相关背景噪声下ETDE算法研究

相关背景噪声下的时延估计问题是现阶段的一个研究热点。在时延估计的众多算法中,属于“约束”类算法的ETDE(Exp licit T im e D elay E stim ation)算法具有适用性广、可靠性高、计算量小和实时性好等优点。文中首次将ETDE算法扩展到相关背景噪声领域。从理论上分析了在相关背景噪声下ETDE算法的估计效果,得出了时延估计的期望表达式。指出在此种情况下,ETDE算法得到的是时延的有偏估计,其偏差量与时延真值、信噪比以及背景噪声间互相关函数值的大小有关。通过计算机仿真验证了理论结果。

ETDE算法在相关背景噪声下应用研究

相关背景噪声下的时延估计问题是现阶段的一个研究热点。在时延估计的众多算法中,属于“约束”类算法,ETDE(explicit tim e delay estimation)算法具有适用性广、可靠性高、计算量小和实时性好等优点。文中首次将ETDE算法扩展到相关背景噪声领域。首先从理论上分析了在相关背景噪声下ETDE算法的估计效果,得出了时延估计的期望表达式。指出在此种情况下,ETDE算法得到的是时延的有偏估计,且偏差量与时延真值、信噪比以及背景噪声间互相关函数值的大小有关。最后通过计算机仿真验证了理论结果。

利用地震背景噪声自相关探测四川理县西山村滑坡结构

地震背景噪声自相关法不需要人工震源或天然地震即可获得地下速度界面的反射响应,广泛应用于不同尺度的结构探测中.然而,由于多数土质滑坡体的厚度介于数米至百米之间且结构复杂,尽管其风化层和底部基岩界面上下的物性存在显著不同,地震背景噪声自相关方法在探测滑坡体结构的应用研究并不常见.为此,我们以四川理县西山村滑坡为例,尝试利用水平分量地震背景噪声自相关方法探测该滑坡体结构.首先,我们将连续噪声数据截取为长3600 s的时窗,再对每段数据进行时域归一化和谱白化,接着计算自相关函数并带通滤波到1~15 Hz,最终提取了台站下方滑坡体与基岩分界面的一次及多次反射S波响应.结果表明,西山村滑坡上22个台站的E分量自相关函数提取到的界面反射S波双程走时介于0.14~0.25 s,获得的滑坡体厚度为57~102 m.因为西山村滑坡体较薄,P波在自由地表和地下界面之间的双程走时小于0.1 s,导致P波反射响应无法从自相关函数的本征值中分辨出来.本研究对西山村滑坡部分台站的沉积层厚度进行了补充,结果表明西山村滑坡第四系沉积物呈北厚南薄的特征,且综合电法剖面与接收函数结果,滑坡内部100 m深度范围内有大面积低电阻率特征、高泊松比的含水层,抗滑能力差,若有降雨与地震的影响,北部的碎石堆积物容易脱落,对南部村落聚集地造成较大损失.

地震背景噪声互相关函数的面波理论表达形式

基于弹性动力学面波激发公式推导出地震背景噪声互相关函数(简称为NCF)的理论表达形式.证明了NCF等价于面波的震源激发公式,其中一个台站为等价震源的位置,另一个台站为接收点.本文提出的最重要的概念是等价震源相位,它直接影响群速度与相速度的测量误差.在噪声源均匀分布的条件下,等价震源相位等于-π/4.一般情况下,等价震源相位与噪声源分布有关,而不是简单的常数.在大信噪比的条件下,等价震源相位的最大可能取值等于信噪比的倒数.本文详细讨论了利用三台法测量相速度的可能性,并且给出了估算等价震源相位以及相速度测量误差的公式.

基于背景噪声互相关函数的地震观测密集台阵时钟偏差分析方法

利用地震观测台阵中相邻台站间背景噪声互相关函数随时间的偏移的特性,考虑参考互相关函数、噪声源变化、反演方法和数据误差的影响,给出基于背景噪声互相关函数的密集台阵时钟偏差分析及其误差评价方法。对盐源短周期地震观测密集台阵的单台时钟偏差分析结果表明,基于背景噪声互相关函数的时钟偏差分析方法可以给出连续的单台时钟偏差,并能够筛选出有明显时钟偏差的台站及偏差出现的时段。该台阵的209个台站中,有17个台站在观测期内出现大于1 s的时钟偏差,可能与仪器数据采集装置的硬件或软件故障有关。

