基于地震“哼鸣”的全球面波层析成像

基于地震的全球面波层析成像技术的发展对于探测地球深部动力学状态起着至关紧要的作用。人们很自然地认为只有大地震才会产生类似探测所需要的穿入地球深部的长周期地震波。然而,由海洋和/或大气扰动随机产生的地震＂哼鸣＂的发现,即地球背景自由振荡,提供了一种可供选择的方法。我们在此呈现的是利用地震＂哼鸣＂而非天然地震进行上地幔地震层析成像的结果。在100～400s周期,Rayleigh波的相速度异常可通过下述方式测得,即对观测得到的54个遍布全球的地震台站中每两个台站间的互相关函数进行模拟,然后对这些异常进行反演,以获取上地幔三维S波速度结构。此方法为探测具有大气和/或海洋的类地行星——特别是火星的三维内部结构提供了一种新的途径。     

福建及其邻区背景噪声面波群速度层析成像

基于福建及邻区108个宽频带地震台站2016年6月到7月两个月垂直和水平分量波形连续记录, 利用相位加权叠加算法提高信噪比, 计算得到108个台站对的高质量经验格林函数。 对所获取的经验格林函数, 采用时频分析的方法在1~20 s频段内量取了大量高质量的Rayleigh波和Love波群速度频散数据。 在此基础上, 采用基于射线追踪的二维层析成像方法反演得到了福建及其邻区1~20 s的Rayleigh波和Love波群速度分布。 分辨率测试结果表明群速度分布的分辨率能达50 km。 成像结果显示1~10 s的群速度分布与地壳中上部地质特征有很好的一致性, 区内的福州盆地和漳州盆地在浅层结构中表现出明显的低速异常。 长周期的群速度则揭示了漳州西北的高地热区内中下地壳低速体, 政和-大埔断裂两侧的速度差异, 表明其可能是一个深大断裂, 并呈现明显的东西差异。     

正则化方法在无线电波层析中的应用

无线电波透视法是常用的工作面地质构造探测方法之一,目前普遍使用的SIRT方法层析分辨率不高。本文采用约束正则化方法,推导Tikhonov正则化和全变差正则化的最小化问题表达式,讨论影响层析结果的主要因素,对典型理论模型进行了层析成像实验。结果表明:正则化方法具有比SIRT方法更好的分辨率;射线条数越多、噪声水平越低,层析分辨率越高;Tikhonov正则化在正则参数增大时层析结果更光滑,减小时则更贴近异常,全变差正则化与其相反。最后对实际坑透数据进行层析,识别出的异常构造基本吻合已知疑似构造位置,从而说明正则化方法在无线电波透视应用中的可行性。     

Surface Wave Tomography of the Arctic from Rayleigh and Love Wave Group Velocity Dispersion Data

Izvestiya, Physics of the Solid Earth - The results of studying the deep structure of the Earth’s crust and upper mantle of the Arctic from surface wave data are presented. For this purpose,...     

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.     

基于频率漂移法的地质透射雷达波的衰减层析成像

本文介绍一种电磁波衰减层析成像的方法。这种成象方法利用电磁波振幅谱重心频率的下移作为投影函数来重建本征衰减系数（目标函数）的空间分布。作者已经将帝种方法应用于处理地质雷达的预测资料。对于大多数天然介质而言。当电磁波信号的频率不高于过滤频率（介质电导率与电容率之比）时，电磁波的衰减会随着频率的增高而增强。因而，接收到的电磁波信号的振幅谱重心频率将发生向低频方向的飘移。这种下移正比于本征衰减系数沿射线     

论全球地震面波层析成像的参数化与样条插值模型

本文的参数化方法考虑不完全依赖数据分布的基函数的构造方法。借助函极小问题与样条插值问题的密切联系,得到了样条函数形式的参数化方法,即样条插值模型,样条插值模型是著名的Ｂａｃｋｕｓ－Ｇｉｌｂｅｒｔ模型在球面情形的推广。     

