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浅海角度-时间灵敏度核特性研究

海洋测绘 2020年第2期40卷 75-78页

作者：温凤丹边刚王美娜海军大连舰艇学院军事海洋与测绘系辽宁大连116018

灵敏度核是声学观测量扰动与声速扰动之间的关系量,为探究浅海声波导中声场的扰动位置对声波到达时间、到达角度等声学观测量的影响程度,用格林函数一阶玻恩近似结合双波束形成的阵处理方法,推导得到角度-时间灵敏度核。对选取的本征声... 详细信息

灵敏度核是声学观测量扰动与声速扰动之间的关系量,为探究浅海声波导中声场的扰动位置对声波到达时间、到达角度等声学观测量的影响程度,用格林函数一阶玻恩近似结合双波束形成的阵处理方法,推导得到角度-时间灵敏度核。对选取的本征声线进行研究,相关结果表明角度-时间灵敏度核包含了更多的空间属性,弥补了传统灵敏度核在声场扰动位置判断上的不足,为灵敏度核在海洋观测中实验站点布设优化及海洋环境参数反演等方面的应用提供了有力支撑。

关键词：声速扰动声学观测量双波束形成简正波理论灵敏度核

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时间灵敏度核特性研究

时间灵敏度核特性研究

2018年全国声学大会

作者：温凤丹水下测控技术重点实验室

＜正＞0引言灵敏度核的概念最早出现于地震学,主要被应用于地震层析成像技术中,是研究地球内部结构和地壳深处孕震环境的重要手段,近年来逐渐从地震学领域发展到水声学领域。在水声学实验中,声源信号可以按照实验需求进行人为调制,因此... 详细信息

＜正＞0引言灵敏度核的概念最早出现于地震学,主要被应用于地震层析成像技术中,是研究地球内部结构和地壳深处孕震环境的重要手段,近年来逐渐从地震学领域发展到水声学领域。在水声学实验中,声源信号可以按照实验需求进行人为调制,因此更便于对灵敏度核的相关特性进行研究。本文根据传播时间灵敏度核的概念,在水平均匀的浅海环境中模拟并分析了不同的二维平面中灵敏度核的空间特性,为灵敏度核的应用奠定基础。

关键词：浅海环境声源信号传播时间灵敏度核空间特性

来源： cnki会议评论

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基于垂直灵敏度核函数的浅海尺度海域声层析

基于垂直灵敏度核函数的浅海尺度海域声层析

作者：武芝慧浙江大学

学位级别：硕士

海洋声层析是基于声传播多途效应的一种观测物理海洋的方法,常被用于反演大尺度海域的声速剖面、温度、盐度等物理海洋信息。本文分别用射线声学理论和简正波理论对波动方程求解,在距离无关的海洋环境中,建立基于微扰法建立声速扰动和... 详细信息

海洋声层析是基于声传播多途效应的一种观测物理海洋的方法,常被用于反演大尺度海域的声速剖面、温度、盐度等物理海洋信息。本文分别用射线声学理论和简正波理论对波动方程求解,在距离无关的海洋环境中,建立基于微扰法建立声速扰动和传播时延扰动之间的线性关系。其中,在基于简正波理论的声层析中,本文引入定量描述传播时延扰动的灵敏度核函数。灵敏度核是关于造成传播时延变化的声速扰动的三维空间分布,其推导是基于格林函数的一阶玻恩近似,将声速扰动和时延扰动之间的非线性关系转化为线性。通过绘制灵敏度核函数的图像,我们可以得到一个类似于高频情况下基于射线理论的声能分布图,发现在低频情况下,传播时延敏感于声线周围的菲涅尔区的声速变化,而不是声线本身的声速变化。此外,我们还可以知道存在正声敏性区域,即经过正声敏性区域的声线有正声速扰动,并且到达波峰的传播时延变大。之后,声层析变成了求解观测方程的逆问题,本文采用正则化约束的最小二乘的方法来反演声速扰动,在微扰小尺度浅海环境和有小尺度涡扰动的浅海环境下分别进行仿真,对比垂直灵敏度核函数浅海声层析和射线走时浅海声层析的反演精度,发现在小尺度浅海低频环境下垂直灵敏度核函数的反演精度远高于射线走时方法。最后,本文提出了一种基于浮标的小型海洋声层析仪,设计其数据采集、数据处理以及远距离通信方法,并实验证明了本文提出的基于浮标实时姿态的远距离通信方法的可靠性。

关键词：浅海声层析射线走时简正波灵敏度核正则化

应用远震有限频率层析成像反演首都圈上地幔速度结构

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地球物理学报 2010年第8期53卷 1806-1816页

作者：杨峰黄金莉杨挺中国地震局地震预测研究所北京100036 同济大学海洋与地球科学学院上海200092

本文选用首都圈数字地震台网2003年9月～2005年12月记录的300多个远震事件的波形资料,采用分频带多道互相关方法得到三个不同频段的P波相对走时数据共18499个,计算了每个频段的走时灵敏度核,应用有限频率层析成像反演得到首都圈地区的... 详细信息

