【摘要】：利用背景噪音分析得到地下介質(zhì)橫波速度結(jié)構(gòu)是一個新興的地震學(xué)研究課題。背景噪音在工程地球物理勘探中又稱為微震,是地球表面上持續(xù)發(fā)生的微弱震動所產(chǎn)生的信號。根據(jù)周期分為兩類:一類為自然現(xiàn)象,如潮汐、水流、風(fēng)雨等產(chǎn)生的長周期背景噪音信號,頻率低于1 Hz;一類為人類活動,如車輛行駛、機(jī)械震動、人類的生活等等產(chǎn)生的短周期背景噪音信號,頻率高于1 Hz。因?yàn)閷Νh(huán)境沒有破壞、操作簡單、花費(fèi)低、正確性高等優(yōu)點(diǎn),背景噪音分析方法無論是在工程地球物理探勘中還是地殼上地幔大尺度速度結(jié)構(gòu)研究方面都得到了快速的發(fā)展。在工程地球物理勘探中廣泛應(yīng)用于地況比較復(fù)雜不方便用常規(guī)物探方法實(shí)現(xiàn)的區(qū)域,如人類活動集中的城市和不希望環(huán)境遭到破壞或污染的區(qū)域。雖然背景噪音的能量以基階面波能量為主導(dǎo),但是也含有體波、散射波、高階振型面波等多種波動能量,這部分高階模式成分中含有很多地層結(jié)構(gòu)的信息。僅依靠面波的基階頻散曲線對地層模型進(jìn)行反演會有很大的不確定性,如果能夠提取出高階面波頻散曲線并利用其進(jìn)行反演,那么可以大大增強(qiáng)反演時的約束從而降低不確定性。從背景噪音信號中提取出頻散曲線是背景噪音層析成像的關(guān)鍵步驟,目前主要有以下幾種方法:由Aki于1957年提出的空間自相關(guān)方法(SPAC)、Capon(1969)和Lacoss等學(xué)者(1969)提出的頻率-波數(shù)算法(F-K法)、Yao等學(xué)者于2006年提出的相速度成像方法、Park等學(xué)者于1998年提出的MASW方法(Multichannel Analysis of Surface Wave)和Lou等學(xué)者于2008年提出的高分辨率線性拉東變換(LRT)方法。上述方法都對高階面波反應(yīng)不靈敏,無法準(zhǔn)確而清晰的從背景噪音信號中提取出面波頻散曲線,尤其是高階頻散曲線。本文中我們從Rayleigh波頻散曲線正演,背景噪音信號分析處理方法和不同觀測系統(tǒng)等幾個方面進(jìn)行研究,提出了全新的可以清晰的從背景噪音中提取出面波高階頻散曲線的方法——矢量波數(shù)變換方法(VWTM)和野外采集背景噪音數(shù)據(jù)時臺站的分布方式。第二章中討論了 Rayleigh波頻散曲線的計算方法。第三章詳細(xì)介紹了離散波數(shù)法合成背景噪音的過程。第四章中給出了矢量波數(shù)變換方法的理論推演過程,詳細(xì)介紹了該方法的工作原理。第五章通過數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證矢量波數(shù)變換方法的有效性、準(zhǔn)確性和適用性,并對實(shí)現(xiàn)過程中需要的參數(shù)和數(shù)據(jù)采集時使用的觀測系統(tǒng)做了測試,給出更加實(shí)用的建議。第六章我們將VWTM應(yīng)用到短周期和長周期兩類實(shí)際背景噪音信號中。第七章我們利用高階頻散曲線信息進(jìn)行反演工作。通過對不同類別的地質(zhì)結(jié)構(gòu),不同觀測系統(tǒng)得到的背景噪音信號進(jìn)行矢量波數(shù)變換方法分析表明,通過陣列觀測方式采集背景噪音信號,矢量波數(shù)變換方法可以方便準(zhǔn)確的得到清晰的多階面波頻散曲線,為之后的反演提供了很好的約束,有效的降低反演的不確定性,增強(qiáng)了準(zhǔn)確性。
【圖文】：

頻率點(diǎn)數(shù)１３１，最大模式數(shù)４３逡逑２．２．５頻散曲線的數(shù)值計算逡逑模型Ｉ為漸變型模型，速度結(jié)構(gòu)逐層遞增，，介質(zhì)參數(shù)見表２．１，圖２．２是該模型逡逑０？４邋Ｈｚ的頻散曲線。圖２．３、２．４、２．５、２．６是模型Ｉ在頻率為１邋Ｈｚ時的每一層久期逡逑函數(shù)，可以看到久期函數(shù)的根分布都有一個特點(diǎn)：在該層Ｓ波速度到最大Ｓ波速逡逑度之間分布，小于該層橫波速度的根用這層的久期函數(shù)是搜索不到的。對于不含逡逑低速層的情況，我們沒有必要用整個久期函數(shù)簇（共Ｎ＋１個函數(shù)，Ｎ為地層層數(shù)）逡逑來找根（即求各個振型的相速度），只需要利用表面的久期函數(shù)Ｄｅｔ｛Ｉ邋—逡逑和Ｒａｙｌｅｉｇｈ振型函數(shù)（公式（２．４５））就可以全部找到了（Ｃｈｅｎ，邋１９９３［５５］）。逡逑模型ＩＩ為含有低速層的４水平層狀結(jié)構(gòu)，介質(zhì)參數(shù)見表２．２，在第三層橫波逡逑速度和縱波速度都出現(xiàn)了低速層。圖２．７是該模型０？４邋Ｈｚ的頻散曲線。逡逑圖２．８是模型ＩＩ在１邋Ｈｚ時的位移本征函數(shù)，可以看出低階振型對應(yīng)的能量主逡逑要在低速層內(nèi)傳播

３邐３．２邐３．４邐３．６邐３．８邐４邐４．２邐４．４邐４．６邐４．８逡逑ｐｈａｓｅ邋ｖｅｌｏｃｉｔｙ邋（ｋｍ／ｓ）逡逑圖２．４頻率為１邋Ｈｚ時模型Ｉ的第一層久期函數(shù)。紅色的點(diǎn)為該頻率下的逡逑根，＊為Ｒａｙｌｅｉｇｈ模式逡逑１９逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P631.4

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