基于福建地区环境噪声瑞利面波群速度的层析成像分析

利用福建及其周边3省(浙江、江西、广东)数字地震监测台网的69个宽频带台站一年的噪声记录,采用互相关技术提取两两台站间的瑞利面波格林函数,反演得到了福建及其周边地区3个周期段(T=4s、T=10s、T=15s)的瑞利面波群速度分布图像。所得结果可为研究该地区的地壳构造、地热分布、地震活动等提供重要依据。     

华北地区基于噪声的瑞利面波群速度层析成像

本文利用华北地震科学台阵2007年1~4月份、190个宽频带和10个甚宽带垂直分量的地震噪声数据,通过互相关方法提取了瑞利面波的经验格林函数,用多重滤波方法测量了瑞利面波的群速度频散曲线.我们将研究区域划分为0.5°×0.5°的网格,利用噪声层析成像方法得到了研究区域7 s、12 s、16 s、23 s的瑞利面波群速度分布图像,所得结果较好地揭示了地壳内部、尤其是浅部地壳的横向速度变化.研究表明,短周期的群速度分布同地表地质结构、地形密切相关;华北地区的地壳结构具有明显的横向不均匀性,华北盆地及山间的沉积盆地显示出低速异常,而基岩广泛出露的太行山和燕山隆起区,呈现高速异常;多数强震(M≥6.0级)都发生在高群速度与低群速度的过渡地带.     

广东省东部地区背景噪声面波群速度层析成像

We perform Rayleigh wave tomography in east Guangdong and its surrounding regions by applying the ambient noise method to broadband data recorded at 26 stations from Guangdong, Fujian and Jiangxi Digital Seismic Networks. Cross-correlations of vertical- component ambient noise data are computed in one-day segments and stacked over seven months from March to September, 2011. Then Rayleigh wave group dispersion curves are measured using the frequency-time analysis method. Group velocity maps at periods from 5s to 15s are inverted. The resulting group velocity maps generally show good correlation with tectonic features, reflecting the velocity variations in the shallow crust. The basin areas are clearly resolved with lower group velocities at the short periods due to thick sedimentary layers, and the mountain areas with higher group velocities due to thin sedimentary layers. The variations of group velocity on the map can draw out the distribution of basins and mountains in study areas. The geothermal field can change the group velocity obviously, and lower group velocities are always found in high geothermal areas. The velocity maps indicate that a low-velocity layer may be found in the study areas.     

华北地区瑞利面波噪声层析成像研究

华北具有中国大陆最古老的克拉通构造,自中生代以来,华北克拉通活化,发生大规模的伸展和裂解,岩石圈减薄,并成为中新生代构造强烈活动的地区。华北地区不但是中国的政治、经济和文化中心,也是地震灾害多发区,历史上曾发生过多次破坏性地震。近代发生的唐山、滦县、宁河强震造成了巨大的经济损失和人员伤亡,因此该区一直是中国的地震重点监视防御区。     

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。     

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。     

利用双台脉动记录的相关系数估计福建地区瑞利面波的群速度

本文利用福建省数字地震监测台网中8个宽频带台站的速度型脉动记录,计算两两台站之间垂直分量的脉动在相同时间窗(窗长为5分钟)的相关系数,按照移动窗技术得到各个不重叠窗口的相关系数,并对其进行相干叠加,依此计算出两个台站之间瑞利面波的群速度及其在福建地区的空间分布。结果表明,叠加结果的信噪比随叠加次数的增加而增加,不同时间段叠加结果波形相似;峰值到时稳定,台风不会对结果产生明显影响;利用这个方法得到的福建地区周期约为3～5秒的瑞利面波群速度在2.9～3.1km/s之间,这和传统方法得到的瑞利面波的传播速度很接近。     

黑龙江地区背景噪声面波群速度层析成像

本文选取黑龙江省台网及吉林、内蒙古部分台站共44个固定地震台站连续2年的地震数据,利用两个台站间互相关方法获得瑞利面波经验格林函数,再用自适应时频分析方法提取群速度频散曲线,最后利用传统面波层析成像方法反演获得黑龙江地区周期为8～40 s范围内群速度分布图像.反演结果揭示黑龙江地区地壳及上地幔群速度结构存在明显横向不均...     

台湾地区的随机噪音瑞利波层析成像研究

本文使用的数据来源于2004、2005和2008年台湾CWBSN(Central Weather Bureau Seismic Network)的18个宽频带台站记录的数据,2008年中国国家地震台网的2个宽频带台站数据和日本MASN(MeteorologicalAgency Seismic Network)的1个宽频带台站数据.通过互相关方法提取瑞利波的经验格林函数,利用相匹配滤波的时频分析技术测量瑞利波相速度频散曲线.利用面波层析成像方法给出台湾地区8s、12s、16s、20s的瑞利波相速度分布图,结果较好地揭示了地壳内部、尤其是浅部地壳的横向速度变化.研究表明,短周期的相速度分布同地表地质结构、地形密切相关,滨海平原、屏东盆地以及宜兰平原为低速区,西部丘陵、中央山脉以及海岸山脉地区为高速区;不同周期的相速度分布图显示,整体上低速区随相速度周期的增大逐渐向东移,这与台湾地区地壳内部速度的分布特征和构造特征基本一致.此外,屏东地区一直处于低速区,这可能与该地区布格重力负值异常有关.     