四川盐源盆地短周期密集台阵背景噪声分布特征分析

短周期密集台阵的高频背景噪声互相关函数(NCF)是探查地球浅层精细结构的重要数据.然而高频背景噪声成分复杂且容易分布不均,分析其对NCF信号提取的影响,有助于获取可靠成像结果.本文基于布设于川滇地区盐源盆地的209个短周期台站组成的盐源台阵,利用密集台阵的噪声水平评估以及基于NCF的相干噪声分析两种方法,分析了其记录到的噪声波场特征及其对NCF的影响.结果表明,盐源台阵的整体噪声水平呈现北低南高的不均匀分布,高频噪声水平的强弱受控于当地的人类活动,亦受到浅部松散沉积层的影响.台阵垂直分量NCF中主要信号为基阶Rayleigh波,且产生该信号的相干噪声源的优势方位在不同频带具有较大区别:0.3~0.5Hz的噪声源强度较强且随时间变化较为稳定,主要能量来自台阵的南侧;0.5~1Hz的相干噪声源强度较低,有两个优势方向,其中较强的一个来自于台阵南侧,可能与0.3~0.5 Hz的噪声同源,较弱的一个来自于台阵北偏东方向;1~1.5Hz的背景噪声有四个较弱的优势方向,在台阵的不同区域有不同的优势方向,可能受到不同的局部噪声源的控制.垂向NCF中Rayleigh波的信噪比主要受控于波场的复杂程度,台阵南部受人文活动及沉积层影响,噪声水平较高,且由于盆山边缘复杂的反射、散射作用,其NCF波形复杂,信噪比偏低.受高频噪声源分布不均与及复杂地质结构的共同影响,盐源台阵的高频NCF中的信号复杂,后续对面波频散特征的提取应充分考虑噪声源对NCF的影响以获取可靠结果.

利用地震背景噪声提取西山村滑坡高频面波信号

滑坡体三维速度结构为滑坡治理、灾害防治、风险防范以及理解滑坡的动力学过程提供了关键信息,而高频面波成像是研究浅层速度结构的重要手段.本文详细介绍了利用2016年12月1日在四川理县西山村滑坡上布设的38个仪器记录的三分量连续地震噪声数据,提取1~5 Hz的基阶Love波和Rayleigh波经验格林函数,分析了不同参数和处理方法对背景噪声互相关计算结果的影响.结果表明,1天左右的连续波形记录裁剪至1200 s的时间长度,进行互相关叠加就可以得到较为稳定的经验格林函数.西山村滑坡体上Love波和Rayleigh波的群速度分别为约400 m·s^-1和700 m·s^-1,并且Love波信噪比高于Rayleigh波.此外,我们还利用聚束分析方法对噪声源的位置进行了分析,发现1~5 Hz的背景噪声主要来自滑坡东南侧附近杂谷脑河水的搬运作用.这些高频面波数据和噪声源位置为获取滑坡浅层三维速度结构提供了重要输入,同时也为研究滑坡体速度结构随时间的变化提供了基础.

基于云计算的九分量噪声互相关函数计算及其在China Array密集台阵数据的应用

提出一种基于云计算的九分量噪声互相关函数的计算方法,可以利用弹性的云计算服务,实现海量噪声互相关函数计算的分解和加速。本文将此技术应用于"中国地震科学台阵探测——南北地震带北段"674个宽频带台站2014~2015年的三分量连续记录,获取了所有台站间的九分量噪声互相关函数。总体计算共完成了约22万条台站对路径上近14.9亿条单天互相关函数的计算,整体平均耗时约为10.2h,完成等量计算,传统计算模式需要耗时近6个月,基于云计算的NCF计算技术实现了近400倍的加速,并可以弹性地扩充。分析了所得九分量噪声互相关函数中瑞利面波的ZH振幅比,并与天然地震中瑞利面波的振幅比进行了比较,验证了计算结果的可靠性。基于云计算的噪声互相关函数计算方法,为利用现代计算技术处理海量数据提供了重要参考。

广东及其邻域噪声面波层析成像

通过收集广东及其邻域104个固定地震台站近10个月的垂直分量连续波形数据资料,使用地震背景噪声互相关格林函数方法,获得了大部分台站对的背景噪声互相关曲线.基于这些对称叠加的互相关曲线,利用时频分析方法,进一步提取了该地区周期为5—40s的基阶瑞雷波群速度频散曲线.其噪声来源分析结果显示:广东及其邻域的噪声场来源有很强的方向性,短周期(5—10s)噪声主要来自东南方向,范围基本与海岸线分布一致,可能是由于近海水陆相互作用产生的;较长周期(15—30s)噪声主要来自三大洋的方位.以这些提取的噪声面波资料为基础,采用噪声面波层析成像方法反演得到了该地区周期为5—28s的瑞雷波群速度层析成像图,从该图可以看出,广东及其邻域地下结构的横向变化总体较小,沉积层厚度较薄,地壳中可能普遍存在一个低速层;从研究区历史地震的分布及其表层地质构造的发育特征来看,地震主要分布在高、低速过渡带附近,表明面波群速度与地震之间具有较强的耦合关系;从群速度的低速异常特征来看,广东及其邻域普遍分布的温泉和高地热主要受深部构造的控制和影响.

