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《中国科学技术大学》 2010年
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中小地震震源参数研究

罗艳  
【摘要】: 地震预测是地震研究工作中的一个重要内容。开展地震预测研究工作,需要探测地壳中应力状态、断层形态和流变特征等性质,而震源参数(深度、机制解、破裂方向、破裂速度等)可提供这些信息。震源参数中的机制解反映区域应力状态,震源深度反映介质流变性质(脆性-韧性转换),而地震破裂方向可用来确定发震断层。与数量少且分布集中的强震相比,中小地震(M2-M5)数量众多,地理分布广泛,为探测广大地区的地壳应力状态提供了可能。此外,强震的余震多为中小地震,大量中小余震可为主震发震机理研究提供重要信息。 对于强震震源参数,可以利用长周期波形结合简单一维模型,已有很多成熟方法。然而中小地震P波信号主要能量集中在短周期,只有在高频段内才有足够的信噪比,然而在高频段内P波振幅受地壳不均匀性、尖锐间断面等三维效应影响,较难直接运用简单一维模型计算的理论波形来确定震源参数。本文一方面利用已有准确震源参数的地震标定短周期的P波幅度,得到台站振幅放大因子(Amplitude Amplification Factor, AAF),从而使短周期P波振幅可以有效地应用于中小地震震源参数求解;另一方面,由于地壳中的一些界面是影响体波振幅的重要因素,本文还对莫霍面、沉积层-结晶基底界面等界面进行了研究。 本文首先使用接收函数方法研究首都圈地区的莫霍面深度,然后利用接收函数中首到波峰和直达P波到时差确定沉积层厚度,此外还利用井下摆记录中的直达S波与其在地表反射波到时差和波形,研究了该地区近地表S波速度结构和Q值结构。研究结果表明首都圈地区莫霍面深度西厚东薄,区域构造方向呈NE—NN方向,平均厚度约为34km,泊松比分布则有明显的分块特征,泊松比高值区对应于岩石比较破碎的多条活动断裂带交汇区。发现浅部100米的平均S波速度低于300m/s,当深度增加到500m时S波速增加到800m/s,平均速度梯度为0.8(m/s)/m。 为了考察速度结构对高频地震波振幅的影响,本文还研究了速度结构模型与SmS振幅的关系,探讨了超临界距离上SmS震相对强地面振动衰减关系的控制作用。通过对2008年云南盈江地震的实际波形记录和理论地震图的分析表明,SmS振幅大小与当地地壳及莫霍面结构有关。对于地壳结构较简单地区,能在莫霍面形成很强的反射波,这意味着当破坏性地震发生时,在超临界震中距附近,地壳结构相对简单有利于SmS发育的地区,强地面运动主要受控于SmS波。由于SmS的大振幅强能量,地面运动会加强2-3倍,这表明在超临界距离的地面震动衰减关系和超临界距离之前的衰减关系有明显差别。 地震深度是震源参数中一个重要参数,P-SV系列的深度震相(sPL,sPg,sPmP,sPn)已广泛应用于震源深度的确定中,能大大改善震源深度的确定精度。但目前利用切向分量上SH系列的深度震相(sSmS)来确定震源深度的研究很少。而在地震波的切向分量上,由于没有P-SV波的耦合,波形相对简单,SmS和sSmS震相更易辨认。为检验用sSmS与SmS震相确定地震深度的可行性,本文通过一系列一维地壳速度模型计算理论地震图,发现SmS和sSmS只有在高频(>0.2 Hz)、速度结构简单,且震源深度不能过浅的情形下才可使用。因此P-SV系列应该是优先使用的深度震相,而SH系列只能作为辅助深度震相。 由于SH系列的深度震相只适用于速度结构简单的地区,而龙门山地区地质构造复杂,因此本文主要利用SP系列的近震深度震相sPL, sPg, sPmP, sPn与其主震相到时差,联合使用CAP长周期波形反演、面波与S波振幅谱比方法确定了汶川地震300多个中小余震的深度。研究结果表明,汶川余震深度优势分布在5-15km范围,最深地震为2008年05月25日Ms6.2余震,该次余震也是汶川地震最强的余震,中心震源深度为19±2km。在汶川地震破裂区中段,既没有深度小于5km的浅震,也没有深于15km的地震。在破裂区东北端,有很多浅震(1~3km深),其中2008年7月24日发生在青川与宁强交界的一次Ms5.7级地震及其余震序列深度均浅于3km。由于实地考察和InSAR研究没有发现汶川主破裂带在这个地区有地表破裂,所以本文认为这个地震序列是由于深部破裂引起浅部应力增加而导致完整岩体的新鲜破裂,而非沿着汶川主震破裂带发生。 对于浅源地震由于震源浅,深度震相与直达P波十分接近,因此震相识别困难,难以用深度震相来确定震源深度。但是一般的浅源地震具有短周期面波发育的特点,本文使用短周期面波和远震波形拟合的方法研究了2010年1月31日遂宁—潼南M5.0地震,确定该地震深度约为1~3km,位于厚达6km的沉积盖层之内。