地球物理學(xué)

麗江—清鎮(zhèn)剖面上地殼速度結(jié)構(gòu)及其與魯?shù)镸S6.5級(jí)地震孕震環(huán)境的關(guān)系

徐濤，張明輝，田小波，等

摘要：目的：2014年8月3日，云南省昭通—魯?shù)榈貐^(qū)發(fā)生MS6.5級(jí)地震，造成了589人死亡、9人失蹤等重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。魯?shù)檎饏^(qū)位于揚(yáng)子塊體的西緣小江斷裂帶東北側(cè)的昭通—蓮峰斷裂帶內(nèi)。近10年來(lái)，該構(gòu)造帶及其鄰區(qū)地震活動(dòng)非?；钴S，已經(jīng)發(fā)生了一系列的中強(qiáng)地震，震區(qū)所處的深部背景及孕震環(huán)境值得關(guān)注和研究。方法：人工源寬角反射/折射地震探測(cè)是獲得精細(xì)地殼結(jié)構(gòu)的重要途徑。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所2012年6月實(shí)施的“麗江—清鎮(zhèn)”剖面深地震測(cè)深工程，橫跨研究區(qū)昭通—蓮峰斷裂帶、元謀—綠汁江斷裂帶等重要地震構(gòu)造。剖面長(zhǎng)度650 km，共實(shí)施了6炮大當(dāng)量震源爆破（總當(dāng)量17.5 t TNT），323臺(tái)便攜式地震儀記錄接收，采集獲得高信噪比寬角地震資料。利用清晰的初至波走時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)有限差分反演揭示該地區(qū)上地殼精細(xì)速度結(jié)構(gòu)，為魯?shù)檎饏^(qū)的地震定位、地震孕育機(jī)制等提供了可靠的速度模型。結(jié)果：速度剖面顯示：5.80～5.90 km/s的速度等值線(xiàn)基本是疏密變化顯著的分界帶，其上速度線(xiàn)較密集、以下明顯稀疏。參考各炮Pg波的視速度多為5.70～5.90 km/s，因此，將速度圖像中5.8 km/s的速度線(xiàn)解釋為基底界面形態(tài)。剖面基底埋深整體為2 km左右，呈現(xiàn)明顯的起伏變化特征。剖面斷裂的地震學(xué)響應(yīng)表現(xiàn)為基底埋深的起伏較大、地表速度的突變或基底速度梯度橫向的強(qiáng)烈扭曲等特征。結(jié)論：魯?shù)橹髡鸺?400多個(gè)余震，主要集中在小江斷裂帶域所處的低速區(qū)與高速區(qū)交接處。成像結(jié)果顯示小江斷裂帶位于顯著的低速異常區(qū)，低速異常至少達(dá)到上地殼8 km以深，暗示地殼強(qiáng)度較低；而GPS的觀(guān)測(cè)表明小江斷裂兩側(cè)的滑移量在10 mm/a，因此斷裂帶處于應(yīng)力和應(yīng)變的集中區(qū)域。推測(cè)小江斷裂帶及附近的魯?shù)椤淹〝嗔褞磥?lái)仍具有一定的地震危險(xiǎn)性，值得關(guān)注。

