辽宁地区地壳三维体波速度结构与典型区域地震危险性评估

发布时间：2020-05-29 22:26

【摘要】：1975年2月4日19时36分(北京时间)在营口市与海城市交界发生了Ms7.3级海城地震(122.8°E,40.7°N,12 km),导致大面积地表沉陷,是辽宁省有地震记录以来最大的地震。该地区呈现了东、西部隆起,中部凹陷的格局,第四纪以来东西部仍在上升,中部持续下降,导致区内活动断裂发育,地质构造复杂。由于人口密集,工农业发达,因此对该区的地震活动性研究具有重要意义。研究内容包含地震成因机制和地震统计特征两个部分,主要关于海城震区地下三维速度结构描述、地震震级频度分析和地震活动性参数的变尺度分析。本文首先介绍了辽宁省的地质演化历史,着重描述金州断裂和海城河大洋河断裂的构造背景,以及前人在该地区取得的地壳及上地幔结构研究成果,详细地回顾了地球物理反演的发展历史,介绍了地震层析成像方法、步骤及其国内外应用现状。在此基础上,对研究区53个固定台站记录的1431个区域地震的P波和S波到时资料进行可靠性分析,结合能够获得震源区更高精度速度结构以及震源位置的双差层析成像方法,选择恰当的初始模型,重建了本地区中上地壳三维速度结构,对海城地震发生机制进行了深入研究。研究结果显示,(1)辽宁省地震震中主要成带状分布在海城河大洋河断裂和金州断裂两侧,深度呈现柱状垂直分布特征,上地壳下界面大约在13 15 km,中地壳下界面约为25 km。(2)由地震分布可以看出金州断裂由三个小断裂构成,分别是牛居油燕沟断裂,鞍山营口断裂,海城盖州断裂,海城河-大洋河断裂向两端延伸,在西北方向逐渐穿过上述三个小断裂,在东南方向与康家岭断裂交汇。(3)海城震区中上地壳(15 20 km)处存在明显低速层,岫岩地下20 km处也存在低速层,大部分震源都分布在低速层之上,结合电性和温度资料,表明低速层是高温高导塑性层,这有利于在上地壳积聚应力,诱发地震。(4)根据海城震区波速比结构认为上地壳低波速和低波速比对应含水地层,水来自于温泉循环系统,因此推测温泉水循环深度在5 8 km左右,中地壳低波速和低波速比认为是高温导致的岩石脱水。与前人研究结果相比,本次研究所获得的震源分布与构造之间关联性更好,速度结构精度更高,并对低速体进行了更合理的解释,最终确定了海城河-大洋河断裂的发展态势,并认为海城附近地震频发是断裂交汇与低速体共同作用导致。随后本文根据地震频度-震级关系,利用b值空间分布特征对海城及其邻区应力场特点进行研究。深入地讨论了b值的实际意义及计算误差来源,在减小误差的前提下利用网格划分技术得到研究区可信度更高的b值空间分布特征和时间分布特征,同时讨论了平均b值,研究结果显示(1)震级频度关系线性度较高时,最小二乘法与最大似然法得到的b值在标准误差范围内一致;(2)地震缺失率达到25%或者震级误差达到20%时b值误差增加;(3)震源位置误差对b值与构造之间的对应关系有着直接的影响。在地震频繁发生的区域,应用双差定位后的数据得到的b值具有更高的可信度,可以更准确的反映深度应力场状态;(4)b值的垂直和水平分布表明其在0.6 1.7之间变化,并随着深度增加而增加;岫岩和盖州地区具有较低的b值,预示着高地震发生危险性;海城河-大洋河断裂与金州断裂交汇的b值约为1.0,说明该地区应力释放成功,构造暂时处于稳定状态,在未来具有较低的大地震发生概率;(5)b值随时间的分布表明大地震发生前b值会出现急速下降过程,这个可以作为地震预测证据之一。最后本文对海城震区地震频度序列以及地震事件间隔序列进行R/S分析,发现地震频度和时间间隔的极差、均方差与时间标度之间存在幂指数关系,二者的Hurst指数远大于0.5,表明实际地震的发生互相之间不是独立的,说明海城地区地震发生机制具有相似性,即地下结构相似,受力状态相似,也说明该地区地震预测是可能的。
【图文】：

流程图,流程图,样本量,定律

图 1.1 计算 b 值流程图要求很高，，样本量少于500或者很1），因此线性G R定律只适用于一程中，到底需要多少地震才能得的采样率进行研究的基础上，提., Shi and Bolt, 1982; Schorlemmer围小，地震数较少，也可以降低dges and Gao, 2006)，因此本文在计

示意图,震源,震源位置,双差

图 2.1 双差算法示意图，空心圆圈代表两个震源 i 和 j，实线表示通过互相关技术建立两震源之间的联系；虚线表示通过地震目录建立两震源之间的联系；jkS 和ikS 分别表示震源 i，j 到台站 k 的慢度矢量； x 表示震源位置扰动量；d表示观测到时差（Waldhauser and Ellsworth, 2000）。双差定位基于假设相邻地震道同一台站的路径差异可以忽略，但是当震源之间距离较大时，由速度不均匀性引起的路径异常会随震源位置变化而变化，定位结果就会不准。因此 2000 年，Waldhauser 和 Ellsworth 引入了距离权重的概念，排除距离较远的地震对到时差数据对定位结果的影响。但是地震对之间的相互联系仍然会间接地保留距离较远的地震对的影响。因此 2002 年，Wol提出反演过程中，在使用距离权重因子的基础上加入阻尼系数，以削弱震源距离对定位结果的影响（Wolfe，2002）。同时，对于近距离震源，空间偏导数在
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P315.2

【参考文献】