一般而言只有结晶基底才有足够的强度积累大量的应变能然后突然释放形成破坏性地震,而沉积盖层则由于富含孔隙、流体因此较软弱而不能积累足够的能量形成大的地震。但此次破裂性地震却发生在中生代沉积盖层里,虽然文献中有古生代沉积岩中发生4级地震的报道,但是中生代沉积盖层中发生高达5级地震的案例尚属首例。此次地震给破坏性地震的孕育机理研究提供了罕见的案例。 除震源深度之处,震源机制、破裂方向、破裂尺度和破裂速度也是描述震源的重要参数,本文使用经台站振幅放大因子AAF校正后的短周期体波进行波形反演,研究了2009年美国加州Inglewood M4.7地震序列,确定了14个M2.0以上小震的震源机制解。然后,用已知机制解的小震波形作为经验格林函数(EGF),反演了两个较大地震(Mw4.6,Mw3.8)的破裂方向,破裂尺度以及破裂速度。研究结果表明主震的震源深度约8km,断层面解为145/77/139(strike/dip/rake),与Newport-Inglewood断层方向一致,且余震主震机制解相近。这两个较大地震的破裂方向分别为154°和143°,与Newport-Inglewood断层走向一致。此外,主震表现出高破裂速度特点,与Inglewood断层为成熟断层的特征一致。用P波反演的破裂尺度和破裂速度计算SH波的理论地震图,对比实际波形,二者得到了很好的符合,从而验证了P波反演结果的可靠性。 本文为中小地震震源参数研究提供了系统的框架:在较好了解了地壳间断面结构的基础上,对主要震相进行幅度和到时改正,从而更好地确定中小地震震源参数。
【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】:2010
【分类号】:P315.33

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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10 焦新华;陈化然;吴燕冈;范美宁;;天津地区地壳物性界面的计算及深部构造特征[J];吉林大学学报(地球科学版);2006年04期
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3 ;Mantle dynamics of the reactivating North China Craton:Constraints from the topographies of the 410-km and 660-km discontinuities[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
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6 孙长青;陈赟;高尔根;;青藏高原东缘强烈盆山相互作用区的地壳各向异性特征及其动力学意义探讨[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
7 吴晶;王辉;曹建玲;高原;王琼;;地壳介质非均匀性对华北地区强震活动的影响[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
8 周剑;张路青;胡瑞林;王学良;;大型结构面产状影响下应力波传播规律研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
9 ;Crustal P-wave velocity structure of the Longmenshan region and its tectonic implications for the 2008 Wenchuan earthquake[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(下)[C];2012年
10 杨晓涛;胥颐;刘建华;李志伟;;腾冲火山区的地震层析成像及其构造意义[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(下)[C];2012年
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1 刘冬雁;川西高原甘孜黄土记录的早更新世晚期以来的古气候变化[D];中国海洋大学;2009年
2 Dongyan Liu;[D];中国海洋大学;2009年
3 曹令敏;地震层析成像方法的研究及其在金属矿复杂模型模拟中的应用[D];中国地质大学(北京);2011年
4 朱超;大瑞铁路罗家村隧道地质环境与工程稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
5 周晓成;汶川Ms 8.0地震后川西地区的气体地球化学[D];中国科学技术大学;2011年
