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2020年 第42卷 第1期    刊出日期：2020-02-20

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研究论文

新疆巴里坤1842年和1914年2次M71/2历史地震地表破裂的几何展布及特征

徐良鑫, 冉勇康, 梁明剑, 吴富峣, 高帅坡, 王虎

2020, 42(1):  1-17.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.001

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地震地表破裂带是断裂活动最为直观的地貌证据, 其破裂样式、 同震位移量及空间几何展布特征是判定活动断裂分段及长期活动习性的重要依据。 文中在对新疆巴里坤盆地开展活动断裂调查研究的过程中, 综合遥感解译、 野外断裂踏勘、 小型无人机航拍、 地表断错位移分析以及古地震槽探等方法, 根据在巴里坤盆地南缘断裂西段的雄库尔—邵家庄之间和巴里坤盆地中央东部等多处新发现的总体呈EW向展布的最新地表构造形变遗迹, 并对比历史文献记载中这2次地震震害的分布特征, 进一步厘定了巴里坤1842年和1914年2次M71/2历史地震地表破裂的空间展布及特征。 结果表明, 沿巴里坤盆地南缘断裂西段分布的1842年M71/2地震地表破裂带的同震运动以左旋走滑为主, 在雄库尔与巴里坤县城之间呈雁列状展布, 且自西向东还具有向巴里坤盆地中央扩展的趋势。 新厘定的地表破裂带长度至少可达65km, 最大水平位错量出现在雄库尔—洛包泉一带, 多个冲沟水系的同震位错平均观测值为(4.1±1.0)m, 并具有约4m的特征位移量, 由此推断1842年M71/2历史地震的震中位置应在雄库尔—洛包泉一带。 此外, 位于巴里坤盆地中央东部的奎苏镇—伊吾盆地盐池乡附近的褶皱盲断层带应是1914年M71/2地震的发震构造, 该地震的地表变形带全长约90km, 表现为河漫滩等最新地貌面和冲积砾石层的显著褶皱变形, 并且有多处露头剖面显示与同震褶皱变形伴生的弯矩断层已断错至地表。 因此, 1914年M71/2地震的震中位置应在地表构造形变最为显著的奎苏镇东附近。 文中取得的研究结果不仅进一步更新和完善了对巴里坤盆地2次历史地震震中位置及发震断裂的认识, 并可为分析区域地震危险性提供重要的参考资料。