本文选用首都圈数字地震台网2003年9月～2005年12月记录的300多个远震事件的波形资料,采用分频带多道互相关方法得到三个不同频段的P波相对走时数据共18499个,计算了每个频段的走时灵敏度核,应用有限频率层析成像反演得到首都圈地区的上地幔三维P波速度结构模型.利用检测板估计了反演结果的分辨率,并与射线层析成像方法的结果进行了比较,说明了反演结果的可靠性.研究结果表明,各构造单元具有明显不同的速度结构特征,其差异可到150 km深:燕山隆起区表现高速;太行山隆起区整体以低速为主并存在小范围高速块体;华北盆地、渤海湾下浅层上地幔中存在大范围的强低速异常,其顶面在50～70 km,可视为软流圈顶面的埋深,这一结果说明华北盆地、渤海湾下岩石圈明显减薄;张家口蓬莱断裂带是上地幔浅部速度结构的变异带,也是岩石圈减薄的边界带,区内大部分强震都发生在该构造带上,由此看来该带上强震的发生不仅与地壳结构的不均匀性有关,还可能有较深的构造背景.

关键词：首都圈有限频率层析成像灵敏度核远震波形上地幔速度结构

Rayleigh波ZH幅度比(椭率)研究综述

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地球物理学进展 2021年第1期36卷 39-66页

作者：秦彤威冯宣政王少曈鲁来玉中国地震局地球物理研究所北京100081

Rayleigh波ZH幅度比,又称为Rayleigh波椭率(Ellipticity),是指Rayleigh波垂直分量和水平分量的比值.椭率是随频率变化的函数,最早由Boore和Toks9z(1969)提出将其用于反演地壳结构.对于3D介质结构,ZH幅度比不仅受到台站下方的结构控制,... 详细信息

Rayleigh波ZH幅度比,又称为Rayleigh波椭率(Ellipticity),是指Rayleigh波垂直分量和水平分量的比值.椭率是随频率变化的函数,最早由Boore和Toks9z(1969)提出将其用于反演地壳结构.对于3D介质结构,ZH幅度比不仅受到台站下方的结构控制,同时也受台站附近半波长范围内结构相对于其下方结构扰动的影响.对于水平层状的1D介质,Rayleigh波ZH幅度比只和台站下方的结构有关,与震源机制和方位无关.相对于Rayleigh波相速度,作为独立的量,ZH幅度比对浅层速度结构更为敏感,因此可以用来约束浅层,尤其是沉积层的速度结构.近年来,大规模地震台阵的出现为研究面波成像方法提供了高质量的三分量数据,也为Rayleigh波ZH幅度比的应用提供了基础数据,因此,Rayleigh波ZH幅度比和相(群)速度的联合反演成为研究者关注的课题,并广泛用于弥补单独相(群)速度反演对浅层结构约束不够的缺点.本文从横向均匀介质的面波理论出发,结合三维面波的散射理论及变分原理,对Rayleigh波ZH幅度比的理论基础,灵敏度核的计算,ZH幅度比的提取方法及其在地壳结构反演中的应用进行评述.

关键词：瑞利波 ZH幅度比 Rayleigh波椭率灵敏度核偏振

应用远震有限频率层析成像反演首都圈上地幔速度结构

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应用远震有限频率层析成像反演首都圈上地幔速度结构

作者：杨峰中国地震局地震预测研究所

学位级别：硕士

首都圈地区位于华北活动地块的北部,包括华北盆地、燕山和太行山隆起区三个构造单元。区内的地质构造复杂,新生代构造活动较为强烈,历史上曾发生过多次破坏性地震,如:1679年三河—平谷8级地震、1976年唐山7.8级和1998年张北6.2级地震,... 详细信息

