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华北克拉通地区基于程函方程的面波层析成像

地球物理学报 2024年第2期67卷 503-519页

作者：包晶晶王未来蔡光耀刘慧杰中国地震局地球物理研究所北京100081

利用布设在华北克拉通地区的流动和固定地震台站记录到的地震波数据,使用基于程函方程的面波成像方法获得了整个华北克拉通地区瑞利波15~150 s周期的相速度,并反演了研究区S波速度结构.中长周期相速度结果显示,在上地幔及岩石圈深度范围... 详细信息

利用布设在华北克拉通地区的流动和固定地震台站记录到的地震波数据,使用基于程函方程的面波成像方法获得了整个华北克拉通地区瑞利波15~150 s周期的相速度,并反演了研究区S波速度结构.中长周期相速度结果显示,在上地幔及岩石圈深度范围内,燕山地区表现为高速特征,华北克拉通中部大同盆地及其以南地区、太行山等区域的低速体与华北盆地的低速体相连,呈现大面积的低速异常,低速体的速度值比青藏高原东北缘的速度值更低;S波速度显示鄂尔多斯岩石圈厚度较厚,克拉通中部和华北盆地岩石圈厚度相差不大,燕山地区岩石圈厚度要厚于华北盆地.本文认为华北克拉通岩石圈破坏存在分区性,克拉通中部和燕山地区均存在一定的克拉通破坏,但破坏程度不同,鄂尔多斯地块北部存在局部克拉通改造,但克拉通稳定性特征依然存在;破坏的主要动力学来源更可能是太平洋板块的西向俯冲.研究发现克拉通中部和东部的强震分布区与克拉通破坏区域重合,大部分强震发生在岩石圈强度边界上,分析认为岩石圈强度的差异是岩石圈强度边界上显示出较高的强震活动性的原因.

关键词：华北克拉通程函方程面波成像瑞利波相速度强震活动性

通州—三河地区沉积层高分辨率三维S波速度结构和径向各向异性

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1797-1818页

作者：冯宣政鲁来玉秦彤威张友源丁志峰中国地震局地球物理研究所北京100081

北京大都市区位于冀中凹陷与太行山隆起和燕山褶皱带的交汇区,区内被第四系松软沉积层覆盖,历史和现今的地震活动性表明,其面临潜在的巨震风险.地震风险评估和强地面运动模拟依赖准确的沉积层三维S波速度模型.本文基于布设在通州—三河... 详细信息

北京大都市区位于冀中凹陷与太行山隆起和燕山褶皱带的交汇区,区内被第四系松软沉积层覆盖,历史和现今的地震活动性表明,其面临潜在的巨震风险.地震风险评估和强地面运动模拟依赖准确的沉积层三维S波速度模型.本文基于布设在通州—三河地区前所未有的密集台阵数据,构建了该区域高分辨率三维S波速度结构和径向各向异性模型.首先将919个台站组成的密集台阵划分为若干子台阵,利用修正的背景噪声聚束分析方法,提取各个子台阵的Love波频散曲线,通过深度反演构建了通州—三河地区三维SH波速度模型.结合由基阶和一阶Rayleigh波模式反演构建的三维SV波速度模型,获得了台阵下方的径向各向异性模型.模型显示,大兴断裂在穿过牛堡屯之后,继续向北东向延伸约20 km.大兴凸起以大兴断裂为界,表现出明显不同的构造特征和沉积过程.断裂的北西侧第四系沉积层较浅,推测约为100~400 m;断裂的南东侧第四系沉积层厚度横向变化较大,发育夏垫凹陷和甘棠凹陷.沉积盆地径向各向异性的幅度可达±20%,地表约0~60 m范围有一较强的负径向各向异性(VSHVSV)是沉积作用造成的水平层序排列的沉积分层的反映.

