新疆和田小孔径地震台阵的建设

从地震台阵的布局设计、技术思路、工程建设、数据传输和台阵监测能力等方面介绍了新疆和田小孔径地震台阵的建设情况.建成后的小孔径台阵填补了新疆地震监测台网无地震台阵的空白,提高了新疆台网对南部塔里木盆地、昆仑山地区、阿尔金山及藏北等台网布局"盲区"的地震监测能力.     

地震台阵流动地震仪的检测与标定方法研究

流动地震仪组成的台阵观测系统已经成为地下结构、物性探测的基本工具,高质量观测数据的获取是以地震仪的性能为基础的。本文结合中国地震科学探测台阵系统建设与维护实践,介绍了科学探测台阵系统采用的几项检测标定技术,包括超低频振动台标定、仪器一致性组网检测、白噪声标定和现场快速仪器检测,形成了一套适合地震流动台阵仪器的检测标定方法,并在观测实践中获得较好的应用。     

接收函数方法在新疆和田地震台阵的应用研究

自20世纪80年代以来,远震体波接收函数已经开始广泛地应用于地球内部结构的研究中,它是现阶段国内外探测地壳及上地幔结构和间断面起伏特征的重要手段.在接收函数应用研究中,对于宽频带地震台站接收函数的稳定性和台站下方的结构已有许多成果,而对短周期地震台站接收函数的稳定性和可靠性分析很少.     

新疆和田台阵PSD与PDF分析

和田台阵是我国第一个自主建成并运行至今的小孔径台阵,承担着监测印巴地区核试验以及我国西部地震活动的重要使命.台阵波形数据中充斥着背景噪声,直接影响着数据质量.为了评估台阵噪声水平,本文利用Welch平均周期法对9个子台记录的数十万条噪声样本进行功率谱估计,对出现的谱异常进行了总结归纳,通过绘制概率密度函数图以及单频曲线来研究背景噪声变化范围和规律,最后针对台阵降噪提出了建设性意见.研究结果表明,中心台长周期噪声功率谱密度随季节变化显著,具有周期性;受温度和气压影响,水平分量长周期噪声变化幅度较大,局部频段超出新高噪声模型,建议改善仪器安装条件,或者利用数学方法进行校正.所有子台短周期噪声变化规律与长周期相反,受到采石场影响,谱密度曲线在4~8 Hz之间出现形态规则的高频尖刺,A1、B3、B4子台最为明显,可以通过窄带滤波或者聚束予以压制.本文取得的研究成果为台阵运维提供重要依据,除此之外,总结出的不同地震频谱特征也为地震解释工作提供重要参考.

     

横跨天山的宽频带流动地震台阵观测

中国地震局地质研究所台阵地震学实验室于2003年4月—2004年9月,横跨天山布设了由60台仪器组成,总长度超过500 km,宽频带流动地震观测剖面.野外观测记录地震事件1434个.横跨天山的接收函数剖面表明,沿测线地壳结构复杂,介质存在明显的横向非均匀.同时,我们的初步结果还揭示了天山与两侧盆地的耦合关系,天山下方的壳幔界面较为模糊.     

大孔径地震台阵噪声互相关函数中体波信号的研究——以ChinArray二期数据为例

本文利用ChinArray二期大孔径台阵677个台站2013年10月至2016年4月期间的垂直分量记录,计算了不同路径上的噪声互相关函数（Noise Cross-correlation Function,NCF）,观测到4~8 s和8~12 s频带内的NCF零时附近存在显著的高视速度信号.基于NCF的慢度聚束分析表明,这些信号由背景噪声中的远震P、PP和PKPbc波干涉产生,且以P波能量为主.位置聚束图像表明,P波类型的噪声源主要分布在北大西洋、北太平洋和南大洋凯尔盖朗深海高原,其位置对应于平均海浪波高较高的区域.同时,在阿拉斯加海岸及澳大利亚附近海域也存在P波噪声源.利用已识别的P波噪声源位置,计算了其在NCF中产生的干涉信号理论到时,结果与实际观测一致.

