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断层带围陷波是由于地震波在断层带内低速介质和高速围岩之间的界面内侧多次反射相干而形成的,其频率及振幅特性依赖于断层带的几何结构和介质物理性质,因此利用人工爆破或天然地震激发的围陷波可以用来探测断层带内部结构。本文研究目的就是通过对昆仑山断层带人工爆破产生的围陷波进行三维交错网格有限差分模拟从而进一步确定昆仑山断层带内部细结构。
为了精确确定断层带速度结构和介质参数,本文首先对昆仑山断层带人工探测资料进行简单分析,研究了实际三分量记录的P、S波、围陷波到时、波形和振幅特征,并分析了断层结构、震源激发条件、干扰、地质条件及地形变化等对观测记录的影响。然后在初步解释结果的基础上,建立了简单模型进行了三维模拟,在接近实际情况下分析了断层带内和围岩P、S波速度、断层带宽度、断层带内垂向速度界面、不同震源类型、Q值等对围陷波的影响。通过围陷波影响因素分析,考虑到P、S波震相以及三分量特征,经计算初步设定了断层带速度结构。模拟试验调整后,确定了昆仑山断层带的一系列参数。根据确定的参数建立模型,设置观测系统,对SP2、SP3、SP4炮进行三维有限差分模拟。最后,对比了模拟结果与实际资料,详细分析了模拟的和实际的围陷波的波形、频谱、频散等特征。分析结果表明,模拟的围陷波与实际记录具有很好的一致性。由于围陷波模拟过程中考虑了三个分量以及P波和S波震相,增加了对模拟的约束,从而使最终结果的可信度得到提高。
围陷波数值模拟获得的昆仑山断层带的细结构参数是:1000m深度以上断层带宽度为300m,以下为250m;断层带内具有六层速度结构,深度在350m以上的顶层Vs=1.02km/s,Vp/Vs≈2.14,Q=15.0,外部围岩Vs=1.80km/s,Q=25.0;第二层厚150m,断层带内Vs=1.26km/s、Vp/Vs≈2.10,Q=21.0;500m深处断层带内S速度增加到1.60km/s,500m以下,随着深度的增加,S波速度和Q值逐渐增大,Vp/Vs减小;在1000m深处有一个大的速度界面,此速度界面以下为基岩,其S波速度为2.70km/s,P波速度为5.4km/s,Q值为43.2,断层带外基岩S波速度为3.3km/s,P波速度为5.8km/s。