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海城断裂发震构造及川西地区上地幔各向异性研究

张彭达  
【摘要】:海城震区位于辽河盆地和辽东隆起的过渡带上,是辽宁省中小地震频发的地区。海城断裂为该区域的主要发震构造,是唯一的全新世隐伏断裂,发生大震的风险依然较高。由于人口密集和地理位置特殊,海城地区长期以来缺乏良好的地震数据。在海城震区,前人不同层析成像的结果均有所差异,并且尚没有使用波形反演速度结构的研究。目前尚缺少对于海城断裂系统精细结构的研究。辽宁地震台网近十年来的观测质量有了显著改善,提供了可靠的震相走时和波形数据,有利于我们研究海城震区的速度结构和发震构造。本文采用差分进化算法对2008年海城ML4.8和2012年盖州ML4.8地震的波形数据进行反演,得到了辽东半岛西部精确的地壳一维速度模型。基于反演得到的地壳速度模型,我们利用震相走时数据重定位了过去十年在海城断裂上发生的地震。结合地形和震源机制数据,对海城断裂系统有了以下新的认识:(1)使用波形反演得到的一维地壳速度模型,表明在辽东半岛西部的中地壳存在低速层,成因可能与地幔上涌有关。(2)海城断裂整体可以分为东西两段,中间有约2 km的无震间隔,断裂两段的倾向一致但倾角有一定差异。(3)从小尺度上看,海城断裂系统中存在两组不同阶步排列的雁裂式子断裂,成因可能与区域应力变化有关。川西地区属于川滇菱形块体的一部分,西侧与青藏高原相邻,东侧与四川盆地相邻,南侧和北侧分别是华南地块和松潘-甘孜地块。因此川西地区地震活动性强且断裂构造复杂。由于在川西地区长期布设的台站较少,目前在川西地区通过剪切波分裂得到的各向异性结果分布较为稀疏,对于该区域的壳幔运动模式是否耦合还有待进一步研究。本文利用川西密集流动台阵接收到的远震SKS波形进行了剪切波分裂分析,利用互相关法和切向能量最小化法两种方法进行求解,筛选获得了高质量的剪切波分裂测量结果。对川西上地幔各向异性的认识如下:(1)绝大多数台站分裂结果的快轴方向呈近南北方向,与地壳GPS水平速度场运动方向不一致,表明该区域壳幔为非耦合运动。(2)部分台站的各向异性快轴方向与区域的构造断裂方向紧密相关。(3)不同区域间存在平均延迟时间差异,可能与剪切波的传播距离和区域构造控制相关。本文在反演速度结构、地震重定位和剪切波分裂的研究过程中提出的一些方法和改进总结如下:(1)基于差分进化算法的波形反演求解一维速度结构,这种非线性全局优化方法不依赖初始模型,参数收敛较快并且结果稳定。(2)基于谱聚类的震群聚类方法可以有效区分距离较近的线性震群,能够改善双差定位前的震群聚类准确性。(3)基于深度神经网络的剪切波分裂结果的质量检测方法,可以直接输出原始波形的质量类型,极大提高了剪切波分裂方法中的数据处理效率。


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