4D成像技术研究及其在龙门山断裂带介质演化中的应用

Longmenshan fault zone underwent Wenchuan earthquake and Lushan earthquake in order, and its inner material went through the serials process of cracking – healing – re-cracking – re-healing, that resulted in significant temporal changes of property parameters. This proposal will develop a serial of 4D tomography method to research temporal changes of seismic velocity and attenuation in the fault zone, and reveal evolution of properties of rocks and stress situation. It is significant to understand preparation mechanism of large earthquake and important to predict earthquake in future. . The new 4D tomography techniques will simultaneously image the structure using different time period data. In the method, perturbation constrains are adopted to reduce effect of heterogeneous ray path, and event time term in the tomography are applied to decrease effect of earthquake location errors, and earthquake doublet are searched to verify and correct temporal changes. Then this new methods are applied to Longmenshan fault zone and temporal changes of seismic velocity and attenuation will be obtained. Combining with deformation information from GPS data, we will reproduce the evolution process of cracking-healing of Longmenshan fault destroyed by Wenchuan and Lushan earthquake. After comparing with surface rupture, fault displacement, geology characters, we will discuss the distribution of the temporal changes, evolution mechanism of fault, and interactions between Wenchuan and Lushan earthquake.

龙门山断裂带先后经历了汶川地震和芦山地震，其内部介质发生了破坏—恢复—再破坏—再恢复的复杂过程，并且其物性参数也发生了显著的时间变化。本研究将发展一套4D成像技术来研究断裂带地震波速度和衰减的时间变化，揭示断裂带物质和应力环境的演化规律。这对理解大地震的发生机制和未来的强震预测具有重要意义。. 新的4D成像技术将不同时间段的数据联合成像，通过增加变化量约束的方法有效降低射线分布差异的影响，通过引入误差时间项有效减少地震位置误差造成的影响，并利用重复地震进行进一步验证。然后将该新技术应用于龙门山断裂带获得地震波速度和衰减的时间变化，并结合GPS的形变资料，再现汶川芦山两次地震对龙门山断裂带破坏—恢复的介质演化过程，与地表破裂、位移量、地质特征等进行比较，探讨其变化分布特征，介质演化机制、以及两次地震之间的相互作用。

龙门山断裂带先后经历了汶川地震和芦山地震，其内部介质发生了破坏—恢复—再破坏—再恢复的复杂过程，并且其物性参数也发生了显著的时间变化。本研究发展了一套有效的时移层析成像技术，应用于龙门山地区并成功获得了断裂带在大地震中的同震和震后结构演化的全过程。. 速度变化研究观测到清晰的地震波速度同震降低和震后恢复现象，发现芦山地震的发生显著加速了汶川地震破裂区的愈合，揭示了断裂带结构演化与应力变化之间的密切联系。该研究有两点重要创新，一是前人研究地震同震变化较多，但震后恢复研究非常少，本研究观测到整个演化过程，二是前人研究大地震间的关系主要强调前一个地震如何触发后一个地震，而该论文发现后一个地震能够促进前一个地震的愈合，这在实际断层中的观察尚属首次。结果表明，地震引起的应力重新分布在重建断层强度方面起着重要作用。该成果发表在Nature Geoscience上。. 衰减变化研究表明，就区域整体衰减结构而言，平均Q值同震升高，震后半年时间即可恢复。衰减成像发现汶川地震区Q值具有分段性，南部逆冲段，Q值降低存在于映秀破裂区，北部走滑段，挤压区Q值升高，拉伸区Q值降低。这种分布可能与地下水的渗流密切相关。. 在方法上，我们发展的时移层析成像技术针对传统成像中的两大难点，即地震定位误差特别是深度误差较大，及不同时间段地震射线分布不均匀，分别提出了解决方案。一是在走时方程中引入时间项用以刻画震源深度误差或发震时刻误差，二是联合反演背景结构和结构变化。方法的改进使得我们能够获取精确的地下结构变化。. 该研究对认识地震循环过程中断裂带结构演化的规律具有非常重要的意义，为未来从物理机制方面开展地震预测奠定坚实的基础。