基于背景噪声互相关技术的雅浦俯冲带海底地震仪时间校正

由于电磁波无法在水中传播,导致海底地震仪(OBS)与全球定位系统(GPS)无法进行实时对钟,因此会产生一定的时钟漂移.而受船时、海况等影响,被动源OBS在回收后往往电量亏损,致使设备回收时并没有完成对钟,无法直接利用对钟前后的时钟漂移量进行线性校正.本文选取中国科学院海洋研究所2016-2017年间在雅浦俯冲带进行的长周期被动源OBS实验所获得的数据,利用背景噪声互相关方法对OBS进行了时间校正.结果发现,各OBS在经过一年左右时间的布放后,时钟漂移量在1~3 s之间,且基本呈线性趋势,将该结果平均分配到每天从而完成线性校正.另外,探讨了时钟的非线性漂移、误差源、参考台站的选取等因素对时钟准确度的影响,为OBS的数据处理进行了有益的探索.

地震背景噪声互相关的尾波互相关(C;)研究进展

背景噪声地震学是近些年地震学研究的热点领域,其理论基础是背景噪声的互相关(C^(3))与台站间经验格林函数的等价关系.进一步的研究发现,从噪声互相关尾波的互相关(C^(3))中也可以提取经验格林函数.本文系统地综述了目前国内外在背景噪声C^(3)方面的研究进展.首先介绍了C^(3)计算方法的研究进展和对互相关波形对称性改善的特性.之后重点评述了C^(3)方法在地下结构成像和介质时变监测方面的进展:C^(3)方法可以得到不同观测时间的台站对间的面波频散信息,充分利用了不同期次的观测台阵的数据;C^(3)方法得到的地下波速时变监测结果与C^(3)方法基本一致,将C^(3)和C^(3)结合,有助于提升地下结构成像和监测结果的分辨率和可靠性.最后展望了背景噪声C^(3)方法的研究前景.

2013年芦山地震震源区地壳介质地震波速变化的特征分析

为探究芦山M7.0级地震后5年多来,震源区龙门山断裂带西南段介质波速的变化规律,本文基于2012年4月至2018年4月共6年的连续波形数据,运用移动窗互谱与频域偏振等分析方法,结合背景噪声源的特性,对不同深度范围内的相对波速变化以及震后的恢复过程与机制进行了研究.获得的主要认识包括:(1)年尺度而言,震源区周期为1~20s的背景噪声场相对稳定,但成分复杂、2~10s频带内至少存在2个能量相对稳定的噪声源;不同周期噪声的能量,在月变与季节性上的变化特征差异明显.(2)获得了长时间尺度、不同频带内介质相对波速的背景变化水平,1~2s、2~4s的波动幅度(约为±0.04%)与季节性变化规律强于4~10s、10~20s的,结合与降雨量相关的地下水位模型能很好地解释其变化规律.(3)震源区的同震波速降低现象清晰,降幅约为0.08%~0.1%;空间上,波速下降最为显著的区域主要集中在龙门山断裂带两侧约70km范围内,其中四川盆地一侧平均约为0.1%,略高于青藏高原(0.08%)一侧;在断裂带内的降速不显著.对不同子频带进行测量的结果显示,震后除10~20s外,其余3个子频带的相对波速在震后较短时间内(约20天左右)均出现较大幅度的波速降低现象,其中4~10s的平均降速最大(约为0.08%),分析认为主震及大量余震的松弛效应是引起介质波速下降的主要原因.(4)震后大约1年左右,波速变化基本恢复到震前水平,且至2018年4月前未观察到大幅的波速变化现象,总体上各频带内的结果均沿零线小幅波动.

主动源和被动源面波浅勘方法综述

面波勘探在浅层勘探中获得了广泛应用.随着地震干涉理论和被动源噪声互相关技术的发展,发现传统的基于微动技术的空间自相关技术(SPAC)方法和背景噪声互相关函数(NCF)的物理本质是一致的,因此,将地震干涉理论用于被动源面波勘探中的技术和方法越来越受到关注.本文基于地震干涉理论和应用的发展,对面波勘探的原理进行了简要介绍,阐述了主动源方法中稳态法、瞬态法等各种常规方法.并根据最新的研究进展,对被动源SPAC和NCF方法在浅层勘探中的应用进行了评述,分析了各种勘探方法的原理和特点,叙述了主动源与被动源SPAC方法及NCF方法三者联合勘探的新思路,有望将传统的面波勘探技术拓展到浅层三维速度结构的精细探测.叙述了面波反演过程中多模式问题的一些重要概念和处理方法,最后讨论了面波方法的发展趋势和几个值得关注的研究方向.