华北地区勒夫波噪声层析成像研究

利用华北地震科学台阵200个流动地震台站、14个月的连续波形数据,通过互相关方法提取了勒夫波的经验格林函数,使用多重滤波方法测量了5229条勒夫波的群速度频散曲线,采用噪声层析成像方法得到了研究区域4～30s的勒夫波群速度分布图像,横向分辨率在多数区域可以达到0.25°×0.25°.层析成像结果显示,短周期的群速度分布特征与地表地质和构造特征基本一致,华北盆地和山西断陷带内的盆地呈现低速异常,燕山隆起和太行山隆起表现为高速异常;中周期的群速度分布图揭示了华北盆地内部隆起和坳陷的空间分布范围及沉积层的厚度差异.勒夫波频散曲线具有明显的分区特征,太行山隆起、燕山隆起和鄂尔多斯块体东北缘的频散曲线形态基本一致,和其它典型克拉通相似;张渤地震带和山西裂谷盆地的频散曲线基本一致,接近于埃塞俄比亚裂谷.中西部块体的平均频散曲线和其它典型克拉通相似,而东部块体的频散曲线和中西部块体存在较大差异,且低于其它典型克拉通,表明东部块体的地壳受到了强烈的破坏和改造,而中西部块体受改造的程度较低,仍具有稳定克拉通的物理性质.太行山重力梯度带的东西两侧在地形地貌、速度结构、频散特征、地壳厚度、岩石圈厚度以及地幔过渡带厚度均存在显著差异,是划分华北克拉通破坏空间范围的一条重要界线,推测华北克拉通的破坏范围主要在太行山重力梯度带以东.

鄂尔多斯及周边区域噪声层析成像研究

基于中国地震科学探测台阵在鄂尔多斯及周边地区布设的461个地震台为期2年的地震观测资料,采用背景噪声层析成像方法,研究获得了鄂尔多斯及周边地区5-46 s周期、分辨率高达0.3°×0.3°的瑞雷面波相速度分布图像。与基于程函方程的地震面波成像结果对比看出,噪声层析成像在较短周期具有明显的优势(5-16 s),可以获得更高分辨率的成像结果。短周期(5-10 s)的相速度分布揭示,河套盆地、太原盆地和运城盆地等均表现为显著的低速异常,表明这些盆地的新生代沉积较厚,临汾盆地为弱低速异常,推测其沉积层相对较薄;鄂尔多斯地块内部浅层速度较低,与该地区中生代具有较厚的沉积相一致;大同火山区为高速异常,可能是由该地区分布的新生代玄武岩引起的。鄂尔多斯内部中上地壳存在明显的北东向高速异常带,推测很可能与鄂尔多斯地块的基底拼合有关。中长周期(20-44 s)的相速度成像结果显示,鄂尔多斯地块表现为明显的高速异常,该异常在灵石隆起和临汾盆地一带可向东延伸至太行山造山带,推测这一地区在华北克拉通破坏过程中属于破坏较轻的地区,保留了部分高速的岩石圈根。大同火山区及河套盆地地区具有明显的低速异常,随着周期的增加低速异常逐渐集中分布在大同火山区附近,推测河套盆地深部热作用可能源自其东部大同火山区附近的深部地幔。

青藏高原东北缘噪声层析成像研究

利用青海、甘肃和宁夏3个区域地震台网两年的波形数据,通过地动噪声层析成像方法给出了青藏高原东北缘8—40 s的瑞雷面波二维群速度结构和三维地壳上地幔顶部的剪切波速度结构。研究结果显示,相比传统的面波层析成像方法,噪声层析成像给出的短周期面波信息能够较好地约束地壳和上地幔顶部结构。8 s和10 s周期的群速度图像与沉积层和基底结晶深度有关,具体而言:祁连山和西秦岭造山带表现为高速体特征,柴达木盆地、河西走廊和鄂尔多斯西缘表现为低速特征;周期为15 s和20 s的瑞雷面波群速度图像反映的是中地壳结构,15 s周期群速度图像上造山带下方高速体向北和向东方向扩展,20 s周期群速度图像呈现大范围低速体,推测为中下地壳低速层影响所致;30 s和40 s周期的群速度图像反映的是莫霍面深度附近的速度结构,具体表现为青藏高原大范围的低速体,向北和向东逐渐表现为高速体,说明青藏高原的莫霍面深度较深,且向北和向东逐渐减薄。另外,三维剪切波速度结构显示祁连地块和甘孜地块中地壳存在大范围低速层,且由柴达木盆地东侧深部的低速层连接,该低速层可能是青藏高原物质北移的一个通道。