用背景噪声和地震面波反演东北地区岩石圈速度结构

本文利用东北地区的黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古等四省区区域数字地震台网122个宽频带地震台站记录的波形数据,分别通过背景噪声互相关及地震面波提取8～25 s和25～70 s的瑞利面波频散曲线,进而反演得到东北地区从浅到深直至约100 km的岩石圈速度结构.结果表明,周期为8 s至15s的短周期群速度分布与地表构造特征有较好的对应关系,盆岭边界的大型断裂对上地壳速度结构的控制作用明显,松辽盆地呈现较厚的低速沉积盆地特征;周期为20 s至30 s的群速度与短周期时相比出现明显变化,反映了以大兴安岭—太行山重力梯度带为界,西部地区莫霍面深度大于东部地区;周期为50 s至70 s的长周期群速度图表现为随着周期的增加,东部低速区域西移而西部显示稳定高速,可能反映了研究区受太平洋板块俯冲影响,大兴安岭以东地区软流圈热物质上涌的特征.     

Surface Wave Group Velocity Tomography Imaging from Ambient Noise for Fujian Province and Its Adjacent Areas

Two-month continuous waveforms of 108 broadband seismic stations in Fujian Province and its adjacent areas are used to compute noise cross-correlation function (NCF). The signal quality of NCF is improved via the application of time-frequency phase weighted stacking. The Rayleigh and Love waves group velocities between 1s-20s are measured on the symmetrical component of the NCF with the multiple filter method. More than 5,000 Rayleigh wave dispersion curves and about 4,000 Love wave dispersion curves are obtained and used to invert for group velocity maps. This data set provides about 50km resolution that is demonstrated with checkerboard tests. Considering the off great circle effect in inhomogeneous medium, the ray path is traced based on the travel time field computed with a finite difference method. The inverted group velocity maps show good correlation with the geological features in the upper and middle crust. The Fuzhou basin and Zhangzhou basin showed low velocity on the short period group velocity maps. On the long period group velocity maps, the low velocity anomaly in the high heat flow region near Zhangzhou and clear velocity contrast across the Zhenghe-Dapu faults, which suggests that the Zhenghe-Dapu fault might be a deep fault.     

Technique for Combining Surface Wave Tomography with Receiver Function Results for Studying Upper Mantle Velocity Structure

Izvestiya, Physics of the Solid Earth - Abstract—A technique is proposed for joint inversion of the surface-wave velocity dispersion data from long travelpaths and the results of the receiver...     

A Fast Sweeping Scheme for Calculating P Wave First-Arrival Travel Times in Transversely Isotropic Media with an Irregular Surface

Seismic wave propagation shows anisotropic characteristics in many sedimentary rocks. Modern seismic exploration in mountainous areas makes it important to calculate P wave travel times in anisotropic media with irregular surfaces. The challenges in this context are mainly from two aspects. First is how to tackle the irregular surface in a Cartesian coordinate system, and the other lies in solving the anisotropic eikonal equation. Since for anisotropic media the ray (group) velocity direction is not the same as the direction of the travel-time gradient, the travel-time gradient no longer serves as an indicator of the group velocity direction in extrapolating the travel-time field. Recently, a topography-dependent eikonal equation formulated in a curvilinear coordinate system has been established, which is effective for calculating first-arrival travel times in an isotropic model with an irregular surface. Here, we extend the above equation from isotropy to transverse isotropy (TI) by formulating a topography-dependent eikonal equation in TI media in the curvilinear coordinate system, and then use a fast sweeping scheme to solve the topography-dependent anisotropic eikonal equation in the curvilinear coordinate system. Numerical experiments demonstrate the feasibility and accuracy of the scheme in calculating P wave travel times in TI models with an irregular surface.     

