利用背景噪声成像技术反演陕西及邻区地壳剪切波速度结构

利用地震背景噪声层析成像技术处理陕西及邻区所布设的257个宽频带台站的连续背景噪声数据,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法获得陕西及邻区地壳(6～39 km)高分辨率剪切波速度结构。成像结果显示:(1)渭河盆地顶部形成于新生代,厚的沉积层造成其浅部显著的低速异常,盆地中、上地壳为低速结构。渭河盆地与南北两侧地质构造单元交界区域的下方存在高速与低速结合带,以及在块体间相互运动的作用下,在块体内部,特别是界带深部可能存在着物质与能量的强烈交换,为渭河盆地及邻区的地震孕育发生提供深部环境。(2)南鄂尔多斯块体并不是一个均匀的整体,块体地壳浅层东薄西厚的低速异常结构,可能与鄂尔多斯自显生宙以来的整体掀斜,以及晚白垩纪以来差异性整体抬升和受强烈而不均匀的剥蚀有关。块体中地壳速度比上地壳和下地壳较高。壳内不存在显著的低速体,说明壳内低速体并没有贯穿整个鄂尔多斯地块。我们推测南鄂尔多斯块体仍保留着稳定克拉通的属性,其地壳结构可能反映了克拉通早期形成时的结构特征,至今还未遭受明显改造。(3)秦岭造山带东,西深部结构存在显著差异,具有分段分区的特征。造山带中地壳速度较高,可能因在板块碰撞和造山过程中,下地壳物质被抬升进入中地壳,从而造成中地壳速度偏高。     

长白山火山区地壳S波速度结构的背景噪声成像

利用探测深俯冲的中国东北地震台阵NECsaids的60个流动台与固定地震台2010年7月至2014年12月的垂向连续波形数据,采用地震背景噪声成像方法获得了研究区6~40 s周期的瑞雷波相速度分布,并通过相速度频散反演得到了研究区下方0~50 km的三维S波速度结构.结果表明：研究区下方地壳S波速度结构存在明显的横向和纵向不均匀性,浅部速度结构与浅表地质构造单元有较好的对应,深部速度结构较好地反映了区域火山活动及深部热物质作用的结构特征;在长白山火山下方9~30 km深度范围内存在明显低速区并有向下延伸的趋势,推测可能为长白山火山地壳岩浆囊;在龙岗火山下方12~30 km深度范围内发现较弱的低速区,可能代表火山喷发后的残留物,而在镜泊湖火山下方没有明显的低速异常,说明镜泊湖火山地壳内可能不存在部分熔融的岩浆物质.

     

青藏高原东部和周边地区地壳速度结构的背景噪声层析成像

利用连续地震背景噪声记录和互相关技术获得瑞利面波格林函数,进而反演获得了青藏高原东部和周边地区的地壳三维速度结构.地震数据源于北京大学宽频带流动观测地震台阵,国家数字测震台网数据备分中心提供的部分固定台站的连续记录及INDEPTH IV宽频带流动观测地震台阵.首先对观测数据进行处理和分析取得所有可能台站对的面波经验格林函数和瑞利波相速度频散曲线,反演得到了观测台阵下方周期从6~60 s的瑞利波相速度异常分布图像.并且进一步反演获得研究区域三维剪切波速度结构和莫霍面深度分布.短周期(6~14 s)相速度异常分布与地表地质构造特征吻合较好,在青藏高原和四川盆地之间存在一个明显的南北向转换带.而本文最重要的结果是周期大于25 s的相速度异常分布图像显示,以昆仑断裂带为界,柴达木盆地和祁连山脉地区呈现与青藏高原截然不同的中地壳速度结构,反而与青藏高原东缘地区和川滇菱形块体速度结构相似.反演获得的剪切波速度在27.5~45 km深度的切片也明显地揭示:青藏高原的松潘—甘孜地块和羌塘地块呈现均一的低速层;然而,柴达木盆地和祁连山脉地区则呈现较强的横向不均匀性,尤其是柴达木盆地的高速异常和四川盆地的高速异常相对应.这些结果为前人提出的青藏高原东北向台阶式增长模式提供了重要的地震学观测证据.与全球一维平均速度模型(AK135)相比较发现,本文测量和反演获得的研究区域内平均相速度和剪切波速度都比AK135模型慢很多,尤其是青藏高原的中地壳(25~40 km)剪切波速度显著低于全球平均速度模型.进一步的层析成像反演证实松潘—甘孜和羌塘地块中地壳(27.5~45 km)呈现大范围均一的低速层,为青藏高原可能存在大规模中下地壳"层流"提供地震学观测证据.在祁连山脉的27.5~45 km深度观测到的明显低速异常体可能对应于该造山带下地幔岩浆活动导致的底侵作用,表明引起该地区地壳增厚的主要机制可能是来自地幔岩浆的底侵作用.     

