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利用纯S波输入研究地震台站下方的横波速度结构

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地球物理学报 2002年第1期45卷 67-75页

作者：束沛镒张学民李幼铭刁桂苓夏乱宝武有文中国科学院地质与地球物理研究所北京100101 中国科学技术大学地球和空间科学系合肥230026 河北省地震局石家庄050021

震中距在 5 0°左右的深源远震 ,直达波S波震相波列可以与其他震相波列分离 .在层状介质中 ,本文通过传播矩阵方法得到由S波从台下底层输入获得地面理论地震图的新方法 ,并由此拟合了河北省两个地震台短周期S波记录 ,获得台站下方横波... 详细信息

震中距在 5 0°左右的深源远震 ,直达波S波震相波列可以与其他震相波列分离 .在层状介质中 ,本文通过传播矩阵方法得到由S波从台下底层输入获得地面理论地震图的新方法 ,并由此拟合了河北省两个地震台短周期S波记录 ,获得台站下方横波速度结构 .结果表明 ,红山台下 1 3km和 2 4km左右有S波低速层存在 ,地壳厚度为 3 3 .9km ;涉县台下 1 8km和3 0km左右有S波低速层存在 .红山台下S波差异显著的 2个低速层夹持的高速层、较薄地壳及上地幔顶部低S波速度结构 ,与 1 96 6年邢台大地震有关 .考虑到S波速度对部分熔融体的敏感性 ,认为地壳S波速度结构可作为揭示强震深部背景的依据之一 .

关键词：深源远震 S波震相波列横波速度结构地震台站地壳地幔

微动面波H/V谱探测浅部地层横波速度结构的应用研究

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微动面波H/V谱探测浅部地层横波速度结构的应用研究

作者：杨奎中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

微动是指源于地表和地下深处的随机振动源引起的地面微弱振动,其包括人工震源引起的短周期振动和自然力引起的长周期振动。微动虽然在地震记录图上表现为一种连续的噪音信号,但观测研究表明其应用于场地土的划分、工程选址、识别低速层... 详细信息

微动是指源于地表和地下深处的随机振动源引起的地面微弱振动,其包括人工震源引起的短周期振动和自然力引起的长周期振动。微动虽然在地震记录图上表现为一种连续的噪音信号,但观测研究表明其应用于场地土的划分、工程选址、识别低速层等方面是一种非常方便有效的手段。目前,微动面波信息研究的主要方法是傅氏变换法、基阶和高阶模提取法及相对基准点谱比法。单点H/V谱是在近几年迅速发展起来的新方法,因其操作简单、价格低廉的特点备受关注。本文基于层状介质理论,对微动面波中的Rayleigh波和Love波特性进行研究,分析了多模频散曲线与地层结构的关系及介质响应函数的特征和意义,完成了单点H/V谱的正反演程序的编写和测试工作。通过对理论模型和实测数据的测试,对微动面波H/V谱在探测浅部地层速度结构的应用方面取得的成果主要有以下几点：（1）多模频散曲线和介质响应函数的特征是与地层界面相关,其拐点数和渐近线都是对地层结构的一种间接反映。研究频散曲线和介质响应函数可以初步了解下部地层的结构,有利于模型的确定和反演;（2）微动面波的能量主要集中在基阶模,Rayleigh波在其H/V谱中起主导作用,控制曲线的形态和峰值,而Love波主要影响峰值大小,对曲线整体形状影响不明显。由于高阶模的存在,考虑多模的H/V谱并不总与基模的一致,但其影响不大,而且高模式波可以提供更多的有效信息,有助于提高反演准确度;（3）单点H/V谱法目前主要应用于低频段的地振动信号,对于工程检测等涉及高频段的应用现在还未见报道,其主要原因是由于高频时Rayleigh波和Love波数值计算方法受到限制,为了拓宽应用领域,这是有待研究和解决的问题;（4）采用广义最小二乘法对理论数据和实测数据的H/V谱进行了反演,并取得了成功,这表明正反演程序符合基本要求,且H/V谱确实表征了地层的结构信息,可以用于横波速度结构的反演。虽然最小二乘反演法耗时少,收敛快,但其对初始模型依赖性很强,有待与其他反演方法结合使用。

关键词：微动面波频散曲线介质响应 H/V谱横波速度结构正、反演

青藏高原高分辨率三维横波速度结构及其构造意义

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青藏高原高分辨率三维横波速度结构及其构造意义

作者：黄书野中国科学技术大学

学位级别：硕士

青藏高原被誉为“世界屋脊”,是地球上海拔最高的高原,其平均海拔超过了 4500米。中生代时期,新特提斯洋向北俯冲,并于大约65 Ma完全俯冲于欧亚板块之下,随之而来的是印度板块与欧亚板块的碰撞。板块碰撞引起了强烈的褶皱造山运动,并形... 详细信息

