新疆和田地震台阵资料综合应用研究

论文摘要

新疆和田小孔径数字地震台阵（本论文简称为和田地震台阵）建成于2007年8月，2008年1月投入正式运行，已积累了2年多的连续观测数据。和田地震台阵外形轮廓为环形，由一个中心台和内、外环构成，孔径为3km。内环有3个子台，环半径约为600m；外环有5个子台，环半径约为1500m。各子台均安装了三分向短周期地震仪，同时在中心台还安装了一套三分向宽频带地震仪。本论文利用和田地震台阵已有的数字地震波形数据，结合新疆数字地震台网资料，对和田地震台阵数据开展了多方面的综合应用研究。内容主要涉及地震定位、地震地表反射波震相（深度震相）识别和远震体波接收函数方法在和田地震台阵的应用研究三方面。本论文获得的主要结论和认识有：（1）利用和田地震台阵数据对新疆南部地震台网稀疏地区地震定位通过对和田地震台阵波形数据进行宽频f-k分析，可较精确估算出和田地震台阵对地震信号的方位角和视慢度参数。本论文利用和田地震台阵的方位角参数，结合和田地震台阵与新疆区域地震台网部分台站的震相到时数据，应用地震波震相到时数据和方位角参数联合定位的方法，对2008年3月21日发生在新疆南部昆仑山地区的于田7.3级地震及余震序列进行了重新定位。重新定位结果与新疆区域地震台网定位结果有明显差异。新的定位结果表明，于田7.3级地震序列震中分布呈近NS向条带分布，与野外考察发现的地表破裂带基本一致。定位结果在一定程度表明利用和田地震台阵资料，结合新疆部分区域地震台网数据，可以对新疆地震台网稀疏地区的地震进行较为精确的定位，可为基础研究和震情趋势判定提供基础资料。同时还发现，在台网布局不合理或地震台网稀疏的情况下，可靠的方位角数据参与地震定位是对常规地震定位方法（只用震相到时数据）的有效补充，对提高定位精度有较大的帮助。（2）应用和田地震台阵数据识别地震的地表反射波pP或sP震相本论文充分利用台阵波形聚束可提高地震信号信噪比的优势，在具体实现地震台阵聚束数据处理方法和F检测算法的基础上，在国内首次应用F检测算法识别小孔径地震台阵记录区域震和远震信号的地表反射波震相。本论文利用F检测算法对和田地震台阵记录的震中距分别为22.1°、6.44°、39.62°的3次地震事件进行了地表反射波pP或sP震相识别。结果表明，应用F检测算法分析和田地震台阵数据，可以较为准确地识别地震的地表反射波pP或sP震相。地震P波波列中地表反射波（pP或sP）震相的准确识别对提高震源深度的精度提供了一种有效途径。（3）远震体波接收函数方法在和田地震台阵的应用研究本论文首先采用时间域迭代反褶积方法分别计算了和田地震台阵9个子台（包括1套宽频带和9套短周期地震仪）的观测接收函数；其次应用H-κ叠加搜索方法对所得观测接收函数进行叠加得到了台阵下方的地壳厚度和泊松比；最后应用线性反演方法对所得观测接收函数进行反演获得台阵下方100km深度的S波速度结构。同时对和田地震台阵各子台获得的观测接收函数、地壳厚度和泊松比以及S波速度结构进行了对比分析研究。结果显示，在采用时间域迭代反褶积方法计算台站观测接收函数研究地壳与上地幔速度结构时，为了得到相对高质量的观测接收函数，对于宽频带地震台站高斯滤波因子α取2.5是合适的，对于短周期地震台站α取1.5是合适的。从和田地震台阵各子台的观测接收函数可得出，和田地震台阵下方莫霍面的转换波震相（Ps）清晰。应用H-κ叠加搜索方法得到和田地震台阵下方的地壳厚度为53.8km，与前人在塔里木盆地西南和西昆仑接触带的爆炸地震探测、深地震反射和宽频带地震探测得到的地壳厚度（约55km）基本一致；和田地震台阵下方地壳的泊松比为0.2403。通过对比分析和田地震台阵9个子台观测接收函数的H-κ叠加结果，认为接收函数方位角的覆盖范围对H-κ叠加结果的稳定性十分重要。和田地震台阵下方的S波速度结构显示应用CMG-40T-1型短周期地震仪观测接收函数可反演台站下方约0-40km深度的S波速度结构。本文应用同样的接收函数方法研究了位于新疆南天山中段的阿克苏地震台下方的地壳厚度、泊松比和S波速度结构。阿克苏台的观测接收函数与和田地震台阵的观测接收函数明显不同，莫霍面的转换波震相（Ps）出现双峰现象。表明台站下方有存在双地壳的迹象,也有可能是莫霍面不是一个一级不连续面，而是薄层束构成的叠层或是速度梯度过渡带。H-κ叠加结果显示阿克苏台的地壳厚度为45km、泊松比为0.1922。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究基础