利用背景噪声层析成像方法反演新疆天山及邻区S波速度结构

利用新疆地震台网52个固定台站和天山地区新布设的11个流动台为期1年的观测数据,采用背景噪声层析成像方法获得了天山及邻区(41°~48°N,79°~91°E)10~50s的瑞利面波相速度分布图像,使用基于贝叶斯的马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法反演得到研究区地壳上地幔S波速度结构。研究结果表明,准噶尔盆地沉积盖层南深北浅,最厚处可达15km。在天山造山带北部和南部的盆山交界附近,地壳内部存在明显的向造山带方向倾斜的低速区,结合前人相关研究结果,推测塔里木盆地和准噶尔盆地向天山造山带的俯冲主要发生在中国境内天山造山带中部,东西部只存在较弱的单向俯冲。天山造山带下地壳存在明显的低速异常,反映出介质具有较低的力学强度,在挤压环境下更容易发生变形和隆升,下地壳低速异常可能与存在古板块缝合带、天山南北两侧的大陆块体双向俯冲以及挤压变形等密切相关。

亚洲东部及边缘海地区背景噪声层析成像

本文在亚洲东部地区进行了背景噪声层析成像的研究。研究区域包括中国东部沿海各省、朝鲜半岛、日本、台湾岛以及边缘海域。研究中收集了573个宽带台站的12个月的瑞利格林函数,从中提取了群速度和相速度频散曲线,编制了10～70s范围内的速度分布图,并通过反演获得了地壳和上地幔的三维剪切波速度模型。基于三维剪切波速度模型确定了研究区范围内的莫霍面深度和岩石层厚度。速度分布图显示在上地幔中存在三个明显的低速带,其中两个位于太平洋板块和菲律宾海板块俯冲带的增生楔内,另一个位于长白山和朝鲜半岛一带之下,上地幔岩石层在这些地区显著变薄。整个研究区域内的速度异常、地壳和岩石层厚度异常分布多呈NNE-SSW方向分布,在剖面图中岩石层显示出"香肠"状薄厚不一的形态。地壳和岩石层厚度均呈现出由NW向SE逐渐减薄的趋势,与中国东南部的多期次岩浆岩的分布相吻合。分析认为古太平洋板块俯冲以及伴随的多期次回撤是控制中国东部地壳伸展和岩石层减薄的主要动力因素。

噪声层析成像技术在豫西三门峡地区隐伏断裂探测中的应用

三门峡市位于豫陕晋三省交汇处,该地区发育有多条大型隐伏断裂.为进一步揭示三门峡地区隐伏断裂的分布特征及复杂的沉积环境,本文选取2018年10月—2019年8月期间,三门峡地区及邻区内47个固定台站和30个宽频带流动台记录的连续波形资料,采用波形互相关和叠加运算获得台站间格林函数,并用小波变换频时分析技术提取了2307条双台间基阶瑞雷波相速度频散曲线,最后采用噪声层析成像方法获得了研究区4~40 s的瑞雷波相速度分布图像.结果表明,4~10 s周期相速度分布受地表造特征影响较大,沉积盖层、盆地表现为相对低速,结晶基底呈现出相对高速;区内断层多位于高低速异常转换区,对速度异常分布具有一定的控制作用;区内MS4级以上的地震主要发生于黄河以北,且主要分布在高低速度转换区及其邻近区域.

