利用背景噪声研究壳幔结构发展综述

利用背景噪声研究地下结构即对两个台站长时间的地震噪声记录进行互相关计算提取台站间的格林函数,获取面波频散特征,并进一步层析成像或测量面波走时变化.通过该方法可获得壳幔速度结构和对地下介质监测.近些年,该方法在理论上和实践上都有长足进展.首先介绍地震背景噪声应用的发展历史,进而重点论述利用背景噪声对壳幔进行群速度和相速度结构成像、三维剪切波速度结构成像、与其他方法联合成像和对地下介质监测的应用.最后分析了目前背景噪声应用面临的问题,并展望了其发展前景.     

利用背景噪声研究地下介质速度变化及其进展

利用背景噪声互相关提取经验格林函数,再由走时偏移计算介质速度变化,是一种监测地下介质速度变化的新方法。先从背景噪声中提取地下介质速度变化的研究意义,然后从其发展过程、原理及目前的研究动态三方面进行阐述,最后是对此方法的总结与展望。     

地震背景噪声成像技术研究进展与展望

背景噪声成像技术是21世纪以来地震学研究最为重要的突破性进展之一.该方法不依赖于天然地震事件的发生,利用连续地震记录中普遍存在的"背景噪声",通过不同台站对间连续时间信号的互相关来提取经验格林函数并用以进行地下介质结构成像研究.与传统的天然源地震探测手段相比,背景噪声成像技术从随机场源信号中提取介质结构的信息,具有成像...     

汶川震中区震后波速变化——基于三分量噪声互相关的结果

利用地震背景噪声互相关研究地下介质波速随时间变化是目前地震学的研究热点之一.对于2008年汶川地震引起的地下介质变化多个研究组也用噪声互相关进行了研究,观测到发震断层附近的龙门山地区和四川盆地出现明显的同震波速降低.     

基于地震背景噪声互相关函数研究介质衰减综述

近年来,基于地震背景噪声互相关函数的地震层析成像技术,在研究地球深浅部结构中获得了广泛应用.目前,绝大多数的背景噪声成像仅仅利用了互相关函数的相位信息,即利用走时来反演地球介质的速度和各向异性特征.利用互相关函数的振幅信息提取介质的衰减仍在研究之中.从背景噪声场中提取的衰减信息可以从非弹性的角度更好地约束地壳和上地幔的精细结构,为地球动力学解释提供更多证据.利用背景噪声提取介质衰减,有两种基本的方法:(1)基于时间域噪声互相关函数的相对振幅随台间距变化,即衰减介质中的地震干涉方法;(2)基于频率域空间相干曲线的拟合,即考虑衰减的空间自相关(SPAC)方法.这两种衰减提取的方法在原理上是一致的.本文分别评述这两种方法的理论发展和处理过程,介绍背景噪声互相关技术提取衰减的应用成果.背景噪声互相关函数幅度受噪声源分布,固有衰减、散射、聚焦和散焦等因素的共同影响,文中对此做了评述.利用背景噪声场提取衰减时,需要谨慎对待这些因素的影响.最后对背景噪声衰减提取和今后的发展前景进行了展望.随着密集台阵的布设和衰减提取方法的不断完善,噪声互相关幅度信息的研究将会获得更为广泛的应用.     

密集台阵背景噪声双聚束成像化龙断裂精细结构

双聚束成像法(Double beamforming,简称DBF)是利用地震背景噪声进行地下速度结构成像的新方法,该方法通过对环境噪声场中能量相干部分的叠加达到提高信号信噪比的目的,识别和提取不同类型的地震波信号及其入射方位角(微弱体波、反射面波等),从而进行地下速度结构成像研究等.特别是进行背景噪声面波成像时,DBF能...     

