利用背景噪声互相关研究汶川地震震源区地震波速度变化

利用2007年3月至2009年3月四川数字地震台网的宽频带连续波形资料,通过计算地震背景噪声互相关提取台站对间的经验格林函数,在0.1～0.5 Hz频带下测量每天经验格林函数与参考经验格林函数的走时偏移,进而得到各台站对在该时段内的相对地震波速度变化.结果表明,2008年5月12日汶川M_s8.0级地震造成了震源区地震波速度的急剧降低,最大降幅达0.4%;大致以安县为界,余震带西南部地区在汶川主震后波速降即达到最大值,而东北部地区的最大波速降一般出现在主震后的1~4个月,相对地震波速度变化的这种分段特性与地震序列的时空分布特征有较好的对应关系;在震源区外围的四川盆地也观测到了震后波速降低,而川西高原内部则没有出现显著的波速变化.进一步的分析和计算结果表明主震的静态应力变化和强地面运动引起的地表破坏都不能很好地解释震后波速的急剧降低,地震导致的断层区内部结构破坏和周边介质应力状态改变可能是波速变化的主要原因.     

利用背景噪声研究2021年云南漾濞MS6.4地震同震及震后波速变化

通过测量地震波速度变化可分析地下介质应力状态的变化,加深对地震物理过程的认识.本文利用2021年5月21日漾濞M_S6.4地震震中50 km范围内16个地震台站2021年的三分量连续记录,通过背景噪声干涉方法研究了漾濞M_S6.4地震同震波速变化及震后恢复过程.结果表明,在1～4 Hz的频带范围内,台站对间的相对波速在主震后明显降低,dv/v_pair的幅度为-0.29%～-0.02%,随台站间距增大而降低.由线性回归获得的各台站的相对波速变化dv/v_station的幅度为-0.16%～-0.02%,总体随震中距增大而减小.分析表明,测量得到的同震波速变化主要来自于浅层(≤2km)介质,受静态应变和动态应变的共同影响,主要由强地面运动引起的岩石破碎和应力大规模调整控制.远离主震的北部台站波速变化较大,对应力扰动敏感性高,推测与台站下方的热流体分布相关.波速变化测量结果指示漾濞地震周边地震波速度在震后几天内达到最低值,而在8月份前后逐渐恢复到震前的水平,表征了介质的愈合过程.研究表明利用背景噪声干涉可对同震...     

利用背景噪声研究福建金钟库区地壳介质波速变化

基于2011年10月—2015年12月福建测震台网金钟库区周边台站的连续波形数据,利用地震背景噪声互相关技术提取台站对间的经验格林函数,分周期(1~2 s,2~4 s和4~8 s)测量每天经验格林函数与参考格林函数的走时偏移,进而计算了库区各台站对之间的相对地震波速变化。结果表明:2~4 s周期内地下介质相对波速变化表现出夏高冬低的年变规律,与库区水位变化及当地降雨量存在明显的正相关性,说明在此周期范围内,水位变化及降雨量对波速变化的影响最大。2013年8—10月,仙游地区接连发生了4次M_L≥4.0地震,其中在2013年9月4日仙游震群最大M_L5.0地震发生后,波速变化出现趋势性下降,幅度约为0.1%,随后波速逐渐恢复,在整个震群活动后期,对库区介质波速的影响不明显。     

2014年鲁甸MS6.5地震前后介质波速变化特征分析

本文利用研究区内13个地震台站2014年1月至12月的连续波形数据, 采用背景噪声互相关方法, 提取了2014年8月3日鲁甸M_S6.5地震的同震波速变化。 结果表明, 鲁甸地震对介质波速的影响具有明显的空间差异性, 较大幅度的同震波速变化主要集中于则木河断裂—小江断裂及莲峰断裂区域。 其中, 莲峰断裂SW段和则木河断裂NW段区域的波速出现了较为明显的同震降低, 则木河断裂和小江断裂交界处则出现了明显的波速升高。 通过对比研究区内介质波速的同震变化与鲁甸地震对周边主要活动断裂应力积累的影响后发现, 波速变化与应力变化在空间分布上具有较高的一致性, 且两者的变化幅度也成正相关关系。 由此可以看出, 鲁甸地震造成的应力变化可能是地下介质波速变化的主要原因。 采用相同的方法对2014年4月5日永善M_S5.1地震研究后发现, 永善地震后鲁甸地震震源区及其附近区域波速明显升高。     

