大孔径地震台阵噪声互相关函数中体波信号的研究——以ChinArray二期数据为例

本文利用ChinArray二期大孔径台阵677个台站2013年10月至2016年4月期间的垂直分量记录,计算了不同路径上的噪声互相关函数（Noise Cross-correlation Function,NCF）,观测到4~8 s和8~12 s频带内的NCF零时附近存在显著的高视速度信号.基于NCF的慢度聚束分析表明,这些信号由背景噪声中的远震P、PP和PKPbc波干涉产生,且以P波能量为主.位置聚束图像表明,P波类型的噪声源主要分布在北大西洋、北太平洋和南大洋凯尔盖朗深海高原,其位置对应于平均海浪波高较高的区域.同时,在阿拉斯加海岸及澳大利亚附近海域也存在P波噪声源.利用已识别的P波噪声源位置,计算了其在NCF中产生的干涉信号理论到时,结果与实际观测一致.

     

大孔径地震台阵噪声互相关函数中体波信号的研究——以ChinArray二期数据为例

本文利用ChinArray二期大孔径台阵677个台站2013年10月至2016年4月期间的垂直分量记录,计算了不同路径上的噪声互相关函数（Noise Cross-correlation Function,NCF）,观测到4~8 s和8~12 s频带内的NCF零时附近存在显著的高视速度信号.基于NCF的慢度聚束分析表明,这些信号由背景噪声中的远震P、PP和PKPbc波干涉产生,且以P波能量为主.位置聚束图像表明,P波类型的噪声源主要分布在北大西洋、北太平洋和南大洋凯尔盖朗深海高原,其位置对应于平均海浪波高较高的区域.同时,在阿拉斯加海岸及澳大利亚附近海域也存在P波噪声源.利用已识别的P波噪声源位置,计算了其在NCF中产生的干涉信号理论到时,结果与实际观测一致.     

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.

     

基于多重互相关函数计算地探信号到时差

论文介绍了一种提高地震等地探信号到时差精度的新方法-多重互相关函数法. 从理论上推导出了多重互相关函数的公式,且通过实验验证了用此函数不仅能提高信号的信噪比,还能提取出相似信号所共有的频率信号,进而精确地识别出它们的到时差.探讨了此原理在场地、地震剪切波速信号到时差提取中的应用,分析结果显示:相比互相关函数,多重互相关函数能更准确地求取两相似信号的初至时刻差.     

地震背景噪声互相关函数的面波理论表达形式

基于弹性动力学面波激发公式推导出地震背景噪声互相关函数(简称为NCF)的理论表达形式. 证明了NCF等价于面波的震源激发公式, 其中一个台站为等价震源的位置, 另一个台站为接收点. 本文提出的最重要的概念是等价震源相位, 它直接影响群速度与相速度的测量误差. 在噪声源均匀分布的条件下, 等价震源相位等于-π/4. 一般情况下, 等价震源相位与噪声源分布有关, 而不是简单的常数. 在大信噪比的条件下,等价震源相位的最大可能取值等于信噪比的倒数. 本文详细讨论了利用三台法测量相速度的可能性, 并且给出了估算等价震源相位以及相速度测量误差的公式.     

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。     

背景噪声互相关函数多尺度成像研究

当前研究表明噪声互相关函数中成分较为复杂,其包含各阶频散曲线信息,传统从互相关函数中提取基阶频散曲线信息成像方法存在有效信号遗漏风险.因此,本研究不再提取频散曲线,而是直接利用互相关函数进行成像,系统研究了基于两个台站的噪声互相关函数数据处理、正演和反演方法.此外,在地震勘探中,如何划分地层网格,并选择合适的反演频段对于高精度成像具有较为重要的意义.因此,本研究提出了层厚和反演深度随频率变化的多尺度反演方法.在成像中首先划分较粗的地层网格,选择较低的频段反演得到地下大尺度介质结构,由于较粗网格虽然反演稳定且计算量较小,但分辨率有限,因此对反演大尺度结果重新划分较细网格,并选择高频段进行反演,这一策略可以减少反演参数个数,从而提高反演稳定性,并且降低计算量,同时可以从模型尺度提高反演的分辨率.实际数据处理验证了方法可行性.本文噪声互相关函数成像方法为仅能布设少量地震台站的特殊地区的探测（如月球、火星等地外天体）提供了更多选择,并且为复杂介质多尺度成像方法的研发铺平了道路.

