大别苏鲁地区背景噪声成像与汶川地震科学钻探井孔附近微震定位

【摘要】第一部分：大别苏鲁造山带是中国东部最重要的构造之一。为了研究该地区的地壳上地幔结构,本文收集了国家数字地震台网和中国区域地震台网山东、河南、安徽、江苏和湖北5省151个宽频带地震台两年的连续三分量记录(2009年5月～2011年5月),采用背景噪声成像技术对该地区进行了成像。背景噪声成像是近年来发展起来的一种无源被动成像方法,将任意两个台站的噪声记录互相关叠加就能获得台站间的格林函数,不需要等待地震的发生。因而,任意两个台站之间可以获得一条频散曲线,相对传统面波对地震方位的依赖,该方法可以获得足够大的射线密度,得到分辨率较高的成像结果。在获取瑞利波格林函数时,我们采用传统的方法；在获取勒夫波格林函数时我们采用先叠加再旋转的方法,并且引入了相位权重叠加方法来提高信噪比来获得格林函数(GF)。接着,我们采用时频分析(FTAN)方法获得了5000余条瑞利波频散曲线和4000余条勒夫波频散曲线,并采用Torantola反演方法得到了8-32s的瑞利波和勒夫波相速度分布和6-40s的勒夫波群速度分布图。通过对成像结果并结合已有的地质地球物理结果可以得到以下几个方面的结论：(1)相速度8s(群速度的6-10s)与地表地质构造单元相吻合。根据已有的资料,大别苏鲁地区的高速除了山地沉积层较薄的影响外,还受到高压变质岩的影响；华北盆地、江汉盆地、南襄盆地、苏北南黄海盆地因其沉积层较厚而呈现出低速；(2)16s的相速度分布(勒夫波群速度15-20s)与8s的相速度分布相类似,这主要有三方面的原因,一是相速度频散虽然对1/3个周期的深度比较敏感,但是由于其纵向分辨较差,是一定深度范围内的一个综合结果,所以依然受到地表地质构造单元的影响；二是高压变质岩纵向分布达到10km或者略深,依然对相(群)速度产生影响；三是大别苏鲁地区相对于其周围地区中地壳的速度也略高,大别苏鲁地区仍表现为高速。(3)32s的相速度分布图上大别苏鲁地区依然显示一定程度的高速,意味该地区的下地壳和上地幔顶部存在高速异常。(4)郯庐断裂带8-24s(勒夫波群速度6-30s)表现为高速,可能与其白垩纪以来出于拉张体质的构造环境,造成地幔物质上涌有关；(5)对大别苏鲁地区的频散曲线求平均,并与AK135模型的频散曲线比较,发现瑞利波相速度基本与AK135模型的一致,但是勒夫波均高于AK135模型的相速度频散曲线,表明大别苏鲁地区存在强烈的径向各向异性；(6)8-24s的相速度分布(勒夫波群速度6-30s)与b值的分布具有很好的一致性,表明成像结果不仅反映了介质的非均匀性,还与介质的应力状态有关。(7)在五河—水吼岭断裂带以北,16s-32s的瑞利波相速度表现为低速异常,而以南地区表现为高速异常,表明五河—水吼岭断裂带可能是南北大别的分界线。第二部分：汶川地震后,中小余震频繁,发震断层活动将持续数十年。利用对中小余震观测来勾画地下断层面的形状一直是地球物理探测的重要方面。为了配合汶川地震断裂带科学深钻(WFSD),中国地震局地球物理研究所分别于2012年在四川生绵竹市天池乡和2013年在绵阳市南坝镇布设了15个微震台,试图通过对-2-3级地震的监测来勾画钻孔周边地区3-5km的断层面结构。微震仪器采用南非矿山地震研究所(IMS)生产的矿山地震仪,由于利用该类型仪器进行天然地震的监测在国内尚属先例,因此在台站架设、数据采集、数据处理等方面都遇到了问题。本文首先讨论了这些问题并如何在一定程度上解决这些问题,为以后的微震监测研究提供了可资借鉴的经验。出于产权保护,IMS不提供原始数据,但通过其提供的软件JMTS可以将数据转换成ASCⅡ格式,在次基础上,我们编写了将ASCⅡ专换成SAC二进制格式的程序,以方便数据的保存、交流及处理。接着采用了S变换时频分析方法,分析比较了微震记录和微震台附近的短周期记录(CMG-40T,0.5～100Hz),并验证了当P、S波到时差在1s以内时,无论是P波段还是S波的微震记录都是可靠的。由于微震台网孔径很小,绝大多数地震来自于网外,给定位造成困难,因此本文在传统的震源扫描方法(SSA)上做了更多的约束：一、采用偏振分析确定方位角的范围；二、采用和达法确定发震时刻,这样不仅能限制震源位置,同时也减小搜索范围,提高计算效率。定位的结果离散度较大,没有明显的优势方向,表明该地可能不存在隐伏的小断层。相似地震对较少,也支持这些地震与构造关系不大的结论。震级的结果表明在台站周围25km2,IMS微震仪器主要监测的震级为-1.5级～1级。
【作者】叶庆东；
【导师】丁志峰；
【作者基本信息】中国地震局地球物理研究所，固体地球物理学，2014，博士
【关键词】背景噪声；相速度；群速度；大别苏鲁造山带；微震；震源扫描方法；

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