华北科学探测台阵背景噪声特征分析

利用华北科学探测台阵180多个宽频带台站2007年的连续记录,得到了台站之间噪声互相关函数.通过对三个分量记录的相关运算,获得了Rayleigh波和Love波的经验格林函数,分析了其信噪比随周期的变化和高信噪比台站对的方位分布.利用经验格林函数的非对称性和聚束方法,研究了华北科学探测台阵地震噪声的方位分布,及其季节变化特征.尽管噪声源的分布随季节有轻微变化,但全年的分析结果表明,10～32 s周期内华北台阵的地震噪声源在各个方向上的分布近于均匀,这为利用噪声成像提供了理论前提.     

鄂西地区宽频地震台阵背景噪声特征

利用鄂西地区长时间段宽频地震台站的三分量背景噪声记录,采用波形互相关方法得到台站对间的互相关函数,并通过聚束分析获得瑞雷波和勒夫波的慢度谱,研究鄂西地区背景噪声源的时空分布特征。结果表明,5~10 s周期范围,背景噪声来源于南太平洋且没有季节变化;10~20 s周期范围,慢度谱上显示明显的能量环,表明噪声源来源于多个方向,且表现出强烈和急剧的季节变化;20~40 s周期范围,慢度谱上也存在明显的能量环,其产生机制可能与此周期下提出的次重力波机制相似。在不同的周期范围内,噪声源分布方位有所不同,但在周期10~40 s范围噪声源在各方向均有分布。因此,利用长时间段连续噪声数据计算的互相关函数在周期10~40 s范围内满足背景噪声面波层析成像的理论前提。     

兰州台阵响应函数及不同方位小地震事件FK分析结果

计算了兰州台阵不同频率的台阵响应函数,对台阵附近不同方位的4个小震进行了FK分析。结果显示兰州台阵2 Hz以下的台阵响应函数在原点附近呈现出对称的单主峰图样,而高于2Hz时台阵响应函数出现较多旁瓣,表明该台阵对于2 Hz以下的信号具有较好的分辨能力。小震的FK分析结果表明,根据甘肃省地震局地震目录和IASP91速度模型计算得到P波方位角和慢度与FK分析的结果总体上比较一致,但也存在一定差别,这种差别可能由所使用的理论模型和当地模型有差别以及未做台阵校正所引起。     

西准噶尔地区托里断裂晚第四纪构造变形

受新生代印度-欧亚板块碰撞的远程效应影响,西准噶尔地区平行斜列的走滑断裂系统被重新激活。托里断裂作为其中重要的组成部分,获取其晚第四纪构造变形特征对于认识和理解天山以北区域的构造变形和地壳缩短吸收方式都具有重要意义。文中基于野外调查结果和无人机三维重建技术分析了托里断裂晚第四纪的构造变形特征,并利用光释光测年方法对托里断裂的地貌面期次进行定年,进而通过冲沟和阶地陡坎等标志性地貌的位错量和地貌年龄计算托里断裂的晚第四纪活动速率。研究结果表明：托里断裂由东、西2支分支断裂构成,均以左旋水平走滑为主。东支断裂使喀普舍克河T3和T2阶地分别产生了(89±31) m和(39±13) m的水平位错量,结合T3阶地(52.9±5.1) ka和T2阶地(23.4±1.5) ka的形成年龄,计算得到其活动速率约为(1.7±0.8) mm/a;西支断裂使铁斯巴汗河T2阶地产生了(34.0±6.8) m的水平位错量以及喀普舍克河T3阶地上最大为(37.5-4.1/+2.7) m的冲沟水平位错量,结合T2阶地(18.8±1.3) ka的形成年龄,计算得到其活动速率为(1.8+0.5/-1.3) mm/a。结合...     

西北太平洋海岛地区地震背景噪声特征及海洋学解释

台风是全球最具破坏力的气象灾害之一,由于台风过境时现场海洋观测资料相对匮乏,与目前对台风的监测、预报和防灾减灾的迫切需求尚不相匹配。近年来,利用地震学观测资料与技术手段,通过台风激发的地震背景噪声,对台风进行监测的新方法逐渐兴起。本文对近年来有关台风激发地震背景噪声机理、源区分布以及基于地震背景噪声的台风定位追踪、海浪参数反演等研究进展进行综述,分析已取得的研究成果及可能存在的问题,讨论并展望基于地震学的台风监测研究思路与热点。基于地震学的台风监测有望为传统台风观测与研究提供跨学科的观测资料与技术支持。     