青藏高原被誉为“世界屋脊”,是地球上海拔最高的高原,其平均海拔超过了 4500米。中生代时期,新特提斯洋向北俯冲,并于大约65 Ma完全俯冲于欧亚板块之下,随之而来的是印度板块与欧亚板块的碰撞。板块碰撞引起了强烈的褶皱造山运动,并形成了青藏高原独一无二的高海拔与巨厚地壳。高原的主体由一系列近南北排列的地体组成,包括喜马拉雅,拉萨地体,羌塘地体以及松潘-甘孜地体。青藏高原作为全球最大,最年轻的陆-陆碰撞带,经历了复杂的形变,留下大量地质证据,例如高原表面发育的多个大规模的断层系统。此外,在新特提斯洋俯冲阶段以及印度-欧亚板块碰撞阶段,岩石圈经历了多阶段的岩浆作用和变质作用。同时,作为特提斯成矿域的重要组成部分,青藏高原上发育了丰富的金属矿藏,成为我国的战略矿藏储备基地。因此,对青藏高原开展的结构成像研究有着重要的学术意义和经济价值。随着近几十年来在青藏高原上布设的固定台站以及流动观测站不断增多,研究人员对青藏高原的观测更加准确和深入。我们收集了 2014年至2015年高原内及周边布设的固定台站连续波形数据,并收集了同时期布设于高原中部的SANDWICH流动台阵数据,从台站间的背景噪声互相关函数中提取了经验格林函数以及面波相速度频散,周期范围为5秒至50秒。此外我们收集了前人提取的瑞利面波相速度频散,共计超过10000条,覆盖了青藏高原中部,南部和东部的大部分区域。我们通过面波直接方法反演得到了青藏高原高分辨率三维各向同性横波速度模型,横向分辨率达到150公里。我们的速度模型显示,青藏高原地壳结构复杂,中下地壳存在大范围低速异常,但其并非均匀分布的,而是与构造单元有一定的联系。我们发现壳内存在4个强烈的低速体,以及一些相对窄的低速条带将这些低速体连接。在青藏高原南部,沿喜马拉雅和拉萨地体分布着显著的低速结构,并且存在着横向的结构变化。在拉萨地体的东段,低速体的空间分布与中新世斑岩型铜矿的位置有很好的对应性,这可能是与其下方俯冲的印度岩石圈的强撕裂有关,而在拉萨地体西段预先存在的软弱结构可能有助于该地区壳内低速体的形成。同时,沿着斑公-怒江缝合带西段分布的条带状低速体可以被认为是壳内物质向东塑性挤出的通道,即在地质时间尺度上的地壳流。这一存在于中下地壳的地壳流可能有助于形成高原中部的V形共轭走滑断层。然而共轭走滑断层在大约90°E停止发育了,可能因为向东的地壳流被一个包括安多块体的壳内高速体所阻挡。这个稳定坚固的块体影响了青藏高原壳内物质运移的模式以及形变特征。我们又基于瑞利面波频散信息,在各向同性横波速度模型的基础上反演了地壳方位各向异性特征。总体而言青藏高原内方位各向异性的图案比较复杂,存在明显的南北差异以及深度上的分层效应。高原北部,东昆仑山脉到松潘-甘孜地体东部一带,浅层方位各向异性较强,快波方向与地表断层等地质构造单元有较好的对应关系,在深部则方位各向异性强度减弱。高原中部和南部的浅层方位各向异性整体较为复杂,除了在拉萨地体中地壳中观测到的近似东西向快轴的方位各向异性。但在深部,高原南缘和东缘存在较强的方位各向异性,方向指向高原外侧,且方位角有横向变化。这指示了高原的生长可能是多种模式的混合。本论文利用了背景噪声成像方法对青藏高原进行了高分辨率三维横波速度成像（包括各向同性部分和方位各向异性部分）,为研究高原岩石圈结构和变形提供了地震学参考。本文结合众多地球物理以及地质观测,讨论了高原内部复杂的变形特征,以及其与成矿过程的关系。

关键词：青藏高原背景噪声成像横波速度结构方位各向异性地壳流共轭走滑断层斑岩型铜矿

利用S波绝对走时残差反演中国下方地幔横波速度结构

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利用S波绝对走时残差反演中国下方地幔横波速度结构

利用纯S波输入研究地震台站下方的横波速度结构

2016中国地球科学联合学术年会

作者：刘永生钮凤林中国石油大学(北京)

