华北地区三维精细地壳速度模型的构建及强地面运动特征的研究

North China is an important political, economical and cultural center in China, but it is also an earthquake-prone area. This project proposes to use data from 200 stations in the “North China Earthquake Science Array”，develop a joint inversion method by combining surface wave dispersion, Rayleigh wave ZH ratio, and P wave receiver functions, to finally construct a high-resolution and high-accuracy 3-D crustal and lithospheric velocity model in north China (NChina_Crust1.0). We will validate the obtained 3-D model using both traveltime measurements as well as synthetic waveforms from local earthquakes, thus providing a robust way to analyze the reliability and accuracy of the obtained 3-D model. Based on the obtained 3-D model, we will simulate 3-D wave propagation and strong ground motion for the 1976 Tangshan M7.8 earthquake, and investigate the relationship of waveform propagation and theoretical earthquake intensity with complex surface topography as well as shallow upper crustal structure of small and intermediate scales. The obtained 3-D high-resolution model of this study can serve as a robust 3-D reference model for future regional earthquake location, inversion of earthquake source parameters, fast estimation of earthquake hazard, as well as construction of more accurate velocity models in the future. In addition, this study will provide important structural information for understanding the extent and mechanisms of the destruction of North China Craton.

华北地区是我国重要的政治经济文化中心，也是一个地震多发区。本课题拟使用“华北地震科学台阵”200个台站的数据，发展面波频散曲线、瑞利面波ZH振幅比、P波接收函数的联合反演算法，最终构建华北地区高分辨率和高精度的三维地壳岩石圈速度结构模型（NChina_Crust1.0）。我们将对所获得的模型采用区域地震走时数据和波形正演对比两种方法进行校验，以更好地分析模型的可靠性及精度。基于拟获得的三维模型，我们将正演计算该区域1976年发生的唐山7.8级大地震的三维波场及地表强地面运动，研究波场传播及理论地震烈度与该区域复杂地形地表及中小尺度上地壳浅部几公里速度结构之间的关系。本研究拟获得的三维高分辨率模型可以为今后的区域地震定位、震源参数反演、地震灾害的快速评估及后续三维更高精度模型的建立提供一个可靠的三维参考模型。此外，本研究还将为认识华北克拉通破坏的范围和机制提供重要的结构信息。

华北地区是我国强震灾害风险很高的地区，区域可靠、高分辨的三维地壳和岩石圈速度结构模型对于认识区域构造演化、地震分布、地震灾害评估等科学问题具有重要的意义。本项目主要利用华北地区密集地震台阵的波形和走时资料，采用地震学成像及联合反演方法获得研究区域更为可靠和高分辨的地壳上地幔三维速度结构模型 ，并采用走时和波形方法评价不同模型的可靠性，计算1976年唐山地震的强地面运动特征与结构分布的关系。本项目主要获得如下研究成果：（1）采用背景噪声及地震面波频散走时数据反演获得了华北地区地壳上地幔横波速度结构模型；（2）采用体波走时和面波频散走时直接反演获得了华北地区三维地壳横波速度结构模型NChina_Crust1.0；（3）发展了新的基于线性台阵背景噪声波形伴随成像的方法，并获得华北地区线性台阵剖面下方的精细二维速度结构；（4）采用P波接收函数（Ps波及多次波）波动方程偏移成像方法获得了华北地区更为精细的地壳厚度模型，并采用P波接收函数分析方法获得该地区地壳平均方位各向异性特征; （5）发展了基于频散曲线、瑞利面波振幅比、P波接收函数联合反演台站下方一维横波速度结构的方法，并获得了华北地区部分台站下方的地壳层状速度结构模型; （6）利用区域体波走时和面波波形振幅比评价了华北地区不同地壳速度结构模型的可靠性和精度；（7）基于获得的NChina_Crust1.0地壳模型，模拟了1976年唐山大地震的强地面运动特征，分析了其与速度结构分布之间的关系；（8）发展了背景噪声体波干涉和间断面成像方法，研究了华北地区地幔转换带结构的横向变化；（9）发展了台阵接收函数插值的新方法以及自适应空间平滑的面波成像新方法。通过所获的的多种成像结果，深入讨论了华北克拉通的演化过程、破坏机理、地震分布特征等科学问题，研究成果对于后续华北地区多尺度结构模型构建以及地震灾害的评估具有重要的意义。本项目已发表10篇论文，其中第一标注8篇（SCI论文7篇，包括GRL、JGR等多篇高水平论文）。