青海都兰热水-桃斯托河断裂的新发现及构造意义

李智敏, 任治坤, 刘金瑞, 哈广浩, 李正芳, 王勃, 王林建

2020, 42(1):  18-32.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.002

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在青海都兰最新开展的活动断裂调查工作中, 于都兰-茶卡高地南部新发现了1条长约40km、 走向近NEE的左旋走滑、 局部兼正断性质的全新世活动断裂——热水-桃斯托河断裂。 文中通过野外地质调查与典型段落无人机航拍主要获得了以下2点认识: 1)热水-桃斯托河断裂及其全新世活动的发现尚属首次, 其长约40km, 断裂带东端存在长6km的地表破裂带; 2)断裂切过的冲沟和阶地存在左旋位错现象, 利用无人机获取高分辨率DEM影像, 并对冲沟沟谷的地形剖面进行恢复测量得到的位错量为(9.3±0.5)m、 (17.9±1.5)m和(36.8±2)m。 对2级冲沟阶地位错进行恢复测量得到T₁/T₀阶地陡坎的位错量为(18.2±1.5)m, T₂/T₁阶地陡坎的位错量为(35.8±2)m, 可以看出冲沟位错量和阶地位错量的结果较为一致。 据历史地震记载, 1938年4月10日在热水-桃斯托河断裂地表破裂的东端发生了M53/4地震, 1952年3月21日发生了M_S5.0地震, 可能均与该断裂的活动有关。 但在都兰县县志等相关资料中均未发现有关于这2次地震的文献记录, 这可能与当时地震震中比较偏远、 都兰县人口稀少且发震时间比较久远有关。 东昆仑断裂和鄂拉山断裂最南端会聚形成1个向NW挤出的楔形断块, 位于楔形断块端部的都兰盆地受区域NE-SW向主压应力和2条边界断裂剪切作用的影响, 经历了挤压伴随局部拉张的复杂变形过程。 这主要是由于2条控制楔形断块的边界断裂——东昆仑断裂与鄂拉山断裂之间存在NE-SW向的挤压作用, 在这样的挤压过程中, 楔形断块局部拉张的具体表现形式为两侧断裂发生走滑, 使断块向NW向挤出, 因此该区三角楔形挤出的变形机制与纯粹的刚性块体的挤出机制有所不同。 在靠近鄂拉山断裂的都兰盆地东北缘形成一系列向SE会聚的羽列状逆冲断裂, 其形态上向E与鄂拉山断裂平行, 可能在深部汇入鄂拉山断裂; 靠近东昆仑断裂带的都兰盆地南缘断裂, 即热水-桃斯托河断裂受到东昆仑左旋走滑断裂和鄂拉山右旋走滑断裂共同作用的影响, 表现为左旋走滑的活动特征, 同时楔形断块向NW挤出, 使其东南端出现局部拉张, 故断层局部又表现为拉张性质。 这些断裂共同吸收或转换高原东北缘的剪切应力。 因此, 此次对都兰热水-桃斯托河断裂的新发现为更好地认识和理解青藏高原东北部断块内部的变形方式和机制等提供了重要的约束条件和依据。

喜马拉雅东构造结主要断裂的地震矩亏损与危险性评估

田镇, 杨志强, 王师迪

2020, 42(1):  33-49.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.003

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喜马拉雅东构造结是研究青藏高原构造演化的关键地区, 地震活动频繁。 文中基于地震矩平衡理论, 利用GPS资料与历史地震目录分析东构造结地区的地震矩亏损, 继而评估该区未来的地震活动。 结果表明: 研究区总体的地震矩累积率高于青藏高原的平均水平, 近200a内的累积总量达(1.15±0.03)×10²²N·m, 明显高于地震矩的释放总量(5.50±2.54)×10²¹N·m。 而地震矩亏损量最高的主前缘断裂不丹段具备发生M_W8.1以上地震的可能, 那加山断裂及嘉黎断裂通麦段则不排除未来发生震级大于M_W7.5与M_W7.3地震的可能, 其余断层发生强震(M_W7.1以上)的概率相对较低。 而对于米什米断层与主前缘断层东段, 虽然察隅M_S8.6地震发生于此, 但这2条断层未来的地震危险性仍不容忽视, 且无论察隅地震发生于哪条断层, 其复发周期均为660~1 030a。

合肥盆地中郯庐断裂带西支乌云山-合肥断裂最新活动特征

郑颖平, 杨晓平, 疏鹏, 路硕, 方良好, 石金虎, 黄雄南, 刘春茹

2020, 42(1):  50-64.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.004

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前人对于郯庐断裂带安徽段出露部分的活动性开展了不同程度的研究, 并获得了丰富的成果, 而对于隐伏于合肥盆地中的段, 其活动性如何, 甚至断裂是否存在一直未能取得明确认识。 文中利用浅层地震勘探及钻探联合地质剖面探测方法, 对隐伏于合肥盆地中的郯庐断裂带西分支断层——乌云山-合肥断裂开展了详细的探测研究工作, 在合肥城区由北向南跨断裂布设了4条浅层地震勘探测线和2排联合钻孔剖面, 采用¹⁴C、 OSL和ESR 3种测年手段共获得了34个钻孔地层剖面样品的年龄数据, 结果显示乌云山-合肥断裂错动的最新地层为中更新统青灰色黏土层, 断层活动表现为逆断性质, 最大垂直错距达2.4m, 最新活动时代为中更新世晚期, 上断点最浅埋深达17m。 文中研究证实了郯庐断裂带穿切合肥盆地, 且第四纪以来仍有活动, 所得成果充实了对郯庐断裂带安徽段总体活动的认识。