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．     

新疆地区环境噪声层析成像研究

本文利用北京大学宽频带流动地震台阵和新疆地震监测台网12个月连续地震记录数据,采用环境噪声层析成像方法获得了新疆地区的周期从10~35 s范围内的瑞利面波相速度异常分布图像.研究结果与地表地质构造相一致,新疆地区的天山、两盆大地构造与瑞利面波相速度异常有较好的对应关系.短周期10~20 s的图像显示两个盆地内都呈现低速异常,对应盆地较厚的沉积层.中长周期25~35 s的层析成像结果显示东西天山地区存在明显异常差异.本文获得的新疆地区地壳和上地幔相速度结果,也为进一步结合传统天然地震面波成像方法,最终获得新疆地区的三维剪切波速度结构奠定基础.     

华北地区勒夫波噪声层析成像研究

利用华北地震科学台阵200个流动地震台站、14个月的连续波形数据,通过互相关方法提取了勒夫波的经验格林函数,使用多重滤波方法测量了5229条勒夫波的群速度频散曲线,采用噪声层析成像方法得到了研究区域4~30 s的勒夫波群速度分布图像,横向分辨率在多数区域可以达到0.25°×0.25°. 层析成像结果显示,短周期的群速度分布特征与地表地质和构造特征基本一致,华北盆地和山西断陷带内的盆地呈现低速异常,燕山隆起和太行山隆起表现为高速异常;中周期的群速度分布图揭示了华北盆地内部隆起和坳陷的空间分布范围及沉积层的厚度差异. 勒夫波频散曲线具有明显的分区特征,太行山隆起、燕山隆起和鄂尔多斯块体东北缘的频散曲线形态基本一致,和其它典型克拉通相似;张渤地震带和山西裂谷盆地的频散曲线基本一致,接近于埃塞俄比亚裂谷. 中西部块体的平均频散曲线和其它典型克拉通相似,而东部块体的频散曲线和中西部块体存在较大差异,且低于其它典型克拉通,表明东部块体的地壳受到了强烈的破坏和改造,而中西部块体受改造的程度较低,仍具有稳定克拉通的物理性质. 太行山重力梯度带的东西两侧在地形地貌、速度结构、频散特征、地壳厚度、岩石圈厚度以及地幔过渡带厚度均存在显著差异,是划分华北克拉通破坏空间范围的一条重要界线,推测华北克拉通的破坏范围主要在太行山重力梯度带以东.     

Surface wave tomography on a large-scale seismic array combining ambient noise and teleseismic earthquake data

We discuss two array-based tomography methods,ambient noise tomography (ANT) and two-planewave earthquake tomography (TPWT),which are capable of taking advantage of emerging large-scale broadband seismic arrays to generate high resolution phase velocity maps,but in complementary period band:ANT at 8-40 s and TPWT at 25-100 s period.Combining these two methods generates surface wave dispersion maps from 8 to 100 s periods,which can be used to construct a 3D v S model from the surface to ～200 km depth.As an i...     

Monitoring temporal variations in instrument responses in regional broadband seismic network using ambient seismic noise

High‐quality broadband data are required to promote the development of seismology research. Instrument response errors that affect data quality are often difficult to detect from visual waveform inspection alone. Here, we propose a method that uses ambient noise data in the period range of 5?25 s to monitor instrument performance and check data quality in situ. Amplitude information of coda waves and travel time of surface waves extracted from cross‐correlations of ambient noise are used to assess temporal variations in the sensitivity and poles–zeros of instrument responses. The method is based on an analysis of amplitude and phase index parameters calculated from pairwise cross‐correlations of three stations, which provides multiple references for reliable error estimates. Index parameters calculated daily during a two‐year observation period are evaluated to identify stations with instrument response errors in real time. During data processing, initial instrument responses are used in place of available instrument responses to simulate instrument response errors, which are then used to verify our results. The coda waves of noise cross‐correlations help mitigate the effects of a non‐isotropic field and make the amplitude measurements quite stable. Additionally, effects of instrument response errors that experience pole–zero variations on monitoring temporal variations in crustal properties appear statistically significant of velocity perturbation and larger than the standard deviation. Monitoring seismic instrument performance helps eliminate data pollution before analysis begins.     

利用背景噪声成像研究合肥-金华剖面地壳速度结构及径向各向异性的东西差异

背景噪声成像能够为地壳内部结构提供地震波速的观测证据,能够增进对地壳结构与物性的认识.本文利用背景噪声成像方法对合肥-金华流动地震台阵55个台站数据进行了分析反演,获得了华北克拉通与华南块体东部构造边界附近区域的地壳S波速度与径向各向异性结构.成像结果表明,以东经118°-118.5°附近为界,西北部表现为地壳低速异常和中下地壳正的径向各向异性,东南部表现为地壳高速异常,下部地壳存在负的径向各向异性.由此,本文推测地震波速结构差异反映了地壳内部物质与温度的差异,这种差异与两个地区自中生代晚期以来经历了截然不同的岩浆活动相关.

     

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.      

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.