利用双台脉动记录的相关系数估计福建地区瑞利面波的群速度

本文利用福建省数字地震监测台网中8个宽频带台站的速度型脉动记录,计算两两台站之间垂直分量的脉动在相同时间窗(窗长为5分钟)的相关系数,按照移动窗技术得到各个不重叠窗口的相关系数,并对其进行相干叠加,依此计算出两个台站之间瑞利面波的群速度及其在福建地区的空间分布。结果表明,叠加结果的信噪比随叠加次数的增加而增加,不同时间段叠加结果波形相似;峰值到时稳定,台风不会对结果产生明显影响;利用这个方法得到的福建地区周期约为3～5秒的瑞利面波群速度在2.9～3.1km/s之间,这和传统方法得到的瑞利面波的传播速度很接近。     

面波群速度频散计算中滤波的数值实验研究

面波群速度计算中容易出现长周期部分时间域分辨率低的问题，因此，如何提高时间域的分辨率很重要。本文将引入等误差滤波的方法就改进群速度计算中滤波效果进行数值试验。结果表明，采用等误差滤波能明显提高群速度长周期部分的分辨率，对准确地测定长周期部分的群速度有重要意义。     

利用小波变换提取面波群速度

选取了几种常见的小波母函数,分别提取了同一理论下的面波数据的群速度,并与理论群速度进行对比,结果表明Morlet小波提取面波群速度的效果最好.此外,将Morlet小波与常用的多重滤波提取群速度的结果进行了比较,结果表明: ① 多重滤波法非常依赖高斯滤波系数α的取值,α的取值应随面波周期的增大而减小;② 在α取值得当的前提下,在20—35 s周期范围内多重滤波法提取面波群速度的相对误差比Morlet小波小,在周期大于35 s时,两者相对误差相近; ③ 合适的α值的选取需在不同周期段耗费大量时间进行大量试验,这说明多重滤波法不具备自适应性;而采用小波变换分析短周期信号时,时间窗变窄,频率窗变长,当分析长周期信号时,时间窗变长,频率窗变窄,具有对信号的自适应性,这是小波变换相比多重滤波法的最大优点.      

区域面波群速度反演的球谐函数法

一个定义在球面局部区域的复杂的面波速度函数如果直接利用球谐函数拟合可能需要展开到很高阶的球谐系数．通过保角变换,把一个球面局部区域扩展到球面上更大的区域上,变换过程中面波速度保持不变,在变换后的球面域上用球谐函数来拟合速度函数,达到降低球谐系数阶数的目的,使面波群速度的反演变成了球谐系数的线性化反演.通过球谐系数分析,可得到反演的分辨率.该方法不仅适用于面波群速度反演,同样适用于各种球面区域场的分析.     

区域面波群速度反演的球谐函数法

一个定义在球面局部区域的复杂的面波速度函数如果直接利用球谐函数拟合可能需要展开到很高阶的球谐系数．通过保角变换，把一个球面局部区域扩展到球面上更大的区域上，变换过程中面波速度保持不变，在变换后的球面域上用球谐函数来拟合速度函数，达到降低球谐系数阶数的目的，使面波群速度的反演变成了球谐系数的线性化反演.通过球谐系数分析，可得到反演的分辨率.该方法不仅适用于面波群速度反演，同样适用于各种球面区域场的分析.     

保角变换在区域面波群速度反演中的应用

通过保角变换,把一个球面局部区域扩展到球面上更大的球台域,再由球台域解析延拓到整个球面域.作为约束条件,变换过程中面波速度保持不变.在变换后的球面域上用球谐函数来拟合速度函数,达到降低球谐系数阶数的目的.面波群速度的反演变成了球谐系数的线性化反演,由球谐系数计算反演分辨核以及方差.该方法的优点是计算速度快,等值线光滑,构造界限清晰,该方法同样适用于各种局部球面区域的分析.     

保角变换在区域面波群速度反演中的应用

通过保角变换，把一个球面局部区域扩展到球面上更大的球台域，再由球台域解析延拓到整个球面域.作为约束条件，变换过程中面波速度保持不变.在变换后的球面域上用球谐函数来拟合速度函数，达到降低球谐系数阶数的目的.面波群速度的反演变成了球谐系数的线性化反演，由球谐系数计算反演分辨核以及方差.该方法的优点是计算速度快，等值线光滑，构造界限清晰，该方法同样适用于各种局部球面区域的分析.     