宜昌砾石层石英Ti-Li心ESR年龄及其对三峡贯通时限的指示

魏传义, 刘春茹, 李长安, 尹功明, 韩非, 张岱, 李亚伟, 张玉芬

2020, 42(1):  65-78.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.005

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江汉盆地是长江贯通三峡后的第一个卸载盆地。 前人的研究表明堆积于江汉盆地西缘的宜昌砾石层是三峡贯通后的直接沉积地层, 因此, 宜昌砾石层堆积的下限年龄可为长江贯通三峡提供重要的年代约束。 但传统的相对年代学方法研究在宜昌砾石层中难以取得较好的成果。 因此, 直接对快速堆积的宜昌砾石层的形成年代和时间跨度开展年代学研究就需要寻找一种更可靠的绝对测年方法, 同时这也是现有研究中的一个重点和难点。 据此, 文中在宜昌砾石层最具代表性的3个连续的沉积剖面上自上而下系统地采集了8个厚层砂质透镜体样品, 采用石英Ti-Li心ESR测年方法对其堆积年代和地层时代跨度进行研究。 结果显示: 宜昌砾石层堆积的年代下限约1.12Ma BP, 上限约0.73Ma BP, 为早更新世晚期到中更新早期约0.4Ma的沉积层。 结合前人的物源示踪结果, 分析认为至少在1.12Ma BP之前长江就已经贯通三峡。

基于ALOS PALSAR影像的莫勒切河洪积扇地貌面定量分期

苏强, 任俊杰, 梁欧博, 郭菲

2020, 42(1):  79-94.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.006

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洪积扇是干旱—半干旱地区最普遍、 最基本的地貌, 洪积扇地貌面记录了第四纪以来构造活动、 气候变化的重要信息, 为构造运动、 古环境和地貌演化等方面的研究提供参考, 但目前缺少可靠的区域洪积扇地貌面定量分期方法。 洪积扇地貌面的粗糙度是地貌演化过程中一个重要的特征。 本研究利用合成孔径雷达(SAR)技术, 选择公开的空间分辨率为15m的L波段ALOS PALSAR数据, 采用横剖面线法获得不同级洪积扇地貌面的后向散射系数, 实现阿尔金断裂带西段莫勒切河洪积扇地貌面的大范围定量分期。 结果表明: 1)L波段HH极化方式的SAR数据对洪积扇地貌面的粗糙度特征敏感, 适合划分莫勒切河地区不同级的洪积扇地貌面; 2)在相对平坦的干旱—半干旱地区, SAR数据的后向散射系数主要表征地表的粗糙度, 利用后向散射系数可对洪积扇地貌面进行大范围定量分期; 3)SAR数据的后向散射系数为划分不同级的洪积扇地貌面提供了一种定量参考指标, 可减少因洪积扇地貌面的空间分布不连续导致的地貌面分期误差。

基于GPS观测的张家口-渤海断裂带活动性

陈阜超, 郭良迁, 郑智江

2020, 42(1):  95-108.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.007

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文中基于1999年、 2007年、 2009年、 2011年、 2013年以及2015年6期GPS区域站观测资料, 计算得到了5个相邻时段中张家口-渤海断裂带的水平形变速率和应变率, 据此研究了该断裂带的活动性演化特征。 结果表明, 在5个时段中, 张家口-渤海断裂带的总体形变速率平均为1.74mm/a, 左旋走滑速率平均为1.59mm/a, 压缩速率平均为-0.59mm/a。 张家口-渤海断裂带各时段的左旋走滑速率均大于压缩速率, 说明其活动性以左旋走滑活动为主, 兼有压缩运动。 在5个时段中最小主应变率均小于0, 为压性, 最大主应变率>0, 为张性。 张家口-渤海断裂带的主压应力方向均为NEE-SWW向, 主张应力方向NNW-SSE向; 正应变率均为负数, 为压性; 断裂带的剪应变率值相对于正应变率较大, 表明剪应力较强, 各时段均以左旋剪切应力作用为主。 张家口-渤海断裂带的构造活动具有继承性, 在日本3·11大地震后, 其构造活动性呈现逐步减小的趋势。