來(lái)源出版物：地球物理學(xué)報(bào), 2014, 57(9): 3069-3079

入選年份：2016

黏聲介質(zhì)最小平方逆時(shí)偏移

李振春，郭振波，田坤

摘要：目的：介質(zhì)的黏滯性是普遍存在的，黏滯性介質(zhì)中的真振幅成像需要校正由介質(zhì)的黏滯性引起的振幅衰減與速度頻散。對(duì)由黏滯性引起的地震波吸收衰減的補(bǔ)償，常規(guī)的方法是進(jìn)行反Q濾波以增強(qiáng)地震波特別是高頻成分的能量，達(dá)到提高分辨率的效果，然而常規(guī)的反Q偏移方法存在不穩(wěn)定問(wèn)題。最小平方偏移具有振幅保持、高成像分辨率等特性，因此本文將地下介質(zhì)的黏滯性引入最小平方逆時(shí)偏移（LSRTM），在避免了不穩(wěn)定性的同時(shí)對(duì)吸收衰減進(jìn)行補(bǔ)償，得到地下介質(zhì)構(gòu)造的高精度真振幅成像。方法：首先給出了基于廣義標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)性固體模型（GSLS）的黏聲介質(zhì)波動(dòng)方程。隨后，基于場(chǎng)的疊加原理，將波場(chǎng)分解為在背景波場(chǎng)和擾動(dòng)波場(chǎng)的疊加，推導(dǎo)了 Born近似下黏聲介質(zhì)波動(dòng)方程的線(xiàn)性化形式。在此基礎(chǔ)上，將LSRTM的誤差函數(shù)定義為正演波場(chǎng)與觀(guān)測(cè)波場(chǎng)殘差的模，然后借助伴隨狀態(tài)法推導(dǎo)了黏聲介質(zhì)LSRTM的迭代算法。對(duì)于LSRTM方法，N次迭代的計(jì)算成本大致是常規(guī)逆時(shí)偏移方法的2.5 N倍，龐大的計(jì)算量限制了方法的應(yīng)用。為了改善LSRTM的計(jì)算效率，通過(guò)相位編碼技術(shù)將多個(gè)炮集編碼成一個(gè)超道集，同時(shí)利用動(dòng)態(tài)相位編碼技術(shù)壓制由于相位編碼引起的串?dāng)_噪聲。結(jié)果：通過(guò)簡(jiǎn)單平層模型、二維SEG/EAGE鹽丘模型對(duì)算法進(jìn)行測(cè)試。其中，通過(guò)平層模型分析黏滯性的引入對(duì)疊前數(shù)據(jù)及成像結(jié)果的影響；通過(guò)鹽丘模型測(cè)試方法對(duì)振幅的恢復(fù)、偏移噪聲的壓制、鹽下弱照明區(qū)域成像的能力，同時(shí)對(duì)比分析相位編碼的引入對(duì)效率的提高。由成像測(cè)試可知：（1）相對(duì)于聲波數(shù)據(jù)，黏聲數(shù)據(jù)中反射波由于吸收導(dǎo)致振幅嚴(yán)重衰減，同時(shí)由于速度頻散導(dǎo)致走時(shí)差異及波形的變化；（2）基于聲波介質(zhì)的成像方法不能有效地對(duì)由黏滯性引起的速度頻散進(jìn)行校正，導(dǎo)致了成像界面位置錯(cuò)誤，并引入部分成像假象；（3）本文方法恢復(fù)了模型的高波數(shù)成分，壓制了低波數(shù)噪聲，同時(shí)有效地對(duì)由于照明不均衡引起的振幅橫向變化進(jìn)行了校正；（4）在鹽丘模型成像測(cè)試中，基于相位編碼的LSRTM方法100次迭代后的結(jié)果與常規(guī)LSRTM方法50次迭代后的結(jié)果相當(dāng)，但計(jì)算成本是原先算法的0.0206倍，極大的提高了計(jì)算效率。結(jié)論：針對(duì)黏滯性吸收對(duì)成像振幅及分辨率的重要性，提出了一種時(shí)間域黏聲介質(zhì)條件下的LSRTM方法。該方法相對(duì)于常規(guī)反Q偏移方法主要有以下優(yōu)勢(shì)：（1）在避開(kāi)不穩(wěn)定性問(wèn)題的同時(shí)對(duì)黏滯性吸收進(jìn)行補(bǔ)償；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地下介質(zhì)的真振幅成像；（3）能夠有效地壓制成像噪聲并對(duì)弱照明區(qū)域進(jìn)行照明補(bǔ)償；（4）基于動(dòng)態(tài)相位編碼的LSRTM可有效地降低計(jì)算成本，將其計(jì)算量降至與常規(guī)逆時(shí)偏移方法同一數(shù)量級(jí)。

來(lái)源出版物：地球物理學(xué)報(bào), 2014, 57(1): 214-228

入選年份：2016

2015年尼泊爾MS8.1強(qiáng)震對(duì)中國(guó)大陸靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)影響的初探