     

大孔径地震台阵噪声互相关函数中体波信号的研究——以ChinArray二期数据为例

本文利用ChinArray二期大孔径台阵677个台站2013年10月至2016年4月期间的垂直分量记录,计算了不同路径上的噪声互相关函数（Noise Cross-correlation Function,NCF）,观测到4~8 s和8~12 s频带内的NCF零时附近存在显著的高视速度信号.基于NCF的慢度聚束分析表明,这些信号由背景噪声中的远震P、PP和PKPbc波干涉产生,且以P波能量为主.位置聚束图像表明,P波类型的噪声源主要分布在北大西洋、北太平洋和南大洋凯尔盖朗深海高原,其位置对应于平均海浪波高较高的区域.同时,在阿拉斯加海岸及澳大利亚附近海域也存在P波噪声源.利用已识别的P波噪声源位置,计算了其在NCF中产生的干涉信号理论到时,结果与实际观测一致.     

利用PMC方法评估地震台阵的地震检测能力——以西昌流动地震台阵为例

为实现对高密度、宽频带流动地震台阵地震检测能力的实时、不同深度评估,本研究采用"基于概率的完整性震级"(PMC)方法,以西昌流动地震台阵为例,对2013-01-13—2014-05-14期间平均的地震检测能力、不同震源深度检测能力,以及某一时刻的实时地震检测能力进行了评估.结果表明,PMC方法可识别地震观测资料处理中人为因素对地震检测能力的影响,不同震源深度下地震的检测能力存在差异,其中H=7.5 km时,"网内"的完整性震级MP可达ML0.8,而在H=15.0 km和25.0 km时,"网内"的MP分别为ML1.0和ML1.4.在示例的2014-01-14时刻,非正常运行的台站造成地震检测能力的变化可被清晰识别出.此外,与MAXC和EMR等其它常用方法的对比表明,这些方法可能过高估计了地震台阵的检测能力.     

海底地震仪远震记录接收函数反演——以南海西南次海盆为例

由于海底环境和海底地震仪(OBS)结构的特殊性,用OBS远震记录进行接收函数岩石圈反演研究因为存在一定的困难,所以还很少见.在深入分析问题的基础上,以国产I-4C型宽频带OBS在南海西南次海盆记录的天然地震为实例,我们将傅里叶变换和小波变换相结合以压制海底地震仪记录中的非平稳干扰,获得了信噪比较高、震相清晰的地震记录,进而成功开展了远震记录的岩石圈结构接收函数反演.主要结论是:(1)OBS接收函数的求取是可行的,关键是压制非平稳干扰.(2)西南次海盆的Moho面埋深为海底下10~12 km(地壳厚6~8 km),沉积物厚度为1~2 km,浅部地壳存在低速区,与沉积物和海底扩张停止后的岩浆喷发产生的岩石碎屑和裂隙有关.(3)在扩张脊中央Moho面上方6~12 km存在S波低速区,推测扩张中心可能存在下地壳熔融或岩浆房,在17~30 km区间S波速度呈负梯度,我们认为扩张中心更深的地方存在热物质的供给.     

基于短周期密集地震台阵观测的空间自相关法及其在粤港澳大湾区的应用

基于空间自相关法从粤港澳大湾区短周期密集台阵的21个观测点记录的微动信号中提取了瑞雷波频散曲线,并反演得到了广州市番禺区内布设的台阵下方1 km深度范围内的浅层S波速度结构。结果显示：台阵下方0.25 km深度以内的速度明显偏低,介于1.17 km/s到1.59 km/s之间;0.25—1 km深度之间的速度平稳增加至2.88 km/s,表明通过空间自相关法可以有效地获取观测台阵下方稳定可靠的浅层速度结构。因此短周期密集台阵技术与空间自相关法结合是在人口稠密的城市群地区进行地下浅层的精细结构探测的一种有效、经济、环保的手段,将在未来城市地区的浅层结构探测中发挥重要作用。     