南海瑞雷面波群速度层析成像及其地球动力学意义

南海处于欧亚板块、 菲律宾海板块、 太平洋板块和印度-澳大利亚板块的交汇处, 其地质和构造作用十分复杂．通过面波群速度成像, 给出了南海及邻区的三维横波速度分布并分析了其地球动力学意义．南海西部和南部新布设的地震台站使得利用单台法时路径覆盖比过去更好. 特别是在华南地区, 新的台站分布能够弥补该地区地震少且台站少造成的射线密度不够的缺点． 首先运用多重滤波法得到南海周边48个台站周期为14——130 s范围内的基阶瑞雷波频散曲线图; 接着通过子空间反演得到整个区域在不同周期时的群速度分布; 最后通过阻尼最小二乘反演得到不同深度切片上的横波速度分布及不同纵剖面上的横波速度分布． 结果显示: ① 海盆速度较高, 且速度分布很好地勾勒出海盆的轮廓. 浅层较高的横波速度说明海盆都具有洋壳性质, 而深部较高的横波速度则可能对应扩张中心生成洋壳后残留的高速物质． 不同海盆速度上的差异与它们的热流值和年龄大小一致．海盆下的高速异常在60 km以下消失, 且在一定深度范围内由低速区替代． 在低速区下200 km深度, 在南海海盆观测到一条NE-SW走向的高速异常, 可能与古俯冲带有关. ② 环南海出现明显的高速区, 对应俯冲带特征, 且这些高速区速度差异明显且有间断, 说明俯冲带的非均质性和俯冲角度的差异. ③ 在环南海高速区内侧（向南海侧）观测到不连续的低速区． 在浅层, 这些低速区反映了沉积层和地壳的厚度特征. 在地幔, 这些低速区可能对应于古太平洋俯冲带的地幔楔或者也可能反映了南海海盆停止扩张后残留的地幔熔融物质. ④ 南海海盆岩石圈的厚度为60——85 km．      

震源对面波群走时和群速度图的影响

在大多数地震面波的研究中,观测到的群走时被解释为全部由波沿传播路径产生的时延迟,并且认为震源效应非常小而可忽略不计。这与观测的震相时间不同。因为对震源相进行校正一般认为是必须做的。一个重要的但尚未解决的问题是宽频带面波研究中对震源群走时（ＳＧＴ）的忽略如休影响测量的群速度曲线和利用观测数据进行层析成像的精度,本文考虑ＳＧＴ对基阶瑞利波群速度测量的范围,并论述其对周期（１０－２００ｓ）震源机制和震源     

华北地区基于噪声的瑞利面波群速度层析成像

本文利用华北地震科学台阵2007年1~4月份、190个宽频带和10个甚宽带垂直分量的地震噪声数据,通过互相关方法提取了瑞利面波的经验格林函数,用多重滤波方法测量了瑞利面波的群速度频散曲线.我们将研究区域划分为0.5°×0.5°的网格,利用噪声层析成像方法得到了研究区域7 s、12 s、16 s、23 s的瑞利面波群速度分布图像,所得结果较好地揭示了地壳内部、尤其是浅部地壳的横向速度变化.研究表明,短周期的群速度分布同地表地质结构、地形密切相关;华北地区的地壳结构具有明显的横向不均匀性,华北盆地及山间的沉积盆地显示出低速异常,而基岩广泛出露的太行山和燕山隆起区,呈现高速异常;多数强震(M≥6.0级)都发生在高群速度与低群速度的过渡地带.     

Extracting the Group Velocity of Rayleigh Waves from the Cross Correlation of the Ambient Seismic Noise Between Two Seismic Stations

This paper uses the 8 broad-band stations＇ microseism data recorded by the Seismic Monitoring Network of Fujian Province to calculate the vertical correlation coefficient between two stations at intervals of 5 minutes. According to the time intervals technique we obtain the different coefficients and then add the correlative coefficients. Depending on this, we extract the group velocity of Rayleigh waves from the cross correlation of the ambient seismic noise between two seismic stations and figure out the group velocity＇ spatial distribution. The results show that the signal noise ratio （SNR） increases proportionally to the superposition times, but the results from different days are similar to one another. Synchronously, the arrival-time is also stable and there is no obvious change when coming across typhoons. It is found the velocity of the surface wave is 2.9 - 3.1 km/s in Fujian Province, which is close to the observationally attained value.     