基于三分量数据的云南地区背景噪声源分析

背景噪声特性及噪声源的分布逐渐成为深化背景噪声互相关研究的关键问题。基于2015—2016年云南地区48个固定数字地震台的连续三分量记录,使用互相关计算提取台站对经验格林函数,基于经验格林函数正负支信噪比特性,结合海浪波高数据,得到云南地区5～10 s,10～20 s,20～40 s台站对信噪比的方位分布和时间变化特征。结果表明:云南地区三分量的噪声源优势方位在不同周期内均有差别,5～10 s噪声源优势方位变化较稳定,当海洋活动相对剧烈时,ZZ,RR分量比TT分量易受到影响;10～20 s噪声源优势方位变化与海洋活动的季节性变化规律较一致,1—6月ZZ,RR分量优势方位角指向E向和WS向,TT分量则以E向为主,7—12月ZZ,RR分量优势方位角明显指向WS向,TT分量在7—9月指向WS向,在10—12月则指向E向和WS向;20～40 s内的噪声强度较小且随时间变化稳定。因此,云南地区噪声能量源主要与北太平洋和孟加拉湾—安达曼海—北印度洋一带的活动有关。     

无人机提取走滑断裂构造信息——以西准噶尔冬别列克断裂为例

由断层活动形成的构造地貌是强震与长期地表过程共同作用的结果,其形态包含着丰富的构造信息。但受限于测量技术和精度,如何从复杂的构造地貌中识别这一信息一直都是活动构造研究的难点。文中结合运动重建模型(SFM, Structure from Motion)的无人机(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)低空航测技术,以准噶尔盆地西边界的冬别列克左旋走滑断裂为研究对象,重点选择了断裂构造变形典型的区域(南段:阿合别斗河阶地;北段:乌勒雪特河阶地)作为研究对象,利用微型旋翼无人机对特征区域进行航拍,得到了断裂的大比例正摄影像(DOM)和数字高程数据(DEM),对地貌单元的精细划分并对其与断层的切割关系进行了解译,获得了断裂准确的构造活动信息。对比两个典型区域的阶地位错量,分析了断裂沿线的阶地,共划分了4级阶地:Ta5(49.7 m±1.9 m)、Ta4_(max)(30.7m±2.1 m)、Ta4_(min)(20.1～22.8 m)、Ta3(12.0 m～12.7 m)和Ta2(8.7 m±0.6 m)。     

西准噶尔伊尼萨拉蛇绿混杂岩中奥陶纪放射虫的发现及意义

伊尼萨拉蛇绿混杂岩带位于西准噶尔谢米斯台山南侧,由基性岩、超基性岩、硅质岩、大理岩（大理岩化灰岩）及火山碎屑岩组成,均呈断片形式产出.首次在硅质岩岩片中发现了丰富的放射虫和海绵骨针化石,放射虫共2科6属（包括1未定属种）：Inaniguttid gen.et sp.Indet.,Inanigutta sp.,Inanibigutta sp.,Inanihella bakanasensis（Nazarov）,Triplococcus acanthicus（Danelian et Popov）,Antygopora sp.,所指示的时代为早奥陶世晚期-中奥陶世,代表了伊尼萨拉蛇绿混杂岩带形成时代的上限;硅质岩的结构、构造及其中的深水相化石表明蛇绿岩套发育在早寒武世-中奥陶世的古大洋环境中,大洋的水深应在碳酸盐补偿深度面（CCD）之下.形成时代的一致性,支持将伊尼萨拉蛇绿混杂岩带、塔尔巴哈台蛇绿混杂岩带和洪古勒楞蛇绿混杂岩带连成一套统一俯冲增生杂岩系的可能,并可以继续向东延伸至准噶尔东部.早寒武世-中奥陶世,准噶尔北部应存在一条贯通东西的古大洋.     

西准噶尔冬别列克断裂晚第四纪以来的阶地位错与滑动速率

冬别列克断裂是一条全新世活动断裂,位于西准噶尔造山带的关键位置,该断裂总长120km,走向NE。晚第四纪以来,冬别列克断裂的持续活动使得断裂沿线各级地貌面发生了明显的左旋位错,在塔城盆地东侧形成线性连续且笔直的陡坎地貌。文中利用高精度无人机和差分GPS对阿合别斗河多级阶地的左旋位错量进行了面状航拍、测量,建立了分辨率高达0. 1m的数字地形数据,发现T5—T2阶地陡坎的最大左旋位错量依次为30. 7m、12. 0m和8. 7m。通过光释光测年方法得到了各级阶地(T5—T1)的年龄,进而得出冬别列克断裂晚更新世以来的左旋滑动速率为0. 7～0. 94mm/a,结合阶地侧向侵蚀特征,分析认为T4、T2阶地的滑动速率更加接近真实值(0. 91±0. 18) mm/a。结合西准噶尔的其它2条大型走滑断裂(达尔布特断裂和托里断裂)的滑动速率,并对比西准噶尔地区的GPS速率,认为该地区NE向的走滑运动以冬别列克断裂为主,吸收大量剩余变形,同时保持相对较高的左旋滑动速率。     