6 黄周传;利用天然地震研究地球内部结构与动力学[D];南京大学;2011年
7 熊小松;中国大陆莫霍面深度与变化特征及其地球动力学意义[D];中国地质科学院;2010年
8 鄷少英;银川盆地地壳精细结构、孕震构造与隐伏活断层浅层地震探测[D];中国地质科学院;2011年
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10 彭小波;汶川地震强震动记录分析及应用[D];中国地震局工程力学研究所;2011年
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1 张宗营;SAR影像配准方法研究[D];山东科技大学;2010年
2 刘文涛;莱州湾西岸工程地质环境及桩基础的适宜性研究[D];中国海洋大学;2010年
3 王志强;西昌昔格达组的动力特性研究[D];昆明理工大学;2009年
4 黄艳;D-InSAR技术用于地表形变监测研究[D];解放军信息工程大学;2009年
5 王焕;汶川地震断裂带结构特征及其与地震活动性的关系[D];中国地质大学(北京);2011年
6 王晓;内蒙古中东部地区地层物性特征及构造格架研究[D];中国地质大学(北京);2011年
7 张勇;不同数值内插方法建立我国速度场模型[D];中国测绘科学研究院;2011年
8 邵润萌;断层错动作用下隧道工程损伤及岩土失效扩展机理研究[D];北京交通大学;2011年
9 訾国杰;基于SDOG的岩石圈板块多尺度数据组织与可视化[D];河南理工大学;2011年
10 邓攻;青藏高原羌塘地体深地震反射剖面采集与处理技术初步实验研究[D];中国地质科学院;2011年
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1 杨峰;黄金莉;;有限频率地震层析成像方法及研究进展[J];地震;2009年04期
2 刘桂平;李闽峰;李圣强;王斌;;利用并行计算方法实现地震活动速率变化参数Z值的空间扫描处理及其计算效能评价[J];地震;2009年04期
3 高立新;;中国东北地区地震活动的动力背景及其时空特征分析[J];地震;2011年01期
4 李圣强;李闽峰;刘桂平;王斌;吴婷;王浩;;高性能集群计算系统的构建[J];地震;2012年01期
5 闫俊岗;王静;陈睿;李守勇;;小浪底水库区域尾波Qc值研究初探[J];大地测量与地球动力学;2010年S1期
6 张瑞青;李永华;姚雪绒;;西北太平洋俯冲带东北地区壳幔结构研究进展[J];地球物理学进展;2006年04期
7 秦静欣;郝天珧;徐亚;吕川川;;关于中国海陆莫霍面深度图编绘的思考[J];地球物理学进展;2009年05期
8 程万正;张致伟;阮祥;;紫坪铺水库区不同蓄水阶段的地震活动及成因分析[J];地球物理学进展;2010年03期
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10 李白基,师洁珊,宋子安,曾融生;地震面波频散的数字计算——方法与试验[J];地球物理学报;1977年04期
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1 张勇;震源破裂过程反演方法研究[D];北京大学;2008年
2 韦生吉;稀疏台网震源参数方法研究[D];中国科学技术大学;2009年
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1 张项;用初动P波波形反演中小地震震源机制解及其在首都圈地震震源反演中的初步应用研究[D];中国地震局地震预测研究所;2010年
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1 李春光;基于汶川强震资料的渭河盆地场地动力特征研究[D];中国地震局工程力学研究所;2013年
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2 唐建光;朱介寿;曹家敏;;三维地球模型数据库及可视化系统[A];中国地球物理学会年刊2002——中国地球物理学会第十八届年会论文集[C];2002年
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1 裴顺平;中国大陆上地幔顶部体波速度层析成像[D];中国地震局地球物理研究所;2002年
2 周民都;青藏高原东北缘地壳上地幔速度结构的地震层析成像研究[D];中国地震局地球物理研究所;2005年
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7 徐纪人;赵志新;;青藏高原中部的张性构造运动[A];《大地测量与地球动力学进展》论文集[C];2004年
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