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.     

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...     

从背景噪声提取瑞利面波频散曲线——方法与应用实例

利用地震背景噪声提取台站间的面波频散信息,进而进行地下结构研究是目前地球物理学的研究热点之一.本文详细介绍了该方法的发展历程,并以流动台阵和固定地震台站数据为例给出了较为详细的噪声数据处理过程,重点阐述了如何利用地震背景噪声提取瑞利面波的频散曲线.此外,对基层科研人员如何更好地应用固定台站数据资料的技术细节问题给出了具体解决方案.     

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。     

从背景噪声提取瑞利面波频散曲线——方法与应用实例

利用地震背景噪声提取台站间的面波频散信息,进而进行地下结构研究是目前地球物理学的研究热点之一。本文详细介绍了该方法的发展历程,并以流动台阵和固定地震台站数据为例给出了较为详细的噪声数据处理过程,重点阐述了如何利用地震背景噪声提取瑞利面波的频散曲线。此外,对基层科研人员如何更好地应用固定台站数据资料的技术细节问题给出了具体解决方案。     

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。     

基于能量谱的一种实时地震信号检测方法

本文提出一种适用于地震加速度仪观测台站的实时地震信号检测方法。该方法的运用基于Z~-变换的冲激不变和阶跃不变法,对地震加速度仪运动方程所表示的连续系统的传递函数进行数字模拟,导出加速度仪对于地震地面运动加速度的位移反应和速度反应递推公式。根据地震反应谱理论,进一步导出计算地震信号能量谱的快速数值方法。通过对地震台站背景噪声的长期观测和统计分析,建立了特定台站背景噪声模型;又根据特定台站已获得的真实地震记录的统计频谱特性,建立了该台站的地震动预期谱,从而建立起事件检测的标准。最后,以信号和背景噪声的能量谱为比较对象,应用所谓最适信号检测滤波器,对采样率为100点/秒的加速度时间信号进行检测,可以得到理想的结果。     

芦山地震前后介质波速变化与GPS应变场相关性研究

<正>利用地震背景噪声研究地下介质波速变化是近些年发展起来的一种新方法,基于该方法的连续监测能力,通过分析研究区内各台站对间介质波速的时变曲线,可以提取地震发生前后介质波速变化的时空分布;并可通过进一步的对比分析,寻找引起介质波速变化的原因,从而为地震预测提供一定参考。以2013年4月20日的芦山MS7.0地震为例,选取了四川地震台网沿龙门山断裂带分布的11个宽频带数字地震台站,应用其2013年1月至12月期间的垂直向连续波形资料,利用背景噪声方法进行周边区域     

噪声成像在地震预测研究中的现状与展望

近年来,随着噪声成像方法原理的成熟,其发展迅速,已经被众多学者所关注并广泛应用于地震研究领域.对两两台站记录到的长时间连续背景噪声进行互相关计算可以提取出台站间的经验格林函数,再利用层析成像方法得到不同时段地球内部的速度结构,以此来分析强震前后的波速差异,进而可以应用于地震预测研究.本文介绍了噪声成像的发展背景、方法原理及研究现状,分析其优缺点,并综述了其在地震预测研究中的应用与结果的可靠性,最后探讨其未来的发展方向与需要解决的问题.背景噪声在时间上稳定并可重复利用,有效地避免了传统地震成像因地震定位不精确和台站分布不均匀等因素所导致的不可重复性,有助于对地壳内部的波速变化进行实时监测,分析地壳内部区域应力状态的变化,将会促进地震预测方面的探索研究.     

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.     

沉积层地震观测噪声的对比试验

天津地区的地质构造条件复杂,其中大部分地区被新生代沉积物深度覆盖,地势以平原和洼地为主,北部有少量低山丘陵,平原约占93％.因此,天津市测震台网地震观测台站除蓟县台有基岩出露台外,其余台站均为井下地震观测.而井下地震计维修价格昂贵且不易维修,同时还面临着由于井下电缆损毁,地震计无法回收等问题.为此,天津市测震台网一直在寻找一种可替代现有井下观测的新方式,以应对深覆盖层地震观测存在的问题.本文通过地震观测,完成了一地多台基情况下台基噪声的对比试验,得到了很好的对比结果.该方法适合在其它类似天津这样沉积层较厚的地区推广使用,可达到简化地震计安装、降低设备维护成本和方便维护的目的.     