地震背景噪声成像研究综述

地震背景噪声成像方法已成为21世纪地震学的伟大突破之一,其原理是,对2个台站记录的连续背景噪声信号进行互相关计算,得到台站间的格林函数,利用经验格林函数得到面波速度函数,获取面波频散特性,用地震层析成像方法对面波速度进行反演,得到地球内部的速度结构。其应用近年来日益广泛,涉及各向同性和各向异性的速度结构成像、大地震前后速度结构变化监测、体波联合成像、衰减结构成像、地震定位精度提高、噪声源分布和物理起源探究、强地面运动评估等。其优点是不需要等待天然地震或使用对环境构成威胁的人工爆破,所有台阵都可以当作源,拓宽了频带范围,可以获得较多短周期频散数据,提高反演分辨率。     

中国大陆背景噪声成像研究及应用前景

对长时间序列的背景地震噪声进行互相关计算可以得到台站间的经验格林函数,这种方法不依赖天然地震及人工震源,仅利用台站记录的背景噪声就能得到地下结构,该方法可以更为便捷地获得地震活动性较低地区的地下构造.随着背景噪声层析成像技术的发展应用,该方法会进一步提高地壳上地幔速度模型的分辨率.本文综述了背景噪声成像技术及其在中国大...     

利用噪声研究地下介质速度结构及其变化在中国大陆的应用

背景噪声层析成像技术已被广泛应用于地壳和上地幔速度结构的研究,这种方法不依靠地震的发生和人工源爆破,只需记录连续的噪声信号而无需产生信号,因为噪声穿过地下介质时会携带信息,然后通过利用台站记录到的连续背景噪声数据进行互相关计算和叠加,即可得到台站间的经验格林函数,从而获取对地下结构的认识。这种方法已经很好地应用于中国的东北地区、华北克拉通、青藏高原以及华南地区,并成功地揭示了这些地区地壳与上地幔顶部的速度结构。此外近年来,一些学者还利用噪声互相关技术研究地下介质地震波速度随时间的变化,通过对汶川大地震前后连续噪声记录的研究发现,大震发生后呈现同震波速降低和震后波速逐渐恢复的特点,这表明可以通过观测地震波特性的变化来监测地下应力的变化,从而为大震的预测预防工作提供科学依据。本文主要综述了近些年来背景噪声技术及其在中国大陆地区的应用。     

地球背景噪声干涉应用研究的新进展

对地震台记录到的长时间的地球背景噪声进行互相关处理,得到的互相关函数可以近似地表征这两个台站之间的格林函数,这种数据处理方法被称为背景噪声干涉.近年来,背景噪声干涉研究在理论和实践上都有了长足进展,并被广泛用于地下波速结构及其演化规律的研究.本文首先简单介绍了背景噪声干涉研究的概念和理论依据,进而重点介绍了针对噪声源性质、互相关函数的波形到时和振幅特性的应用研究.通过对这三个方面研究的回顾,分析总结了该研究领域的新进展及需要解决的问题,并对背景噪声干涉研究的新特点进行了分析和展望.     

背景噪声提取体波方法研究进展

地球深部结构探测是地球物理学的核心领域,而地震体波可以深入地球内部且分辨率较高,是研究地球内部结构不可或缺的技术手段。基于背景噪声提取高信噪比体波信号技术的迅速发展,极大地促进了地震学的发展和应用范围,使其在地球深部结构成像、城市浅层空间探测等领域日益发挥出重要作用。本文详细综述了如何利用地震干涉法及台阵处理技术提取出用于研究不同探测尺度（局部、区域、全球）的各类体波信号。其中,地震干涉法通过对地震台站记录到的波形信号进行互相关,抵消掉重合的射线路径,最后得到台站对之间的地震记录;而台阵处理方法是基于接收器台阵发展起来的数据处理手段,该技术不仅能够进一步提高信噪比（SNR）,而且能够获得方位信息。一般来讲,背景噪声中包含的体波信号能量远低于面波信号能量,提取难度大。本文着重介绍了Bin-叠加法、双波束方法（DBF）以及相位加权叠加法（PWS）,并对3种方法的适用条件进行了总结。      

海洋活动对云南地震观测台网的影响

1 研究背景 地震的孕育和发生通常伴随着应力场变化、地下流体迁移、地壳浅层破坏等事件的发生,从而导致地下介质物理性质(如波速)的变化.由于背景噪声监测方法的独特优势,背景噪声互相关函数在监测地震孕育过程中展现了巨大潜力(Brenguier et al,2008),也为地震预测预报工作提供了有用的参考信息.然而,噪声源季节性变化,对以背景噪声互相关方法测量的地震波速度的精度存在影响.因此,利用背景噪声监测地震波速度变化,必须对噪声源机制有清晰认识.     