＜正＞地震波是研究地球内部结构的一种有效手段,体波走时层析成像就是利用P波,S波等体波的走时和速度分布之间的关系,根据走时残差（本研究采用）来反演地球内部的速度结构。走时残差一般可分为绝对走时残差和相对走时残差,Bastow（201... 详细信息

＜正＞地震波是研究地球内部结构的一种有效手段,体波走时层析成像就是利用P波,S波等体波的走时和速度分布之间的关系,根据走时残差（本研究采用）来反演地球内部的速度结构。走时残差一般可分为绝对走时残差和相对走时残差,Bastow（2012）指出相对走时残差成像出的结果是一种零平均,有时可能带来错误的成像信息,而绝对走时残差可以比较好的避免这个问题。传统的绝对走时残差的获得一般可分为手动拾取,波形相关法,但往往比较受限于信号的信噪比,而绝对走时残差的可靠程度直

关键词：地幔横波速度结构反演方法 S波走时残差

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利用纯S波输入研究地震台站下方的横波速度结构

天然源面波勘探方法在安徽小包庄铁矿区的应用研究

中国科学院地质与地球物理研究所2001学术年会

作者：束沛镒张学民李幼铭刁桂苓夏乱宝武有文中国科学院地质与地球物理研究所中国科学技术大学地球和空间科学系河北省地震局

震中距在50°左右的深源远震,直达波S波震相波列可以与其他震相波列分离.在层状介质中,本文通过传播矩阵方法得到由S波从台下底层输入获得地面理论地震图的新方法,并由此拟合了河北省两个地震台短周期S波记录,获得台站下方横波速度结构... 详细信息

震中距在50°左右的深源远震,直达波S波震相波列可以与其他震相波列分离.在层状介质中,本文通过传播矩阵方法得到由S波从台下底层输入获得地面理论地震图的新方法,并由此拟合了河北省两个地震台短周期S波记录,获得台站下方横波速度结构.结果表明,红山台下13km和24km左右有S波低速层存在,地壳厚度为33.9km;涉县台下18km和30km左右有S波低速层存在.红山台下S波差异显著的2个低速层夹持的高速层、较薄地壳及上地幔顶部低S波速度结构,与1966年邢台大地震有关.考虑到S波速度对部分熔融体的敏感性,认为地壳S波速度结构可作为揭示强震深部背景的依据之一.

关键词：深源远震 S波震相波列横波速度结构红山和涉县

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中国地质调查 2023年第3期10卷 54-59页

作者：鲁杏崔先文汤正江高昌生安徽省勘查技术院安徽合肥230031 安徽省电法勘探重点实验室安徽合肥230031 安徽省地质矿产勘查局327地质队安徽合肥230011

为研究天然源面波勘探方法在固体矿产勘查尤其是在深部找矿中的应用效果,选择小包庄铁矿区已知勘探线进行方法试验。在前期研究的基础上,采用线性排列的方式部署了天然源面波测点,共完成了32个测点、总长度3100 m的数据采集工作;采用扩... 详细信息

为研究天然源面波勘探方法在固体矿产勘查尤其是在深部找矿中的应用效果,选择小包庄铁矿区已知勘探线进行方法试验。在前期研究的基础上,采用线性排列的方式部署了天然源面波测点,共完成了32个测点、总长度3100 m的数据采集工作;采用扩展空间自相关法获取了每个测点的频散曲线,并对频散曲线进行反演并通过插值计算,获得了整条剖面的横波速度结构;根据地质和钻孔资料,划分了岩性层和断裂。通过与已知资料对比分析,认为该方法取得了较好的勘查效果,表明天然源面波勘探方法在深部找矿中具有较好的应用前景,该区深部具有较大的找矿潜力。

关键词：小包庄铁矿天然源面波横波速度结构深部找矿

基于背景噪声成像的恩施-利川地区速度结构研究

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基于背景噪声成像的恩施-利川地区速度结构研究

作者：钟任富东华理工大学

学位级别：硕士

恩施-利川地区位于宜都-鹤峰背斜以西、齐岳山断裂北段以东,在四川盆地与湘鄂黔山区的盆山转换带内,盆山转换带现今是油气勘探的热门地区。高分辨率的深部地壳或岩石圈精细结构识别是全方位深入了解该盆山转换带的关键因素。但该地区地... 详细信息