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15 s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。     

利用多种地震数据联合反演剪切波速度结构的可靠性检测

本文模拟使用青藏高原东南缘区域台网及国家台网的170个宽频台站基于背景噪声、天然地震面波、P波接收函数反演时的实际数据,对青藏高原东南缘假定的初始模型进行恢复,通过计算初始模型台站下方纯路径频散、提取各台站对间的瑞雷波频散曲线、计算理论接收函数以及反演剪切波速度结构来测试使用不同单项数据与联合使用多种数据反演对初始模型的恢复程度。结果表明,同时使用接收函数、基于噪声经验格林函数的群速度、相速度频散以及基于天然地震面波的相速度频散联合反演的剪切波速度结构,充分利用了几种数据的分辨率优势,清晰地分辨出中下地壳及上地幔顶部的低速层。此外,本文也分析了实际数据处理中出现的计算误差、随机噪声干扰对计算结果稳定性的影响。结果显示:对于面波频散,加入1%的误差后,联合反演的结果仍可很好地反映低速层的形态,但是当误差提升至5%后,对最终结果则产生了一定程度的影响;而在接收函数中加入4%的随机噪声时,虽然地幔低速层的上界面和下界面会略微受到随机噪声的影响,但是低速层的深度范围和速度值均得到了较好的恢复。     

基于背景噪声成像方法研究郯庐断裂带中南段及邻区地壳速度结构与变形特征

郯庐断裂带是贯穿我国东部北北东走向的一条深大断裂,其中南段及其邻区（115°E-121°E,29.5°N-35°N）穿过了大别造山带、苏鲁造山带、长江中下游成矿带及合肥盆地.为了研究该区域地壳速度结构及变形特征,我们使用安徽省和江苏省及其周边地区105个台站（固定台站98个,流动台站7个）的垂向连续波形数据,时间范围从2014年5月到2015年7月,共计14个月.利用背景噪声互相关方法,从垂直分量互相关函数中最终提取了2590条瑞利面波相速度频散曲线,反演得到周期范围为5~30 s的瑞利波方位各向异性相速度分布图,再反演每个网格点瑞利面波相速度频散得到一维层状横波速度模型,然后拼合起来组成三维横波速度模型.根据本文反演结果并综合已有资料,我们得出如下结论：（1）在北大别、蚌埠隆起、长江中下游成矿带、合肥盆地北部大桥凹陷区域存在中地壳横波高速体,可能与岩石圈和下地壳拆沉以及中生代中国东部大范围岩浆活动有直接关系,更深层原因可能与古太平洋俯冲相关;（2）苏鲁造山带南缘,垂直于嘉山响水断裂,从南向北中上地壳低速体深度变浅,这个低速体可能是高压/超高压变质岩与扬子板块接触处的破碎带,是扬子板块与华北板块接触的边界;（3）郯庐断裂合肥-嘉山段两侧以及大别造山带东缘短周期瑞利面波相速度快轴方向与郯庐断裂带走向基本一致,可能是三叠纪碰撞期与白垩纪时期的大规模左旋走滑活动的结果;（4）合肥盆地南部15~20 s周期的瑞利波相速度快轴方向为北西-南东向,反应该区域中下地壳快波方向为北西-南东向,推测是大别造山带折返的痕迹;（5）郯庐断裂带的结构和地震活动性存在明显的分段性,嘉山-郯城段郯庐断裂带现今地震活动性弱,但发生过较强的古地震,推断现今郯庐断裂带宿迁段可能处于闭锁状态,从长远来看要注意该地区发生大震的可能.

