利用剪切波分裂方法研究玉树和冰岛地区各向异性

利用剪切波分裂方法研究玉树和冰岛地区各向异性

论文摘要

地震波各向异性反映了地球内部的结构、构造变形、应力状态等方面的信息,在岩石圈演化、壳幔耦合变形以及地幔对流等研究中发挥着重要的作用。剪切波分裂现象是地震各向异性最直观的表现形式,在各向异性的研究中扮演着重要的角色。本文回顾了地震各向异性的研究进展和研究意义,特别介绍了剪切波分裂的原理、方法,以及近年来剪切波分裂研究的进展和现状。利用剪切波分裂分析方法,可以获得地壳和上地幔的各向异性空间分布特征,分析各向异性分布与构造背景之间的关系,进而探讨壳幔变形机制、地幔物质流动等地球动力学过程。此外,通过对剪切波分裂参数在时间上的变化分析,可以获得地震、火山等自然灾害发生前后地壳应力及地壳中微裂隙的变化特征等。本论文围绕剪切波分裂方法在地震各向异性研究中的应用,开展了以下工作。一,利用玉树地震震源区密集流动观测台站数据,研究了该地区地壳各向异性分布特征。研究结果表明玉树地区的快波偏振方向为南东向,与该区域的水平主压应力方向及断裂带的走向一致,揭示了此次玉树地震断裂走滑性质的特征。研究区域内平均慢波延迟时间是5.68ms/km。通过对比其他地区的慢波延迟时间结果,玉树地区各向异性强度高于首都圈西北部地区和四川紫平铺水库地区。慢波延迟时间的空间分布显示慢波延迟时间在玉树台周围最大,而且也揭示了研究区域各向异性强度的空间分布特征。二,针对青藏高原东部以往各向异性研究结果的稀缺,我们利用青藏高原东部固定台站、玉树地震应急流动观测台站及玉树科考流动台站的资料,研究了青藏高原东部地区上地幔各向异性特征。研究结果表明,快波偏振方向在金沙江缝合带及羌塘地块为南东向,在巴颜喀拉地块表现为北东向和南东向。结合研究区域地壳各向异性的结果,我们推断青藏高原东部地区壳幔变形类型属于垂直连贯变形。研究区域内上地幔慢波延迟时间普遍较高,而且变化范围较大。我们推断上地幔各向异性多源于上地幔矿物的晶格优选方位和熔体的定向分布,进一步表明青藏高原东部是地幔流活动较强烈的地区。三,冰岛作为天然的地球物理实验室,为火山喷发的剪切波分裂研究提供了先决条件。基于冰岛Eyj afj allaj okull火山周围的地震事件数据,通过剪切波分裂研究获得了火山喷发前后剪切波分裂参数在时间上的变化,从各向异性的角度分析并讨论了冰岛火山喷发前后地壳应力的变化。该研究区域快波偏振方向为北东向,这与台站周围断裂带的走向以及区域主压应力的方向是一致的。在火山喷发前后快剪切波偏振方向并没有发生明显变化。慢波延迟时间在Eyjafjallajokull火山喷发前表现出长期的增大和突然降低。我们推断在火山喷发之前地壳应力长期的积累和突然地释放,使得地壳中微裂隙的几何形态发生变化。Eyjafjallajokull火山喷发之后,位于邻区的Katla火山周围地震活动性增强,但是慢波延迟时间的结果表明地壳中并没有积累足够的应力引起下一次可能的喷发。然而,我们也并不能排除慢波延迟时间突然增大这一可能性。最后,基于剪切波分裂方法在玉树震源区、青藏高原东部及冰岛南部火山地区开展的研究,本论文讨论并总结了剪切波分裂在地壳和地幔各向异性研究中的意义以及在火山地区地壳应力变化监测的应用。通过以上的分析讨论,一方面使得我们对研究区域的各向异性特征有了更为全面、深刻的认识,另一方面我们的结果也为之前的各向异性结果进行补充,同时为后续的各向异性研究提供相关的参考。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第一章 引言
  • 1.1 地震各向异性的研究概述
  • 1.1.1 地震各向异性的研究意义
  • 1.1.2 地震各向异性的研究进展与方法
  • 1.2 剪切波分裂在地震各向异性中的应用
  • 1.2.1 剪切波分裂研究进展
  • 1.2.2 剪切波分裂研究的应用领域
  • 1.3 本论文的研究内容
  • 第二章 剪切波分裂方法的介绍
  • 2.1 地震各向异性的机制和成因
  • 2.1.1 各向异性对称系统
  • 2.1.2 地震各向异性的成因
  • 2.1.3 地震各向异性的物理机制
  • 2.2 剪切波分裂的原理和方法
  • 2.2.1 剪切波分裂的原理
  • 2.2.2 剪切波分裂的计算方法
  • 2.3 剪切波分裂方法的适用性和局限性
  • 2.3.1 剪切波窗口的选择
  • 2.3.2 剪切波窗口内射线方位的分区
  • 2.3.3 震相数据的选择
  • 2.3.4 剪切波分裂测量存在的问题
  • 第三章 玉树地震震源区地壳各向异性的研究
  • 3.1 构造背景、其他研究成果与观测数据
  • 3.1.1 玉树地震构造背景
  • 3.1.2 玉树地震的其他地球物理研究成果
  • 3.1.3 玉树震源区地震观测资料及数据选取
  • 3.2 剪切波分裂计算
  • 3.2.1 计算剪切波分裂使用的方法及数据处理
  • 3.2.2 计算结果的可靠性验证
  • 3.3 剪切波分裂参数的结果
  • 3.4 各向异性的讨论
  • 3.4.1 快波偏振方向与构造背景之间的关系
  • 3.4.2 慢剪切波延迟时间的空间分布特征
  • 3.4.3 地壳介质各向异性与玉树地震
  • 3.5 结论
  • 第四章 青藏高原东部上地幔各向异性的研究
  • 4.1 构造背景与该研究区域已有的研究成果
  • 4.1.1 构造背景
  • 4.1.2 有的研究成果
  • 4.2 数据资料和处理方法
  • 4.2.1 观测数据
  • 4.2.2 数据处理
  • 4.3 上地幔各向异性计算结果
  • 4.4 上地幔各向异性的讨论
  • 4.4.1 研究区域各向异性特点
  • 4.4.2 上地幔各向异性的动力学意义
  • 4.5 结论
  • 第五章 冰岛南部火山地区剪切波分裂研究
  • 5.1 研究背景与构造环境
  • 5.1.1 冰岛火山喷发的背景
  • 5.1.2 冰岛地质环境
  • 5.2 地震数据资料与台站选择
  • 5.2.1 研究区域的地震活动性
  • 5.2.2 台站的选取
  • 5.3 剪切波分裂计算方法
  • 5.4 火山喷发前后剪切波分裂参数的变化
  • 5.4.1 快剪切波偏振方向的结果
  • 5.4.2 慢波延迟时间的结果
  • 5.4.3 慢波延迟时间的变化
  • 5.5 结论
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 玉树地区地壳各向异性研究
  • 6.2 青藏高原东部上地幔各向异性研究
  • 6.3 冰岛火山喷发前后应力监测
  • 6.4 进一步开展的研究
  • 参考文献
  • 作者简历、在学期间研究成果及发表文章
  • 致谢
  • 相关论文文献

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