基于水库气枪震源的剪切波分裂初步研究

【摘要】各向异性是地球内部介质的一个重要的特性。地震各向异性一直是地球物理研究的重要领域，而剪切波分裂分析是近年来探求地震各向异性的一个主要方法。本文概述了地震各向异性研究的简要历程，以及地震波在各向异性介质中传播的理论，介绍了几种常见的剪切波分裂研究方法，简单阐述了它们各自的特点。气枪震源在水中激发，具有可重复性好、可长期连续发震、近场影响小、绿色无污染等特点，同时可以产生丰富的低频转换S波，可在一定程度上替代天然地震，对地壳介质的性质进行监测。本文尝试对气枪震源单枪信号进行剪切波分裂分析，以获得区域地壳介质的性质变化特征。本文利用2007年9月河北上关湖水库气枪实验的单枪数据，通过旋转相关法和最小能量法进行剪切波分裂研究，得到了地震射线传播路径中地壳介质的各向异性参数的平均值并对其进行了分析，发现快波偏振方向和慢波延迟时间与固体潮之间存在一定的相关关系，初步结论如下：（1）基于旋转相关法或最小能量法进行剪切波分裂的结果显示，ZUH、XIL和JIX三个台站的快波偏振方向都具有很好的收敛性，浮动范围均在10°以内。ZUH台和JIX台快波偏振方向分别为近EW向和NEE向，与前人的研究结果基本一致；XIL台两种方法所得结果角度的偏差略大，这可能由于两种方法判断最优解的方法不同导致，但总体来说结果的走向差距并不大，因此可以认为两种方法所得的结果具有一定的可靠性。（2）两种方法所得的快波偏振方向均与固体潮所引起的南北向线应变理论值呈明显的正相关，且三个台站的变化趋势一致，均在南北向呈压应变时快波偏振方向顺时针旋转，呈张应变时逆时针旋转。与南北向线应变相比，快波偏振方向与东西向线应变的相关性较弱。快波偏振方向受固体潮影响的变化趋势可能在一定程度上反映了区域地壳介质的各向异性特征。（3）本文同时对比了大气压变化和温度变化与快波偏振方向变化的一致性，发现其与大气压和温度之间的相关性不大。这可能是由于地震波传播路径具有一定深度，裂隙与大气不连通，因此大气压和温度变化很难对路径中的地壳介质产生较大影响。（4）当提高采样频率增加分析精度后，最小能量法所得的JIX台的慢波延迟时间出现了规律性的变化。将其与南北向线应变曲线进行比对后发现两者也呈正相关关系，这说明了固体潮对地壳介质的影响也可以通过慢波延迟时间体现。（5）剪切波分裂方法不依赖于仪器的服务时间，即使仪器存在钟差也不会对结果造成影响，这一点弥补了波速和走时测量的不足。本文的研究结果证明，使用剪切波分裂分析的方法可以观测到地壳介质应力情况的变化，具有一定精度。同时，研究结果从另一个侧面标定了固体潮、温度和大气压对地壳介质影响的程度。
【作者】赵雯佳；
【导师】徐平；王宝善；
【作者基本信息】中国地震局兰州地震研究所，固体地球物理，2013，硕士
【关键词】各向异性；剪切波分裂；气枪震源；快波偏振方向；固体潮；

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