【摘要】：地震背景噪聲成像是近年來發(fā)展的一種被動(dòng)源成像技術(shù),其通過背景噪聲的互相關(guān)提取臺(tái)陣間傳播的地震波來進(jìn)行成像研究。與基于地震事件的層析成像相比,其依賴的背景噪聲源廣泛、持續(xù)的存在于地表,不受時(shí)間和空間的限制。噪聲互相關(guān)可獲取在任意兩個(gè)臺(tái)站間傳播的地震波,其路徑數(shù)目主要取決于臺(tái)網(wǎng)密度,從而可大大提高了路徑覆蓋密度。同時(shí),相比天然地震中的面波,噪聲互相關(guān)中含有更短周期的面波信號(hào),對(duì)地下介質(zhì)具有更好的分辨。,該方法可以對(duì)地下介質(zhì)結(jié)構(gòu),尤其是地殼尺度的精細(xì)結(jié)構(gòu),開展更高分辨率的成像研究。傳統(tǒng)基于背景噪聲的成像技術(shù),通常只考慮面波的相位信息,在互相關(guān)運(yùn)算獲得臺(tái)站間的互相關(guān)函數(shù)之后,其反演方法與基于地震事件的面波反演類似,即利用時(shí)頻分析獲取臺(tái)站間的頻散曲線,然后利用純路徑反演方法獲得不同周期的二維面波相速度分布圖。對(duì)于互相關(guān)函數(shù)幅度信息的利用,主要是將二維彈性情形下,互相關(guān)函數(shù)的頻率域表示(空間相干)正比于第一類零階貝塞爾函數(shù)J_0(k_0 r)這一結(jié)論,通過引入指數(shù)衰減系數(shù),直接推廣到衰減介質(zhì)情形,令衰減介質(zhì)中背景噪聲的空間相干函數(shù)類比于J_0(k_0 r)?e~(-?(?)r),以此來反演介質(zhì)的衰減系數(shù)?,這種簡單的推廣并不具備嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)。另一方面,隨著大范圍密集臺(tái)陣的布設(shè),基于密集臺(tái)陣背景噪聲場(chǎng)的聚束分析為研究地下結(jié)構(gòu)提供了另一種思路。作為一種臺(tái)陣分析方法,聚束分析成像不需要純路經(jīng)反演,可以直接獲取面波的二維相速度分布,更大限度地發(fā)揮密集臺(tái)陣的優(yōu)勢(shì)�；诖�,本文主要研究了以下三個(gè)方面的內(nèi)容:1)研究了衰減介質(zhì)中空間相干的理論表達(dá)式。由于時(shí)域中的互相關(guān)對(duì)應(yīng)頻率域中的相干,衰減介質(zhì)中的空間相干表示,為利用背景噪聲場(chǎng)的幅度信息反演介質(zhì)的衰減結(jié)構(gòu)奠定了理論基礎(chǔ);2)提出基于密集臺(tái)陣的背景噪聲連續(xù)記錄,對(duì)移動(dòng)的子臺(tái)陣進(jìn)行聚束分析提取面波頻散和方位各向異性的成像方法,論證了這種方法的可靠性,并詳細(xì)討論了背景噪聲源及臺(tái)陣幾何結(jié)構(gòu)對(duì)方位各向異性的影響及校正方法;3)基于“中國地震科學(xué)探測(cè)臺(tái)陣-南北地震帶北段(喜馬拉雅二期)”的連續(xù)記錄,將聚束分析成像方法用于獲取青藏高原東北緣面波的速度和方位各向異性,進(jìn)而獲得了該地區(qū)三維S波速度結(jié)構(gòu),討論了其構(gòu)造含義。取得的主要成果和創(chuàng)新認(rèn)識(shí)如下:(1)基于平面波疊加模型,研究了不同的互相關(guān)定義及坐標(biāo)選擇下,衰減介質(zhì)中空間相干的理論表達(dá)式。研究表明,在此模型下,空間相干的表達(dá)形式依賴于坐標(biāo)原點(diǎn)的選擇,因而隨源的分布的變化而變化,對(duì)不同的歸一化因子,表達(dá)式也不盡相同。利用指數(shù)衰減與貝塞爾函數(shù)相乘的形式,擬合背景噪聲的觀測(cè)數(shù)據(jù)得到的衰減比實(shí)際值偏小。在衰減介質(zhì)中,空間相干受源的方位平均的影響,簡單使用指數(shù)衰減的形式進(jìn)行擬合,可能無法提取可靠的衰減系數(shù)。