分体式宽频带海底地震仪的研制、测试和数据质量分析

宽频带海底地震仪（OBS）是进行海洋岩石圈结构成像等地震学基础研究的核心仪器设备.本文介绍了南方科技大学自行研制的分体式宽频带OBS（命名为磐鲲）的设计特点及其在南海深海区的测试状况;并对于设备性能和数据质量进行了细致分析.除了分体式结构以外,磐鲲还具有独特的抗底流设计、地震计自动分离装置、宽频带地震计（100 Hz~120 s）、以及低功耗和长工作时间等特点.与2012年在南海进行的地震观测实验中的OBS设备相比,磐鲲在回收率、水平方位确定、调平装置以及时钟精度等OBS设备的基本性能方面都有了明显的提高;更为重要的是,得益于独特的抗底流结构,磐鲲记录的地震波形质量有了较大改善,尤其是水平分量,达到了与附近陆地台站相近的数据质量,而低频成分（>10 s）的噪声水平低于国际同类OBS.这些分析说明磐鲲记录的数据可以实现绝大多数地震学研究目标,包括应用于接收函数和各向异性等需要使用三分量地震数据的常用方法.此外,其数据的宽频带特征,尤其是较高质量的低频信号（如长周期面波的频散特征和低频体波的有限频效应）,将更有利于研究海洋岩石圈和上地幔的深部结构和过程.

     

唐海-商都地震台阵剖面下方的地壳上地幔S波速度结构研究

2006年底,我们沿“张渤地震带”布设了一条从唐海—北京—商都的宽频带地震台阵剖面.本文利用台阵记录的远震波形资料,通过接收函数和面波联合反演对剖面下方100 km深度范围内地壳上地幔S波速度结构进行了研究.结果表明剖面东段莫霍面深度约30～34 km,西段深度约38～42 km,平原与山区的过渡地带地壳厚度变化较快.地壳内部10～20 km深度范围内存在多个低速体.在唐山7.8级地震震区附近Moho面出现小幅度隆起,中地壳存在明显的S波低速体.张家口以西,剖面下方10～20 km范围内存在两个S波低速体,张北6.2级地震发生在这两个低速体之间狭小的高速区. 在观测剖面附近,历史上发生的4个大震都与壳内低速体的分布有关. 张家口以东,上地幔普遍存在低速层,顶部埋深在60~80 km之间,并表现出明显的东部浅西部深的特点.     

新疆和周边地区地壳厚度和Vp/Vs比值变化的接收函数约束

我们用修订后的接收函数H-K叠加算法估计了新疆和周边地区90个地震台站下的地壳厚度和波速比Vp/Vs.该地区平均地壳厚度约为52 km,变化范围约为33～79 km.最厚地壳位于西昆仑山的TAG台站,最薄地壳在塔拉斯-费尔干那断层附近的NRN台站.对每个台站的点地壳厚度估计结果进行了线性各向同性变差模型的标准克里金空间...     

倾斜界面和各向异性介质对接收函数的影响

接收函数方法自Langston提出以来,经过近30年的不断发展,接收函数在提取方法、反演技术以及界面成像等方面取得了重要进展,已逐步成为研究地球内部、特别是地壳上地幔结构的重要手段.近年来,随着观测和研究的不断深入,倾斜界面和各向异性介质对接收函数的影响也逐渐引起人们的重视.本文通过建立不同的倾斜界面和各向异性模型,计算了不同模型的理论接收函数,比较系统的阐述了径向和切向分量接收函数的变化特征,通过分析发现倾斜界面和各向异性介质都能使接收函数的切向分量产生明显的能量,并使径向和切向分量呈现周期性的变化,倾斜界面和各向异性介质产生的接收函数波场特征的差异主要表现在周期性和转换震相的到时差上,通过分析不同方位角的径向和切向接收函数,研究直达P波和PS转换波振幅及到时随方位角的变化规律,可以较好地区分倾斜界面和介质各向异性的影响.     

