地震干涉法及其在青藏高原东缘的应用研究

发布时间：2020-11-01 00:35

　　 近年来,地震干涉法在地震学研究中有了很大发展。地震干涉在监测地下介质属性变化,地震定位,速度成像等方面都有重要应用。干涉波形携带了原始波形所不具备的一些性质,这为地震学研究提供了一个全新的视角,丰富了人们对地震波传播规律的认识和研究。青藏高原东缘位于松潘-甘孜地块,川滇地块,四川盆地的交汇区。受印度板块向北推挤的影响,青藏高原物质发生横向流动。在青藏高原东部地区,岩石圈物质东向流动时受到华南地块阻挡,形成了比较复杂的构造环境。该地区的地壳变形机制及物质运移模式至今一直是地震学和地球动力学讨论的热点问题之一。青藏高原东缘地区也是我国的强震多发区,汶川Ms8.0地震、芦山Ms7.0地震、九寨沟Ms7.0地震均发生在该地区。利用地震干涉法研究该区域的地下介质波速变化、震源成像定位、介质速度结构及各向异性等,对认识该区域复杂的构造环境和孕震机制有重要的科学意义。噪声干涉法可以用来研究大地震前后地下介质波速的变化。本研究以2013年芦山Ms7.0地震为例,对芦山地震震中附近14个地震台站记录到的背景噪声做互相关干涉,提取了自2010年10月至2014年12月间,24个台站对每天的经验格林函数。将每天的经验格林函数与震源附近的区域参考经验格林函数进行对比,测量出二者之间的变化,反映了大地震前后震源附近区域介质速度的变化。为了分析波速变化与同震形变之间的关系,本研究计算了芦山地震之后震源区的同震变形。将波速增高和降低区域与库伦应变膨胀和压缩区域进行对比,研究发现10-20 s周期Rayleigh面波速度升高区域与库伦应变压缩区域有很好的一致性;而Rayleigh面波速度降低区域与库伦应变膨胀区基本一致。论文发现,10-20 s周期面波速度变化与同震形变有一定关系。地震干涉法可以用来进行震源成像定位研究,这对确定发震断层及发震机制研究有重要参考意义。本论文以2017年九寨沟Ms7.0地震为例,对主震及部分余震做了震源位置干涉成像研究。震源干涉成像在地震勘探领域有广泛的应用,但在天然地震领域应用较少。天然地震波形比较复杂,由于震源辐射图型的影响,对于不同的震源机制,在不同方位角上,接收台站记录到地震波形不同。特别是由于初动正负极性的不同,在对干涉波形做偏移叠加时会影响叠加能量的大小。为了消除这种影响,本研究在做波形干涉叠加处理前,先利用长短时窗振幅比法计算了原始波形的特征函数,使初动极性一致。然后将特征函数进行干涉计算,分别通过互相关型干涉和卷积型干涉对震源水平位置和深度进行干涉定位,得到九寨沟Ms7.0主震位置为(103.81°E,33.21°N,9km)。将本研究主震与余震定位结果与美国地质调查局(USGS)、德国地学中心(GFZ)、中国地震台网中心(CENC)等机构发布的地震信息进行了对比分析,结果表明了该方法定位结果的可靠性。通过互相关干涉能在一定程度上消除路径波速扰动引起的定位误差,提高了定位的准确性。尾波干涉成像法属于无源成像的一种。地震尾波是介质中不均匀随机分布的散射体散射了地震波的能量,被接收台站记录,显示为地震图上的尾波。尾波的这种形成机制符合随机场干涉理论,本研究利用远震面波尾波记录,重建台站间经验格林函数进行干涉成像,反演了青藏高原东缘地壳介质S波速度结构和S波径向各向异性分布。通过不同的垂直速度剖面,观测到了青藏高原中、下地壳物质以通道流的形式向东运动,在龙门山断裂带附近受到四川盆地的阻挡,一部分物质逆冲至地表,另一部分物质则插入四川盆地底部。这种通道流的运动模式,在几个不同的垂直剖面都能观测到。利用Rayleigh波和Love波经验格林函数频散数据反演了Vsh和Vsv速度径向各向异性。在龙门山断裂带西侧,松潘-甘孜地块的东缘,上地壳呈现负各向异性(VshVsv),下地壳呈现正各向异性(VshVsv),中地壳为正、负各向异性过度层。在龙门山断裂带东侧,四川盆地西缘,上、中地壳呈现正各向异性,下地壳呈现负各向异性。在四川盆地中部地区,上地壳呈现负各向异性,中、下地壳呈现正各向异性。具有水平对称轴的横向同性介质(HTI)的各向异性介质,其各向异性对称轴倾斜角度对径向各向异性强度和正负有重要影响。根据研究区域不同深度径向各向异性分布情况,本文推测了该区域各向异性强度与各向异性介质叶理面几何结构之间的关系。
【学位单位】：中国地震局地球物理研究所
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P315.7
【部分图文】：

横切龙门山的接收函数测线表明（Zhang，et al. 2009），龙门山东西两侧地壳厚度有明显变化,坚硬的四川盆地有锲入松潘-甘孜地块的趋势。图1.2 区域主要构造块体分布图中黑色三角形代表研究区域台站分布，蓝色曲线为主要构造块体边界。右下角插图中红色方框为研究区域。白色箭头表示印度板块推挤亚欧板块方向以及青藏高原物质东向流动方向。图 1.3 研究地区地震震中、断层和台站分布图中红色实心圆点表示区域内自 2010 年至 2017 年发生过 M5.0 以上地震震中位置。图中黑色三

（南北地震带）。受印度板块向北推挤，使青藏高原隆起的同时岩石圈物质横向运移，在青藏高原东缘，受到川滇地块和华南地块阻挡，形成多条重要的地震断裂带 (图1.3)，其中，龙门山断裂带和鲜水河断裂带近年来发生过多次中强地震。图1.1 中国及周边震中分布及构造块体边界蓝色曲线为中国大陆及东亚地区主要构造块体边界，黑色圆点为 3.0≤Ms＜5.0 地震，红色圆点为 5.0≤Ms＜6.0 地震，蓝色圆点为 6.0≤Ms＜7.0 地震，绿色圆点为 7.0≤Ms＜8.0 地震，黄色五角星为为 Ms≥8.0 地震GPS 测量数据证明，青藏高原东部地区，地壳物质向东流动 (Zhang et al

6中强地震进行震源机制反演。图 1.4 显示了反演结果。图1.4 震源机制解与应力场反演结果图中黑色震源机制为汶川地震，芦山地震和九寨沟地震，红色震源机制为 M≥5.0 地震，蓝色震源机制为 M≤5.0 地震。黑色箭头为利用震源机制解反演得到的主压应力轴方向通过大量震源机制解资料，可以得到区域的应力场分布情况（许忠淮等，1984），如果对一个地区许多地震的 P 轴方向和 T 轴方向做统计平均，就有可能获得该地区构造应力的方向（陈运泰和顾浩鼎，2007）。本研究采用力轴张量计算法（钟继茂和程万正，2006）对四川地区构造应力方向进行了反演。反演结果见图 1.4.图 1.4 给出了汶川 Ms8.0 主震和研究区域内 2010 年 1 月 1 日-2017 年 12 月31 日发生的 Ms≥4.0 中强地震震源机制解的空间分布。在龙门山地区
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本文编号：2864754