青藏高原东北缘地壳结构的地震波形反演研究

2007年7月至今，项目依托单位在青藏高原东北缘先后布设了54台流动宽频带地震仪，获得了大量流动地震观测资料，填补了一些观测空白区域，基于这些资料和研究区内79个宽频带数字固定地震台站提供的资料，利用三分量全波形反演方法，研究青藏高原东北缘各个块体以及过渡带的分区地壳精细结构。完善申请人已经开发的各向异性介质全波场正演方法，使之适宜于高效率、高精度模拟各向异性地球介质中的近震和区域地震波场。对于研究区内观测资料显示存在各向异性的块体，通过全波形反演，研究各向异性分层速度结构、层厚、各向异性强度。通过上述研究，填补一些以前观测资料欠缺地区的研究结果空白，为青藏高原东北缘各个块体之间的相互作用方式、青藏块体地壳增厚、块体隆升的地壳动力学机制、青藏高原东北缘物质侧向流动的动力学机制研究提供新的地震学证据。促进该地区地壳动力学、强震发生机理、青藏高原动力学等方面的研究。

青藏高原东北缘位于多个活动块体交汇地区，研究该地区各个块体的地壳精细结构，有助于进一步理解青藏块体与周边块体之间的相互作用方式、青藏块体地壳增厚、块体隆升的地壳动力学机制。本项目利用依托单位在青藏高原布设的流动宽频带地震仪以及研究区内固定地震台站获得的观测资料，采用三分量全波形反演方法，研究青藏高原东北缘各个块体以及过渡带的分区地壳精细结构及其各向异性特征。研究取得的主要成果包括：（1）成功利用甘肃、青海区域固定地震台网所记录的2013年7月22日甘肃省岷县地震Ms5.6级余震的波形资料，基于我们所发展的地震波形反演方法，得到了研究区内青藏高原东北缘以及相邻地区的地壳速度结构。（2）为了提高波形反演的收敛速度与精度，我们尝试首次将近年来在其它领域出现的烟花算法应用于区域地震波形反演，并成功应用于上述青藏高原东北缘分区地壳速度结构反演。（3）利用2008年8月1日汶川地震余震在同仁台的三分量记录开展研究，采用横向各向同性介质近似其结构，通过三分量波形拟合给出了青藏高原东北缘地壳各向异性速度结构。这一新的结果提供了青藏高原东北缘存在地壳介质各向异性的证据，并且初步估计在同仁台到震源的方位上SH波速比SV波速慢4.4%。（4）依托单位北京大学在柴达木盆地周围布设的流动地震观测台阵，记录了2008年11月10日发生的一个Mw=6.3级地震，弥补了该地区固定台站稀疏的缺点，我们利用这些资料开展了柴达木盆地地壳结构的区域地震波形反演，获得了三个分区的地壳速度结构，为该地区地壳结构研究提供了新的地震学证据。（5）我们将课题组开发的基于小生境遗传算法和反射率方法的区域地壳速度结构波形反演方法推广到海底洋壳的速度结构反演，基于理论模型测试了方法的有效性。该方法为研究程度较低的海底洋壳结构波形反演提供了有益参考。（6）我们将以往课题组基于PC集群系统的伪谱与高阶有限差分混合并行方法扩展到GPU系统，实现了基于CUDA平台的混合方法二维地震波场模拟。将PC集群系统上运行的并行算法应用于二维全地球模型SH波传播数值模拟，提高了其计算效率。（7）利用课题组开发的伪谱与高阶有限差分混合方法，通过数值模型开展了表层沉积层特性对地震地面运动的影响研究，以及横向非均匀全月球模型中P-SV波传播数值计算研究。