【摘要】：沉積盆地通常是經(jīng)濟發(fā)達、人口密集的地區(qū),諸多大城市坐落其中。然而,一些沉積盆地同時也是震害嚴重的區(qū)域,盆地的地震效應可能加重其內(nèi)部區(qū)域的震害,比如我國渤海灣盆地、墨西哥特斯科科湖積平原、美國洛杉磯盆地、日本關西地區(qū)等,既有發(fā)達的城市群,又有頻繁的地震活動及嚴重的震害,是地震學者重點關注的區(qū)域。而震源深度也是地震致災的重要因素,對于大陸淺源構(gòu)造地震,通常震源越淺,震害越重。研究清楚沉積盆地的震源深度分布特征,可為震源區(qū)的抗震設防、災害評估等工作提供重要的決策參考。而沉積盆地震源深度的精確測定方法,是獲得可靠的深度分布特征的先決條件。震源深度是地震學研究的關鍵參數(shù)之一,準確的震源深度對于巖石圈流變性質(zhì)、孕震機理、發(fā)震構(gòu)造、災害評估等研究具有重要意義。比如,大陸淺源構(gòu)造地震的震源深度分布與巖石圈流變性質(zhì)有著十分密切的關系,一方面,巖石圈流變性質(zhì)是影響發(fā)震深度的重要因素,另一方面,震源深度分布可以為巖石圈流變性質(zhì)提供約束。然而,震源深度是一個不易用傳統(tǒng)方法確定的震源參數(shù),尤其在沉積盆地,由于沉積層對震相走時和波形影響很大,可能給深度測定結(jié)果帶來較大誤差。基于震相到時的方法是測定震源深度的經(jīng)典方法,但依賴于臺網(wǎng)密度及速度結(jié)構(gòu)復雜性,在沉積盆地地區(qū)測定精度不高。在平坦基巖地區(qū),利用深度震相可以有效測定震源深度,但該方法主要依賴于深度震相的可靠辨識,而在松散沉積層較厚地區(qū)這些震相可能不易識別�？梢�,發(fā)展沉積盆地震源深度的精確測定方法是十分必要的。在沉積盆地的近震波形記錄中,經(jīng)�？梢杂^測到在沉積基底界面上產(chǎn)生的Sp和Ps轉(zhuǎn)換波。研究表明:在沉積層盆地,結(jié)晶基底上下介質(zhì)的強烈差異導致入射SV波的一部分能量轉(zhuǎn)換成P波,形成Sp轉(zhuǎn)換波。該震相在近距離上可以觀察到,其走時介于直達P波和S波之間,在垂向分量上較強,徑向分量上較弱,高頻成分居多。在給定震中距上,Sp轉(zhuǎn)換波與直達P波的到時差隨震源深度的增加近似呈線性增加,可以用來較好地約束震源深度。我們以2006年7月4日河北文安M5.1地震為例,利用WEA臺的Sp轉(zhuǎn)換震相重新測定其深度為15 km附近,與已有的研究結(jié)果基本一致,驗證了利用近震Sp轉(zhuǎn)換波測定震源深度的可行性。與Sp轉(zhuǎn)換波的作用類似,近震Ps轉(zhuǎn)換波與S波的到時差也可以約束震源深度。正演測試表明,(1)利用近震轉(zhuǎn)換波得到的深度誤差與水平位置誤差近似呈等比線性關系,可以用水平位置誤差來估計深度誤差;(2)對于同一地震,使用不同類型轉(zhuǎn)換波、或者不同震中距上轉(zhuǎn)換波所測定的震源深度具有較好的一致性,當兩種轉(zhuǎn)換波都可以觀測到時,選擇其中震中距較小、信噪比較高者,可有效提高深度測定精度。該方法比較適用于以下情形:(1)對震源區(qū)的速度模型有較好了解;(2)地震水平位置精度較高;(3)觀測記錄上轉(zhuǎn)換震相比較清晰。在渤海灣盆地2008年至2016年M1.0以上地震目錄中,我們發(fā)現(xiàn)了一些疑似下地殼地震(深度超過25 km),而通常認為大陸下地殼為韌性區(qū)域,難以孕育地震,這些地震深度的可靠性存在疑問。為了找到這些地震深度異常的原因,我們從該區(qū)目錄中選取了 44次波形信噪比較高的近震事件,綜合利用Hypo2000方法和近震轉(zhuǎn)換波對這些地震進行了重新精確定位,獲得了約束良好的震中位置和震源深度,并分析得到了研究區(qū)的震源深度分布特征為:(1)優(yōu)勢深度在20 km附近;(2)深度超過21 km的地震占重定位地震總數(shù)的23%; (3)最大深度在25 km附近;(4)深度誤差平均小于2 km。同時,基于不同地殼模型的重定位結(jié)果對比表明,在使用到時數(shù)據(jù)進行地震定位時,模型誤差對震源深度的影響比對水平位置的影響大,較準確的地殼模型有助于改善基于到時定位方法的深度精度。渤海灣盆地的地震活動分布特征表明,該區(qū)地震可能與新構(gòu)造單元的差異活動、莫霍面局部上隆有關。通過對比發(fā)現(xiàn)渤海灣盆地的震源深度頻次包絡與貝加爾裂谷系的屈服應力包絡有著較好的對應關系。同時,已有地質(zhì)學的研究表明,渤海灣盆地的構(gòu)造及演化與貝加爾裂谷系有著十分密切的聯(lián)系�；谏鲜龇治�,我們做出以下推測:(1)渤海灣盆地的發(fā)震層厚度可能在25km附近;(2)發(fā)震層內(nèi)部主要的破壞機制是脆性破裂;(3)發(fā)震層的溫度處于中等狀態(tài),而在發(fā)震層以下(25km)溫度相對較高。此外,我們認為,大量良好約束的近震震源深度有助于改善對區(qū)域地殼流變性質(zhì)的理解。綜上,本研究主要發(fā)展了基于近震轉(zhuǎn)換波的沉積盆地震源深度測定方法,通過震例分析與正演測試展示了方法的有效性、穩(wěn)定性及適用范圍。將方法應用于渤海灣盆地的下地殼地震研究,獲得了該區(qū)震源深度的分布特征,以及對區(qū)域地殼流變性質(zhì)的一些約束。未來,我們考慮將該方法推廣應用到震害嚴重的其他沉積盆地地區(qū),研究清楚這些地區(qū)的震源深度分布特征,并進一步研究其地殼流變性質(zhì),這有助于深化對沉積盆地孕震機理的認識,為這些地區(qū)的防震減災工作提供重要的決策參考。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P315.3

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