沉积盆地近震转换波及其在震源深度测定中的应用

发布时间：2019-02-09 16:35

【摘要】：沉积盆地通常是经济发达、人口密集的地区,诸多大城市坐落其中。然而,一些沉积盆地同时也是震害严重的区域,盆地的地震效应可能加重其内部区域的震害,比如我国渤海湾盆地、墨西哥特斯科科湖积平原、美国洛杉矶盆地、日本关西地区等,既有发达的城市群,又有频繁的地震活动及严重的震害,是地震学者重点关注的区域。而震源深度也是地震致灾的重要因素,对于大陆浅源构造地震,通常震源越浅,震害越重。研究清楚沉积盆地的震源深度分布特征,可为震源区的抗震设防、灾害评估等工作提供重要的决策参考。而沉积盆地震源深度的精确测定方法,是获得可靠的深度分布特征的先决条件。震源深度是地震学研究的关键参数之一,准确的震源深度对于岩石圈流变性质、孕震机理、发震构造、灾害评估等研究具有重要意义。比如,大陆浅源构造地震的震源深度分布与岩石圈流变性质有着十分密切的关系,一方面,岩石圈流变性质是影响发震深度的重要因素,另一方面,震源深度分布可以为岩石圈流变性质提供约束。然而,震源深度是一个不易用传统方法确定的震源参数,尤其在沉积盆地,由于沉积层对震相走时和波形影响很大,可能给深度测定结果带来较大误差。基于震相到时的方法是测定震源深度的经典方法,但依赖于台网密度及速度结构复杂性,在沉积盆地地区测定精度不高。在平坦基岩地区,利用深度震相可以有效测定震源深度,但该方法主要依赖于深度震相的可靠辨识,而在松散沉积层较厚地区这些震相可能不易识别。可见,发展沉积盆地震源深度的精确测定方法是十分必要的。在沉积盆地的近震波形记录中,经常可以观测到在沉积基底界面上产生的Sp和Ps转换波。研究表明:在沉积层盆地,结晶基底上下介质的强烈差异导致入射SV波的一部分能量转换成P波,形成Sp转换波。该震相在近距离上可以观察到,其走时介于直达P波和S波之间,在垂向分量上较强,径向分量上较弱,高频成分居多。在给定震中距上,Sp转换波与直达P波的到时差随震源深度的增加近似呈线性增加,可以用来较好地约束震源深度。我们以2006年7月4日河北文安M5.1地震为例,利用WEA台的Sp转换震相重新测定其深度为15 km附近,与已有的研究结果基本一致,验证了利用近震Sp转换波测定震源深度的可行性。与Sp转换波的作用类似,近震Ps转换波与S波的到时差也可以约束震源深度。正演测试表明,(1)利用近震转换波得到的深度误差与水平位置误差近似呈等比线性关系,可以用水平位置误差来估计深度误差;(2)对于同一地震,使用不同类型转换波、或者不同震中距上转换波所测定的震源深度具有较好的一致性,当两种转换波都可以观测到时,选择其中震中距较小、信噪比较高者,可有效提高深度测定精度。该方法比较适用于以下情形:(1)对震源区的速度模型有较好了解;(2)地震水平位置精度较高;(3)观测记录上转换震相比较清晰。在渤海湾盆地2008年至2016年M1.0以上地震目录中,我们发现了一些疑似下地壳地震(深度超过25 km),而通常认为大陆下地壳为韧性区域,难以孕育地震,这些地震深度的可靠性存在疑问。为了找到这些地震深度异常的原因,我们从该区目录中选取了 44次波形信噪比较高的近震事件,综合利用Hypo2000方法和近震转换波对这些地震进行了重新精确定位,获得了约束良好的震中位置和震源深度,并分析得到了研究区的震源深度分布特征为:(1)优势深度在20 km附近;(2)深度超过21 km的地震占重定位地震总数的23%; (3)最大深度在25 km附近;(4)深度误差平均小于2 km。同时,基于不同地壳模型的重定位结果对比表明,在使用到时数据进行地震定位时,模型误差对震源深度的影响比对水平位置的影响大,较准确的地壳模型有助于改善基于到时定位方法的深度精度。渤海湾盆地的地震活动分布特征表明,该区地震可能与新构造单元的差异活动、莫霍面局部上隆有关。通过对比发现渤海湾盆地的震源深度频次包络与贝加尔裂谷系的屈服应力包络有着较好的对应关系。同时,已有地质学的研究表明,渤海湾盆地的构造及演化与贝加尔裂谷系有着十分密切的联系。基于上述分析,我们做出以下推测:(1)渤海湾盆地的发震层厚度可能在25km附近;(2)发震层内部主要的破坏机制是脆性破裂;(3)发震层的温度处于中等状态,而在发震层以下(25km)温度相对较高。此外,我们认为,大量良好约束的近震震源深度有助于改善对区域地壳流变性质的理解。综上,本研究主要发展了基于近震转换波的沉积盆地震源深度测定方法,通过震例分析与正演测试展示了方法的有效性、稳定性及适用范围。将方法应用于渤海湾盆地的下地壳地震研究,获得了该区震源深度的分布特征,以及对区域地壳流变性质的一些约束。未来,我们考虑将该方法推广应用到震害严重的其他沉积盆地地区,研究清楚这些地区的震源深度分布特征,并进一步研究其地壳流变性质,这有助于深化对沉积盆地孕震机理的认识,为这些地区的防震减灾工作提供重要的决策参考。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P315.3

【相似文献】