中國大陸位于歐亞大陸東南端,是印度板塊和太平洋板塊的交匯區(qū)域,也是全球構(gòu)造活動強(qiáng)烈和大陸淺源地震頻發(fā)的區(qū)域。大陸尺度的層析成像工作給出的地下速度結(jié)構(gòu)對大陸構(gòu)造與動力學(xué)有重要的意義,也為地震觀測工作提供模型支持。相比傳統(tǒng)的地震層析成像方法,噪聲層析成像利用噪聲互相關(guān)提取臺站對的經(jīng)驗格林函數(shù)以及面波頻散數(shù)據(jù),不受地震的空間分布限制,提高了層析成像的分辨率。已有的噪聲層析成像主要針對瑞利面波,關(guān)于勒夫面波的背景噪聲層析成像相對少。背景噪聲互相關(guān)提取的勒夫面波需要同時處理兩個水平分量的波形數(shù)據(jù),且噪聲互相關(guān)提取的勒夫面波信噪比相對低,因此數(shù)據(jù)處理量大大增加。勒夫波比起瑞利波的優(yōu)勢在于它對淺層剪切波速度結(jié)構(gòu)更敏感,能更好的約束淺層的速度結(jié)構(gòu),為近場地震觀測提供速度模型支持。已發(fā)表的關(guān)于噪聲勒夫波層析成像的成果都是針對局部的研究區(qū)域,缺乏大陸尺度高分辨率v_(SH)(橫向偏振剪切波速)結(jié)構(gòu)。這些研究成果由不同的作者發(fā)表,所用的處理流程和參數(shù)存在一定差異,難以形成統(tǒng)一和全面的中國大陸尺度的速度結(jié)構(gòu)。新一代的數(shù)字地震臺網(wǎng)包括一千多個固定地震臺站,自2008年正式運行以來,連續(xù)產(chǎn)出了10年的波形數(shù)據(jù)。這些固定地震臺站的觀測條件好,產(chǎn)出的地震波形記錄連續(xù)且穩(wěn)定,為噪聲勒夫波層析成像提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。我們收集了其中878個寬頻帶地震臺站的三分量波形數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的記錄的時間為2013~2017年。長達(dá)5年的數(shù)據(jù)保證了噪聲提取勒夫波經(jīng)驗格林函數(shù)的可靠性。提取勒夫波信號需要處理水平向波形數(shù)據(jù),將南北向和東西向的連續(xù)波形數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)到切向,再計算切向分量的互相關(guān)得到勒夫波經(jīng)驗格林函數(shù)。利用卷積的線性運算性質(zhì),先計算水平分量的互相關(guān),再通過臺站對方位角和反方位角旋轉(zhuǎn)到切向和徑向,提高了運算效率。這需要同時對南北向和東西向的數(shù)據(jù)應(yīng)用相同的數(shù)據(jù)預(yù)處理參數(shù),預(yù)處理包括濾波,去平均,扣除儀器相應(yīng),時間域歸一化和譜白化。5年的波形數(shù)據(jù)互相關(guān)得到臺站對路徑勒夫波經(jīng)驗格林函數(shù)。使用信噪比,臺站路徑大于3倍波長和數(shù)據(jù)一致性原則開展質(zhì)量控制。使用時頻分析工具從經(jīng)驗格林函數(shù)中提取勒夫波群速度,使用相位匹配濾波器提高頻散提取的可靠性。基于噪聲層析成像提取的8~50s周期群速度頻散數(shù)據(jù),首次給出中國大陸高分辨率勒夫波群速度結(jié)構(gòu),覆蓋了之前研究沒有覆蓋到的華南和新疆地區(qū)。檢測板實驗顯示,東部地區(qū)的分辨率可達(dá)1°,東北部分辨率可達(dá)1°~2°,西部的分辨率為2°~3°。群速度結(jié)構(gòu)與主要構(gòu)造單元和地殼厚度有很好的相關(guān)性,驗證了群速度結(jié)構(gòu)的正確性。在8~50s周期群速度結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,利用線性反演方法給出中國大陸三維v_(SH)結(jié)構(gòu)�！白灾ā�(bootstrap)估計的誤差顯示東部區(qū)域v_(SH)誤差不大于0.03km/s,西部絕大部分地區(qū)v_(SH)誤差不超過0.06km/s。該結(jié)構(gòu)上可以觀察到松遼盆地,渤海灣盆地和四川盆地沉積層的橫向變化,驗證了勒夫波對淺層速度更敏感的認(rèn)識。該結(jié)構(gòu)填補了新疆和華南的v_(SH)結(jié)構(gòu)空區(qū),便于不同構(gòu)造塊體速度結(jié)構(gòu)的對比。它還可以為地震觀測提供模型支持,尤其是應(yīng)用在近場數(shù)據(jù)反演震源參數(shù)和地震定位的工作。v_(SH)結(jié)構(gòu)和已有的v_(SV)(縱向偏振剪切波速)結(jié)構(gòu)的差異可提供地下徑向各向異性信息。中國大陸的徑向各向異性主要特征如下:(1)徑向各向異性結(jié)構(gòu)顯示主要盆地下方存在強(qiáng)的正徑向各向異性,這意味著盆地下方拉張的應(yīng)力環(huán)境,符合盆地下方拉張構(gòu)造為主的認(rèn)識。(2)徑向各向異性結(jié)構(gòu)展示了青藏高原的兩種不同生長模型。青藏高原東北緣表現(xiàn)出弱的和負(fù)的徑向各向異性,對應(yīng)地殼橫向縮短和垂向增厚的生長機(jī)制。青藏高原南部和東南緣表現(xiàn)出正的徑向各向異性,對應(yīng)地殼橫向擴(kuò)張和垂向縮短的機(jī)制。(3)華北上地幔頂部表現(xiàn)為弱的或者負(fù)的徑向各向異性,而華南上地幔頂部表現(xiàn)出正的徑向各向異性,這個差異預(yù)示著它們處在不同的構(gòu)造環(huán)境。
【學(xué)位單位】：中國地震局地球物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P631.4;P541
【部分圖文】：