东北地区背景噪声的Rayleigh和Love波相速度层析成像

本文利用中国数字地震台网位于东北地区的122个宽频地震台站的18个月记录的三分量连续地震噪声数据,采用互相关方法提取了Rayleigh和Love波经验格林函数,并利用时频自动分析技术获取了相应的相速度频散曲线.通过反演频散曲线,获得了Rayleigh和Love波周期为8-35s的二维相速度分布.结果表明,东北地区相速度的分布存在横向和垂向的不均匀性.短周期的相速度分布同地表地质构造密切相关,松辽盆地及山间沉积盆地呈现低速异常,而大兴安岭、小兴安岭及东部的一些山岭显示高速异常.随着周期的增加,位于中间的松辽盆地变为高低速相间,两侧的造山带呈现低速异常.这种异常的转变,可能是受构造活动或者莫霍面深度的影响.另外,在周期为20-35s频段内,Rayleigh和Love波同一周期的相速度在松辽盆地和位于吉林地区的郯庐断裂带表现不一致,表明可能存在径向各向异性.

基于背景噪声的滇西地区瑞利面波相速度成像

利用中国地震科学台阵第一期(2011年1月-2014年6月)在青藏高原东南缘布设的流动地震台阵中的190个流动站和云南省区域台网的35个宽频带固定台所记录到的两年半的连续地震记录,运用噪声成像方法反演得到滇西(21.0°N~29.5°N,97.0°E~103.5°E)的相速度分布图像.反演结果揭示研究区地壳及上地幔速度结构存在明显横向不均匀性.短周期6~12 s的相速度分布图像反映上地壳的速度结构与地表地质构造单元存在较大的相关性.腾冲火山区及其南侧的低速异常与该地区上地壳存在的岩浆囊或部分熔融体有关,且在深度上的形态不一.在程海断裂和普渡河断裂之间存在高速异常,这与体波走时反演得到攀西呈现大面积高速异常的结果较为一致,可能与该地区的玄武岩隆起有关.14~25 s周期的相速度图像显示在川滇菱形块体内部及腾冲火山区呈现低速异常,暗示了该区下地壳流的存在.由14~40 s图像对比发现,受地壳厚度差异的影响,南部地区高速异常逐渐增大.此外,腾冲火山区的低速异常从地表一直延伸至上地幔,但似乎并不与川滇菱形块体内部的低速异常相连,这可能是地幔热流的通道.腾冲断裂和龙陵断裂的交会区域似乎为高低速异常的分界处,该区下方可能就是1976年两次7级以上地震的震源区.

华北克拉通中部地区背景噪声成像

利用华北地区的流动与固定地震观测台阵在2007年1月～12月期间的垂直分量记录,采用背景噪声层析成像方法获得了华北克拉通中部地区6～40 s的相速度和群速度分布图像.成像结果显示研究区地壳以及上地幔的速度结构存在很大的横向不均匀性.8～16 s的相速度以及8～20 s的群速度分布图像清晰地勾绘出华北地区盆地和隆起之间的边界.华北盆地以及山西断陷带呈明显的低速异常,表明相应区域存在较厚的沉积层并且在中、上地壳内存在低速带;而太行山隆起以及鄂尔多斯高原则呈现高速异常.相速度16～25 s以及群速度20～30 s的图像显示华北盆地由低速异常变为高速异常,表明华北盆地的地壳较薄.长周期(30～35 s)相速度图像表明华北盆地的上地幔顶部存在低速异常.华北盆地较薄的地壳和低速异常(明显低于全球平均水平),可能与该地区岩石圈减薄,软流圈物质上涌有关.8～35 s的群速度和相速度图像都显示,大同火山区是一个低速异常区,可能是由目前仍在活动的岩浆的加热而引起地壳升温造成的.