恩施-利川地区位于宜都-鹤峰背斜以西、齐岳山断裂北段以东,在四川盆地与湘鄂黔山区的盆山转换带内,盆山转换带现今是油气勘探的热门地区。高分辨率的深部地壳或岩石圈精细结构识别是全方位深入了解该盆山转换带的关键因素。但该地区地表地质环境复杂,地球物理探测难度大成本高,前人在该区域的地球物理探测主要集中在大范围的深部地质结构上,缺少浅部上地壳高精度地球物理探测研究成果。为了更可靠、更高分辨率地识别恩施-利川地区这一盆山转换带的结构构造与变形痕迹,补充该地区浅部上地壳高精度的地球物理探测资料,本文开展了基于背景噪声成像方法的速度结构研究。短周期密集台阵的特点是可以获得地壳浅部的速度结构特征,是在深部地球物理仅获得宏观背景结构和浅部构造调查只看到地表构造之间的桥梁。本研究依托中国地质科学院承担的中国地质调查局二级项目,在恩施-利川地区布设了短周期密集地震台阵剖面,观测时间一个月。对Z分量数据进行单台数据预处理、互相关计算与线性叠加,获得高信噪比的面波信息,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法进行相速度频散反演,得到该地区上地壳8 km以浅的横波速度结构。揭示了恩施-利川地区主要构造的横波速度特征。利川复向斜3 km以浅横波速度横向变化大,更具隔挡式褶皱带特征,地质结构较为复杂。中央背斜带2 km以浅速度变化较为平缓,可以从速度变化中明显看出区域内的构造样式在逐渐从隔挡式褶皱转向隔槽式褶皱。花果坪复向斜高速区域与低速区域相间出现,且高速区域宽阔,低速区域狭窄,具有明显的隔槽式褶皱带特征。在该地区识别出4条断裂,其中恩施断裂控制着恩施盆地白垩系沉积层,盆地沉积层呈倒三角形向下延伸至地下4 km处。本研究利用背景噪声成像方法,成功获取了恩施-利川地区上地壳8 km以浅的横波速度结构,丰富了该地区小尺度高精度的地球物理探测成果。从上地壳尺度对该盆山转换带的速度结构特征和构造特征进行了研究,为厘定该盆山转换带深部地壳或岩石圈尺度结构构造与变形差异特征提供浅部地壳的高分辨率地球物理探测资料。

关键词：背景噪声层析成像密集台阵横波速度结构恩施-利川地区

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浅地表面波成像方法：从频散分析到波形反演

浅地表面波成像方法：从频散分析到波形反演

作者：管建博长安大学

学位级别：硕士

随着地质灾害评估与地下空间开发愈发吸引人们注意,精确重构复杂浅地表介质形态变得愈发重要。高频面波在浅地表地震波场中占据了大部分能量且包含着地下介质丰富的横波速度信息,利用面波波场的运动学信息—频散特征或全波场信息揭示横... 详细信息