(2)提出了一種利用密集臺(tái)陣記錄和背景噪聲聚束分析直接獲取臺(tái)陣下方二維面波相速度分布的成像方法。該方法將密集臺(tái)陣劃分為若干個(gè)子臺(tái)陣,將每一個(gè)子臺(tái)陣的背景噪聲聚束輸出進(jìn)行方位平均,將聚束能量的最大值對(duì)應(yīng)的速度作為該子臺(tái)陣下方的方位平均速度,通過移動(dòng)子臺(tái)陣,獲得整個(gè)臺(tái)陣下方的二維面波相速度分布圖。通過中國地震科學(xué)探測(cè)臺(tái)陣項(xiàng)目二期的數(shù)據(jù),對(duì)該方法的分辨率及可靠性進(jìn)行了論證。研究表明:當(dāng)子臺(tái)陣的臺(tái)站數(shù)目大于10時(shí),在周期7s~35s范圍內(nèi)可以獲得可靠的頻散曲線�？紤]速度結(jié)構(gòu)橫向分辨率及頻散測(cè)量精確度之間的權(quán)衡,選擇以2o×2o大小的網(wǎng)格進(jìn)行子臺(tái)陣劃分,相鄰網(wǎng)格存在0.5~o的重疊,成像結(jié)果較為穩(wěn)定。與傳統(tǒng)成像方法相比,該方法不需要純路徑的反演,可直接獲取臺(tái)陣下方的二維速度分布,避免了頻散曲線的挑選。與程函方法相比,由于對(duì)方位進(jìn)行了平均,該方法受背景噪聲源和臺(tái)陣幾何結(jié)構(gòu)的影響較小。(3)定量研究了噪聲源和臺(tái)陣幾何結(jié)構(gòu)對(duì)聚束分析提取面波方位各向異性的影響,并給出了一種校正方法。由于某個(gè)方位的臺(tái)站對(duì)只能對(duì)該方位的噪聲源進(jìn)行采樣,因此應(yīng)用聚束分析的臺(tái)陣方法提取面波方位各向異性時(shí),噪聲源的影響和臺(tái)陣幾何結(jié)構(gòu)的影響是一致的�；谄矫娌Ｐ�,我們從理論上論證了這二者影響的一致性,定量研究了非規(guī)則臺(tái)陣幾何結(jié)構(gòu)和非均勻噪聲源對(duì)面波各向異性測(cè)量的影響。針對(duì)“喜馬拉雅二期”項(xiàng)目的臺(tái)陣,檢測(cè)了臺(tái)陣聚束分析重建面波速度結(jié)構(gòu)的分辨能力,并給出了臺(tái)陣幾何結(jié)構(gòu)影響的量化指標(biāo)。對(duì)于幾何形狀不規(guī)則的臺(tái)陣,引入的“虛假”各向異性強(qiáng)度可達(dá)4.5%。我們提出了一種校正方法,從面波各向異性的測(cè)量結(jié)果中減去“虛假”的各向異性,消除臺(tái)陣與噪聲源的影響。(4)基于“中國地震科學(xué)探測(cè)臺(tái)陣-南北地震帶北段”的610個(gè)地震臺(tái)站記錄的噪聲數(shù)據(jù),利用聚束分析方法,獲得了青藏高原東北緣及其鄰區(qū)7s-35s范圍內(nèi)的基階Rayleigh面波相速度分布,并反演獲得了臺(tái)陣下方的三維S波速度結(jié)構(gòu)模型。結(jié)果表明,青藏高原東北緣及其鄰區(qū)的速度結(jié)構(gòu)存在顯著的橫向不均勻性,淺層的速度結(jié)構(gòu)與地表地質(zhì)和地形具有很好的一致性,下地殼的速度結(jié)構(gòu)更多的反映莫霍面的起伏;青藏高原東北緣在海拔以下15~35km的深度范圍內(nèi)存在兩個(gè)明顯的中地殼低速層,分別位于松潘甘孜塊體和西北祁連造山帶;松潘甘孜塊體的中地殼低速層向北跨越了東昆侖斷裂,可能與中地殼部分熔融相關(guān);相比于松潘甘孜塊體的低速層,西北祁連造山帶下方的中地殼低速層特征并不顯著,存在部分熔融的可能性很低,低速層可能源于含水流體的作用。
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圖 2.1 垂向水平均勻分層的介質(zhì)模型 運(yùn)動(dòng)方程時(shí)竟構(gòu)叵島圖負(fù)畏匠坦鉤閃說遠(yuǎn)ρУ娜糠匠淌，

本文編號(hào)：2695146