福建及其邻区背景噪声面波群速度层析成像

基于福建及邻区108个宽频带地震台站2016年6月到7月两个月垂直和水平分量波形连续记录, 利用相位加权叠加算法提高信噪比, 计算得到108个台站对的高质量经验格林函数。 对所获取的经验格林函数, 采用时频分析的方法在1~20 s频段内量取了大量高质量的Rayleigh波和Love波群速度频散数据。 在此基础上, 采用基于射线追踪的二维层析成像方法反演得到了福建及其邻区1~20 s的Rayleigh波和Love波群速度分布。 分辨率测试结果表明群速度分布的分辨率能达50 km。 成像结果显示1~10 s的群速度分布与地壳中上部地质特征有很好的一致性, 区内的福州盆地和漳州盆地在浅层结构中表现出明显的低速异常。 长周期的群速度则揭示了漳州西北的高地热区内中下地壳低速体, 政和-大埔断裂两侧的速度差异, 表明其可能是一个深大断裂, 并呈现明显的东西差异。     

基于背景噪声初步研究河北及邻区的剪切波速度结构

本文根据2010年1～12月河北及邻区的83个宽频地震仪12个月连续噪声记录, 分析了河北及邻区瑞利面波的群速度频散曲线并反演了主要分区内的典型路径剪切波速度结构。 首先采用多重滤波方法提取了台站对5～50 s的面波群速度频散曲线, 然后用Herrmann线性反演方法反演了剪切波速度结构。 结果表明, 群速度频散曲线及剪切波速度分布特征与地表地质和构造特征表现出较好的相关性, 清晰地揭示了地壳内部的横向速度变化。 在短周期(8～20 s), 拥有较厚的沉积层的平原地区表现为明显的低速特征, 而隆起地区则表现为较高的群速度分布特征: 随着周期的增加(>20 s)速度的特征有所改变, 30 s之后由于受地壳厚度的影响, 两者的速度差异逐渐缩小, 在中下地壳波速度随深度增加而增大。 同时, 研究发现在研究区域内西南方向的噪声源占主导作用。     

基于背景噪声研究河北及邻区群速度分布特征

通过收集河北及邻区190个宽频地震仪记录的自2010年1月至2011年12月共24个月垂直分量的连续噪声数据,利用噪声面波层析成像的方法获得了河北及邻区的面波群速度分布特征。首先采用多重滤波方法提取面波群速度频散曲线,然后将研究区域划分为0.2°×0.2°的网格,利用O’ccam方法反演得到河北及邻区7~34s周期范围内的瑞利波群速度分布图。结果表明,群速度分布特征与研究区地表地貌和地质构造表现出较好的相关性,能清晰地揭示地壳内部的横向速度变化。在短周期(7~25s)内,拥有较厚的沉积层的盆地表现为明显的低速特征,而太行山及燕山隆起地区则表现为较高的群速度分布特征;在长周期(﹥25s),群速度的分布特征表现出与短周期相反的特性,拥有较薄地壳的平原地区表现为高速,而拥有较厚地壳的太行山和燕山隆起区域则表现为相对低速。山西带北段和河北平原带中、下地壳存在明显的低速层。在群速度分布图上,太行山不仅是华北盆地与太行山的地形和构造分界带,同时也对应着高群速度与低群速度的过渡带。研究区的多数强震分布在高低速过渡地带之间偏向高速一边,且发生地震较多的地区中下地壳都存在明显的低速异常。     

Surface Wave Group Velocity Tomography Imaging from Ambient Noise for Fujian Province and Its Adjacent Areas

Two-month continuous waveforms of 108 broadband seismic stations in Fujian Province and its adjacent areas are used to compute noise cross-correlation function (NCF). The signal quality of NCF is improved via the application of time-frequency phase weighted stacking. The Rayleigh and Love waves group velocities between 1s-20s are measured on the symmetrical component of the NCF with the multiple filter method. More than 5,000 Rayleigh wave dispersion curves and about 4,000 Love wave dispersion curves are obtained and used to invert for group velocity maps. This data set provides about 50km resolution that is demonstrated with checkerboard tests. Considering the off great circle effect in inhomogeneous medium, the ray path is traced based on the travel time field computed with a finite difference method. The inverted group velocity maps show good correlation with the geological features in the upper and middle crust. The Fuzhou basin and Zhangzhou basin showed low velocity on the short period group velocity maps. On the long period group velocity maps, the low velocity anomaly in the high heat flow region near Zhangzhou and clear velocity contrast across the Zhenghe-Dapu faults, which suggests that the Zhenghe-Dapu fault might be a deep fault.     

