中国大陆背景噪声强度时空分布

使用中国地震台网888个宽频带地震台站2010年1月至2011年6月记录的连续波形垂直向分量, 进行了中国大陆背景噪声强度时空分布研究, 得到了中国大陆周期为10 s的背景噪声强度的时空分布图像。 背景噪声强度的时间分布具有一定的季节性和周期性变化特征, 研究表明2011年1~3月间的背景噪声强度最高。 背景噪声强度空间分布显示, 中国大陆背景噪声强度呈现明显的分区特性, 其分布与地质结构无明显相关性, 表明背景噪声场的强度高于场地效应。 其中, 东南沿海地区的背景噪声强度最大, 向内陆地区逐渐衰减, 至青藏高原地区背景噪声强度减至最小。 这种方向性的强度分布很可能与菲律宾和太平洋的潮汐等因素有关, 受印度洋的影响不大; 而到新疆地区, 背景噪声的强度又有一定程度增加, 表明这一地区的背景噪声主要不是来源于中国东南海域, 而是来自于欧亚大陆内部。 本研究得到的背景噪声强度可以为多个地区的微震强度提供基础数据资料, 也可以为背景噪声互相关的地震学研究提供参考。 更为重要的是, 还可以为基于背景噪声提取面波衰减研究提供基础数据, 进而实现从背景噪声中提取面波衰减。     

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。     

噪声源的时空分布及其对噪声互相关函数的影响——以ChinArray二期数据为例

噪声源的空间分布和季节变化会对噪声互相关函数中的信号产生一定影响.本文选取了ChinArrry二期台阵南部的322个宽频带地震台,利用其2013年9月至2016年6月的垂直分量连续记录计算了台站间的互相关函数,进而通过背景噪声能量流的方法,分析了周期频段4~8 s,8~12 s和12~20 s的噪声能量随时间的演化规律.结果表明,在不同频段,背景噪声的强度及优势来源方向均具明显的季节变化,且不同周期频段的噪声能量变化规律有所差异.总体而言,噪声能量在北半球冬季较强,夏季较弱,与全球海洋活动的季节性变化一致,能量优势来源方向也与全球海浪波高分布相符.同时,在10~20 s频段范围内,噪声互相关函数中存在较强的异常信号.该信号在环形台阵路径上的到时呈现随方位角的规律变化,且冬季较强,夏季较弱.基于走时的分析表明,该信号是由大西洋北部的一个强噪声源激发产生的.在特定路径上,该信号可能对频散提取产生干扰.研究表明,噪声源分布的不均匀性以及季节变化会对噪声互相关函数中信号的细节形态产生影响,进而影响格林函数的收敛程度,相关精细化研究应对噪声源的特性予以关注.

     

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。     

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.     

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。     

云南地区背景噪声互相关函数中体波信号来源初探

利用云南地区43个宽频带地震台站记录的2008～2010年垂直分量数据,计算了台站对间的互相关函数并得到了5～40 s周期的瑞利面波信号。研究发现在5～10 s周期范围内,瑞利面波信号之前存在很强的前驱信号,该信号能量优势频段为0.1～0.2 Hz,其到时接近噪声互相关函数零点,视速度约为30 km/s。该信号到时随季节存在正负交替变化,进一步的质点分析表明该信号为出射角较小的P波信号。参考已有的研究,认为远场地脉动噪声源中的P波信号穿过地球深部到达云南地区,形成了噪声互相关函数中视速度较高的体波信号,并且相关的噪声源位置在冬季和夏季分别位于北太平洋和南印度洋,具有明显的季节性空间变化。     