基于MATLAB的准实时背景噪声计算分析软件研制

针对目前我国省级区域数字测震台网所运行的JOPENS系统,利用Matlab语言开发了采用功率谱概率密度函数的背景噪声计算分析软件。实现了对数字地震台网的数据记录质量、观测系统的健康状态以及背景噪声源变化的准实时监控,计算结果的有效频带范围为90s～35Hz,对信号的最小分辨率约为0.012Hz。软件根据功能需求进行模块化设计,并通过TaskContral定时任务控制终端来进行控制和管理,以减少各模块之间的相互联系,从而保证软件运行的持久和稳定。2011年1月在江苏省数字地震台网进行实际部署,运行情况和实际效能均良好。     

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．     

地面与地下深部地震背景噪声对比分析

深部地下空间具有低于地面的噪声环境,为开展高精度多物理场观测提供了绝佳平台.通过淮南潘一东矿区海拔-848 m的井下巷道和地面的地震联测,我们分析了深部地下与地面的地振动背景噪声特征.对比结果显示,大于1.0 Hz的高频段,地面噪声功率谱密度（Power Spectral Density,PSD）值高出地下20~40 dB,并呈现随人类活动变化的昼夜模式;而井下观测不存在这一时变规律,地下巷道上覆870 m厚的沉积层有效衰减了浅层或地表的人文噪声.0.1~1.0 Hz频段二者差异相对减小,地面PSD值平均高出地下10 dB.小于0.1 Hz的低频噪声差异较小,或与井下气流干扰和仪器本底噪声有关.在第二地脉动谱的对比中,可发现明显的场地放大效应和地脉动峰的分裂现象.此外,深部地下低噪声环境突显了若干高频非时变信号,根据频域极化分析可厘定这些稳定噪声为井下的固定振动源.上述结果说明深部地下可以为高精度地震观测和震源定位提供优良环境,同时也给深地实验室的后续建设以及相关深地研究提供重要参考.

     

基于贝叶斯理论的接收函数与环境噪声联合反演

基于Bayes反演理论(Tarantola,1987,2005),在接收函数非线性复谱比反演方法基础上(刘启元等,1996),本文讨论了接收函数与地震环境噪声Rayleigh波相速度频散的联合反演.本文采用修正后的快速广义反射/透射系数方法(Pei et al., 2008,2009) 计算Rayleigh波相速度频散, 并引入地壳泊松比的全局性搜索.数值检验表明:(1)接收函数与环境噪声的联合反演能够有效地解决反演结果对初始模型依赖的问题,即使对地壳速度结构仅有非常粗略的初始估计(例如,垂向均匀模型),本文方法仍能给出模型参数的可靠估计;(2)由于环境噪声与接收函数在频带上的适配性明显优于地震面波,接收函数与环境噪声的非线性联合反演能更好地约束台站下方近地表的速度结构;对于周期范围为2~40s的环境噪声相速度频散,利用本文方法能够可靠推测台站下方0~80 km深度范围的S波速度结构, 其浅表速度结构的分辨率可达到1 km; (3)本文方法能够可靠地估计地壳泊松比,泊松比的全局性搜索有助于合理解释接收函数和环境噪声的面波频散数据.利用本文方法对川西台阵KWC05台站观测的接收函数与环境噪声的联合反演表明,该台站下方地壳厚度为44 km,上地壳具有明显的高速结构,24~42 km范围的中下地壳具有低速结构.该台站下方地壳的平均泊松比为0.262,壳内低速带的泊松比为0.27.     

四川盐源盆地短周期密集台阵背景噪声分布特征分析

短周期密集台阵的高频背景噪声互相关函数（NCF）是探查地球浅层精细结构的重要数据.然而高频背景噪声成分复杂且容易分布不均,分析其对NCF信号提取的影响,有助于获取可靠成像结果.本文基于布设于川滇地区盐源盆地的209个短周期台站组成的盐源台阵,利用密集台阵的噪声水平评估以及基于NCF的相干噪声分析两种方法,分析了其记录到的噪声波场特征及其对NCF的影响.结果表明,盐源台阵的整体噪声水平呈现北低南高的不均匀分布,高频噪声水平的强弱受控于当地的人类活动,亦受到浅部松散沉积层的影响.台阵垂直分量NCF中主要信号为基阶Rayleigh波,且产生该信号的相干噪声源的优势方位在不同频带具有较大区别：0.3~0.5 Hz的噪声源强度较强且随时间变化较为稳定,主要能量来自台阵的南侧;0.5~1 Hz的相干噪声源强度较低,有两个优势方向,其中较强的一个来自于台阵南侧,可能与0.3~0.5 Hz的噪声同源,较弱的一个来自于台阵北偏东方向;1~1.5 Hz的背景噪声有四个较弱的优势方向,在台阵的不同区域有不同的优势方向,可能受到不同的局部噪声源的控制.垂向NCF中Rayleigh波的信噪比主要受控于波场的复杂程度,台阵南部受人文活动及沉积层影响,噪声水平较高,且由于盆山边缘复杂的反射、散射作用,其NCF波形复杂,信噪比偏低.受高频噪声源分布不均与及复杂地质结构的共同影响,盐源台阵的高频NCF中的信号复杂,后续对面波频散特征的提取应充分考虑噪声源对NCF的影响以获取可靠结果.