关键词：通州—三河地区沉积层密集台阵聚束三维S波速度结构径向各向异性

云南宾川盆地及周边地震波走时的季节性变化和可能的物理机制

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1412-1425页

作者：寇华东王伟君闫坤彭菲叶志鹏吕恒茹常利军中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局地震预测研究所北京100036

基于背景噪声自相关方法,本文计算了云南宾川盆地及周边区域地震波在四个频段的相对走时变化(dt/t),发现存在比较显著的年变和半年变特征,最大变化幅度从0.1~0.2 Hz(7 km左右深度最敏感)的±0.8%逐渐降低至1.0~2.0 Hz(对应1 km以浅介质... 详细信息

基于背景噪声自相关方法,本文计算了云南宾川盆地及周边区域地震波在四个频段的相对走时变化(dt/t),发现存在比较显著的年变和半年变特征,最大变化幅度从0.1~0.2 Hz(7 km左右深度最敏感)的±0.8%逐渐降低至1.0~2.0 Hz(对应1 km以浅介质)的±0.05%.噪声源季节性变化可能是dt/t周期性起伏的一个潜在因素,但雨水和温度与其有更直接的关联性.其中雨水渗透产生的介质孔隙压变化是年变和半年变的重要贡献因素;而温度起伏产生的介质热力学形变,主要对一定深度范围(3 km左右最敏感)的介质有明显的年变影响.不同频段走时变化存在幅度差异和不同步,可能和各频段敏感核的深度范围以及水与热力学形变从地表向深部渗透/传播过程有关.研究表明,环境因素对地下介质的地震波走时有较为显著的影响,区分出它们的贡献,才能更可靠地评估地震构造应力或人文生态环境的变化.

关键词：单台背景噪声干涉走时周期性变化环境因素孔隙压变化热力学形变

21世纪全球三次M_W9.0左右地震的孕育过程研究

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地球物理学报 2024年第3期67卷 1081-1092页

作者：陈学忠李艳娥陈丽娟中国地震局地球物理研究所北京100081 重庆市地震局重庆401147

系统分析了21世纪以来全球范围内发生的三次M_W9.0左右地震的孕育过程.验证了实际地震孕育过程与岩石力学实验揭示的应力积累过程和后续的临界状态(或亚失稳阶段)特征具有一致性.研究中利用视应力和b值分析构造应力动态变化,以描述地震... 详细信息

系统分析了21世纪以来全球范围内发生的三次M_W9.0左右地震的孕育过程.验证了实际地震孕育过程与岩石力学实验揭示的应力积累过程和后续的临界状态(或亚失稳阶段)特征具有一致性.研究中利用视应力和b值分析构造应力动态变化,以描述地震活动与地球自转之间的相关性的统计检验参量P值评价震中及其附近地区地壳介质的临界状态.得到的结果显示,三次M_W9.0左右地震前震中及附近地区构造应力都表现出明显而连续的增加过程,持续6~10年左右.通过对应力增长期间震中附近较大区域内的b值下降幅度空间扫描,发现震前在破裂区及其附近存在一个b值下降幅度高值区,其相对下降幅度比其他地区都大,反映的是这个地区的应力增加幅度比其他地区都大.低P值(地震活动与地球自转之间的相关性显著,即,与地球自转相关的地震活动所在区域地壳介质处于临界状态.P值随时间变化表明,一般低P值在震前约4年内出现.在P值达到最低值期间,低P值(所得结果不仅对利用岩石力学实验研究地震孕育过程,利用实验结果指导地震预测研究具有现实意义,同时对实际地震震情判定也具有重要意义.

关键词： 9.0级左右地震孕育过程应力积累临界状态地震预测

使用接收函数自相关约束渤海湾北部沉积层结构

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2291-2303页

作者：王秋实李永华武岩中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局震源物理重点实验室北京100081

地震灾后调查表明盆地对地震动有显著的放大效应.低速、松散的沉积层和下伏基岩之间的物性差异,通常被认为是导致地震破坏增加的直接原因,它会显著增加盆地内地震动的持续时间、放大地震动幅度.可靠的沉积层结构和基阶共振频率有利于估... 详细信息