辽宁地区低频背景噪声特征分析及模型建立

低频背景噪声是地震数据的重要组成部分,在地下介质成像和地质构造探测等研究中发挥重要作用。区域性背景噪声研究不仅会得出该区域背景噪声特性,还可以针对地域性特征进行更适合的应用。辽宁地区低频背景噪声对本区域背景噪声研究有重要意义,基于辽宁省6个台站连续多年的宽频带地震背景噪声数据,利用地震计观测的位移值研究辽宁地区低频背景噪声特征,并采用数学函数模型构建了辽宁地区低频背景噪声模型。通过计算背景噪声位移分析发现,辽宁地区低频背景噪声（1 Hz以下）具有明显季节性变化,通常在冬季达到最大值,在夏季达到最小值。基于三角函数关系拟合得到辽宁地区背景噪声年变公式,建立辽宁地区低频背景噪声模型,并采用ADF法验证了该模型可靠性。     

基于Poynting矢量的全波场分离成像条件在VTI介质逆时偏移中的应用

逆时偏移是目前应用非常广泛的成像方法,通常利用互相关成像条件进行成像,然而低频噪声的存在降低了成像的精度.为了改善逆时偏移的成像效果,可以通过对波场进行分离,再选择合适的波场成分进行互相关成像.由于Poynting矢量可以指示地下介质中地震波的传播方向,利用Poynting矢量对波场进行了上、下、左、右行波分离.然后,本文将基于Poynting矢量的全波场分离成像条件应用于VTI介质叠前逆时偏移,该成像条件在保证构造准确成像的前提下有效地压制了低频噪声.在进行正演模拟的过程中,本文通过最小二乘差分系数优化提高了模拟的精度.通过模型试算,验证了最小二乘差分系数优化对提高数值模拟精度的效果,并证明了基于Poynting矢量的全波场分离成像条件的有效性.     

