【摘要】：地震面波沿著地表傳播,中短周期面波對地球淺部的橫波速度結構有很強的敏感性,常用于近地表或者地殼尺度的橫波速度層析成像。目前面波成像使用的面波信號通常來自于地震和背景噪聲。近年來,基于背景噪聲的面波成像方法發(fā)展迅速。利用背景噪聲提取較高頻率的面波信號可以得到高分辨率的橫波速度結構,且越高頻的面波信號對應的敏感深度越淺。使用噪聲互相關方法采集面波數(shù)據(jù)還具有安全,低成本的優(yōu)點。本論文主要研究郯廬斷裂帶安徽段及其鄰區(qū)的淺層地殼結構,由于郯廬斷裂帶安徽段并沒有較多且分布均勻的近震事件,同時人口也較為密集,不適宜使用人工爆破源,因此背景噪聲成像的方法是較為合適的選擇。較高頻(如0.5Hz以上)的噪聲的產(chǎn)生與人類活動密切相關。如何在噪聲影響較大的區(qū)域提取到可靠的高頻面波信號以及所需的疊加時間都需要進一步的研究。同時,傳統(tǒng)的面波成像一般利用射線理論。射線理論基于高頻假設,無法考慮射線路徑周圍的結構對面波走時的影響,給計算帶來誤差。而彈性波全波形反演雖然結果準確,但其計算成本非常昂貴,且硬件要求較高,在實際大規(guī)模使用中會帶來不便。本論文擬使用基于走時信息的有限頻方法,來同時獲得較高的計算精度以及計算效率。但是有限頻效應在小區(qū)域近地表及淺層地殼的影響仍然需要進一步驗證,基于該理論在小區(qū)域尺度上的反演計算方法也需要繼續(xù)應用與發(fā)展。圍繞上述的實際需求,本論文中我們主要開展了以下四個方面的研究:(1)城市近地表的三維橫波速度結構成像人類活動對背景噪聲中高頻面波信號的影響較大。為了研究這類區(qū)域的高頻噪聲特點和驗證使用基于背景噪聲方法恢復城市淺層地下結構的準確性,我們在合肥市區(qū)5km*3km區(qū)域內布設了 17個流動地震臺站,搜集了約兩周的連續(xù)背景噪聲數(shù)據(jù),通過互相關得到互相關函數(shù),我們使用了基于S變換的相位加權疊加方法來提高疊加后互相關函數(shù)的信噪比,然后提取了0.5-2s周期內的群速度和相速度頻散曲線,通過基于射線追蹤的面波直接反演方法反演獲得了該區(qū)域淺層400m的橫波速度結構。結果顯示,噪聲成像獲得的速度模型與當?shù)氐刭|構造情況吻合,驗證了城市中可以提取背景噪聲中可靠高頻面波信號的方案。(2)復雜構造區(qū)域的淺層地殼三維橫波速度結構成像郯廬斷裂帶廬江段位于郯廬斷裂帶,大別造山帶,合肥盆地以及廬樅火山巖盆地的交匯處,地質結構復雜。我們使用80個臺站的連續(xù)波形數(shù)據(jù),通過背景噪聲的方法得到了 0.5-8s的面波群速度和相速度的頻散曲線。我們使用基于射線追蹤的面波直接反演方法得到了地表至地下5km處的較為精細的三維橫波速度結構。我們的結果與當?shù)氐刭|構造吻合,顯示了斷裂帶,造山帶,盆地以及火山侵入巖在速度結構上的耦合性,解釋了斷裂帶內火山侵入巖的演化及動力學機制。(3)幾種不同理論的面波走時預測精度對比由于射線理論基于高頻近似假設,無法準確反應射線路徑周圍速度異常體對走時的影響,而全波形的三維反演則需花費巨大的計算成本,因此我們希望通過使用走時有限頻的方法在計算精度和計算成本上達到平衡�；谧邥r有限頻的理論,我們構建了基于射線追蹤的經(jīng)驗性的二維面波相速度敏感核。為了驗證在淺層地殼速度結構研究中不同理論的適用性和準確性,我們對基于全波形,經(jīng)驗性和解析性的二維相速度敏感核,非大圓路徑假設下的射線追蹤以及大圓路徑假設下的射線理論五種方法得到的面波相位走時差的精確度進行系統(tǒng)性的分析。這里我們將使用譜元法(SEM3D),射線追蹤的快速行進法(fast marching)等廣泛使用的正演方法獲得對應情況下的走時差。對比結果發(fā)現(xiàn),經(jīng)驗性的二維敏感核的結果在精度上明顯優(yōu)于射線理論和解析性的二維敏感核,運算效率上明顯優(yōu)于全波形理論,這為使用該敏感核進行反演奠定基礎。(4)基于射線追蹤的偽三維面波相速度經(jīng)驗性敏感核的直接反演方法及應用我們提出了一套基于射線追蹤的經(jīng)驗性偽三維面波相速度敏感核直接反演三維橫波速度結構的方法。該方法將構建由于較大結構差異引起的射線路徑彎曲的經(jīng)驗性面波相速度有限頻敏感核,并被應用于臺北盆地區(qū)域的實際數(shù)據(jù)的測試中,以驗證該方法的可靠性。未來該方法還可以進行進一步的拓展,例如加入群速度走時的經(jīng)驗性三維敏感核,以提升數(shù)據(jù)的使用效率和數(shù)據(jù)量。另外,還可以通過加入體波的三維敏感核來提升不同結構體的分辨能力,同時使得反演結果更加可靠。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P631.4
【圖文】：

該板塊以較慢速度正向俯沖至中國東部大陸下方（Ｍａｒｕｙａｍａｅｔａｌ．，１９９７），并且俯逡逑沖角度逐漸增大（Ｚｈｏｕ邋＆邋Ｌｉ，２０００）。這種高角度的俯沖引發(fā)的軟流圈上涌和巖石逡逑圈拆沉使得郯廬斷裂帶呈現(xiàn)出伸展活動。（如圖１．３ｂ）逡逑（３）擠壓活動期。晚第三紀以后，郯廬斷裂帶上的斷陷盆地基本停止了斷逡逑陷活動，甚至開始消亡。斷裂帶內部大量斷層由伸展期的正斷層轉換為逆沖斷層逡逑（劉茂強等，１９９３；陳義賢等，１９８５）。現(xiàn)代的震源機制解，地應力測量以及ＧＰＳ數(shù)逡逑據(jù)顯示

本文編號：2723296