安宁河-则木河断裂带及周边地区Rayleigh波群速度背景噪声成像研究

安宁河-则木河断裂带位于川滇地块、巴颜喀拉地块和华南地块的交接部位,是川滇菱形块体的东部重要边界。利用布设在安宁河-则木河断裂带周边区域的西昌台阵和川西台阵均历时两年、共187个宽频带地震台站的垂直分量的背景噪声数据,采用噪声层析成像方法获得了这一区域4~20s的Rayleigh波群速度分布图像。与前人研究相比,本文结果的横向分辨率有明显改进,在安宁河-则木河断裂带可达20km左右,在其它区域可以达到20~40km。成像结果表明,安宁河-则木河断裂地区上地壳的速度结构存在明显横向不均匀性,速度分布特征与地表地质构造基本一致,不同周期的速度分布变化较小。盐源盆地、西昌盆地和四川盆地西南缘表现为低速异常。九龙附近和南部的德昌-盐边-巧家附近表现为高速异常,分别与出露的花岗岩体和峨眉山玄武岩有关。在安宁河断裂南段和则木河断裂北段能观测到断裂两侧的速度存在明显差异,其余断裂带两侧的速度对比不明显。贡嘎山附近的中上地壳表现为明显的低速异常,其东侧和西南侧高速体的阻挡,以及鲜水河-安宁河断裂带走向的变化,在贡嘎山区形成一个挤压弯曲段,使得川滇菱形块体的东南向水平运动转换为垂直于断裂的挤压作用和垂直隆升,导致了贡嘎山的快速隆起。     

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。     

南海地区地震背景噪声成像与壳幔深部结构

利用南海地区28个陆地地震台站和2个布设于太平岛和东沙岛的新增海岛地震台站2011—2016年间的连续地震背景噪声波形数据,使用互相关方法计算得到了台站间的互相关函数,并提取出Rayleigh面波群速度和相速度频散曲线.采用快速行进和子空间方法反演获得了南海及周边地区12~40 s周期的Rayleigh面波群速度和相速度图像,并联合反演得到了研究区深至60 km的三维S波速度结构.考虑到南海数千米厚海水层对于面波频散反演的严重影响,本文在反演模型中加入了水层,显著提高了反演结果的可靠性.成像结果表明：南海及周边地区地壳上地幔顶部S波速度结构存在显著的横向不均匀性,并与这一区域的主要构造单元具有较好的空间对应关系.在5~10 km深度,莺歌海—宋红盆地区的低速异常特征可能与盆地较厚的沉积层有关.在5~15 km深度,海域高速异常区与海盆空间位置具有高度一致性,推测与海盆区地壳厚度相对陆缘区明显偏薄有关.当深度从20 km增加至30 km,海盆区的高速特征扩展至了陆缘地区,反映了地壳厚度从海盆至陆缘逐渐增厚的趋势,与OBS（海底地震仪）深地震剖面给出的地壳精细结构结果一致.至35~60 km深度,海盆的高速异常特征依然明显,且速度值随深度增加整体呈现上升的趋势,推测南海海盆区的岩石圈厚度应该大于60 km.

     

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.     

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。     

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。     

噪声层析成像在壳幔结构研究中的现状与展望

噪声层析成像是一门最近发展起来的新技术, 用环境噪声为数据研究地球结构, 摆脱了对震源信号的依赖。 由于噪声资料含有丰富的短周期信息, 噪声层析成像技术的应用, 大大提高了对地壳浅层结构的分辨能力, 并可有效用于城市地下结构的研究。 本文通过对噪声成像的发展现状、 计算方法和研究进展等几个方面的综述, 分析了噪声层析成像的优缺点, 对噪声层析成像技术的发展方向进行了展望。 噪声资料结合地震面波和体波反演的各向异性研究, 有助于更准确地揭示壳幔结构和深部动力特征。 综合运用噪声分析技术与其它有源信号的分析技术, 将会促进对壳幔地震学参数动态变化和地震前后的物性变化的研究探索。     

青藏高原东北缘及邻区Rayleigh和Love波背景噪声层析成像

基于青藏高原东北缘及邻区流动密集地震台阵——喜马拉雅二期2013年12月至2015年8月期间的三分量连续波形数据,采用背景噪声成像方法获得了Rayleigh波周期为6~30 s和Love波6~25 s的二维相速度.6~12 s Rayleigh和Love波相速度在鄂尔多斯盆地及银川—河套地堑呈现明显的低速异常,而在西秦岭造山带和中亚造山带则显示高速异常.16~25 s的相速度同时受中下地壳及上地幔顶部速度结构和地壳厚度影响.此周期范围内,位于青藏高原的祁连地块和松潘甘孜地块北部呈现大范围相速度低速异常,青藏高原周边的鄂尔多斯和西秦岭造山带表现为高速异常.青藏高原与周边块体相速度的横向不均匀性,可能反映了构造活动或者地壳厚度的差异.此外,中亚造山带在周期16~20 s时,Rayleigh波相速度高低相间,但Love波大范围高速异常,两者差异可能反映了径向各向异性的影响.