南海地区地震背景噪声成像与壳幔深部结构

利用南海地区28个陆地地震台站和2个布设于太平岛和东沙岛的新增海岛地震台站2011-2016年间的连续地震背景噪声波形数据,使用互相关方法计算得到了台站间的互相关函数,并提取出Rayleigh面波群速度和相速度频散曲线.采用快速行进和子空间方法反演获得了南海及周边地区12~40s周期的Rayleigh面波群速度和相速度图像,并联合反演得到了研究区深至60km的三维S波速度结构.考虑到南海数千米厚海水层对于面波频散反演的严重影响,本文在反演模型中加入了水层,显著提高了反演结果的可靠性.成像结果表明:南海及周边地区地壳上地幔顶部S波速度结构存在显著的横向不均匀性,并与这一区域的主要构造单元具有较好的空间对应关系.在5~10km深度,莺歌海-宋红盆地区的低速异常特征可能与盆地较厚的沉积层有关.在5~15km深度,海域高速异常区与海盆空间位置具有高度一致性,推测与海盆区地壳厚度相对陆缘区明显偏薄有关.当深度从20km增加至30km,海盆区的高速特征扩展至了陆缘地区,反映了地壳厚度从海盆至陆缘逐渐增厚的趋势,与OBS(海底地震仪)深地震剖面给出的地壳精细结构结果一致.至35~60km深度,海盆的高速异常特征依然明显,且速度值随深度增加整体呈现上升的趋势,推测南海海盆区的岩石圈厚度应该大于60km.

利用背景噪声成像研究合肥-金华剖面地壳速度结构及径向各向异性的东西差异

背景噪声成像能够为地壳内部结构提供地震波速的观测证据,能够增进对地壳结构与物性的认识.本文利用背景噪声成像方法对合肥—金华流动地震台阵55个台站数据进行了分析反演,获得了华北克拉通与华南块体东部构造边界附近区域的地壳S波速度与径向各向异性结构.成像结果表明,以东经118°—118.5°附近为界,西北部表现为地壳低速异常和中下地壳正的径向各向异性,东南部表现为地壳高速异常,下部地壳存在负的径向各向异性.由此,本文推测地震波速结构差异反映了地壳内部物质与温度的差异,这种差异与两个地区自中生代晚期以来经历了截然不同的岩浆活动相关.

噪声地震学方法及其应用

基于背景噪声的地震方法发展迅速,已广泛应用于全球和区域地球内部结构研究、浅地表地质调查及油气田勘探开发.本文简要介绍了背景噪声的来源,回顾了噪声地震学的发展历程.给出了基于背景噪声的全波场和面波格林函数恢复的公式,较为详细综述了噪声源的分布和记录台站间距对格林函数恢复的影响.讨论了两台站互相关法和空间自相关法获取面波频散特性的区别与理论连接.对基于噪声的面波层析成像法、程函方程层析成像法、空间自相关法的原理进行了总结.介绍了噪声地震学方法在各领域特别是浅地表方面的应用现状.最后简要展望了噪声地震学的发展前景.

基于背景噪声研究华北克拉通中部Rayleigh波相速度和方位各向异性

基于中国地震科学台阵探测项目在华北中部布设的306个台站记录的波形数据,利用背景噪声层析成像方法开展了Rayleigh波相速度和方位各向异性研究.结果显示,短周期的相速度异常及其方位各向异性主要与地表构造相关,盆地表现为低速异常,造山带表现为高速异常,快波方向主要表现为NE-SW向,与断层走向以及构造单元走向一致.在中长周期,山西地堑南北段的相速度异常以及方位各向异性都表现出显著差异.北段表现为大范围的低速异常,而南段则转变为高速异常,北段显著的低速异常可能与第四纪大同火山群的岩浆活动有关,其中心位置随深度的变化可能代表了地幔热物质在地壳内上涌的通道,相速度异常的南北差异可能代表着岩浆活动只在北段比较活跃.方位各向异性在北段较弱且主要表现为NE-SW向,南段的方位各向异性较强且逐渐向E-W向转变.中下地壳对应的面波快波方向与该区域最大压应力方向比较吻合,推测山西地堑的地壳方位各向异性主要受地壳应力场的影响,但北段还受到岩浆活动影响.与前人SKS分裂的结果对比发现,北段的地壳以及上地幔顶部的快波方向与地幔的快波方向不一致,考虑到该区域受岩浆活动影响,面波方位各向异性的来源比较复杂,其壳幔变形模式有待进一步研究.而中南段下地壳以及上地幔表现为稳定的高速异常,其面波快波方向逐渐转变为E-W向,与SKS分裂快波方向大致吻合,符合垂直连贯变形模式.