辽宁及邻区背景噪声面波群速度结构研究

收集辽宁及邻区59个宽频带地震仪记录的自2012年1月1日至12月31日的背景噪声连续波形垂向记录, 以背景噪声的方法获取辽宁及邻区面波群速度图像。 过程采用互相关的方法提取瑞利面波格林函数, 利用CPS330提取了群速度的频散曲线, 共从1655条频散曲线中筛选出了1233条信噪比较高的频散曲线。 将研究区划分为0.5°×0.5°的网格, 应用的层析成像方法得到了周期为8~40 s的瑞利面波群速度结构分布。 结果表明: 辽宁地区地壳及上地幔存在明显的横向不均匀性。 短周期群速度分布与研究区内断裂带及地质构造地貌形态表现出良好的相关性, 其中8~15 s周期内群速度分布特征与盆地坳陷、 山区隆起对应性较好, 呈“两垒高, 一堑低”的群速度分布特点, 基本与地质构造相吻合, 地震多位于高低速过渡带内。 较长周期20~30 s的群速度在渤海湾-辽东湾中存在低速异常, 显示了渤海湾盆地和下辽河盆地具有较厚的沉积层覆盖。 35~40 s与莫霍面的深度有明显关联性,莫霍面埋深大体呈西厚东薄的特点。 38~40 s周期内郯庐断裂带东侧的低速异常可能说明渤海内存在局部的热物质上涌现象。 本文结果较好地反映了研究区内地貌地质构造情况, 与区域内地壳及上地幔结构的相关研究成果相吻合, 为辽宁及邻区的地震活动构造背景及地震孕育机理提供重要参考资料。     

用噪声成像方法研究云南地区强震前地震面波速度变化

本文利用2008年1月至2010年1月云南地震台网46个台站的连续波形资料, 采用背景噪声方法计算云南地区不同台站对之间的面波延迟时间, 通过层析成像方法反演得到不同时间段相同时间窗长的面波波速分布。 根据试验, 将三个月的时间窗长作为云南地区得到稳定信噪比的延迟时间的叠加天数。 结果表明, 不同时间段得到的波速结构具有明显的变化。 这些变化表明: ① 2008年汶川8.0级地震后, 程海断裂带波速增加, 能量积累加剧; ② 2008年攀枝花6.1级地震前攀枝花地区处于速度升高和速度降低的分界带上; ③ 2009年姚安6.0级地震前震中所在区域面波波速升高, 而震后出现降低。 与传统的动态成像相比, 背景噪声方法由于采用固定的台站对, 不同时间段的射线固定, 这样可以减小由于不同时段地震分布不均一和震源定位而引起的误差, 使动态反演结果更加可靠。     

A Hybrid BE-GS Method for Modeling Regional Wave Propagation

—?We present a hybrid boundary-element (BE) and generalized screen propagator (GSP) method for the 2-D SH problem to model the combined effects of arbitrarily irregular topography, large-scale crustal variation, and the associated small-scale heterogeneities on regional wave propagation. We develop a boundary connection technique to couple the wave fields calculated by the BE method with those of the GSP method. Its validity is tested by numerical experiments. For a long crustal waveguide, the relatively short sections with severe surface topography can be modeled by the time-consuming BE method to high frequencies, and the exterior field in the relatively weak heterogeneous media of large volume can be calculated by the GSP method. For the waveguide with severe topography, the BE method can be used section by section via the boundary connection technique to model the combined effects of rough topography and large-scale structural variation on Lg wave propagation at extended regional distances.¶Numerical comparisons with independent methods showed that the hybrid method is relatively accurate for Lg simulation. We apply the hybrid method to Lg wave propagation in two real crustal waveguides in the Tibet region; one with Lg blockage and another without blockage. We found that the most characteristic effect from the irregular topography is the strong scattering by the topographic structures. The scattering by local irregular topographies leads to anomalous near-receive effects and tends to remove energy from the guided waves, which causes decay of amplitude and waveform distortion. It can be expected that rough surface topography and random heterogeneities with scale length close to the dominant wavelength will be very efficient in attenuating regional waves. The dramatic lateral variation of the topography-Moho large-scale structure combined with the small-scale rough topography and random heterogeneities could be the cause of Lg anomalous attenuation and blockage observed in this region. More quantitative assessment of the topographic effects must be conducted in the future.     

