地震臺陣技術(shù)在地震學(xué)中的應(yīng)用.pdf

1、隨著數(shù)字地震臺網(wǎng)的急劇增加和基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享，產(chǎn)生了巨大的地震波數(shù)據(jù)積累。這種數(shù)據(jù)積累給地震學(xué)帶來的優(yōu)勢不僅僅體現(xiàn)于其射線覆蓋率和地震定位的準(zhǔn)確性，而且還方便研究者應(yīng)用特殊的分析方法提取來自地球深部更為細(xì)微結(jié)構(gòu)的信息。本文利用GRSN、FNET、ORFEUS、CDSN等臺網(wǎng)所接收到的波形數(shù)據(jù)，對昆侖山地震的破裂過程、蘇門答臘地震的P波波形混雜、歐洲南部410km地震波速度間斷面和西太平洋下地幔D”層的剪切波速度異常等問題進(jìn)行了詳細(xì)的

2、地震學(xué)研究。 2001年11月14日的昆侖山地震(Ms8.1)，是我國大陸近半個世紀(jì)以來最強烈的地震，其地震破裂過程具有極長的走滑破裂帶(～400km)和超過剪切波速度的破裂速度。本文以地表野外觀測到的破裂帶和INSAR同震破裂成像的結(jié)果為斷層約束，通過改進(jìn)的后向褶積(back-projection)方法，從位于地震震中西北的GRSN臺網(wǎng)和震中東南的ISN臺網(wǎng)兩個角度聯(lián)合對昆侖山地震的破裂過程進(jìn)行了成像研究。結(jié)果顯示，從破裂速度

3、的角度出發(fā)，昆侖山地震可以分為四段，其破裂速度分別為2.3km/s、5.5km/s、4.3km/s和4.1km/s。除第一段的破裂速度低于Rayleigh波速度外，其它幾段的破裂速度都超過了地殼中剪切波的波速，這種現(xiàn)象被稱為超剪切破裂。這些速度段的空間分布與破裂帶斷層的產(chǎn)狀有著良好的對應(yīng)關(guān)系。該結(jié)果證實了陳曉非教授提出的超剪切速度破裂與斷層地表出露的關(guān)系很可能是解釋昆侖山地震中由sub Rayleigh速度破裂轉(zhuǎn)變?yōu)槌羟兴俣绕屏训霓D(zhuǎn)換

4、機制。 蘇門答臘地震中PP等后續(xù)震相對P波震相的污染給地震學(xué)研究，特別是對該地震震源過程的研究帶來了一定困難。為解決這一問題，本文提出了一種基于不同震相慢度的循環(huán)疊加方法，以期將這些震相分離開來，同時還構(gòu)造了一系列理論地震圖用于檢驗該方法的正確性。結(jié)果表明，分離出的波形清晰度高，失真較小，將分離波形按走時疊加得到的波形重構(gòu)也與原始輸入波形相符。本文利用通過這一檢驗后的波形分離方法對2005年3月28日的Nias地震和2004年1

5、2月26日的Sumatra地震分別進(jìn)行了P波波形的提取。進(jìn)一步的研究還顯示，對于Smatra地震的超長破裂帶(>1200km)，本方法還存在一定不足，不過尚在可接受范圍內(nèi)。通過對Nias地震和2006年7月17日的Java地震持續(xù)時間進(jìn)行的詳細(xì)分析顯示，這兩個地震的持續(xù)時間分別為～120s和～190s。由此推斷，后一地震引發(fā)海嘯的可能較大，這與實際情況相符。本文還利用GRSN和ORFEUS臺網(wǎng)數(shù)據(jù)對歐洲南部地幔中的410km地震波速度間

6、斷面的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。對P波在該間斷面繞射波形的觀測和理論分析顯示，單純的尖銳速度結(jié)構(gòu)或是線性漸變的速度過渡層產(chǎn)生的繞射波形都與觀測到的振幅變化規(guī)律不符。利用F-K方法對各種不同速度結(jié)構(gòu)的410km間斷面模型計算了理論地震圖，并將計算結(jié)果的振幅變化規(guī)律與實際數(shù)據(jù)做了詳細(xì)的比較。結(jié)果顯示，這一地區(qū)的410km間斷面并不十分尖銳，其過渡帶厚度約為20km。而最符合實際數(shù)據(jù)提供的振幅變化規(guī)律的結(jié)構(gòu)模型，為具有50％的線形速度漸變層和50％

7、的速度階躍。這一結(jié)果與Gaherty(1999)根據(jù)礦物學(xué)實驗提出的地震波速度隨深度變化的規(guī)律相似，可看做是后者的一個近似的地震觀測學(xué)證據(jù)。這一點表明，這個速度變化層可能的地球化學(xué)解釋是由上地幔中橄欖巖和榴輝巖的特定比例造成的。 針對西太平洋剪切波低速區(qū)邊緣所引起的復(fù)雜剪切波波形，本文還相應(yīng)于何玉梅等(2006)提出的D”層速度結(jié)構(gòu)模型提出了能適于更大震中距范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的模型。本文提出的模型在核幔邊界上方30km～230km處存在

8、2％高速異常層，而去除了何玉梅等模型中該區(qū)域存在超低速區(qū)的結(jié)構(gòu)。這種模型與鈣鈦礦在較高溫情況下相變所產(chǎn)生的速度結(jié)構(gòu)十分類似。推測后鈣鈦礦相變是引起該區(qū)域剪切波波形復(fù)雜化的原因。 在本文的最后，研究了2000年以來斐濟一湯加地區(qū)發(fā)生的14個震深大于180km的地震。采用其在中國數(shù)字地震臺網(wǎng)上接受到的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在某些臺站，尤其是KMI臺站上接收到的數(shù)據(jù)波形中SoS震相存在明顯延遲，導(dǎo)致s+SoS的整體波形形狀發(fā)生變化。為解釋D”層對