地表破裂的几何结构与同震位移的相关性

郝海健, 何宏林, 魏占玉

2020, 42(1):  109-124.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.008

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研究地震地表破裂的几何结构与同震位移分布的空间关联性, 对于理解断层面几何形貌与地震活动的相关性具有重要意义。 文中运用滑动窗口方法, 对28个震例的地表破裂非规则几何结构特征(走向变化、 阶区大小和粗糙度)和同震位移分别进行了量化和均值计算, 并计算了二者之间的相关性, 最后分析讨论了走滑型和倾滑型震例的相关性之间的差异性及成因。 研究结果表明: 1)相对于倾滑型, 走滑型地震地表破裂的几何结构与同震位移的相关性更高, 表明走滑型断层(破裂)的几何特征在分段中具有更高的参考价值; 2)在走滑型震例中, 地表破裂的几何结构与同震位移之间存在负相关关系, 即地表破裂上某段的阶区、 走向变化、 粗糙度的特征值越大, 其对应的同震位移量越小; 3)走滑型地震的地表破裂非规则几何结构特征中, 与同震位移分布的相关程度由高到低依次为阶区大小、 走向变化、 粗糙度。

2008年M_S8.0汶川地震诱发滑坡灾害在映秀地区的演化特征

兰剑, 陈晓利

2020, 42(1):  125-146.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.009

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强烈的地震不仅能够在山岳地区触发大量的同震滑坡, 对震后灾区地质灾害的发育水平也存在重要影响。 因此, 研究地震滑坡的演化特征对于强震区地质灾害防治具有重要作用。 文中以2008年M_S8.0汶川地震震中附近受到强震扰动的映秀为研究区, 通过对该区域(面积约66km²)震前1期(2005年4月)、 震后5期(2008年6月、 2011年4月、 2013年4月、 2015年5月和2017年5月)的高分辨率影像进行滑坡解译和编录, 借助GIS平台, 获取了高程、 坡度、 坡向、 曲率、 地层岩性、 距最近水系的距离和距发震断裂的距离这7个主要因子的数据, 研究地震滑坡的长期演化特征; 同时, 应用相关分析方法对比了不同时期的滑坡活动性强度, 对该区域内汶川地震诱发的滑坡灾害的演化规律进行了研究。 结果表明, 2008—2017年, 研究区内的滑坡总面积急剧减少, 同震滑坡面积从21.41km²降低到1.33km², 表明震后滑坡的灾害活动程度已经恢复或接近震前水平。 整体而言, 研究区内滑坡的规模不断减小, 滑坡活动性随着时间减弱, 再活动滑坡和新增滑坡数量也相应减少。 滑坡灾害体面积减少的区域主要集中在高程为1 000~2 100m、 坡度为30°~55°、 坡向为40°~180°、 曲率为-2~2的区域。 此外, 汶川地震映秀研究区中的彭灌杂岩体环境更利于滑坡的产生, 而沉积碎屑岩岩性更利于滑坡活动性的恢复。 距最近水系的距离>1 600m时, 水系对滑坡的影响作用逐渐减小, 且研究区地震滑坡存在上盘效应, 即断裂西北地区的滑坡数量远多于东南一侧。