首都圈地区位于华北活动地块的北部,包括华北盆地、燕山和太行山隆起区三个构造单元。区内的地质构造复杂,新生代构造活动较为强烈,历史上曾发生过多次破坏性地震,如:1679年三河—平谷8级地震、1976年唐山7.8级和1998年张北6.2级地震,给国家经济和人民生命财产造成了巨大的损失。鉴于首都圈地区重要的地理位置、复杂的地质构造和较强的地震活动,该区一直是地学界研究的热点。本次研究利用首都圈数字地震台网记录的远震波形资料,采用有限频率层析成像方法反演获得该区上地幔P波三维速度结构模型。有限频率层析成像是在宽频带地震观测时代提出的反演地球深部结构的新方法。它将地震波的走时变化表示为灵敏度核函数在射线周围一定空间范围内的三维体积分,而不是像射线理论中那样将地震波走时表示为慢度沿射线路径的线积分,这是两者的本质差别。有限频率层析成像的主要特点是对宽频带资料的分频带处理,这是充分利用宽频地震波信息的有效手段,不同频段的三维灵敏度核在三维模型空间内的相互交叉,可加大采样的空间范围,降低数据不均匀覆盖的影响,对异常的估计应该更加充分。本次研究以37.5o～41.5oN,113.5o～120.5oE为研究区域,选取了首都圈数字地震台网2003年9月到2005年12月记录的以(39.5°N,117.0°E)为中心、震中距在30°～90°之间、震级大于5级的300多个远震事件的波形资料,所用全部远震具有较完备的方位角和震中距覆盖,波形资料具有较高的信噪比。在数据预处理中,根据地震波的频率依赖关系以及首都圈数字地震台网不同类型地震仪器的频带范围,应用带通滤波将宽频带地震波分为三个频段(低频段:0.05～0.1 Hz;中频段:0.1～1.0 Hz;高频段:1.0～2.0 Hz),采用多道互相关方法确定各台站所接收到的远震P波震相在不同频段内的相对走时,最终得到18499个高质量的P波相对走时数据,其中高频段数据6212个、中频段数据7229个、低频段数据5058个。在计算有限频率灵敏度核时,首先利用网格化方法对模型空间离散化:以(39.5°N,117.0°E)为中心,划分37×35×31的三维网格,节点间距在各方向上均约为35 km。采用快速射线跟踪技术计算IASP91参考模型下从震源到台站的几何中心射线路径,应用“旁轴近似”计算中心射线路径附近点在三个不同频段内的灵敏度核函数。由不同频段的相对走时数据和相应的灵敏度核函数建立观测方程,然后对观测方程进行反演。为了尽量减少地壳速度结构对反演的上地幔速度结构的影响,在反演计算前对相对走时数据进行了地壳校正和高程校正,并在反演计算时对每一个台站加入了台站校正项。反演中,采用阻尼最小二乘法和卷积消制法两种不同的正则化方法对模型进行约束,用LSQR算法完成数值求解,得到首都圈地区的上地幔三维P波速度结构模型。为了检测所用资料和方法得到的反演结果的可靠性,利用采样密度法、检测板法和恢复试验法进行了详细的分辨率分析。本次研究采用了阻尼最小二乘法对模型进行约束、LSQR方法反演经地壳校正、高程校正及加入台站校正项的相对走时数据的反演结果作为最终模型。结果表明,首都圈地区三个构造单元具有明显不同的速度结构特征,这种差异可到150 km深:燕山隆起区表现为高速,这与它稳定而少震的特点是吻合的;太行山隆起区整体以低速为主并伴有小尺度的高速块体;华北盆地区和渤海湾下的浅层地幔中显示明显的大尺度低速异常,该区地震活动性较强。研究结果揭示,华北盆地、渤海湾下浅层上地幔存在大范围的强低速异常,该异常的延伸深度在华北盆地下为50～150 km,在渤海湾内则可达到200 km以下。该低速异常在华北盆地和渤海湾下的顶面埋深为50～70 km,与大地电磁探测并结合大地热流值数据推测的上地幔高导层的顶部埋深较为接近,我们认为这是华北盆地、渤海湾下岩石圈明显减薄的显示。本次研究得到的速度结构图上,张家口——蓬莱断裂带是上地幔速度结构的变化带,也是岩石圈减薄的边界带,区内大部分的历史强震都发生在这条构造边界带上,本文认为此断裂带两侧不均匀的软流圈活动所引起的热应力可能是导致大地震频发的重要原因,说明该带上强震的发生不仅受到地壳结构不均匀性的影响,还与上地幔速度结构的变化相关。与基于射线理论的走时地震层析成像方法相比,有限频率层析成像方法对地震波形数据的质量要求更高,反演结果受数据采样的影响较大。在采样密度和分辨率都较好的区域,两种方法得到的结果大体一致,但有限频率层析成像方法比射线层析成像方法所揭示的速度结构异常更零碎。

关键词：首都圈地区灵敏度核远震波形上地幔速度结构有限频率层析成像分辨率检测

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有限频层析成像概述

内蒙古石油化工 2015年第9期41卷 35-36页

作者：朱兵兵中国海洋大学山东青岛266100

层析成像是地球物理学发展的一个重要环节,是研究地球内部结构的重要方法。近年来,在对地质构造复杂的地区进行研究时,普通的层析成像方法分辨率已经不能满足需要,因此人们提出了有限频层析成像理论。本文介绍了近年来有限频层析理论的... 详细信息

层析成像是地球物理学发展的一个重要环节,是研究地球内部结构的重要方法。近年来,在对地质构造复杂的地区进行研究时,普通的层析成像方法分辨率已经不能满足需要,因此人们提出了有限频层析成像理论。本文介绍了近年来有限频层析理论的发展概况,详细的介绍了有限频层析成像的方法原理,对有限频灵敏度核函数的求取做了详细的推导。

关键词：有限频灵敏度核层析成像