大华北及其邻区地壳上地幔三维速度结构的地震层析成像研究.doc

大华北及其邻区地壳上地幔三维速度结构的地震层析成像研究,,,,,,,分类号——学科分类代码——本单位编号——密级——中国地震局地球物理研究所博士学位论文大华北及其邻区地壳上地幔三维速度结构的地震层析成像研究研究生姓名:王圭逝导师姓名:王援馐鲥塞虽学科专业:固生垫蔓物理堂学位级别:擅尘,,,,年,月摘要本文对地球物理反演的发展历史和研究现状作了简单回顾,交待了大华北及其邻区的构造环境,阐述了本文所采用的反演方法的基本原理,分析了资料的可靠性和准确性,选择了适当的反演模型,得出了较好的反演结果,并对本地区的反演分辨率进行了讨论。本文的研究区域是大华北及其邻区(,,,。,一,,,,,,,,,,(,,,,),即通常所指的大华北地区及其以南部分地区。这个区域是我国地震活动强烈的地区之一,曾多次发生强烈破坏性地震,区内既有大陆内部的碰撞造山带(秦岭一大别造山带),又有贯通本区南北的大型断裂带(郯庐断裂带)和大型重力梯级带(太行山),地质构造十分复杂。本文利用区域地震到时资料、部分人工地震资料和远震的,波资料,使用赵大鹏博士提供的程序,用体波地震成像技术重建了本地区地壳上地幔的三维速度结构。对所使用的资料的可靠性作了充分的分析,对资料在本地区的层析成像分辨能力作了比较,使用了适合本次工作的分辨率,(,,×,(,。,反演出了与区域大地构造相对应的较好的结果。本文利用大华北及其邻区,,,个地震台站的区域地震资料(共,,,,,个区域地震,,波震相,,,,,,个,,波震相,,,,,,个)、三条人工地震剖面初至,波走时数据(江苏,,,,,山东,,,,,大别山,,,,,共,,炮的数据)和,,,,个远震(,,,,,个远震,波)资料。以水平方向,(,,,,(,,,垂直方向以,,,、,,,,、,,,,、,,,,、,,,,为间隔划分网格,并建立初始三维速度模型。用近似弯曲射线追踪方法计算走时和射线路径,用,,,,算法进行反演。在反演之前,用检测方法分析了所用地震资料的层析成像分辨率。层析成像结果较好地反映了本地区的地壳上地幔速度结构特征。结果表明:(,)使用区域地震资料、远震资料和人工地震资料联合进行层析成像能够取得好的结果。(,)大华北及其邻区大的构造如燕山构造带、太行山前构造带、汾渭构造带、郯庐断裂带及秦岭一大别构造带等都与该区地壳上地幔的低速或高、低速度相邻的部位相对应,华北断块与扬子断块速度异常沿秦岭一大别碰撞带存在明显的分区特征,扬子断块波速异常较少,没有明显的横向不均匀性,而华北断块多为低速异常,横向不均性明显,三维层析成像结果较好地反映了本地区的构造格局。(,)燕山构造带,汾渭构造带,京津唐地区,秦岭一大别山北缘、江苏南部地区在,,,,深处的泊松比呈现高值,而高泊松比值或过渡区是地震容易发生的地区。(,)从层析成像结果中切出的二维速度扰动剖面与人工地震测深剖面对比得到较好的吻合。(,)采用现有的资料和当前的地震台的布局,大华北及其邻区的层析成像分辨可以达到,(,,×,(,,,部分地区(首都圈)可以达到,(,,,×,(,,,,如果要进一步提高分辨能力,就需要增加地震台的密度。,关键词,大华北及邻区,三维速度结构,地壳和上地幔,引言对地球内部结构的研究是固体地球物理学的一个经典课题,地球物理学的发展也一直是围绕着对地震及地球内部结构的研究而发展起来的。由于客观条件的限制,人们目前还无法到达地球深部来直接获得那里物质的信息,这使得根据地面上的观测信号推测地球内部物质的物理状态,如物理性质、受力状态或热流密度分布等的地球物理反演成为了解地球内部结构的手段。对地球内部物质的研究,使地球物理学不仅能研究地球内部的结构,而且能反映地球内部物质的运动状态。地球物理反演作为地球物理学中利用地球表面观测到的物理现象推测地球内部介质物理状态变化及物性结构的一个分支,成为一门新的学科。现代地球物理反演应始于,,世纪,,年代,在,,,,年以前,适用于各种地球物理方法的反演理论还没有形成,,,,,—,,,,年,美国地球物理科学家,,;,,,和应用数学家,,,,,,,连续发表三篇关于地球物理反演的经典论文(,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,:,,,,),为建立统一的地球物理反演理论方法奠定了基础。,,,,,,,(,,,,)和,,;,,,,(,,,,)分别提出了离散情况下的反演方法,即广义反演方法,可以用有限的观测数据反演以离散模型表述的地球结构,使得地球物理反演发展到了实用阶段。地震层析成像作为地球物理反演的一种方法,是利用地震波的信息反推地下介质的速度异常。地震层析成象与医学上对人体照射,射线以形成人体内部结构图像相似。同样地,利用地震射线可获得地球内部结构的图像,可以重建地球内部速度场,从而发现地球内部物质状态的变化和分布。地震层析成像中,需要重建的场是