地震灾后调查表明盆地对地震动有显著的放大效应.低速、松散的沉积层和下伏基岩之间的物性差异,通常被认为是导致地震破坏增加的直接原因,它会显著增加盆地内地震动的持续时间、放大地震动幅度.可靠的沉积层结构和基阶共振频率有利于估计沉积层的放大作用并评估该区地震危险性.本研究利用渤海湾地区43个流动地震台站的远震波形资料提取了P波接收函数,进一步通过接收函数自相关得到了台站下方沉积层的共振频率,并依照钻孔资料推导出的共振频率和沉积层厚度之间的经验关系,给出了研究区的沉积层厚度.研究区共振频率存在由东北向西南减小的趋势,其中研究区东北部共振频率主要介于0.30~0.77 Hz之间,对应的沉积层厚度介于120~500 m;研究区西南平原地区绝大部分台站的共振频率低于0.30 Hz,沉积层厚度介于500~1252 m.本文结果与前人采用HVSR方法给出的共振频率具有较好的一致性,通过与已有反射和钻孔资料对比研究,推测本文所给出的沉积厚度为晚第三纪-第四纪(N+Q)的沉积盖层厚度.

关键词：接收函数自相关沉积层结构渤海湾盆地

近震体波走时与重力联合反演华北地区地壳上地幔顶部P波速度结构

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1439-1453页

作者：李鑫月石磊李永华中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局震源物理重点实验室北京100081

华北是克拉通破坏的典型案例,也是陆内强震活动最为强烈、频繁的地区之一,对该区壳幔速度结构进行研究,可为深化认识克拉通的形成演化、板内强震与火山发生机理等研究提供重要的深部约束.利用202个固定台站、360个流动台站所记录到的天... 详细信息

华北是克拉通破坏的典型案例,也是陆内强震活动最为强烈、频繁的地区之一,对该区壳幔速度结构进行研究,可为深化认识克拉通的形成演化、板内强震与火山发生机理等研究提供重要的深部约束.利用202个固定台站、360个流动台站所记录到的天然地震事件P波资料和实测布格重力异常,采用近震体波走时与重力联合反演方法获得了地壳、上地幔顶部P波速度结构.重力资料的引入不仅对壳幔结构进行了更合理的约束,而且有效提高了浅层和边缘射线分布稀疏区的成像能力.联合成像结果显示,鄂尔多斯地块和华北平原浅层表现为明显的低速异常,可能与其存在厚的松软沉积层有关;鄂尔多斯东部上地壳存在明显的P波高速异常,推测该高速异常与古元古代孔兹岩带的形成有关.大同火山区15~25 km和25~40 km表现为明显的低速异常,且这两个低速层是连通的,推测与地幔热物质上涌导致的多期次岩浆侵位有关.三河—平谷8.0级地震和邢台7.2级地震震源都位于脆性的上地壳,均下伏低速异常,推测在区域动力环境加载作用下,韧性的壳内蠕变导致脆性上地壳岩石中弹性应变能的局部积累,从而引起地震的发生.

关键词：华北地区重力异常近震走时联合成像 P波速度

瑞利波相速度和椭圆率与远震P波联合反演蒙古中南部地壳高分辨率S波速度结构

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地球物理学报 2024年第1期67卷 89-107页

作者：徐荟吴庆举中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局震源物理重点实验室北京100081

利用蒙古中南部台阵记录的连续背景噪声数据、天然地震面波数据和远震P波波形数据,开展瑞利波相速度、椭圆率和远震P波叠加波形的联合反演,建立了蒙古中南部地壳三维S波速度模型.结果显示,蒙古中南部的瑞利波相速度及椭圆率、沉积基底... 详细信息

利用蒙古中南部台阵记录的连续背景噪声数据、天然地震面波数据和远震P波波形数据,开展瑞利波相速度、椭圆率和远震P波叠加波形的联合反演,建立了蒙古中南部地壳三维S波速度模型.结果显示,蒙古中南部的瑞利波相速度及椭圆率、沉积基底深度、莫霍面深度、地壳S波速度在蒙古—鄂霍茨克缝合线和蒙古主构造线南北两侧分布均有明显差异,暗示了这两条缝合线至少为地壳级别的分界.中戈壁火山和Bus-Obo火山在地壳内相互连通,在下地壳存在大面积低速层.我们推测杭盖穹隆上地幔热物质上涌在中戈壁带地壳底部形成岩浆囊,为这两座板内火山活动提供了岩浆来源.