利用背景噪声研究新疆呼图壁储气库周边浅层介质结构及其变化

呼图壁地下储气库依托于枯竭的呼图壁气田建设而成,是中国继大张坨储气库之后投入建设使用的第2个储气库,为我国目前容量最大的天然气储气库。它通过夏季储气、冬季采气实现天然气的供需平衡,有效解决了新疆地区,尤其是,天山北坡经济带面临的冬季"气荒"问题,并为保障西气东输稳定供气和国家能源战略储备发挥重要作用。该储气库地处准噶尔盆地南缘北天山山前坳陷带内的呼图壁背斜上,其所在的天山北侧活动构造带是我国主要的地震活动带之一。研究该地区局部的浅层速度结构和介质变化特性对于保证该储气库安全运营,监测区域地震活动性,评估场地效应等都具有重要的意义。前人对包括呼图壁储气库在内的天山造山带至准噶尔盆地转换区域的深部地质构造特征已经有了许多研究,但是,在该地区浅层速度结构和介质变化等方面的研究几乎是一片空白。地震背景噪声互相关是一种新近发展起来的方法,主要是通过对两个台站记录到的地震背景噪声进行互相关运算来得到两个台站间的格林函数,从而用于地下结构成像或者介质变化的研究中。近年来,高频背景噪声由于可能存在较多的体波成分,且高频面波可以较好地反映浅层介质信息而逐渐引起关注。因此,本文将以从背景噪声中提取的这种高频面波信号作为工具,围绕新疆呼图壁储气库地区浅层结构成像和介质变化两个关键的科学问题,开展了以下4个方面的研究工作:(1)新疆地区流动地震观测背景噪声特征。利用目前通用的台基噪声分析方法,通过计算单条记录的加速度功率谱密度并统计一定时间段内的功率谱概率密度函数,研究了该地区的噪声来源及其特征。结果表明,研究区域由于超厚沉积层和显著人为活动的影响,大部分台站的背景噪声水平在高频段接近甚至超过全球高噪声模型,部分台站在全频段均超过全球高噪声模型。噪声成分主要是高频人为噪声和微震噪声,其中,新疆由于距离海洋较远微震噪声相对较低,而人为噪声频带范围较宽,强度较大,甚至超过高噪声模型,有助于提取两接收点之间的高频面波格林函数,从而获取浅层的介质信息,说明在该地区进行高频面波成像及浅层介质变化研究是可行的。(2)新疆呼图壁地区高频噪声成像。利用背景噪声互相关方法计算了不同台站对之间的格林函数,然后利用多重滤波方法获取了对应的瑞雷面波频散曲线,给出了一个平均的剪切波速度模型,并反演了不同周期对应的二维群速度分布图像。平均剪切波速度模型对应于近地表区域剧烈变化且砂泥岩交互的岩性特征。420?500 m处出现一个明显的低速层,可能与松散砂砾层有关。该浅层速度模型对于研究呼图壁储气库的上覆地层特性,近地表场地效应评估,去除浅层影响都具有重要的参考价值;不同周期的群速度图像均显示呼图壁和呼图壁北断裂处于高、低群速度过渡带,由于呼图壁〇〇1号井北断裂的北部并没有路径覆盖,无法观测到其两侧的速度差异。此外,在储气库西南边的台站附近,存在着一些明显的高速异常,推断是由于接近造山带引起的。对比不同深度的群速度分布图像,除了随深度有一个增加的趋势之外,纵向差异性较小。(3)新疆呼图壁地区地下介质特性变化。利用背景噪声互相关方法对呼图壁储气库区域的地下波速变化进行了初步分析,发现了可能与储气库充放气和地下水位变化有关的波速变化。但是,由于本文所选用的时间长度有限,只观测到了一个季节性的周期变化,未来需要进一步进行更长时间的观测来分析各种可能的影响因素。在该区域附近布设了气枪信号发射台,气枪震源具有高度可重复性,目前为止已经积累了大量的实验数据,利用互相关检测气枪信号的直达波到时,能够监测地下介质的微弱波速变化。采用这种主动观测系统,与本文的被动成像结果进行比较,可以通过互相验证以精确分析地下介质变化的时空分布特征。(4)垂直井孔台站在近地表介质特性研究中的效果初探。利用云南普洱大寨井的地表与井下噪声记录,研究了深丼观测对噪声水平的影响。发现该井下地震计在降低频率大于1 Hz的噪声上有明显的效果,尤其对于5 Hz附近的噪声,可降低达40 dB之多;当频率大于10 Hz时,随着频率的增加,降低噪声的水平逐渐降低。事实上,井下观测除了具有压制噪声的作用之外,还具有其他一些独特的优势。利用正则反卷积方法对距离台站150km内的10个近震事件开展了分析,构建了自375 m深度至地表之间的格林函数,并从中识别出入射波及地表反射波,从而获得了浅层的平均速度结构。以其中一个地震事件为例计算得到的直达波和地表反射波的理论到时与反卷积结果获取的实际到时差基本一致,说明平均速度是可靠的。由钻孔地质资料估算的初始速度模型可以看出,该地区的地下浅层结构存在多个较大的波阻抗界面,当地震波在从井孔基部传播至地表的过程中,发生了多次反射,而传播至地表后,从地表反射回井下地震计的能量明显减小。这是导致反卷积波场上入射波和地表反射波之间存在多个峰值,而且地表反射波的振幅相对弱于入射波甚至无法识别的原因。该结果为在新疆呼图壁地区利用井下观测进行地下结构及其变化的研究提供了方法参考。     

