“噪声成像和密集台阵探测壳幔结构及大陆动力学研究学术研讨会”纪要

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      天然源背景噪声成像方法是地震学领域的最新研究热点和亮点,在壳幔结构特征、各向异性和大陆动力学等研究中得到了广泛的应用。随着仪器技术的进步和数量的提升,密集台阵观测成为地球物理野外探测最活跃的发展方向。近来年,国内外学者在该领域开展了大量的相关研究工作,在基本原理和应用上都有很多新的进展。
      为提升对噪声成像和密集台阵探测技术的研究水平,推进方法在壳幔结构探测及大陆动力学研究中的应用,为国内同行搭建共享和交流的平台,为地球物理和大陆动力学等基础科学研究事业的发展助力,在田小波研究员(大陆动力学专业委员会副主任)的组织下,由中国地球物理学会大陆动力学专业委员会主办,中国科学院地质与地球物理研究所承办,中国地震局地球物理勘探中心和河南省地球物理学会协办,“噪声成像和密集台阵探测壳幔结构及大陆动力学研究”的学术研讨会于2017年4月7日至9日在郑州市召开。来自中国地球物理学会大陆动力学专业委员会(以下简称专委会)、中国科学院、中国地震局、国土资源部的有关科研单位和河南省地球物理学会以及清华、北大、南方、中国科大、中国地质、吉林、中山、成都理工、桂林理工、长安、防灾科技等大学和辽宁、新疆、重庆、四川地震局近80位代表参加了本次会议。


      会议分别由吴庆举(专委会副主任、地震局球所研究员)、陈永顺(南方科大教授)、杨顶辉(专委会副秘书长、清华大学教授)、段永红(地震局郑州物勘中心研究员)、潘素珍河南省地球物理学会、地震局郑州物勘中心高工)、梁晓峰(中科院地质与地球物理所副研究员)主持。
本次会议的主题是:噪声成像和密集台阵理论研究的进展,以及在壳幔结构探测和大
陆动力学研究中的应用。
会议的主要内容为:
      1、噪声成像的理论、方法、应用和进展;
      2、密集台阵观测方法原理和应用;
      3、噪声成像和密集台阵在壳慢结构探测研究中应用最新进展。
      高原研究员、王夫运研究员先后代表中国地球物理学会大陆动力学专业委员会和中国地震局物探中心致会议欢迎辞。
本次会议共有17位科技人员在会上进行了精彩的专题报告:
      田小波研究员(中科院地质与地球物理所)的“短周期密集台阵研究地壳结构”报告总结了宽频带台站分布,分析了接收函数相比深反射地震的优缺点。同时对比了宽频带和短周期地震仪的优缺点,阐明了短周期地震仪可以记录远震信号,并从高原同造山带接触关系、高原边界与克拉通接触关系、印度地壳和高原地壳的接触关系三个典型构造区的实际例子探讨了短周期密集台阵观测的观测效果和发展前景。
      赵盼盼博士(地震局地质所)根据“龙门山断裂带中上地壳精细速度结构的地震环境噪声成像研究”,介绍了利用龙门山断裂附近从雅安到北川布设的57个宽频带流动地震台站记录的连续数据,进行环境噪声成像的研究结果。通过引入三维地形模拟迭代修正方法,对研究区地形高程影响情况进行了评估和校正,进而获得了更可靠的结果。结果显示龙门山断裂带两侧速度结构存在显著差异,而汶川地震的余震分布同高速异常的边界之间存在对应关系,同时在15km以下,龙门山和岷山隆起存在交叉构造格局。
      北大教授宁杰远的“中国东北部密集地震台阵的噪声互相关结果:方向各向异性及其形成机制”报告则通过讨论地震背景噪声成像的原理,探讨了噪声源空间不均匀分布对成像结果的潜在影响。根据对东北密集宽频带地震台站获得的经验格林函数正负两支的差异,来研究噪声源随方位角的变化。并通过研究30s周期噪声源随方位角的变化,探讨对噪声源空间分布不均匀对背景噪声成像结果的影响。
      中国地震局物探中心的周铭工程师则通过“洛阳盆地高密度台阵探测研究”项目,介绍了该中心在洛阳盆地开展的短周期密集台阵观测数据,进行背景噪声成像研究的初步结果。研究区内短周期台站间距在2km至4km,使用了111台PDS-II型短周期地震仪。她讨论了应用one-bit方法、滑动时窗归一化、不使用归一化三种情况下获得的经验格林函数情况,并对获得了0.6s至3.0s周期的高频面波经验格林函数直接反演S波速度结构。结果表明在0.2-0.8km深度,洛阳盆地南部山区表现为高速,而盆地内部为低速;在1.2-1.5km深度,盆地内部存在弧形低速构造。