重庆地区地壳各向异性及其构造启示

高见, 杨宜海, 黄世源, 杨聪, 张元生, 柳存喜, 李少睿, 花茜

2020, 42(1):  147-162.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.010

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文中搜集了重庆地震台网14个宽频带地震台站记录的远震波形资料, 利用接收函数Pms到时的方位变化首次获取了重庆地区的地壳各向异性结果, 同时采用接收函数H-Kappa方法获得了研究区的地壳厚度及泊松比。 结果显示: 重庆地区的地壳厚40~50km, 在大巴山推覆构造带附近存在明显的梯度变化; 地壳泊松比平均为0.23~0.31, 在重庆中部泊松比值达到最大。 重庆地区的地壳快慢波时间延迟为0.08~0.48s, 平均为0.22s; 绝大部分地区地壳的快波方向与断裂走向比较一致。 结合GPS观测、 构造应力场和XKS分裂测量等研究资料, 分析认为: 川东褶皱带和川黔断褶带的地壳和岩石圈上地幔为解耦变形, 其南、 北段具有不同的变形特征; 盆山边界可能存在复杂的深部构造变形, 影响了局部地区平均方位各向异性的快波方向, 不同走向的断裂活动还弱化了部分区域的平均各向异性强度; 大巴山推覆构造带南部的地壳变形可能主要受到断裂带构造的影响。

利用地貌形态估算西秦岭-松潘构造结及邻区的下地壳黏滞系数

魏聪敏, 葛伟鹏, 张波

2020, 42(1):  163-181.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.011

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西秦岭-松潘构造结下地壳黏滞系数的定量化研究是理解青藏高原东缘及东北缘动力过程的基础。 为进一步认识该区域岩石圈动力学的演化过程, 建立下地壳流与不同时间尺度岩石圈变形特征的相互联系, 文中以下地壳管道流模型为基础, 利用地貌形态估算下地壳的黏滞系数, 探讨深部岩石圈流变学过程如何作用于上地壳形变和构造地貌特征; 同时结合GPS速度场分析现今的地壳形变, 进一步研究区域弥散构造变形过程。 结果表明: 1)若尔盖-红原盆地北侧及东北侧下地壳的黏滞系数小于东侧及东南侧; 2)下地壳流具有向NE低黏滞系数区流动的趋势, 较好地解释了该区域的造山运动过程、 弧形等高线分布及“V”形展布断裂的发育; 3)GPS数据揭示的现今地表运动方向与黏滞系数反演的下地壳历史演化方向一致, 说明下地壳与上地壳可能具有良好的耦合特征。 研究结果最终为解释不同走向和性质的断裂系发育、 造山带形成、 宏观地貌发育特征以及深入探讨青藏高原东北缘岩石圈的流变学和隆升动力学提供了依据。

东昆仑断裂带东端和2017年九寨沟7.0级地震区深部电性结构探测

孙翔宇, 詹艳, 赵凌强, 陈小斌, 李陈侠, 孙建宝, 韩静, 崔腾发

2020, 42(1):  182-197.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.012

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东昆仑断裂带是青藏高原北部一条近EW走向的巨型断裂, 其东南尾端发生分叉形成了复杂的马尾状断裂系统, 2017年在该区域发生了九寨沟M_S7.0地震。 文中对跨过东昆仑断裂带东端和九寨沟地震区的3条剖面上的大地电磁探测数据进行处理分析, 采用三维电磁成像反演技术获取了三维深部电性结构图像。 所得结果表明, 东昆仑断裂带东端及周边区域内的东昆仑断裂、 白龙江断裂和光盖山-迭山断裂表现出向SW倾斜的电性差异带, 这些断裂向下延伸并合并于中下地壳的低阻层中, 共同组成了由南向北扩展的花状构造。 在马尾状构造中, 隐伏的虎牙断裂带(北段)在深部表现为明显的低阻边界带; 塔藏断裂的规模明显小于虎牙断裂(北段), 并与虎牙断裂(北段)组成单侧花状结构; 白龙江断裂和光盖山-迭山断裂依然表现为由南向北扩展的花状构造, 2组花状结构在深部衔接并统一归并于壳内的低阻层中。 2017年九寨沟7.0级地震的震源区位于高、 低阻交界区域, 处于松潘-甘孜地块壳内低阻层向NE涌动的端点附近, 根据震源区的电性结构和流变结构推测震源深度≤11km。 虎牙断裂(北段)的延伸深度和规模大于东侧的塔藏断裂, 是2017年九寨沟地震的发震断层。 松潘-甘孜地块北部中下地壳发育南西深、 北东浅的低阻层, 表明青藏高原向NE推挤的运动方式是2017年九寨沟地震的动力来源。