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 研究思路和方法
• 第二章 地震台阵研究概述
• 2.1 地震台阵
• 2.2 国内外地震台阵研究概述
• 2.2.1 国外地震台阵研究概述
• 2.2.2 国内地震台阵研究概述
• 第三章 常用的地震台阵数据处理方法
• 3.1 计算地震信号到各子台的延时
• 3.1.1 计算同一水平面上各子台的时间延时
• 3.1.2 考虑台站高程计算各子台的时间延时
• 3.2 地震台阵数据的聚束处理
• 3.3 地震台阵数据的频率—波数分析（f-k分析）
• 第四章 新疆和田地震台阵概况
• 4.1 和田地震台阵台址条件
• 4.2 和田地震台阵的布局
• 4.3 和田地震台阵的地震仪信息
• 第五章 利用和田地震台阵资料对 2008 年新疆于田 7.3 级地震序列重新定位
• 5.1 宽频f-k分析与定位方法
• 5.1.1 宽频f-k分析方法
• 5.1.2 应用到时、方位角和慢度线形化反演地震定位方法
• 5.2 资料分析
• 5.3 重新定位结果分析
• 5.3.1 主震定位结果分析
• 5.3.2 重新定位地震序列结果分析
• 5.4 小结
• 第六章 利用F检测算法识别和田地震台阵记录地震的地表反射波震相
• 6.1 F检测算法的原理
• 6.1.1 F分布
• 6.1.2 地震信号的F 统计量
• 6.1.3 地震信号 F统计量的分布
• 6.2 实现F 检测算法的思路与流程
• 6.2.1 地震台阵分析中时间延时的计算
• 6.2.2 地震台阵数据的聚束分析
• 6.2.3 实现 F检测算法的思路
• 6.3 实验结果分析
• 6.3.1 地表反射波检测
• 6.3.2 信噪比对F 检测结果的影响
• 6.3.3 震源深度对比分析
• 6.4 小结
• 第七章 应用接收函数方法研究和田地震台阵下方的地壳厚度、泊松比与S波速度结构
• 7.1 接收函数方法及其应用
• 7.1.1 接收函数概述
• 7.1.2 提取观测接收函数方法的发展
• 7.1.3 用接收函数研究莫霍面深度与地壳泊松比
• 7.1.4 用接收函数反演台站下方的S波速度结构
• 7.1.5 应用接收函数研究倾斜界面和介质的非均匀性
• 7.1.6 接收函数方法用于研究上地幔间断面及过渡带
• 7.2 接收函数方法的基本原理
• 7.2.1 地震记录的坐标旋转
• 7.2.2 接收函数的提取
• 7.2.3 理论接收函数
• 7.2.4 高斯滤波因子α对接收函数的影响
• 7.3 资料选取
• 7.4 和田地震台阵各子台接收函数的提取与对比分析
• 7.4.1 各子台接收函数的提取
• 7.4.2 不同子台接收函数的对比分析
• 7.5 用H -κ叠加搜索方法反演台阵下方的地壳厚度和泊松比
• 7.5.1 H-κ叠加搜索方法的原理
• 7.5.2 各子台地壳厚度和波速比的对比分析
• 7.6 接收函数线性反演和田地震台阵下方的S波速度结构
• 7.6.1 接收函数线性反演方法
• 7.6.2 设置初始模型
• 7.6.3 和田地震台阵下方的S波速度结构
• 7.7 应用接收函数方法研究新疆阿克苏地震台站下方的地壳厚度、泊松比与S波速度结构
• 7.7.1 阿克苏地震台观测接收函数的提取
• 7.7.2 用H -κ叠加搜索方法计算阿克苏地震台站下方的地壳厚度和泊松比
• 7.7.3 阿克苏地震台下方的S波速度结构
• 7.8 小结
• 第八章 主要结论和认识
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介
• 在学期间发表的文章及会议摘要
• 负责及参加的科研项目