     

背景噪声和地震面波联合反演渭河盆地 及邻区壳幔S波速度结构

利用陕西及邻区测震台网和中国地震科学台阵探测项目共257个宽频带台站记录的连续波形与远震数据,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法获得了渭河盆地及邻区地壳上地幔顶部S波速度结构,成像结果显示:1)渭河盆地顶部形成于新生代的沉积层造成其浅部显著的低速异常,盆地中、上地壳为低速结构,低速带延深至约25km深处,莫霍面相对两侧突变上隆,上地幔高速体侵入下地壳,可能与中—新生代上地幔基性-超基性铁镁质物质底侵有关。2)南鄂尔多斯块体地壳浅层东薄西厚的低速结构可能与块体遭受的整体掀斜、差异性抬升和强烈而不均匀的剥蚀有关。壳内不存在明显的低速异常,说明壳内低速体并没有贯穿整个鄂尔多斯地块,鄂尔多斯南段仍保留着稳定克拉通属性,至今还未遭受明显改造。3)秦岭造山带东、西深部结构存在差异,具有分段特征。造山带下地壳底部的低速异常,可能与造山带受青藏高原东北缘隆升和向外扩展等构造活动的影响有关,分析认为秦岭造山带存在青藏高原物质E流的下地壳流通道的可能性不大。     

松辽盆地沉积层结构的短周期地震背景噪声成像研究

使用位于松辽盆地内部的NECESSArray台阵连续两年背景噪声数据,通过波形互相关和多重滤波方法提取到2~14 s较短周期的Rayleigh波群速度和相速度频散曲线,基于快速行进（FMM）面波成像方法得到群速度和相速度成像结果,并采用最小二乘迭代线性方法反演获得了松辽盆地深至12 km的三维S波速度结构.本文成像结果显示：松辽盆地内部S波速度分布的横向不均匀性与该区域的构造单元呈现出良好的空间对应关系.从地表至下方的6 km深度,盆地北部比南部表现出更加强烈的低速异常,这一特征可能与盆地南北的沉积构造差异有关.中央坳陷区低速异常的边界与嫩江断裂走向相互平行,表明盆地基底断裂对盆地形成演化具有一定的控制作用.在垂直速度结构剖面中,2.9 km·s^-1的S波速度等值线与地震反射剖面显示的盆地基底深度大致对应.基于S波速度模型和盆地基底速度（2.9 km·s^-1）,我们获得精细的松辽盆地沉积层厚度模型,结果表明松辽盆地的沉积层厚度分布呈现出中间厚、四周薄的特征,中央坳陷区的沉积层厚度范围大约在3~6 km.

     

基于背景噪声初步研究河北及邻区的剪切波速度结构

本文根据2010年1～12月河北及邻区的83个宽频地震仪12个月连续噪声记录, 分析了河北及邻区瑞利面波的群速度频散曲线并反演了主要分区内的典型路径剪切波速度结构。 首先采用多重滤波方法提取了台站对5～50 s的面波群速度频散曲线, 然后用Herrmann线性反演方法反演了剪切波速度结构。 结果表明, 群速度频散曲线及剪切波速度分布特征与地表地质和构造特征表现出较好的相关性, 清晰地揭示了地壳内部的横向速度变化。 在短周期(8～20 s), 拥有较厚的沉积层的平原地区表现为明显的低速特征, 而隆起地区则表现为较高的群速度分布特征: 随着周期的增加(>20 s)速度的特征有所改变, 30 s之后由于受地壳厚度的影响, 两者的速度差异逐渐缩小, 在中下地壳波速度随深度增加而增大。 同时, 研究发现在研究区域内西南方向的噪声源占主导作用。     