     

Loran-C信号中直达波与反射波的提取方法研究

Loran-C信号中直达波和反射波到时差的提取是利用其进行测距的关键所在。通过分析Loran-C信号实测波形与理论波形的特征,认为两者所包含的直达波信号一致。基于此特征,通过波形相减的方法从实测Loran-C信号中剔除理论直达波信号,并结合互相关方法求解出直达波和反射波的到时差。     

利用互相关函数求地震波衰减

与传统利用单事件波形求介质衰减的方法不同,我们提出一种以一系列事件为源,以源与远处记录波形的互相关函数为基础计算介质品质因子的方法.依据野外现场实验的数据,我们分别以单次和多次激发为源,讨论了事件波形和互相关函数波形的振幅变化及相应的介质品质因子,结果发现,与事件波形一样,互相关函数波形也可以用于计算介质的衰减系数.计算结果表明：（1）实验场地浅层介质在原场条件下的品质因子Q值在40左右;（2）互相关函数的最大幅度与事件波形的振幅随距离具有相同的衰减规律.     

利用地震背景噪声提取西山村滑坡高频面波信号

滑坡体三维速度结构为滑坡治理、灾害防治、风险防范以及理解滑坡的动力学过程提供了关键信息,而高频面波成像是研究浅层速度结构的重要手段.本文详细介绍了利用2016年12月1日在四川理县西山村滑坡上布设的38个仪器记录的三分量连续地震噪声数据,提取1~5 Hz的基阶Love波和Rayleigh波经验格林函数,分析了不同参数和处理方法对背景噪声互相关计算结果的影响.结果表明,1天左右的连续波形记录裁剪至1200 s的时间长度,进行互相关叠加就可以得到较为稳定的经验格林函数.西山村滑坡体上Love波和Rayleigh波的群速度分别为约400 m·s^-1和700 m·s^-1,并且Love波信噪比高于Rayleigh波.此外,我们还利用聚束分析方法对噪声源的位置进行了分析,发现1~5 Hz的背景噪声主要来自滑坡东南侧附近杂谷脑河水的搬运作用.这些高频面波数据和噪声源位置为获取滑坡浅层三维速度结构提供了重要输入,同时也为研究滑坡体速度结构随时间的变化提供了基础.

     

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.     

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.

     

我国东部地区非随机持续性微震背景噪声场源的特性及定位研究

我国东部地区陆海相连的独特区位是探究微震(2~20 s)背景噪声机理的天然场所.本文发展了一种基于噪声互相关非对称性能量走时差的场源定位技术, 并结合频域偏振等方法, 利用335个宽频带固定地震台站2015—2017年期间三分量的连续记录数据, 着重研究了我国东部陆地及近海地区微震背景噪声的非随机固有特性与场源位置, 并对及其激发响应机制进行了分析.获得的主要认识: (1)近海岸的涌浪作用是致使近岸台站DF(Double Frequency)微震谱峰出现双峰或多峰现象的主导因素, 其DF谱峰的频率和幅值明显强于陆地型台站.进一步获得的LPDFMs与SPDFMs偏振特性表明, LPDFMs主特征偏振功率的强弱与观测台站所处的地质构造环境密切相关, 而SPDFMs的强弱则取决于与海岸线的距离; 从极化程度、径向与垂向分量相位差结果看, 两者在0.25 Hz附近的分段特征非常清晰, 它们的产生机理并不完全一致, 可能来源于不同的场源; 在垂向和切向上的运动学特征差异不明显, 表明SF微震并不是纯态瑞利波; (2)研究区非随机持续性SF微震噪声源的方位主要指向印度洋方向, 很可能位于南半球印度洋南部至南极洲之间的深海区, 是由海浪驻波作用于远海海底所激发; 而DF微震噪声源的方位则主要指向东南向的太平洋方向, 其中LPDFMs很可能产生于开阔近海海域海浪与海底的相互作用, SPDFMs则可能源自于我国近海区域内稳定波-波相互作用形成的另一场源.(3)周期约10 s的主要持续性噪声源位置位于日本九州岛上的ASO火山附近区域; 另一个位于北太平洋的深海区, 但其所激发的信号强度相对较弱.