     

汶川地震区地壳速度相对变化的环境噪声自相关研究

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(100°E～105°E, 26°N～32°N)布设了由297个宽频带地震台组成的密集流动地震观测台阵.本文利用川西流动地震台阵29°N以北地区的137个台站2007年1月至2008年10月的连续三分量地震环境噪声记录,研究了汶川地震震前震后地壳速度变化特征.借助川西台阵的密度优势,我们针对单台三分量噪声自相关函数和单台不同分量间的互相关函数,利用互谱移动窗技术,在0.33～1 Hz频带范围内测量了经过50天滑动平均的相关函数与长时间平均参考相关函数的走时变化率,进而求得地壳浅部速度随时间的相对变化,并得到其空间分布特征.本文结果表明,利用环境噪声自相关方法可以得到与互相关方法基本一致的同震速度变化分布图像,同震速度变化分布与同震体应变具有明显相关性.具有更高空间分辨率的噪声自相关研究进一步发现,在鲜水河断裂和龙门山断裂交汇区存在同震速度增加区,这个区域与同震库伦应力变化和地表形变观测预测的周边断层库伦应力增加区一致.我们的研究发现,同震库伦应力增加效应的持续时间大约为2个月左右,在此之后,区域应力场逐渐恢复为普遍的应力下降.     

福建地区环境噪声瑞利波群速度层析成像

本文利用福建、广东、江西和浙江等4省数字地震监测台网中69个宽频带台站2010年4月13日～10月13日的速度型噪声记录和互相关技术,提取两两台站间的瑞利面波格林函数,并利用层析成像技术最终反演获得了福建地区(115.7～120.5°E、23.6～28.35°N)瑞利面波群速度的分布图像。结果表明,利用该方法得到的福建地区周期为3～5s的瑞利面波群速度在2.73～3.17km/s之间,平均速度为2.96km/s。瑞利波群速度横向变化与福建地区地表构造特征和地热异常区分布情况是基本吻合的;该群速度分布图在漳州盆地和福州盆地区域表现出非常明显的低速异常,这主要是因为受到盆地沉积层和高地热的影响;杉岭地块属于山地地形,但由于受到高地热的影响,因此表现为低速异常;永安-玳瑁山地块为山地区,而受到中地热的影响,速度异常表现较为复杂。     

2013年芦山地震震源区地壳介质地震波速变化的特征分析

为探究芦山M7.0级地震后5年多来,震源区龙门山断裂带西南段介质波速的变化规律,本文基于2012年4月至2018年4月共6年的连续波形数据,运用移动窗互谱与频域偏振等分析方法,结合背景噪声源的特性,对不同深度范围内的相对波速变化以及震后的恢复过程与机制进行了研究.获得的主要认识包括：（1）年尺度而言,震源区周期为1~20 s的背景噪声场相对稳定,但成分复杂、2~10 s频带内至少存在2个能量相对稳定的噪声源;不同周期噪声的能量,在月变与季节性上的变化特征差异明显.（2）获得了长时间尺度、不同频带内介质相对波速的背景变化水平,1~2 s、2~4 s的波动幅度（约为±0.04%）与季节性变化规律强于4~10 s、10~20 s的,结合与降雨量相关的地下水位模型能很好地解释其变化规律.（3）震源区的同震波速降低现象清晰,降幅约为0.08%~0.1%;空间上,波速下降最为显著的区域主要集中在龙门山断裂带两侧约70 km范围内,其中四川盆地一侧平均约为0.1%,略高于青藏高原（0.08%）一侧;在断裂带内的降速不显著.对不同子频带进行测量的结果显示,震后除10~20 s外,其余3个子频带的相对波速在震后较短时间内（约20天左右）均出现较大幅度的波速降低现象,其中4~10 s的平均降速最大（约为0.08%）,分析认为主震及大量余震的松弛效应是引起介质波速下降的主要原因.（4）震后大约1年左右,波速变化基本恢复到震前水平,且至2018年4月前未观察到大幅的波速变化现象,总体上各频带内的结果均沿零线小幅波动.

     

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.     

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.