综合物探技术在桂西沉积型铝土矿勘查中的应用

桂西某沉积型铝土矿床成矿地质条件复杂、地形起伏较大、矿层厚薄不均匀等特点,传统的地面物探电法手段对铝土矿层的分辨率不高,勘查效果不理想。在综合分析测区地质条件、岩矿石物性等基础上,运用激电测井、井地激电测深和地震噪声成像等技术对铝土矿进行综合勘查。实践表明,激电测井提供的可靠岩矿层的电性参数,结合钻孔揭露的地层信息,可提高井地激电测深数据反演的针对性和深部分辨能力。同时,在复杂的地形条件下,地震噪声成像技术观测天然地震信号,野外施工方便,地震剖面成像清晰地呈现出水平带状低速层,而且低速层的位置与已知钻孔揭露的炭质层、铝土矿层基本对应。

华南块体西南缘地壳结构特征及其地质意义

新元古代早期以来,扬子和华夏块体开始碰撞拼合并形成了华南块体,之后又经历了多期复杂的构造-岩浆活动。华南块体地壳厚度和分层结构的研究,有助于进一步认识华南块体碰撞活动历史,对与之相关的中生代大规模成岩成矿作用有启发意义。本文基于华南西南缘162个宽频带固定台站记录的16个月垂直分量连续波形数据,利用背景噪声互相关技术提取经验格林函数,并开展了面波层析成像研究,获得了3~45 s的Rayleigh波相速度分布图和50 km以浅的地壳和上地幔顶部S波速度结构。不同深度的S波速度切片显示,扬子块体的地壳厚度整体大于华夏块体的地壳厚度,两者在20 km以深的中下地壳和上地幔顶部存在明显的速度差异,高、低速异常的分界大致位于郴州-临武断裂以西。跨郴州-临武断裂的3条S波速度剖面则进一步显示,以郴州-临武断裂为代表的上地壳逆冲断层和中下地壳北西西倾向的断裂均汇聚于中地壳低速的脆韧性过渡带,推测这些构造可能是扬子和华夏块体碰撞后形成的逆冲推覆构造,并在燕山期伸展背景下进一步活化为地壳或超壳尺度的拆离断层。结合已有地质、地球物理资料,推测郴州-临武断裂为扬子和华夏块体在华南西南缘的构造边界,且扬子和华夏块体碰撞拼贴时,后者的上、下地壳可能发生了解耦。

新疆地区地壳S波速度结构及径向各向异性研究

应用背景噪声层析成像方法对新疆地区地壳S波速度结构以及径向各向异性进行了研究。利用中国地震局数字地震台网和吉尔吉斯斯坦及哈萨克斯坦台网记录的2009年1月至9月的连续三分量背景噪声数据,对所有台站对之间进行互相关计算,通过时频分析和相位匹配技术得到了每个台站对8s到50s的群速度和相速度频散曲线,显示出明显的横向不均匀性,与研究区主要地质结构和构造单元具有良好的相关性。通过反演纯路径频散数据得到了地壳和上地幔顶部的S波速度结构和径向各向异性的结果;根据SH波和SV波速度结构差异得到研究区内的径向各向异性的分布特征;讨论了各向异性产生的机理。

