著影响.未来可通过密集地震台阵观测获取高分辨率断裂带结构,并结合实验室流变性质测量,推断发震断层的流变结构,为刻画可能发震的凹凸体提供支撑.针对震中对震级的影响,可以通过破裂动力学模拟,结合大地测量观测、地震学观测、实验室摩擦实验结果,进行数值实验,探索可能发生强震的震中区域,为野外观测提供参照.此外,动力学数值模拟结果也可以弥补大地震近场地表震动观测数据缺乏的不足,为开展基于地震物理过程的灾害区划提供参考.