一种快速的光栅相衬层析成像方法（英文）

数字X光层析成像由于其低辐射剂量和增强的图像对比度,广泛应用于医学诊断中。结合X光相衬成像的优异的软组织成像能力,X光相衬层析成像方法可以获得更好的软组织成像能力。本文的目的是提出一种快速的、低辐射剂量的X光相衬层析成像方法及算法。本方法在数据采集过程中光栅的位移和样品的旋转同时进行,它区别于传统的相位步进方法,采集到的数据是不完全的。我们提出了一种新型的重建方法,即内聚焦式重建。实验验证了提出的快速光栅相衬层析成像方法,结果表明在同等辐射剂量情况下,快速光栅相衬层析成像优于传统的基于相位步进的方法。由于快速光栅相衬层析成像采用连续的物体转动和光栅移动,其成像速度更快,避免了潜在的运动伪影。     

一种快速的光栅相衬层析成像方法

数字X光层析成像由于其低辐射剂量和增强的图像对比度,广泛应用于医学诊断中.结合X光相衬成像的优异的软组织成像能力,X光相衬层析成像方法可以获得更好的软组织成像能力.本文的目的是提出一种快速的、低辐射剂量的X光相衬层析成像方法及算法.本方法在数据采集过程中光栅的位移和样品的旋转同时进行,它区别于传统的相位步进方法,采集到的数据是不完全的.我们提出了一种新型的重建方法,即内聚焦式重建.实验验证了提出的快速光栅相衬层析成像方法,结果表明在同等辐射剂量情况下,快速光栅相衬层析成像优于传统的基于相位步进的方法.由于快速光栅相衬层析成像采用连续的物体转动和光栅移动,其成像速度更快,避免了潜在的运动伪影.     

利用面波方法研究欧亚大陆及周边海域岩石圈结构

根据欧亚大陆及周边海域114个数字地震台站12 000多个长周期波形记录,采用面波频散反演方法,对欧亚大陆及周边海域(20°W～160°E,20°S～80°N)的地壳上地幔进行了高分辨率三维S波速度成像。结果表明,欧亚大陆及其周边海域岩石圈厚度由40～60km(大陆裂谷带)增厚至190～220km(克拉通地区),岩石圈速度变化范围为4.30～4.80km/s。直到400km深度,各个板块和地块的横向差异才逐渐减小。克拉通板块及地块的岩石圈巨厚且具有高速特征,软流圈很薄或不存在;显生宙造山带、边缘海等区域岩石圈较薄且速度较低,软流圈发育。海洋板块的显著特征是VS在岩石圈内异常高,而软流圈速度又异常低,有十分尖锐的速度突变。     

利用随机噪声研究华南地区瑞利波相速度特征

基于2009~2010年国家、区域测震台网的387个宽频带台站数据,通过互相关方法提取到可靠的瑞利波经验格林函数,利用相位匹配滤波时频分析技术测量瑞利波相速度频散曲线,最后采用噪声层析成像方法获得了华南地区不同周期的瑞利波相速度分布图。结果显示,华南地区速度结构横向变化幅度较小,反映了华南地区作为一个整体较为稳定,与华南地区自晚中生代以来未发生过强烈构造活动的特征基本一致;虽然华南地区整个岩石圈速度结构较为均匀,但扬子块体西部、四川盆地与扬子块体东部、华夏块体间存在明显的速度差异,体现在周期为8~10s时华夏块体相速度大于扬子块体西部、川滇块体以及四川盆地,由于沉积层较厚四川盆地速度最低;周期为10~30s时华夏块体面波相速度大于扬子块体西部和四川盆地,而川滇块体速度最低;周期为35s时扬子块体、华夏块体、四川盆地的速度基本一致,且高于川滇块体,这与华南地区地壳厚度明显小于川滇块体的特征相符。     

基于二分法的CT投影快速仿真

投影仿真是CT仿真研究的基础。本文基于二分法原理,研究了一种CT投影快速仿真方法,并对仿真过程进行了优化。针对由凸物体组成的待扫描体,可实现任意轨迹的扫描,投影仿真精度可无限逼近于解析投影精度。数值仿真实验验证了本文方法的有效性。