     

云南地区地脉动噪声特征分析研究

对地震台站记录到的长时间背景噪声进行互相关可以得到台站间的格林函数, 进而可以对地下介质波速结构和波速变化进行研究。 对背景噪声来源方向和时空演化规律的分析, 是提高结果可靠性的重要基础。 本文利用分布在云南境内的43个宽频带固定台站2008—2010年的垂直分量记录, 计算了两两台站之间的互相关函数, 并用平均能量流的方法研究了云南地区5~10 s以及10~20 s两个频段内地脉动噪声能量的空间分布和时间演化。 研究结果表明, 云南地区5~10 s的地脉动噪声能量优势方向存在明显的季节性变化, 夏季优势能量方位角为180°~210°, 冬季则为70°~100°。 而10~20 s的地脉动噪声优势方向方位角较为稳定, 为180°~210°。 在这两个频段内噪声能量的强度都表现出了较强的季节性变化。 同时发现在5~10 s频段瑞利面波之前存在视速度接近30 km/s的前驱信号, 并对其可能来源进行了分析。     

Identification of contaminant point source in surface waters based on backward location probability density function method

A backward location probability density function (BL-PDF) method capable of identifying location of point sources in surface waters is presented in this paper. The relation of forward location probability density function (FL-PDF) and backward location probability density, based on adjoint analysis, is validated using depth-averaged free-surface flow and mass transport models and several surface water test cases. The solutions of the backward location PDF transport equation agreed well to the forward location PDF computed using the pollutant concentration at the monitoring points. Using this relation and the distribution of the concentration detected at the monitoring points, an effective point source identification method is established. The numerical error of the backward location PDF simulation is found to be sensitive to the irregularity of the computational meshes, diffusivity, and velocity gradients. The performance of identification method is evaluated regarding the random error and number of observed values. In addition to hypothetical cases, a real case was studied to identify the source location where a dye tracer was instantaneously injected into a stream. The study indicated the proposed source identification method is effective, robust, and quite efficient in surface waters; the number of advection–diffusion equations needed to solve is equal to the number of observations.     

胶东地区晚中生代伸展构造与金成矿:短周期密集台阵背景噪声成像的启示

晚中生代以来,华北克拉通东部经历了以岩石圈减薄作用为主要特征的大规模岩石圈破坏.在此背景下,位于华北克拉通东部的胶东地区形成了大规模的伸展构造、广泛发育的花岗岩类侵入体和巨量的金矿化.为揭示胶东地区控矿构造在上地壳层次的发育特征及其与金成矿之间的联系,本文基于跨胶东半岛的NWW-SEE向短周期密集地震台阵剖面,开展了背景噪声成像研究,获得了胶东地区8 km以浅的上地壳S波速度结构,其主要特征为：（1）胶东地区沉积层较薄,基底平均深度为1~2 km左右;（2）垂向速度梯度显示胶西北基底/浅层高速间断面错断特征显著,与主要拆离断层对应关系良好,且相对速度扰动显示沿主要拆离断层发育SE倾向的条带状低速异常;（3）牟乳成矿带下方S波速度具有横向分块特征,与五莲—烟台等控矿断裂的陡倾特征吻合,且东部苏鲁造山带上地壳平均速度较胶西北地区明显偏高.综合本文成像结果及已有地质、地球物理资料,我们认为胶西北成矿带的控矿构造深部以大规模拆离断层为主要特征,而东部牟乳成矿带则以高角度的脆性（走滑）断裂为主,故控矿断裂构造的差异可能是胶东成矿区域性差异的主要控制因素.