新疆巴楚和塔什库尔干地震台下方地壳结构研究

利用位于新疆塔里木盆地的巴楚地震台（BCH）和西昆仑山区的塔什库尔干地震台（TAG）多年记录的高质量远震波形数据,应用接收函数H-k叠加方法研究了台站下方的地壳结构。研究结果显示,BCH和TAG地震台下方地壳厚度差异分明,区域地壳厚度与地形有很好的对应关系;两个台都具有高的地壳平均波速比Vp／Vs值。BCH台下方的地壳厚度为44km、地壳内的平均波速比为1．849,在该台地壳中部21km处存在清晰的间断面,该间断面内存在低的平均P波波速和作／K值,该间断面的深度与邻近巴楚台的伽师震源区的精确定位的震源深度下界面一致,可能为地壳内的脆．韧转换带。TAG台下方的地壳厚度为69km,地壳内的平均波速比为1．847,较厚的地壳和高波速比可能表明该台下地壳的物质易于发生塑性流动,为地壳的变形和增厚创造了条件。     

宁夏地区近震震级短周期量规函数的研究与修正

选取宁夏"十五"宽频带数字地震台网2009年1月—2016年12月的1 782个地震事件、7 345条地震记录资料,通过震级残差统计和多元回归分析计算各台站单台震级与台网平均震级的偏差、平均偏差和标准偏差,分析震级偏差的频次分布,修正M_L量规函数,得到宁夏地区的地方性均匀震级量规函数和台基改正量。且采用多元回归分析方法,得到最大地动位移的衰减关系及与之对应的量规函数。结果表明,修正后的震级均方差由原来的0.237 0降低为0.228 9,震级修正最大值为0.51。     

接收函数的克希霍夫２D偏移方法

本文将地震反射资料成像的Kirchhoff偏移方法引入到接收函数成像研究,提出了一种接收函数的Kirchhoff偏移方法,以适应介质速度的横向变化,提高接收函数成像的精度和分辨率. 模型检验表明,与传统的水平分层的共转换点偏移叠加方法相比,Kirchhoff偏移方法能够实现转换波的有效归位,消除水平分层共转换点偏移叠加造成的假象. 一个很重要的现象是,倾斜或弯曲界面的成像明显受控于远震的入射方向,其成像精度的提高有赖于不同方向接收函数的联合成像.     

上海佘山地震台阵远震记录的压缩感知分析

将压缩感知方法应用于上海佘山地震台阵远震定位,对于该台阵记录的M_S 5.5以上全球地震事件,根据震级大小、地震波走时、事件分布,筛选得到45个远震事件记录,采用分析压缩感知及传统方法,计算最优反方位角和慢度值,发现压缩感知方法在地震台阵的远震定位中表现良好;对于震相较为复杂的地震,在求取能量最大及超过最大能量95%以上的点,得到最终源信号,也就是震源位置,压缩感知方法具有更高的分辨率。     

接收函数的曲波变换去噪

压制横向非均匀地壳介质引起的散射波场对于基于水平分层介质模型的接收函数地壳结构成像及其地震各向异性研究至关重要.虽然通过数据叠加和低通滤波,在一定程度上能够压制散射波场,但也有可能导致不希望的波形畸变、信息丢失或数据分辨率降低.为了避免上述问题,本文将近年来快速发展的曲波变换理论用于远震接收函数的散射噪声压制.与勘探地震学不同,我们面临的主要问题在于地震台站和震源的空间缺失导致的接收函数空间不均匀采样.为此,我们将压缩感知理论与曲波变换去噪相结合,在对缺失数据进行波场重建的同时,实现散射噪声的压制.为了论证方法的可行性,本文进行了噪声压制和波场重建的理论检验.并将本文方法用于处理IRIS全球台网固定台站和川西台阵远震接收函数.结果表明:1)地壳介质横向不均匀引起的散射噪声可以得到有效压制,接收函数的信噪比得到提高,震相的可追踪性得到改善,从而利于进一步的接收函数反演和地震各向异性研究; 2)缺失数据可以正确重建; 3)本文的方法既可用于单台-多事件的数据集,也可用于单个事件-阵列观测的数据去噪,但单台-多事件数据集的结果优于阵列观测的情况.