川西地区台阵环境噪声瑞利波相速度层析成像

2006年中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区(26°N~32°N,100°E~105°E)布设了由297台宽频带数字地震仪组成的流动观测台阵.利用该密集台阵29°N以北156个台站2007年1~12月份的地震环境噪声记录和互相关技术,我们得到了所有台站对的面波经验格林函数和瑞利波相速度频散曲线,并进一步反演得到了观测台阵下方2~35 s周期的瑞利波相速度分布图像．本文结果表明,观测台阵覆盖的川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地的地壳速度结构存在显著差异,具体表现为：(1)短周期（2~8 s）相速度分布与地表构造特征相吻合,作为川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地之间的边界断裂,龙门山断裂带和鲜水河断裂带对上述三个地块上地壳的速度结构具有明显的控制作用,四川盆地前陆低速特征表明相应区域存在较厚的（约10 km）沉积盖层;(2)中周期（12~18 s）相速度分布表明,川滇地块和松潘-甘孜地块中上地壳速度结构存在明显的不均匀横向变化,并形成了尺度不同且高、低速相间的分块结构,而四川盆地中地壳整体上已经表现出相对高速;(3)长周期（25~35 s）相速度分布表明,松潘-甘孜地块,特别是川滇地块中下地壳表现为广泛的明显低速异常,意味着它们的中下地壳相对软弱,而四川盆地的中下地壳呈现整体性的相对高速,意味着四川盆地具有相对坚硬的中下地壳,并且以汶川地震的震中为界,龙门山断裂带的地壳结构显示了北段为高速异常,南段为低速异常的分段特征．     

秦岭—大别及邻区背景噪声的瑞利波层析成像

秦岭—大别造山带西起青藏高原东北缘,东至郯庐断裂带,是华北板块和扬子板块之间的碰撞造山带.本文收集陕、豫、皖、赣、湘、鄂、渝等区域地震台网的160个宽频带地震台站连续两年地震背景噪声数据,用双台站互相关算法获得瑞利面波经验格林函数,提取相速度频散曲线,并根据面波层析成像反演得到秦岭—大别及邻区周期8~35 s范围内相速度分布图像.结果显示,大别地块在14 s相速度分布图中呈现低速异常,与8 s相速度分布图中的高速异常形成鲜明对比,反映大别HP/UHP（high pressure/ultrahigh pressure metamorphic rocks,高压/超高压变质岩）的影响仅存在于上地壳.25 s相速度图中,大致以太行—武陵重力梯度带为界,东部以高速异常为主,西部以低速异常为主,反映了地壳东薄西厚的结构特征.14~35 s相速度分布图显示郯庐断裂带南段东西两侧的显著差异,佐证了郯庐断裂带发生大规模左行平移运动时,其南段可能切入壳幔边界.同时,郯庐断裂带南段可能存在一个热物质上涌的通道,熔融的热物质通过该通道上升,混入大别地区的中下地壳,造成了红安—大别造山带的差异隆升.南秦岭与四川盆地东北部表现为低速异常,是否与青藏高原物质东流或者南秦岭的拆沉有关,还有待于进一步深入研究.

     

三峡水库坝址及邻区中上地壳S波速度结构

利用三峡数字地震台网记录的Sg波到时资料,采用地震层析成像技术,重建了三峡水库坝址及邻区中上地壳的三维速度图象,研究了地壳深部构造,主要结论是:①黄陵背斜的岩性具有固结程度高、岩体均匀完整、埋藏深度至少达14 km的特征;②秭归盆地与边缘构造由于岩层一致,而速度结构相同;构造变形的强度决定了秭归盆地及周缘区域沉积层的厚...     

利用密集台阵背景噪声研究通州—三河地区高分辨率三维S波速度结构

北京通州—河北三河地区中存在几条大型隐伏断裂,地质构造复杂.为研究该区隐伏断裂的空间展布、断裂与隆起和凹陷的构造关系,本文利用布设在该区的914个短周期地震仪组成的密集台阵,获得了45天的连续波形记录,通过噪声互相关方法获得台站之间的面波经验格林函数,提取2~8 s基阶勒夫波群速度频散曲线,反演获得该区深度7.5 km以内的三维精细S波速度结构.结果表明,研究区的断裂展布影响了地质构造单元的速度异常分布,其中夏垫断裂、南苑—通州断裂和李桥断裂是高低速区的分界带,南苑—通州断裂附近的高速体大致沿NE向展布,南口—孙河断裂附近的高速体大致沿NW向展布,高速体的展布方向与断裂的走向有相关性.研究区的S波速度分布有明显的非均匀性,高速区主要分布在大兴隆起上,而在大兴隆起的中部还存在一个明显的低速体,大厂凹陷和俸伯凹陷主要表现为低速特征,断裂两侧的较大地层密度横向差异可能是地质构造单元呈现出高低速异常的原因之一.研究区的结晶基底埋深差异较大,大兴隆起的结晶基底埋深约为2 km,大厂凹陷的结晶基底埋深约为4~7 km,断裂影响了结晶基底的埋深状态.本文获得的通州—三河地区三维精细S波速度结构,为认识该区的隐伏断裂、隐伏隆起和凹陷的物性结构提供了更多的地球物理学依据,对城市的地质灾害风险评估、安全建设等有重要意义.