     

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.     

基于背景噪声的晋冀鲁豫交界地区瑞利波群速度层析成像

晋冀鲁豫交界地区位于华北克拉通的东南部, 研究该区地壳结构有助于进一步了解河北南部及其邻区地质构造演化特征、 发震机制、 发震规律。 本文收集了晋冀鲁豫交界地区两年84个地震台连续波形观测资料, 通过台站对波形互相关, 得到各台站对间的经验格林函数, 再利用图像分析技术提取瑞利波频散曲线。 本文基于面波直接成像方法得到不同深度剪切波速度结构。 结果显示, 该区部分速度异常与该区地表地质构造单元存在相关性, 速度异常呈区域分布特征, 山区和盆地呈现非常显著的速度差异, 浅层上地壳结构速度变化特征与沉积层厚度、 结晶基底埋深等区域构造密切相关, 中下地壳及上地幔存在不规则的速度异常, 与该区的地震发生存在相关性。     

中国中东部地震台站噪声互相关函数中面波前驱信号的分析研究

利用中国中东部地震台网中430个宽频带台站2008和2009两年的垂直分量记录,我们计算了台站对之间的噪声互相关函数(Noise Cross-correlation Function,NCF).在相当多的NCF中,沿大圆路径传播的瑞利面波信号之前存在一个较强的前驱信号,该信号持续时间约50 s,频率范围为0.07~0.12 Hz.此信号在同一台站对的NCF中稳定存在、到时相同,而在不同台站对的NCF中到时不一致,这表明该信号可能源于一个固定的较小区域内持续存在的噪声源.基于格点搜索方法的定位结果显示该噪声源位于日本九州岛附近,其激发出的信号传播速度约2.7 km/s.假定该信号由一点产生,我们计算了合成地震图,合成地震图与观测到的前驱信号基本一致,验证了定位结果的可靠性.此噪声源会对特定路径上的面波信号产生干扰,在相关研究中需要采取一定措施避免.该噪声源的物理机制有待于进一步的研究.     

利用背景噪声互相关方法研究唐山地区地震波速变化

本文使用唐山地区部分数字地震观测台网2013年1月~2015年12月的连续背景噪声记录, 采用波形互相关方法来监测研究区地下物性介质随时间的变化特征。 首先采用背景噪声互相关技术获取台站间的经验格林函数, 然后通过观测台站对之间参考经验格林函数和当天格林函数中直达的瑞利波走时偏移来计算台站对之间的瑞利波速时空变化。 结果显示, 在2013年1月至2015年12月期间, 大部分台站对的瑞利波速度未发生明显改变, 预示着唐山地区中上地壳的物性介质处于相对稳定阶段。 但是, 部分台站对之间的瑞利波速在2015年9月14日昌黎M_L4.7地震前出现上升变化, 而震后随着时间的流逝又慢慢恢复到背景值附近波动。 目前, 虽然难以确定瑞利波速的震前上升变化跟震源区的应力积累过程有直接关系, 但这种现象值得持续关注和深入研究。     

利用背景噪声研究紫坪铺水库水位加卸载对库区地下介质波速的影响

利用2005年1月1日~2008年1月1日紫坪铺台网及YZP台连续波形资料,通过噪声互相关技术研究了紫坪铺水库区域在蓄水、泄水过程中库区介质的变化特征,同时对可能的渗透过程进行了讨论。使用移动窗口互谱方法计算库区台站对之间的相对波速变化。结果表明,在紫坪铺水库的3次大规模蓄水及2次泄水过程中,地下介质相对波速变化与水位变化之间存在较为明显的相关性,并在时间上有一定延迟,可能与水的渗透有关。分析认为蓄水对浅层介质产生的作用最快,影响最大,波速的变化是蓄水产生的压力及渗透共同作用的结果。在第1次蓄水时,压力起主要作用,后2次蓄水时,渗透起主要作用,且渗透作用已影响至8km左右的断层。