盛書(shū)中，萬(wàn)永革，蔣長(zhǎng)勝，等

摘要：目的：2015年4月25日尼泊爾發(fā)生了MS8.1強(qiáng)震，當(dāng)天又發(fā)生了MS7.0強(qiáng)余震，隨后于4月26日又發(fā)生了MS7.1強(qiáng)余震，該地震序列發(fā)生在中國(guó)青藏高原南側(cè)，故對(duì)中國(guó)大陸區(qū)域的應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生影響。利用 2015年尼泊爾地震的破裂分布研究其在中國(guó)大陸地震斷層面上產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力的變化，為中國(guó)大陸地震趨勢(shì)判定和地球動(dòng)力學(xué)解釋提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。方法：在地震靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)研究中，必須要有明確的接收斷層及其斷層參數(shù)（走向、傾角、滑動(dòng)角、深度）。因此，在本研究中，提出用已經(jīng)發(fā)生的較大地震的震源機(jī)制解節(jié)面作為接收斷層面。其可行性依據(jù)為：一方面，在地震危險(xiǎn)性分析中，有兩條原則：（1）地震重復(fù)原則（或歷史重演原則）——?dú)v史上發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈地震的地方，將來(lái)還可能再次發(fā)生同樣的地震；（2）構(gòu)造外推原則——在同一地質(zhì)構(gòu)造條件下可能發(fā)生同樣強(qiáng)度和性質(zhì)的地震。另一方面，活斷層的產(chǎn)狀是一定的，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)是相對(duì)穩(wěn)定的，因此，在一定的時(shí)間內(nèi)，一條斷層產(chǎn)生的地震機(jī)制應(yīng)該是相近。根據(jù)地質(zhì)斷層資料和地震的發(fā)震機(jī)理，從震源機(jī)制解節(jié)面中選取出最可能斷層面作為接收斷層。從GCMT目錄中搜索了自1976年1月1日—2015年4月15日發(fā)生在中國(guó)大陸的MS≥5.0的淺源地震震源機(jī)制解，基于上述原則確定接收斷層參數(shù)。從先前的研究論文中補(bǔ)充了1976年以前的部分地震震源機(jī)制解資料。最終獲得了1303年9月—2015年4月的365個(gè)震源機(jī)制解資料（包含本次主震的2次強(qiáng)余震）。收集到的震源機(jī)制解資料大體上覆蓋了我國(guó)的一些主要活動(dòng)構(gòu)造，選出的斷層面展布情況總體上和斷裂構(gòu)造的分布形態(tài)較為一致。根據(jù)Hayes給出的2015年4月25日尼泊爾MS8.1主震斷層破裂分布初步模型，以及上述選取的接收斷層面資料，應(yīng)用Coulomb軟件研究了本次地震對(duì)中國(guó)大陸靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)的影響。結(jié)果：通過(guò) 2015年 4月25日尼泊爾MS8.1地震在接收斷層面上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果：本次地震在其后續(xù)2次強(qiáng)余震斷層面上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力均超過(guò)了觸發(fā)閾值0.01 MPa，因此，可以認(rèn)為后續(xù)2次強(qiáng)余震受到了主震的觸發(fā)作用。本次地震對(duì)中國(guó)大陸地震斷層的庫(kù)侖應(yīng)力加載主要集中在距震源相對(duì)較近的拉薩地區(qū)和新疆地區(qū)，且該區(qū)域受到的庫(kù)侖應(yīng)力變化相對(duì)較大；在南北帶地區(qū)的斷層上，產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力較小，且主要以卸載為主，但也有少數(shù)斷層受到了應(yīng)力加載；在華北地區(qū)，絕大多數(shù)斷層都處于應(yīng)力影區(qū)，有極少數(shù)斷層受到了應(yīng)力加載。可見(jiàn)，庫(kù)侖應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果主要受到接收斷層參數(shù)的影響?？傊说氐卣饘?duì)我國(guó)的影響集中在西部地區(qū)；對(duì)東部地區(qū)影響較小，產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力遠(yuǎn)小于觸發(fā)閾值（0.01 MPa）。將震源深度設(shè)置為不同值時(shí)，對(duì)主震周?chē)邮諗鄬拥挠?jì)算結(jié)果影響較大，如其4月25的MS7.0地震的庫(kù)侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果觸發(fā)變?yōu)橐种疲欢鄬?duì)距離主震較遠(yuǎn)的斷層受到的影響較小，表現(xiàn)在量值上的變化，而庫(kù)侖應(yīng)力變化的正負(fù)沒(méi)有影響。結(jié)論：通過(guò)上述計(jì)算及分析，得到以下初步結(jié)論：2015年4月25日尼泊爾MS8.1地震，觸發(fā)了其后續(xù)的2次強(qiáng)余震的發(fā)生；本次地震對(duì)中國(guó)大陸產(chǎn)生的應(yīng)力改變量值很小，其產(chǎn)生的應(yīng)力加載主要集中在其鄰近的西藏和新疆地區(qū)的部分?jǐn)鄬由?，而其余地區(qū)的斷層則主要受到了應(yīng)力卸載作用。

來(lái)源出版物：地球物理學(xué)報(bào), 2015, 58(5): 1834-1842

入選年份：2016