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。     

利用背景噪声研究通海5.0级、墨江5.9级地震震源区波速变化

利用2017年1月31日—2019年12月1日云南数字地震台网的宽频带连续波形资料,基于背景噪声互相关方法,提取了14个台站对当天经验格林函数与参考经验格林函数的直达瑞利波走时偏移来研究2018年通海5.0级、墨江5.9级地震震源区的波速变化特征。结果表明,通海5.0级和墨江5.9级地震都在一定程度上造成了震源区地壳介质速度的变化。地震发生前后,穿过地震震中和震中附近的部分台站对的瑞利波走时偏移在地震发生前的20余天表现出明显的异常特征,且短期内走时变化具有较好的同步性,但异常幅度大小和异常持续时间存在一定差异,异常台站对走时偏移变化形态为"V"或双"V"型结构,两次地震都发生在了第1个"V"型的前端。多台站对组合的平均走时偏移结果显示,两次地震造成的震源区波速的异常持续时间大概都为260 d(通海地震略长于墨江地震),但墨江地震造成的最初的走时偏移变化量和持续时间均高于通海地震。     

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。     

利用背景噪声数据提取地震台站间面波的可靠性分析——以中国大陆中东部地区的宽频带台站为例

利用中国大陆中东部地区以国家台网为主的100个分布均匀的宽频带地震台记录到的21个月的连续波形数据,经过单台数据处理和互相关叠加计算后,由时频分析法提取了研究区各台站对间瑞雷波的格林函数.为了检验经验格林函数的可靠性和稳定性,对沿部分路径的经验格林函数和频散曲线进行了质量评估.检测结果表明,自21个月叠加的台站对间背景噪声中提取的经验格林函数与实际的地震面波一致,提取的格林函数可靠.此外,统计了使用从3 21个月不同长度数据叠加后,经验格林函数信噪比大于10的频散曲线数目.结果表明,至少要使用12个月的数据才能提取到信噪比足够大,数目足够多,可用于反演面波速度结构的经验格林函数;12个月的叠加时长,可以保证30 s以下周期的频散曲线在时间上稳定.     

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。     

利用背景噪声数据提取地震台站间 面波的可靠性分析 以中国大陆中东部地区的宽频带台站为例

利用中国大陆中东部地区以国家台网为主的100个分布均匀的宽频带地震台记录到的21个月的连续波形数据, 经过单台数据处理和互相关叠加计算后, 由时频分析法提取了研究区各台站对间瑞雷波的格林函数. 为了检验经验格林函数的可靠性和稳定性, 对沿部分路径的经验格林函数和频散曲线进行了质量评估. 检测结果表明, 自21个月叠加的台站对间背景噪声中提取的经验格林函数与实际的地震面波一致, 提取的格林函数可靠. 此外, 统计了使用从3—21个月不同长度数据叠加后, 经验格林函数信噪比大于10的频散曲线数目. 结果表明, 至少要使用12个月的数据才能提取到信噪比足够大, 数目足够多, 可用于反演面波速度结构的经验格林函数; 12个月的叠加时长, 可以保证30 s以下周期的频散曲线在时间上稳定.      

基于背景噪声互相关格林函数的 单台时间误差估计

从江苏省数字地震台网2011年的宽频带记录数据中, 选取了不同背景噪声区域下的两组不同台间距的台站(A, B每组4个台站), 两组台站的平均台间距分别为44.6和30.5 km. 首先, 运用滑动窗互相关技术, 测量出各台站对间背景噪声互相关格林函数随时间的偏移量ΔD_Si-Sj, 然后通过奇异值分解来求解由ΔD_Si-Sj与系数矩阵构成的超定方程, 从而计算出单个台站的时钟误差ΔS_i;并引入协方差矩阵来估计不同置信水平下计算结果的误差范围. 计算结果表明, 除去明显的钟差误差(>3 s)外, 8个台站的时间误差平均均方根为0.4215 s, A与B两组台站在置信水平为95%时的时间误差范围分别为±0.4544 s和±0.4283 s; 而采用HYPOSAT定位方法对2010—2011年江苏地区的地震进行定位, 得到的平均走时残差约为0.386 s. 两者的计算精度基本相当, 表明基于背景噪声互相关格林函数计算出的单台时间误差是可信的.      

噪声成像在地震预测研究中的现状与展望

近年来,随着噪声成像方法原理的成熟,其发展迅速,已经被众多学者所关注并广泛应用于地震研究领域.对两两台站记录到的长时间连续背景噪声进行互相关计算可以提取出台站间的经验格林函数,再利用层析成像方法得到不同时段地球内部的速度结构,以此来分析强震前后的波速差异,进而可以应用于地震预测研究.本文介绍了噪声成像的发展背景、方法原理及研究现状,分析其优缺点,并综述了其在地震预测研究中的应用与结果的可靠性,最后探讨其未来的发展方向与需要解决的问题.背景噪声在时间上稳定并可重复利用,有效地避免了传统地震成像因地震定位不精确和台站分布不均匀等因素所导致的不可重复性,有助于对地壳内部的波速变化进行实时监测,分析地壳内部区域应力状态的变化,将会促进地震预测方面的探索研究.     