VTI介质中准P波方程叠前逆时深度偏移

根据具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质中的一阶准P波方程,导出了该方程在交错网格中逆时延拓的高阶有限差分格式,给出了其稳定性条件,采用完全匹配层吸收边界条件解决边界反射问题,分别应用下行波最大能量法和归一化互相关成像条件, 实现了VTI介质中准P波方程的叠前逆时深度偏移．各向异性Marmousi模型的试算结果表明,VTI介质准P波方程叠前逆时深度偏移算法不受地下构造倾角和介质横向速度变化的限制,对复杂模型具有良好的成像能力;应用归一化互相关成像条件能得到更好的成像效果．对比该模型的各向异性和各向同性逆时偏移剖面表明,在各向异性地区采集的纵波数据用各向异性偏移算法理论上能得到更好的成像结果．      

地震体波走时层析成像方法研究综述

地球介质参数是地震深部探测的重要目标,蕴含了丰富的地球结构和演化信息.全波形反演技术由于计算量大的原因,目前阶段在实际壳幔结构成像应用中还存在较大的难度.基于P波和S波到时的体波成像仍然是壳幔精细速度结构成像的重要途径.本文主要介绍了三种具有代表性的地震体波走时层析成像方法,即基于高频近似射线理论的成像方法、基于程函方程数值解的初至波成像方法及有限频成像方法.基于射线理论的成像方法计算量小,计算效率高,长期以来是体波成像的主要方法之一;基于程函方程数值解的成像方法,在初至波走时成像方面有优势,但是要求网格节点较密,计算量大;有限频成像方法基于波动方程理论,比射线理论包含更丰富的介质信息,但是由于计算量大,目前在实现过程中引入简化的假设,成像效果还有较大的提升空间.     

被动源体波信息提取技术及其质量监控

基于互相关的被动源地震干涉测量是一种潜在的、经济有效的地质与地球物理研究技术.然而,被动源地震记录常以面波能量为主,从被动源地震记录中提取体波仍然是一项具有挑战性的任务.首先,本文系统阐述和比较了互相关和反褶积以及互相干三种干涉方法的差异,并指出在进行体波成像时使用互相干方法效果更好;其次,为了有效增强体波信号,本文提...     

分布式光纤声波传感系统在近地表成像中的应用Ⅱ:背景噪声成像

随着城市化的发展,城市地球物理日益成为地球物理研究的重要方向,地震成像是构建城市地下空间三维/四维图像的重要手段,但面临观测成本高的困难.近年来国际上新发展的分布式光纤声波传感器作为高密度地震观测系统已经在地震层析成像方面得到了应用,在提高成像分辨率的同时,又降低了观测成本.本研究使用国产分布式光纤声波传感器开展了观测实验,利用480m埋地光缆记录了13h背景噪声,计算得到噪声互相关函数,获得了高频Rayleigh面波信号.采用多道面波分析方法提取相速度频散曲线,其结果与传统检波器记录和主动源结果较为一致.采用遗传算法反演得到了研究区内二维S波速度剖面,获得了下方沉积物横向变化特征.通过本次实验,初步验证了国产设备开展地震背景噪声成像研究、构建地下浅层结构模型的可行性.     

基于Python语言的ObsPy软件包从地震背景噪声中提取瑞利面波经验格林函数的实行方案

针对海量地震数据的高效自动处理是现代地震学重要的研究课题之一.本文基于Python语言的地震学数据处理软件平台ObsPy重构了背景噪声成像数据处理工作流程方案.以大兴安岭地区的不同来源与不同格式的地震数据为例,利用ObsPy软件包实现了背景噪声成像去除仪器响应、重采样、滤波、去均值趋势等预处理过程,以及One-Bit时间域归一化、谱白化、互相关计算等主要工作流程.对比测试表明基于ObsPy软件包的新流程与常用的噪声成像软件包的计算效率具有可比性,但代码更加简洁易用.同时,基于Python语言实现了利用Bootstrap方法对背景噪声成像提取面波频散曲线的误差分析.最后,本文利用归一化背景能量流方法分析了大兴安岭地区相关噪声源的时空分布.分析结果显示,研究区接收的短周期噪声可能与太平洋浪高的季节变化相关,接收的长周期噪声可能与全球海洋浪高的季节变化相关.