长江中下游成矿带及邻区地壳剪切波速度结构和径向各向异性

收集了安徽、江西、浙江、江苏、湖北和河南6个省的区域地震台网138个宽频地震台站以及中国地质大学（北京）在长江中下游成矿带布设的19个流动宽频地震台站的三分量背景噪声数据,利用背景噪声面波层析成像方法,获得了长江中下游成矿带及其邻区地壳三维剪切波速度结构和径向各向异性特征.首先获得了5~38s周期的瑞利波和勒夫波相速度,结果显示短周期（〈16s）的瑞利波和勒夫波相速度与研究区内的主要地质构造单元具有良好的相关性,但在中长周期（20~30s）瑞利波相速度显示大别造山带东部为明显低速特征,而勒夫波相速度并未表现出异常特征.研究区域地壳三维有效剪切波速度和径向各向异性结果显示：苏北盆地和江汉盆地上地壳都表现为低速和正径向各向异性特征,华北克拉通东南部也表现为正径向各向异性,这可能与盆地浅部沉积层的水平层理结构相关.大别造山带中地壳显示为弱的正径向各向异性,同时其东部下地壳显示为低剪切波速度和强的正径向各向特征,可能是由于其在造山后发生了中下地壳的流变变形,引起各向异性矿物近水平排列所导致的.长江中下游成矿带内的鄂东南和安庆—贵池矿集区中地壳弱的负径向各向异性可能是由于深部岩浆向上渗透时所产生的有限应力导致结晶各向异性矿物的垂直排列所引起的.整个长江中下游成矿带下地壳都表现出正径向各向异性特征,可能是由于在伸展拉张的构造作用力下,下地壳矿物的晶格优势水平排列所引起的.

青藏高原东南缘瑞利波群速度分布特征及其构造意义探讨

青藏高原东南缘是研究印度—欧亚板块碰撞过程、块体间相互作用和壳幔变形机制的重要地区.本文利用川滇地区流动地震台阵和固定地震台网共557个台站的连续波形数据,基于改进的背景噪声处理流程和分析方法得到了6023条瑞利波群速度频散曲线,反演获得了6～48s的瑞利波群速度分布图像.结果显示在四川盆地内部短周期群速度分布较好地揭示了盆地内沉积层厚度的横向变化.在30～48s周期,四川盆地西部群速度存在南低、北高的特征,推测是南部中下地壳和上地幔温度较高引起的.温度的增高降低了地壳的力学强度,在青藏高原东向挤压作用下盆地西南部地壳更易发生变形,并导致脆性上地壳在新生代产生地壳缩短和褶皱、断裂等地质活动.攀枝花及其周边地区从地壳浅部至上地幔深度的高速异常体,可能与基性和超基性岩的侵入有关.该高速体具有较大的介质强度,在一定程度上阻碍了青藏高原物质东南向的运移,这可能是造成丽江—小金河断裂两侧巨大高程差异的重要因素.自24s开始,南盘江盆地表现为明显的高速异常,与华南块体西南部其他区域的深部结构存在明显差异.反演的S波速度结构揭示,自中上地壳至上地幔,南盘江盆地的速度一直高于北侧其他区域.结合此地区的地壳运动模式,推测介质S波速度较高、力学强度较大的南盘江盆地对青藏高原物质的东南向逃逸具有一定的阻挡作用.

青藏高原东缘及东北缘S波速度结构和径向各向异性

青藏东缘和东北缘是高原生长和扩张的前缘,研究其地下物质及变形特征有助于理解青藏高原生长机制.本文收集187个固定地震台站记录的长达7年的三分量连续波形数据,辅以189个流动台站3年的数据,开展噪声瑞利波和勒夫波群速度层析成像工作.基于8~40 s周期瑞利波和勒夫波群速度,通过线性反演方法得到地下50 km深度范围的三维SH和SV速度结构.我们定义径向各向异性ψ=2(v SH-v SV)/(v SH+v SV),以此来展示地下物质变形以水平方向(v SH>v SV)还是垂直方向(v SH<v SV)为主.径向各向异性显示青藏高原东缘和东北缘具有完全不同的变形机制.青藏东北缘以垂向变形为主,地壳流模型不太可能是该区域主要的变形机制.青藏东缘以水平变形为主,支持中下地壳流变模型.柴达木盆地和四川盆地下方径向各向异性差异显著,说明高原边缘稳定的地块在高原扩展中起到不同的作用.