利用背景噪声互相关观测近对跖点台站间体波格林函数

本文利用秦岭周边和南美地区的部分台站2012—2014年记录的地震事件垂直分量数据,获取了166个台站对之间的互相关函数,从中观测到了近对跖点台站之间的体波格林函数.在此基础上,我们计算了理论地震图的互相关,其结果与实际数据获得的结果很相似,推测格林函数的能量来源应主要是大地震引起的地球自由振荡.更进一步的研究表明,不同的震源机制对于互相关结果中不同震相的振幅有较大影响,走滑断层引起的地震并不能产生较好的互相关结果.通过对比不同位置台站对的互相关结果,本文认为互相关得到的体波格林函数包含了传播路径信息.     

地震背景噪声成像研究综述

地震背景噪声成像方法已成为21世纪地震学的伟大突破之一,其原理是,对2个台站记录的连续背景噪声信号进行互相关计算,得到台站间的格林函数,利用经验格林函数得到面波速度函数,获取面波频散特性,用地震层析成像方法对面波速度进行反演,得到地球内部的速度结构。其应用近年来日益广泛,涉及各向同性和各向异性的速度结构成像、大地震前后速度结构变化监测、体波联合成像、衰减结构成像、地震定位精度提高、噪声源分布和物理起源探究、强地面运动评估等。其优点是不需要等待天然地震或使用对环境构成威胁的人工爆破,所有台阵都可以当作源,拓宽了频带范围,可以获得较多短周期频散数据,提高反演分辨率。     

汶川震中区震后波速变化——基于三分量噪声互相关的结果

利用地震背景噪声互相关研究地下介质波速随时间变化是目前地震学的研究热点之一.对于2008年汶川地震引起的地下介质变化多个研究组也用噪声互相关进行了研究,观测到发震断层附近的龙门山地区和四川盆地出现明显的同震波速降低.     

利用双台站背景噪声分析2017年墨西哥MW7.1地震震源区的地震波速变化

背景噪声中包含有丰富的地球内部结构信息,可以用来监测地震波速度变化.基于墨西哥中部G.UNM和MX.TLIG两个地震台站2016年4月1日至2018年4月1日的连续波形资料,本文首先对其进行不同频带下的背景噪声互相关处理,然后采用小波变换对获取到的互相关函数进行滤波来解决台站间距过长所引起的互相关函数不稳定问题,最后分别通过Stretching方法和MWCS方法测量得到的走时偏移来提取地震波速度变化.结果表明：利用小波变换能有效提高互相关信噪比和结果精度;采用Stretching方法发现震源区浅部5~10 km的地震波速在地震中上升约0.07%,而在2~5 km的地震波速则有约0.05%的下降趋势;MWCS方法计算结果稳定性稍差,但变化趋势与Stretching结果相同.造成该地震波速变化的主要原因可能是2017年地震所引起的脆性岩层结构破裂.     

利用主动震源检测汶川地震余震引起的浅层波速变化

为了监测汶川地震后断裂带附近的波速变化,2008年6月,我们利用快速响应探测系统,在龙门山断裂带北端进行了为期3周的连续观测实验.实验使用电动落锤作为主动震源,GPS连续同步授时的高精度数采作为接收系统.利用记录到的高时间精度观测数据,结合互相关时延检测技术,计算了P波和面波走时的相对变化,来表征地下波速的变化.我们观测到两次面波波速的异常变化,变化幅度最高达到2%,远远大于气压变化所能引起的波速变化.结合该时段内地震活动记录,我们认为面波的波速变化是由在附近发生的两次地震事件的同震效应引起的,该观测结果同理论计算结果相符.     

利用远震接收函数反演重庆地震台下方的速度结构

选取重庆地震台2010年至2012年记录的60个远震宽频带数字地震记录,采用频率域反褶积法获得台站的接收函数,采用H-Kappa叠加方法反演台站下方的地壳厚度和泊松比,作为台站下方波速反演的约束条件,以减少反演的非唯一性.计算结果显示,重庆地震台下方地壳厚度为42 km,与中国大陆中西部地区Moho面深度在38-45 km保持一致.该研究对增强该区的深部地质构造特征、分析孕震机制等具有积极意义.     

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.     

利用尾波干涉技术分析寻乌及邻区的地壳介质变化

基于波形互相关方法,挑选寻乌及邻区的重复地震事件,利用尾波干涉技术分析重复地震事件发生期间的地壳介质变化。结果显示：多数重复地震对的S波早期尾波部分呈现明显线性变化,反映了地壳介质的波速变化,其中寻乌台南部的2个重复地震对波速变化最为显著,而距离台站相对较远的地震对,波速变化较小;波速变化明显的地区与低b值区一致,也与地震活跃区域相一致。