花岗质岩石在脆塑性转化域的变形机制

党嘉祥, 周永胜

2020, 42(1):  198-211.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.013

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地震精定位结果显示, 大陆地震多数集中于大陆地壳的多震层内, 该多震层向下收敛于中部地壳的脆塑性转化带。 地壳脆塑性转化带的主要成分为花岗质岩石, 前人通常用石英-斜长石的组合代替花岗岩进行变形研究, 反演转化带的深度和变形特征, 并且认为花岗岩的变形强度由弱项矿物——石英的塑性变形控制。 近年来, 实验和野外研究均表明钾长石的变形强度高于石英和斜长石。 大应变量变形实验和野外韧性剪切带的研究结果显示, 在中地壳脆塑性转化带内, 钾长石变形以脆性破裂为主, 斜长石和石英通常表现为动态重结晶。 因此, 用石英和斜长石的组合体代替花岗岩来反演断层的变形特征, 无法全面、 真实地解释断层深部脆塑性转化带的变形特征。 文中总结了花岗岩在野外和实验变形条件下的研究结果, 并分析了花岗岩的主要组成矿物——石英、 斜长石和钾长石的变形特征以及其温压条件的不同步性, 讨论了断层深部脆塑性转化带的失稳条件。

含石量和坡度变化对土石混合堆积体的动力响应及失稳的影响

韩培锋, 樊晓一, 田述军, 文华, 张友谊

2020, 42(1):  212-225.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.014

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土石混合堆积体在地震荷载作用下的动力响应是研究其在地震荷载作用下失稳机理的重要指标。 文中基于室内振动台模型试验, 研究了含石量和坡度变化对土石混合堆积体动力响应特征的影响。 试验结果表明: 峰值加速度(PGA)的放大系数在水平方向随着高程的增加而增大; 坡度越大时水平方向的PGA放大系数越大, 而含石量越大时其对应的水平方向的PGA放大系数越小; 土石混合堆积体的坡脚处竖直方向的PGA放大系数增长明显, 而坡顶竖直方向的PGA放大系数有减弱的趋势; 相同激振强度下, 土石混合堆积体的坡度越大则坡体顶部的永久位移越大, 而含石量越大则对应的坡顶位移越小; 堆积体滑坡振动过程及滑动后, 大粒径颗粒向下运动的速度较快, 使得土石混合堆积体坡脚的堆覆具有非常明显的颗粒分选现象。 文中的研究结果对于分析土石混合堆积体的含石量和坡度变化与其在地震荷载作用下的动力响应规律具有实际意义。

基于海域地震资料的多次波及其鬼波的时距解释

支明, 郝重涛, 姚陈, 于光明, 蔡明刚

2020, 42(1):  226-244.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.015

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当前陆域活动断层研究的相关理论方法已比较成熟, 但针对海域的活动断层探测和研究还很缺乏。 由于海域中水表和海底等强反射面的存在, 多次波及其鬼波将对海域地震记录造成干扰, 有效模拟多次波及其鬼波是进行多次波识别和压制的前提。 近海及构造复杂区往往存在倾斜界面, 基于水平界面假设的传统多次波压制方法难以准确地去除多次波的影响。 文中结合海域地震记录及其采集方式, 基于倾斜界面多次波的时距解析, 针对近海等构造复杂区的实际记录利用简化模型预测多次波, 给出了来自不同界面(包括倾斜界面)的多次波及其鬼波的时距特征, 且与实际记录相吻合, 其结果可提高地震资料的观测解释能力; 在此基础上, 利用时距信息人工合成理论地震记录, 进行常规地震数据处理, 进一步认识不同界面的多次波时距、 速度及其造成的层面假象等特征。 本研究结果有利于有效识别和预测海域地震记录中的多次波, 为多次波的压制提供理论依据, 进而为海域地震活动构造探测研究提供一定的帮助。