随着地质灾害评估与地下空间开发愈发吸引人们注意,精确重构复杂浅地表介质形态变得愈发重要。高频面波在浅地表地震波场中占据了大部分能量且包含着地下介质丰富的横波速度信息,利用面波波场的运动学信息—频散特征或全波场信息揭示横波速度结构的高频面波方法在浅地表地球物理与勘探地球物理界吸引了越来越多的关注。近20年来,基于频散分析的主、被动源面波多道分析法(Multichannel analysis of surface wave,MASW)以其低成本、无创无损、强鲁棒性等优势已被广泛的应用于浅地表地质勘查与多尺度工程实践中。但该方法适用于横向变化缓慢的近于层状介质,给出的成像结果也是通过插值形成的拟二维(2D)剖面,精度与分辨率受到限制。另外,在被动源方法中还易受方向性噪声源影响导致频散分析获得的相速度被过度估计,对反演结果产生消极影响。如何基于面波的频散分析或利用面波的全波场信息高效、高分辨率、高精度的重构2D速度模型值得思考。基于此,本文主要研究内容及相应研究成果如下:(1)首先回顾了经典的主、被动源MASW,较为详细的阐述了二者的数据预处理过程与方法的实现流程,并分别应用于野外的实际案例,结合工区的概况与先存地质资料对反演结果进行了合理解释,同时分析了主、被动源方法的各有优势及所固有的局限性。被动源方法相较于主动源方法,以背景噪声为源,野外工作更加简单,低频信息丰富,但需要压制噪声源的方位效应;(2)针对基于线性阵列的被动源MASW缺失压制噪声源方位效应的能力,本文提出了一种新颖的联合mini-Sosie技术的被动源面波线性阵列分析方法(Linear array analysis of passive surface waves combined with mini-Sosie technique),称之为LAPSS。合成测试表明,该方法在保证计算效率的同时,具有较强的普适性且依赖于较弱的假设条件。野外实验验证了LAPSS在使用线性阵列获得无偏频散图的可行性与有效性;(3)针对当前频散曲线正演算法多基于水平层状模型进行而很难将模型的横向不均匀性考虑其中,由此导致MASW无法直接构建高分辨率的2D速度剖面的问题,本文基于一种2D横向非均匀介质的频散曲线正演算法,并利用多炮、多尺度排列孔径频散数据的冗余特性实现了具有更高分辨率的面波成像方法:面波多尺度窗口分析法(Multiscale window analysis of surface waves,MWASW)。合成测试与实际案例均表明:MWASW在保证计算效率、控制计算开销,提高鲁棒性的基础上,可直接反演出较高质量的2D剖面,是一种十分具有潜力的应对复杂浅地表介质表征的可选方案。(4)针对基于频散分析的面波方法(MASW,MWASW)只利用了面波波场的运动学信息,对于精确描绘地层与构造边界以及小尺度异常体仍存在挑战的问题,本文开展了利用全波场信息的时间域SH/勒夫波全波形反演方法(Full waveform inversion,FWI)的研究,详细介绍了SH/勒夫波波场的正演模拟、预处理局部优化反演算法中梯度与拟海森矩阵的求取、震源子波的估计等FWI中的关键技术步骤。通过合成测试说明了预处理技术在加速收敛、提高反演精度的重要作用,展示了SH/勒夫波FWI对于刻画小尺度异常的强大能力,并将该技术成功应用于野外实际案例,显示了其对复杂浅地表介质进行表征的强大能力。

关键词：浅地表面波频散分析波形反演横波速度结构

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背景噪声成像在云南洱源地热勘探中的应用

背景噪声成像在云南洱源地热勘探中的应用

作者：熊培丞中南大学

学位级别：硕士

随着我国城市化进程的不断推进,城市能源供应问题愈加突出,“双碳”战略背景下,开发城市新型清洁能源已迫在眉睫。地热能源具有能量大、可再生、清洁等优点,开发城市地热能源优势明显、意义重大。对城市地热能源进行开发利用的前提是查... 详细信息

随着我国城市化进程的不断推进,城市能源供应问题愈加突出,“双碳”战略背景下,开发城市新型清洁能源已迫在眉睫。地热能源具有能量大、可再生、清洁等优点,开发城市地热能源优势明显、意义重大。对城市地热能源进行开发利用的前提是查明城市地热远景区的地质情况,背景噪声成像技术近些年来发展迅速,其无需特定震源,对勘探环境没有特殊要求,抗干扰能力较强,可快速获得地下几百乃至数千米的速度结构信息,进而得到地下热源的空间分布形态,为地热开发的有利区优选提供科学依据。本文依托云南省大理白族自治州(洱源测区)中深层地热能勘查综合示范项目,开展背景噪声成像地热勘探应用研究。首先对研究区开展地质调查与地热研究并获得初步认识,在此基础上进行背景噪声台站的点位设计和数据实测工作;随后对实测的背景噪声数据进行处理,在数据处理方面:首先对原始数据文件进行单台数据预处理,然后进行互相关计算,得到了台站对间的0.2～5s互相关函数,最后使用多重滤波法结合姚华建等提出的基于图像分析的快速频散曲线提取技术进行面波群速度频散曲线提取,在对频散提取结果进行筛选后得到了符合反演要求的群速度频散曲线2804条;接着,利用平均频散曲线结合经验公式给出一维初始速度模型,采用基于射线追踪的面波群速度频散直接反演方法,获取洱源测区地下7km以浅的横波速度分布信息,对横波速度平面分布以及垂向结构,特别是低速区的分布以及地质构造特征进行分析;最后,结合已有资料推测可能的地下热源空间分布及热运移通道。论文首先根据研究区三维横波速度结构分布特征,结合已有地质、其他地球物理资料,划分了研究区的主要断裂构造;另外,研究发现作为主要控热断裂构造之一的鹤庆-洱源断裂与三营-永乐断裂可能属于同一条断裂的北、南两段;最后,在划分出控热断裂构造的基础上圈闭了五个地热有利靶区,较好地完成了研究区中深层地热资源的普查工作,为进一步开展中深层地热资源详查及开发提供了一定的地球物理依据。图35幅,表2个,参考文献79篇

关键词：背景噪声成像横波速度结构地热勘探