关键词：蒙古中南部 S波速度结构蒙古—鄂霍茨克缝合线蒙古主构造线板内火山

青藏高原东南缘三维S波速度和径向各向异性及泸定M_(S)6.8和芦山M_(S)7.0地震孕震环境探讨

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地球物理学报 2024年第1期67卷 108-127页

作者：孙回归王兴臣常利军中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局震源物理重点实验室北京100081

利用青藏高原东南缘布设的684个流动地震台和150个固定地震台的连续背景噪声波形数据,提取了周期5~50 s的Rayleigh波和Love波相速度频散,并反演获得了该区域下方0~70 km三维S波速度和径向各向异性结构.结果表明:(1)受川滇地块南部高速... 详细信息

利用青藏高原东南缘布设的684个流动地震台和150个固定地震台的连续背景噪声波形数据,提取了周期5~50 s的Rayleigh波和Love波相速度频散,并反演获得了该区域下方0~70 km三维S波速度和径向各向异性结构.结果表明:(1)受川滇地块南部高速体的阻挡,东南缘中下地壳内存在两条空间分布独立的低速带.西侧(L1)从川滇地块北部向南延伸至滇西南地块,其中下地壳平均V_(S)小于3.4 km·s^(-1)并表现为正径向各向异性结构,反映了高原中下地壳可能存在部分熔融和韧性变形;东侧低速带(L2)沿着小江断层南北分布,受到红河断层的阻挡,弱物质不太可能进入滇西南地块,该区域下地壳和上地幔顶部均显示较强的正各向异性,推测其更可能是沿小江断层相互驱动的块体在横向挤压过程中引起的地壳部分熔融而导致.(2)芦山M_(S)7.0地震位于龙门山逆冲断层南段,泸定M_(S)6.8地震位于鲜水河走滑断层东南段,两者都发生在地壳浅层高低速异常过渡带上,但其深部孕震环境有所不同.芦山震区西北部中下地壳低速体为负各向异性,推测韧性物质沿着龙门山下方陡倾断层向上运移,上地壳积累应力并通过薄弱区域释放导致了芦山地震的发生;泸定震区为正各向异性的中下地壳韧性变形促进了川滇地块SE向的水平运动,受刚性的四川盆地阻挡,加剧了上地壳发震断层的滑动变形和应力积累,脆性上地壳突然破裂导致了泸定地震的发生.

关键词：青藏高原东南缘背景噪声成像 S波速度径向各向异性泸定M_(S)6.8地震芦山M_(S)7.0地震

断层接触非均匀性对米尺度断层黏滑失稳成核过程的控制

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2336-2349页

作者：任雅琼谢凡卓燕群中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局震源物理重点实验室北京100081 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029

非均匀性是野外断层的重要特征,我们利用预制的具备接触非均匀性的米尺度岩石断层开展黏滑实验,模拟野外地震失稳过程.通过观测预制岩石断层发生的多个黏滑事件的应变时空演化,并对比断层接触非均匀性测定结果发现:(1)断层的接触弱段是... 详细信息

非均匀性是野外断层的重要特征,我们利用预制的具备接触非均匀性的米尺度岩石断层开展黏滑实验,模拟野外地震失稳过程.通过观测预制岩石断层发生的多个黏滑事件的应变时空演化,并对比断层接触非均匀性测定结果发现:(1)断层的接触弱段是成核最先启动,即最早发生预滑的区域,随失稳临近,预滑区域扩展且滑动速率增加,与厘米尺度均匀断层相比,准静态过程的预滑扩展不明显,向准动态过程转变突然且迅速;(2)断层的接触强段在成核期间一直处于闭锁状态,应力升高,且随失稳临近增幅加强,强段的屈服是断层从缓慢破裂到快速破裂的转折点,接触强段的持续闭锁在以往的厘米尺度均匀断层黏滑实验中较为少见;(3)加载速率以及加载历史是影响米尺度断层成核持续时间的重要因素,随加载速率变慢,成核持续时间变长,随加载历史变长,断层趋于均匀化,成核持续时间变短.上述研究结果明确提供断层接触非均匀性控制成核过程的直接证据.这不仅有助于将实验结果向可操作的地震预测实践转化,也有助于促进(大陆浅源)地震前兆机理的探索及理解.

关键词：摩擦黏滑地震成核断层接触非均匀性预滑