周元泽教授(中国科学院大学)介绍了利用地震波三重震相研究地幔转换带410km间断面上部低速层在塔里木盆地天山地区及华南地区的研究结果(报告题目:“青藏高原西北与东南缘地幔间断面顶部结构研究”)。研究结果表明,在中天山-塔里木盆地下方,地幔转换带顶部P波速度存在-3%的异常,低速层厚度带70km,而410km间断面加深至420km,同时在浅部10-100km深度范围内存在-6%的低速异常;而在华南地幔转换带顶部地幔转换带410km间断面变浅5km,并存在35-40km厚的低速层,低速层速度异常达-3.9到-3.6%,而南部达-5.3至-5.2%。
      李永华研究员(中国地震局地球物理所)依据“青藏高原东北缘地壳结构研究”,介绍了在青藏高原东北缘开展接收函数和面波联合反演地壳速度结构的研究结果。通过对比接收函数和面波联合反演获得的S波速度结构,以及宽角反射获得的P波速度结构两者差异。研究表明青藏高原东北缘地壳增厚机制中下地壳增厚模式被排除,而地壳均匀增厚进而发生拆沉及中上地壳增厚模式可以用来解释东北缘地壳增厚过程。
      中国地震局地质研究所李昱博士在“西秦岭地区地壳速度结构与方位各向异性的地震环境噪声成像”的报告中介绍了利用横跨松潘甘孜地体和西秦岭地体,布设于2009年至2012年的166个宽频带流动地震台阵采集的数据,结合35个固定台站,获得了不同周期瑞雷面波相速度及方位各向异性的层析成像结果:在中上地壳存在分布于松潘甘孜地体的低速异常,随着深度和低速异常范围增加,存在一个向北延伸的分支;同时方位各向异性表明,在低速异常内部基本为南北向,而在西秦岭高速异常区主要表现为近东西向。
      唐启家副教授(中国地质大学.武汉)根据“基于密集台阵观测分析微震活动:以三峡地区为例”的研究介绍了利用密集台站研究三峡地区微震的情况和进展。因为微震活动可以反映应力传播情况和断层破裂及滑移行为:在大震前,微震反映了应力积累和地震成核现象;在大震后,微震反映了震后余滑和断层破裂面积;在平时,微震反映了断层空间展布和介质滑移行为。通过利用台网中心确定的小震作为模板进行互相关搜索,获得了多于30倍的微震分布;并通过分析三峡蓄水过程中不同时间的地震b值,发现b值变化同水位无明显关系,表明地震活动性并没有受到蓄水过程的显著影响。
      来自中国地震局兰州地震所的沈旭章研究员则通过“青藏高原东北缘与外围克拉通构造转换区壳幔边界变形的深部过程—跨祁连山高密度远震接收函数剖面的揭示”,介绍了利用短周期密集台站接收函数研究祁连山地壳结构的最新成果:青藏高原的演化一直存在块体挤出和下地壳流两种端元模型。而深反射研究表明祁连造山带上地壳变形明显,而普通宽频带台站因为台站间距大,无法满足探测地壳内部变形的需要,必须进行高密度、高精度的壳内结构探测。而通过布设300个短周期地震仪,记录的21个远震事件获得了1751条接收函数,通过成像分析发现,上地壳底界面在祁连山褶皱带存在相对倾斜,而前陆盆地河西走廊地壳存在增厚。分析地震活动性和地壳结构后,发现深地震发生在上地壳对向俯冲的区域。
      王宝善研究员(中国地震局地球物理所)“利用云计算构建中国大陆噪声格林函数库及气枪震源研究介绍”的报告,则分别介绍了通过云计算构建中国大陆格林函数数据库和在全国开展气枪震源研究两项研究最新进展——通过利用云计算面向对象存储服务和弹性计算服务,可以大大提高互相关计算经验格林函数的计算效率,而云计算服务中对计算任务的自动分配也大大简化了运算的实现。在利用气枪震源研究的介绍中,指出:基于地下应力是地震发生的控制因素,而实验表明应力的变化会导致地震波速度变化。通过探测地壳介质地震波速度的变化,为地震的预测可以提供重要信息。通过研究气枪震源激发波形的多次叠加,可以观测到地震波走时2ms的周期性变化,可能同重力固体潮加载相关,而气枪震源激发地震波的传播距离差异,为不同研究区地球介质差异提供了重要信息。