     

郯庐断裂带中南段及邻区基于背景噪声的瑞利波群速度层析成像

本文收集了郯庐断裂带中南段及邻区省属和市县地震台网共261个宽频带地震台站2015年1月至2016年12月间的垂直向连续波形资料,利用长时间序列背景噪声互相关法提取台站对之间的经验格林函数,采用时频分析法提取瑞利面波混合路径频散曲线.通过质量控制和严格筛选后得到了15627条路径上的群速度频散曲线,重新构建了郯庐断裂带中南段及邻区瑞利波5~50 s、分辨率为0.75°×0.75°的群速度分布图像.分析研究了6个周期的群速度分布图像和3条不同方向的纵向周期剖面,这些图像揭示了郯庐断裂带中南段及邻区地壳上地幔速度结构具有横向分块和纵向成层的非均匀性特征.结果表明,短周期（6 s、10 s）的群速度分布与地表地质和构造特征密切相关.拥有较厚沉积层的苏北盆地、合肥盆地及河淮盆地等显示为低速,而基岩广泛出露的鲁西隆起、大别-苏鲁造山带、扬子克拉通及华南褶皱系则呈现出大面积的高速异常.随着周期的递增（15 s、20 s）,群速度分布受地表地质构造的影响逐渐弱化.受地壳厚度和莫霍面附近的速度差异影响,大别和苏鲁地区在较长周期（25 s、30 s）群速度图上表现出相对较低的速度,这可能与这些地方Moho面埋藏较深有关.纵向剖面显示,苏鲁-大别造山带及其高压、超高压变质带不仅在浅地表具有基本相同的地形地貌和构造特征,地壳内也有着极为相似的Rayleigh波群速度分布特征.壳内群速度分布总体上表现为上凸下凹状,形状似一"哑铃".上地壳具有上凸下凹的形态、相比邻区具有较高的群速度值;中地壳低速;下地壳上凸下凹且埋藏较深,反映出具有陆陆碰撞造山的残留山根特征.苏鲁及大别两地自浅地表至上地幔具有相似的Rayleigh波群速度分布不仅为二者被左旋走滑的郯庐带平移错开提供了佐证资料,同时也为郯庐带的形成与演化提供了地震学依据.     

基于背景噪声研究大别-苏鲁及其邻区的瑞雷波群速度结构

大别-苏鲁造山带是中国大陆东部地区最重要的构造带之一. 为了研究该地区上中下地壳的速度结构, 选用国家数字地震台网和中国区域地震数据台网5省(山东、 安徽、 江苏、 河南和湖北)连续两年(2009年5月—2011年5月)的垂直向地震记录, 进行背景噪声互相关处理, 叠加得到了台站对间的面波经验格林函数. 采用多重滤波法提取了近4000条频散曲线, 并反演得到了研究区10—25 s的瑞雷波群速度分布结果. 通过分析大别-苏鲁及其邻区的瑞雷波群速度结构图像, 发现不同构造块体具有不同的瑞雷波群速度结构: ① 研究区内的郯庐断裂带及其周边地区包括鲁西地块和胶北地块上中下地壳均表现出明显的高速异常, 可能是在拉张环境下岩浆岩上涌, 导致高速、 高密度的变质岩在地壳富集而形成; ② 苏鲁高压变质带的瑞雷波速度在10—25 s周期内明显高于其它地区, 其上中下地壳均表现出较高的群速度结构特征, 认为苏鲁高压变质带至少延伸到下地壳, 而大别造山带在10 s时表现出高速特征, 但在15—25 s没有明显的高速特征, 故无法从其结果中判断大别高压变质带的垂向延伸范围; ③ 华北板块上中下地壳均表现为低速特征, 体现了研究区内华北板块的大陆地壳减薄特征.