新冠肺炎疫情对佘山与大洋山地震台背景噪声的影响

人类的生产生活产生的振动会以高频地震波的形式被地震台站所记录。2020年1月,新冠肺炎疫情爆发,为了应对此次疫情,各地政府分别启动应急响应,国内地震记录出现最长、最突出的人为地震降噪期。各地震台站背景噪声显著下降,在人口稠密及工业发达地区尤为明显。同时,静噪期为探测地下地震源的微弱信号提供了可能。静噪期内,佘山地震台2 Hz频点背景噪声功率谱密度值比平时降低10 dB,而大洋山地震台10 Hz频点背景噪声功率谱密度值较平时降低约5 dB;佘山地震台2—10 Hz以及大洋山地震台10 Hz以上频率的背景噪声受静噪期影响明显。结合地震台站所处位置分析,疫情期间佘山地震台附近人口流出较多,2—10 Hz频率的背景噪声变化明显;大洋山地震台背景噪声则受工厂、轮渡、高速汽车等影响较大,f ≥10 Hz的背景噪声变化显著,而频率在2—10 Hz则无明显变化,表明该台人口总数趋于平稳。地震噪声和人类活动之间的相关性表明,地震学研究可以提供实时人口动态估计。     

A new stacking technique in ambient noise tomography

We have developed a new stacking technique in ambient noise tomography to obtain high-quality dispersion curves of Rayleigh waves.This technique is used to stack the vertical components of the Estimated Green Functions(EGFs) obtained respectively from cross correlation of the ambient noise data recorded by a remote seismic station and one of the short distance seismic stations of a seismic array.It is based on a phase-matched filter and is implemented by a four-step iterative process:signal compression,stacking,signal extraction and signal decompression.The iterative process ends and gives the dispersion curve of Rayleigh wave when the predicted one and the processing result converge.We have tested the method using the vertical components of synthetic Rayleigh wave records.Results show that this new stacking method is stable and it can improve the quality of dispersion curves.In addition,we have applied this method to real data.We see that the results given by our new technique are obviously better than the ones employing the traditional method which is a three-step process:signal compression,signal extraction and signal decompression.In conclusion,the new method proposed in this paper can improve the signal to noise ratio of EGFs,and can therefore potentially improve the resolution of ambient noise tomography.     

Ambient noise as the new source for urban engineering seismology and earthquake engineering: a case study from Beijing metropolitan area

In highly populated urban centers, traditional seismic survey sources can no longer be properly applied due to restrictions in modern civilian life styles. The ambient vibration noise, including both microseisms and microtremor, though are generally weak but available anywhere and anytime, can be an ideal supplementary source for conducting seismic surveys for engineering seismology and earthquake engineering. This is fundamentally supported by advanced digital signal processing techniques for effectively extracting the useful information out from the noise. Thus, it can be essentially regarded as a passive seismic method. In this paper we first make a brief survey of the ambient vibration noise, followed by a quick summary of digital signal processing for passive seismic surveys. Then the applications of ambient noise in engineering seismology and earthquake engineering for urban settings are illustrated with examples from Beijing metropolitan area. For engineering seismology the example is the assessment of site effect in a large area via microtremor observations. For earthquake engineering the example is for structural characterization of a typical reinforced concrete high-rise building using background vibration noise. By showing these examples we argue that the ambient noise can be treated as a new source that is economical, practical, and particularly valuable to engineering seismology and earthquake engineering projects for seismic hazard mitigation in urban areas.     

赤峰中心地震台地面与井下地震观测系统监测能力对比分析

为分析总结地面与井下地震观测系统的特点,以赤峰中心地震台地面与井下观测系统为研究对象,在噪声分析、噪声功率谱分析、地震监测能力和观测动态范围等方面进行分析。结果表明,2套观测系统的RMS均可达到Ⅱ级环境地噪声水平,井下观测系统噪声小于地面观测系统。对2套观测系统的功率谱密度、有效动态范围的对比均表明,井下观测系统的动态范围比地面观测系统超出约10%,因此,井下观测系统地震监测能力优于地面观测系统,井下观测系统能更有效地记录观测数据。     

利用背景噪声进行地震成像的新方法

利用背景地震噪声提取格林函数，即通过一对台站记录的地震噪声进行互相关计算，来近似台站间的格林函数，并进一步通过地震成像获取地下结构的认识，成为最近跨学科研究的热点问题之一.本文首先叙述了其发展背景及过程，然后分别从四个角度，简要介绍了目前对其物理原理的解释.如果该方法能得到进一步的发展，将不再依赖于天然地震以及人工地震，而仅仅利用地震台站记录的地震噪声便可获取高分辨率的地下成像.该方法将会大大促进地震学的发展.     

地震勘探中的时间-暴光声学

本文提出用于地下成像无源地震方法的分析,在该方法中应用环境地震噪声作为地下散射体的照明源。该成像算法能够以递归方式将新的数据融入到成像中,这使成像背景噪声随时间减少。在空间域不相干环境背景噪声的假设前提下推导出成像算法的点-扩展函数。点-扩展函数表征成像的分辨率,即接收排列长度和环境带宽的函数。     

基于地脉动和地铁振动的钢筋混凝土建筑结构响应分析

在北京城区的一栋钢筋混凝土建筑(Reinforced Concrete building,简称RC)中,进行历时两天的地脉动和地铁振动观测.介绍了利用地脉动和地铁振动信号研究RC建筑结构响应的观测方法、仪器设备、数据采集和数据处理方法.对观测数据进行两种分析:(1)对连续的地脉动背景噪声,采用H/V谱比法;(2)对经过...