本文關(guān)鍵詞：背景噪聲的驗(yàn)證及應(yīng)用　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：地震學(xué)中地震背景噪聲的研究與地震波的研究是伴生的。很多研究中一者可能成為另一者的干擾噪聲。自從十多年前利用背景噪聲互相關(guān)可以提取兩個(gè)接收器之間的時(shí)間域經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)的現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來關(guān)于背景噪聲的特征,源的性質(zhì)以及利用背景噪聲對地球結(jié)構(gòu)及地震相關(guān)特性的研究得到了蓬勃的發(fā)展,并被廣泛的應(yīng)用于地球介質(zhì)的成像,地球介質(zhì)的性質(zhì)變化監(jiān)測以及地震位置的定位校正等研究。這些研究通常都假定從噪聲互相關(guān)函數(shù)中可以提取的精確的經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù),而且多數(shù)研究是基于從噪聲互相關(guān)函數(shù)提取單個(gè)路徑提取面波到時(shí)來展開的。然而從噪聲互相關(guān)提取的面波到時(shí)是否準(zhǔn)確尚未得到驗(yàn)證。我們的工作將對此進(jìn)行驗(yàn)證。我們先回顧噪聲互相關(guān)函數(shù)的計(jì)算過程,并探討提升互相關(guān)函數(shù)信號強(qiáng)度的數(shù)據(jù)處理方法。通過合成波形和實(shí)際數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn)非線性的疊加方法可以有效的提升互相關(guān)函數(shù)信號的信噪比。然而非線性疊加方法對波形有一定程度的扭曲。與線性疊加的波形及頻散的對比表明非線性疊加后的波形的相速度有系統(tǒng)性偏高。在未來利用非線性疊加方法對波形的改變需要更多的驗(yàn)證,利用其進(jìn)行結(jié)構(gòu)或地震信息的研究需要謹(jǐn)慎。為了驗(yàn)證從背景噪聲互相關(guān)函數(shù)中提取的短周期面波(10-30 s)相對于地震面波的準(zhǔn)確性,我們在一個(gè)極淺的精定位地震震中附近架設(shè)了一臺流動寬頻地震儀進(jìn)行長時(shí)間持續(xù)的背景噪聲觀測。通過分別對比這個(gè)流動臺與遠(yuǎn)臺的互相關(guān)函數(shù)與相應(yīng)遠(yuǎn)臺記錄的地震面波的波形以及頻散曲線,我們發(fā)現(xiàn)噪聲互相關(guān)函數(shù)中的短周期面波(10-30 s)在臺站距1000公里以遠(yuǎn)的尺度與地震面波的頻散信息是十分一致的(差異約0.3%)。這個(gè)一致性為區(qū)域尺度的噪聲成像的精度提供了基礎(chǔ)的保證。然而在臺站距小于500公里時(shí),某些路徑上噪聲互相關(guān)函數(shù)的面波與地震面波的頻散差異較大(約3%)。這個(gè)差異與疊加時(shí)長是無關(guān)的,較為穩(wěn)定,暗示短臺站距的情況下,噪聲源并不彌散。然而由于驗(yàn)證工作只基于一個(gè)地震的數(shù)十個(gè)觀測,不具有統(tǒng)計(jì)代表性。未來還需更多的類似的驗(yàn)證研究。利用另一個(gè)精定位地震,結(jié)合全球和區(qū)域性的地震面波頻散的測量,我們驗(yàn)證了背景噪聲互相關(guān)函數(shù)中提取的長周期面波的準(zhǔn)確性。噪聲互相關(guān)函數(shù)中的長周期面波(50-250 s)與地震面波的波形和頻散曲線是較為一致的,平均誤差接近0,標(biāo)準(zhǔn)差約1%。我們的驗(yàn)證工作為以后利用地震背景噪聲寬頻面波成像提供了依據(jù)。長周期面波的引入也提高了巖石圈和軟流圈的速度的限定。我們回顧了利用背景噪聲互相關(guān)函數(shù)的地震定位方法的提出和演化。利用澳大利亞中部的一個(gè)小的臺網(wǎng),我們對基于群到時(shí)的背景噪聲地震定位方法的精度進(jìn)行了驗(yàn)證,當(dāng)遠(yuǎn)臺分布較好時(shí),定位誤差為1-3 km。定位誤差與參考臺與目標(biāo)臺的距離沒有明顯的關(guān)系。然而這種定位方法忽略了震源的深度的影響,未來的研究工作還需將震源深度納人考量。相對于傳統(tǒng)的基于地震面波數(shù)據(jù)的成像方法來講地震背景噪聲成像有許多優(yōu)勢,所以地震背景噪聲被廣泛的應(yīng)用于地球結(jié)構(gòu)的層析成像。在背景噪聲中的短周期和長周期的面波的精度被驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,利用美國大陸的USArray臺網(wǎng)的地震儀,我們計(jì)算了兩兩臺站之間的互相關(guān)函數(shù),提取了寬頻(10-150 s)的瑞利波相速度。利用線性反演和二維的有限頻核函數(shù)反演方法,我們分別得到了美國大陸的寬頻瑞利波相速度分布圖。然后利用相速度圖我們反演了美國大陸地殼和上地幔的三維剪切波速度結(jié)構(gòu)。新的三維速度模型與前人的模型比較一致,與地質(zhì)構(gòu)造也比較吻合,表明從噪聲互相關(guān)函數(shù)中提取的長周期的面波也可以在區(qū)域尺度提取,用以研究巖石圈甚至軟流圈和轉(zhuǎn)換帶的結(jié)構(gòu)。這個(gè)三維模型還可以作為以后的各向異性等進(jìn)一步工作的初始模型。面波頻散對結(jié)構(gòu)限制具有非唯一性,且其對速度間斷面不敏感,未來的研究工作我們需要集合更多的獨(dú)立地震觀測數(shù)據(jù)(比如體波到時(shí),接收函數(shù),面波振幅等)來聯(lián)合對地球結(jié)構(gòu)進(jìn)行約束。
【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】：2016
【分類號】：P315.6
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本文編號：1314179