背景噪声的验证及应用

发布时间：2017-12-21 01:28

  本文关键词：背景噪声的验证及应用　出处：《中国科学技术大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 背景噪声 背景噪声互相关函数 面波传播 地震定位 背景噪声成像 有限频

【摘要】：地震学中地震背景噪声的研究与地震波的研究是伴生的。很多研究中一者可能成为另一者的干扰噪声。自从十多年前利用背景噪声互相关可以提取两个接收器之间的时间域经验格林函数的现象被发现以来关于背景噪声的特征,源的性质以及利用背景噪声对地球结构及地震相关特性的研究得到了蓬勃的发展,并被广泛的应用于地球介质的成像,地球介质的性质变化监测以及地震位置的定位校正等研究。这些研究通常都假定从噪声互相关函数中可以提取的精确的经验格林函数,而且多数研究是基于从噪声互相关函数提取单个路径提取面波到时来展开的。然而从噪声互相关提取的面波到时是否准确尚未得到验证。我们的工作将对此进行验证。我们先回顾噪声互相关函数的计算过程,并探讨提升互相关函数信号强度的数据处理方法。通过合成波形和实际数据的对比发现非线性的叠加方法可以有效的提升互相关函数信号的信噪比。然而非线性叠加方法对波形有一定程度的扭曲。与线性叠加的波形及频散的对比表明非线性叠加后的波形的相速度有系统性偏高。在未来利用非线性叠加方法对波形的改变需要更多的验证,利用其进行结构或地震信息的研究需要谨慎。为了验证从背景噪声互相关函数中提取的短周期面波(10-30 s)相对于地震面波的准确性,我们在一个极浅的精定位地震震中附近架设了一台流动宽频地震仪进行长时间持续的背景噪声观测。通过分别对比这个流动台与远台的互相关函数与相应远台记录的地震面波的波形以及频散曲线,我们发现噪声互相关函数中的短周期面波(10-30 s)在台站距1000公里以远的尺度与地震面波的频散信息是十分一致的(差异约0.3%)。这个一致性为区域尺度的噪声成像的精度提供了基础的保证。然而在台站距小于500公里时,某些路径上噪声互相关函数的面波与地震面波的频散差异较大(约3%)。这个差异与叠加时长是无关的,较为稳定,暗示短台站距的情况下,噪声源并不弥散。然而由于验证工作只基于一个地震的数十个观测,不具有统计代表性。未来还需更多的类似的验证研究。利用另一个精定位地震,结合全球和区域性的地震面波频散的测量,我们验证了背景噪声互相关函数中提取的长周期面波的准确性。噪声互相关函数中的长周期面波(50-250 s)与地震面波的波形和频散曲线是较为一致的,平均误差接近0,标准差约1%。我们的验证工作为以后利用地震背景噪声宽频面波成像提供了依据。长周期面波的引入也提高了岩石圈和软流圈的速度的限定。我们回顾了利用背景噪声互相关函数的地震定位方法的提出和演化。利用澳大利亚中部的一个小的台网,我们对基于群到时的背景噪声地震定位方法的精度进行了验证,当远台分布较好时,定位误差为1-3 km。定位误差与参考台与目标台的距离没有明显的关系。然而这种定位方法忽略了震源的深度的影响,未来的研究工作还需将震源深度纳人考量。相对于传统的基于地震面波数据的成像方法来讲地震背景噪声成像有许多优势,所以地震背景噪声被广泛的应用于地球结构的层析成像。在背景噪声中的短周期和长周期的面波的精度被验证的基础上,利用美国大陆的USArray台网的地震仪,我们计算了两两台站之间的互相关函数,提取了宽频(10-150 s)的瑞利波相速度。利用线性反演和二维的有限频核函数反演方法,我们分别得到了美国大陆的宽频瑞利波相速度分布图。然后利用相速度图我们反演了美国大陆地壳和上地幔的三维剪切波速度结构。新的三维速度模型与前人的模型比较一致,与地质构造也比较吻合,表明从噪声互相关函数中提取的长周期的面波也可以在区域尺度提取,用以研究岩石圈甚至软流圈和转换带的结构。这个三维模型还可以作为以后的各向异性等进一步工作的初始模型。面波频散对结构限制具有非唯一性,且其对速度间断面不敏感,未来的研究工作我们需要集合更多的独立地震观测数据(比如体波到时,接收函数,面波振幅等)来联合对地球结构进行约束。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P315.6
，

本文编号：1314179