沉積盆地近震轉(zhuǎn)換波及其在震源深度測定中的應(yīng)用.pdf

1、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(yīng)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(guān)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(xué)者重點關(guān)注的區(qū)域。而震源深度也是地震致災(zāi)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(shè)防、災(zāi)害評估

2、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(xué)研究的關(guān)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(zāi)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(guān)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

3、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?；谡鹣嗟綍r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(fù)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?？梢姡l(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

4、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(dǎo)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。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

5、15km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(guān)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

6、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，發(fā)現(xiàn)了一些疑似下地殼地震(深度超過25km)，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，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

7、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20km附近;(2)深度超過21km的地震占重定位地震總數(shù)的23％;(3)最大深度在25km附近;(4)深度誤差平均小于2km。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。<

8、br>　　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(guān)。通過對比發(fā)現(xiàn)渤海灣盆地的震源深度頻次包絡(luò)與貝加爾裂谷系的屈服應(yīng)力包絡(luò)有著較好的對應(yīng)關(guān)系。同時，已有地質(zhì)學(xué)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。基于上述分析，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（2

9、5km）溫度相對較高。此外，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(yīng)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，考慮將該方法推廣應(yīng)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