不同時段反演得到的層析成像結(jié)果也基本一致(Yao et al. 2006)。這些研究都給噪聲層析成像的正確性和有效性提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。圖1.1 從背景噪聲記錄用互相關(guān)方法提取格林函數(shù)的示意圖（根據(jù)Weaver，2005修改）A，B 兩點間介質(zhì)的格林函數(shù)表示當(dāng)一脈沖集中力作用于B點時，我們在A點接收到的位移記錄。格林函數(shù)的形式主要取決與介質(zhì)的特性，如介質(zhì)的彈性系數(shù)，密度等因素。在有限介質(zhì)中，它還取決于介質(zhì)的體積和介質(zhì)表面的邊界條

它們?yōu)榕袆e儀器運行和工作狀態(tài)提供了參考。圖3.1 可以看出地震圖上不同頻率噪聲能量有很大的差別。高頻能量來自人類生產(chǎn)生活，中頻來自地震，長周期來源是大氣、海洋和陸地的相互作用。通常噪聲層析成像的涉及的頻帶寬度為 5～70s，這部分能量主要來源是大氣、海洋和陸地的相互作用。圖 3.2 給出噪聲不同頻率能量隨季節(jié)變化，5～10s 的噪聲能量在冬季顯著增強(qiáng)，但 50～100s 周期信號冬季減弱。在下一章的數(shù)據(jù)處理部分，需要考慮噪聲源能量隨周期和時間變化的影響。圖 3.1 全球低噪聲水平和高噪聲水平參考線（引自 Mcnamara et al., 2004）

圖 3.2 噪聲功率譜密度隨月份變化（引自 Mcnamara et al., 2004）聲源分布的影響噪聲源的研究是一個值得深入研究的方向，Yang 等（2007）研像可以應(yīng)用到歐洲大陸這樣大的區(qū)域上，由此可見地動噪聲可離。地動噪聲指與地震、爆破和當(dāng)?shù)卦肼曉礋o關(guān)的持續(xù)震蕩o,1994）。早在 19 世紀(jì)地動噪聲就被觀測到（Bertellietal.,18源是一項基礎(chǔ)研究工作。地震記錄的頻譜圖上可見兩個明顯的應(yīng)80mHz和150mHz，它們分別被稱為第一類脈動（primarym1962； Oliver&Page，1963）和第二類脈動（secondary micros者單頻脈動（single frequency microseism）和雙頻脈動（doublem），第二類脈動的頻率大體上是第一類脈動的兩倍。第一類脈
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2887344