利用背景噪声互相关方法研究唐山地区地震波速变化

本文使用唐山地区部分数字地震观测台网2013年1月~2015年12月的连续背景噪声记录, 采用波形互相关方法来监测研究区地下物性介质随时间的变化特征。 首先采用背景噪声互相关技术获取台站间的经验格林函数, 然后通过观测台站对之间参考经验格林函数和当天格林函数中直达的瑞利波走时偏移来计算台站对之间的瑞利波速时空变化。 结果显示, 在2013年1月至2015年12月期间, 大部分台站对的瑞利波速度未发生明显改变, 预示着唐山地区中上地壳的物性介质处于相对稳定阶段。 但是, 部分台站对之间的瑞利波速在2015年9月14日昌黎M_L4.7地震前出现上升变化, 而震后随着时间的流逝又慢慢恢复到背景值附近波动。 目前, 虽然难以确定瑞利波速的震前上升变化跟震源区的应力积累过程有直接关系, 但这种现象值得持续关注和深入研究。     

广东省东部地区背景噪声面波群速度层析成像

We perform Rayleigh wave tomography in east Guangdong and its surrounding regions by applying the ambient noise method to broadband data recorded at 26 stations from Guangdong, Fujian and Jiangxi Digital Seismic Networks. Cross-correlations of vertical- component ambient noise data are computed in one-day segments and stacked over seven months from March to September, 2011. Then Rayleigh wave group dispersion curves are measured using the frequency-time analysis method. Group velocity maps at periods from 5s to 15s are inverted. The resulting group velocity maps generally show good correlation with tectonic features, reflecting the velocity variations in the shallow crust. The basin areas are clearly resolved with lower group velocities at the short periods due to thick sedimentary layers, and the mountain areas with higher group velocities due to thin sedimentary layers. The variations of group velocity on the map can draw out the distribution of basins and mountains in study areas. The geothermal field can change the group velocity obviously, and lower group velocities are always found in high geothermal areas. The velocity maps indicate that a low-velocity layer may be found in the study areas.     

辽宁及邻区背景噪声面波群速度结构研究

收集辽宁及邻区59个宽频带地震仪记录的自2012年1月1日至12月31日的背景噪声连续波形垂向记录, 以背景噪声的方法获取辽宁及邻区面波群速度图像。 过程采用互相关的方法提取瑞利面波格林函数, 利用CPS330提取了群速度的频散曲线, 共从1655条频散曲线中筛选出了1233条信噪比较高的频散曲线。 将研究区划分为0.5°×0.5°的网格, 应用的层析成像方法得到了周期为8~40 s的瑞利面波群速度结构分布。 结果表明: 辽宁地区地壳及上地幔存在明显的横向不均匀性。 短周期群速度分布与研究区内断裂带及地质构造地貌形态表现出良好的相关性, 其中8~15 s周期内群速度分布特征与盆地坳陷、 山区隆起对应性较好, 呈“两垒高, 一堑低”的群速度分布特点, 基本与地质构造相吻合, 地震多位于高低速过渡带内。 较长周期20~30 s的群速度在渤海湾-辽东湾中存在低速异常, 显示了渤海湾盆地和下辽河盆地具有较厚的沉积层覆盖。 35~40 s与莫霍面的深度有明显关联性,莫霍面埋深大体呈西厚东薄的特点。 38~40 s周期内郯庐断裂带东侧的低速异常可能说明渤海内存在局部的热物质上涌现象。 本文结果较好地反映了研究区内地貌地质构造情况, 与区域内地壳及上地幔结构的相关研究成果相吻合, 为辽宁及邻区的地震活动构造背景及地震孕育机理提供重要参考资料。