      中科院测量与地球物理所储日升研究员在“理县西山村滑坡体结构和变形研究进展”的报告中介绍了对理县西山村滑坡体进行结构和变形探测的研究进展:作为一种严重地质灾害的滑坡,在历年都给当地造成重大的人员财产损失,具有研究紧迫性。而研究滑坡的三维空间形态及其随时间的变化和孕育过程,需要结合测地学、地震学等多个学科。利用近震接收函数,探测得到的滑坡体厚度同钻孔探测的精度非常接近;而微震定位发现的滑坡体变形同无人机观测的变形区域相一致;微震主要位于滑坡体东侧,而西侧则因为滑坡体含水更多,可能主要发育慢滑移事件。
      张海江教授(中国科学技术大学) “基于密集台阵的天然地震结构成像”的报告,主要介绍了基于密集台站利用天然地震信号进行地球介质结构成像的研究进展:地下结构主要为非连续体,因而进行地球介质的结构成像非常关键。而通常的走时层析成像等一般反映的是地球介质的平滑分量,而地震散射波则携带了介质中断层、界面、裂隙等介质扰动的信息。通过散射成像方法,可以获得地球介质的散射体分布。通过P-P散射波分析,发现在SAFOD区域存在诸多近垂直反射界面;而通过利用S-S散射波成像,利用SH分量中S-S散射波清晰且不受其他震相影响的特点,可以获得比P-P散射成像高信噪比更高的结构图像。
      中国科学技术大学姚华建教授利用一个小时的时间对“噪声地震学研究进展”史进行了回顾,并对最新的研究进展进行了总结。他首先介绍了地震背景噪声源的来源,回顾了自1957年Aki发表第一篇背景噪声地震学相关的论文以来的发展历史。针对背景噪声的应用,他总结为四个方面:背景噪声结构成像、背景噪声提取振幅信息研究衰减和面波响应函数、背景噪声恢复体波信号、背景噪声研究地球介质的速度变化。同时,应用背景噪声进行三维精细地壳结构成像、地下介质速度变化监测、强地面运动的评估等被认为是地震学的三大重要进展。
      周鲁博士(成都理工大学)在“三分量波形梯度法及其应用”中介绍了波形梯度法提取相速度、传播方向、几何扩散和衰减的原理及在美国东部的实际应用案例。介绍了波形梯度法的发展历史及理论基础,以及已有的成熟应用场景,包括重构地震波场及用于拾取月壳S波震相。他指出波形梯度法的最大优点是可以仅使用一个或几个事件同时提取相速度、传播方向、几何扩散和衰减。同时他应用数值模拟生成理论波场,并利用该数值模拟地震数据进行波形梯度法分析,并同实际地震数据的波形梯度法计算结果进行对比,发现两者吻合很好。
      来自南方科技大学郭震博士“联合反演新技术揭示中国东北地区新生代陆内火山活动的动力学成因”报告介绍了利用接收函数和背景噪声联合反演地壳速度结构、利用面波进行上地幔顶部速度结构、利用面波和体波联合反演上地幔速度结构的最新成果。
      焦明若研究员(辽宁地震局)在“基于背景噪声研究辽宁及邻区面波群速度结构”报告中介绍了他的研究团队利用辽宁及周边固定台站收集的2012年宽频带连续地震数据开展了背景噪声成像的最新进展。结果中发现在上地壳沿郯庐断裂带存在低速异常,而两侧为高速异常;下地壳则辽宁基本表现为高速异常,但在海城地震区存在低速,而研究区西侧表现为低速。这些异常特征同大震发震区存在什么样的联系还需进一步探讨。
      嘉世旭研究员(中国地震局物探中心)在题为“青藏高原东北缘地壳深部结构长剖面主动源地震探测研究”的报告中介绍了该中心在青藏高原东北缘采集的1200km长,共激发17个炮点,接收点距在1-2km的长剖面的结构的收获:在这些共炮点波形道集数据中可以清晰地观测到多组地震震相特征:在河西走廊和阿拉善地块间可以清晰的观测震相的差异,在河西走廊观察到上地壳反射震相的缺失;而在巴颜喀拉地体则观测到壳内强梯度区,在远炮点观测到甚低波速的能量团,经正演模拟确认是壳内二次反射震相。成像结果显示,在阿拉善地块,地壳经历显著改造,地壳厚度增加了4-6km,而速度降低了3%。而在深达5km左右的共和盆地下方,观测到地壳莫霍面的隆起;在巴颜喀拉地体内部,在180km以内没有观测到莫霍面反射,表明下地壳存在显著高速层。
      专委会的三位副主任委员、秘书长及一位副秘书长参加了本次会议。

(会议组委会)