中国大陆背景噪声面波衰减成像研究

With the proposal and development of the ambient noise theory, the study on the surface wave velocity structure by using ambient noise brings revolutionary impact on the related study fields in seismology. However, due to a series of difficulties in theories and technique, rare studies are performed to detect attenuation structure using amplitudes extracted from ambient noise. Seismic attenuation is a necessary parameter in studying focal characteristic and predicting strong ground motions, and it is also can provide important information to infer fluid distribution under the ground and understand heterogeneous distribution of seismic wave velocities for us. To eliminate the influence of ambient noise sources, we will refer the double-station method in surface wave tomography to extract amplitude ratios of the surface wave of ambient noise. And we will explore the methods and technique to extract surface wave amplitudes of Empirical Green Functions of cross correlation of the ambient noise based on a complete theoretical system in this project for the first time. After that, we will invert 1-D surface wave attenuation coefficients. On this basis, we will perform 2-D attenuation tomography using simulated ambient noise. As a result, we plan to form a complete data processing and calculation programs systematically. Finally, we will also apply this method in China Mainland, and invert the surface wave attenuation model based on the real ambient noise.

随着地震背景噪声理论的提出与发展，利用背景噪声进行面波速度结构的研究给地震学相关领域带来了革命性的影响。然而，由于消除背景噪声源各向异性和方向性的影响存在理论和一系列技术上的困难，目前利用噪声面波中的振幅信息开展衰减结构的研究很少。鉴于地震波衰减是研究震源特性和预测强地面运动必不可缺少的参数，也可为推断地下流体分布和理解地震波速度横向不均匀分布提供重要信息，本项目拟首次基于完整的理论体系和模拟噪声数据，探索提取背景噪声面波的互相关方法和技术，并借鉴面波成像中的双台法提取噪声面波振幅比，有效消除背景噪声源的影响，反演一维噪声面波衰减系数。在此基础上，再进行二维衰减结构的层析成像。最终形成系统的背景噪声面波衰减结构成像的数据处理和计算程序，并将该方法和系统应用于中国大陆地区，基于真实的背景噪声数据，反演得到中国大陆背景噪声面波衰减图像。

近年来，噪声面波成像技术得到了飞速发展，摆脱了地震面波成像对地震定位和震源机制的影响，并不受地震发生无规律的限制。噪声面波成像已广泛应用于速度结构反演。由于背景噪声源的强度和分布随时间、位置和方向变化的复杂性，从背景噪声互相关中提取振幅进而进行衰减结构的研究要远远落后于速度结构的研究。鉴于地震波衰减是研究震源特性和预测强地面运动必不可缺少的参数，也可为推断地下流体分布和理解地震波速度横向不均匀分布提供重要信息，本项目拟首次基于完整的理论体系和模拟噪声数据，探索提取背景噪声面波的互相关方法和技术，并借鉴面波成像中的双台法提取噪声面波振幅比，有效消除背景噪声源的影响，进行二维衰减结构的层析成像。.本项目使用数值模拟的方法基于各向异性的噪声源分布和不均匀的衰减结构模型构建了背景噪声场，基于在数值模拟的背景噪声场，提取噪声面波经验格林函数，再通过相匹配滤波的方法成功提取面波振幅，进而计算了各台站对的振幅比，反演得到了一维噪声面波衰减，并验证了从背景噪声场中提取衰减的可靠性，进而总结出一整套从背景噪声中提取面波振幅的步骤流程。项目首先构建了10 s和20 s周期的中国大陆高分辨率地震面波衰减模型，得到了目前公开发表的中国大陆最高分辨率的衰减模型。项目还开展了中国大陆噪声面波衰减成像研究，首次获得了中国大陆噪声衰减模型。通过中国大陆地震面波和噪声面波的衰减图像的对比分析，对噪声面波衰减模型进行验证，并讨论了噪声面波衰减模型的分辨率和可靠性。本项目开展了噪声面波衰减成像方法的创新性研究，成功从背景噪声场中提取了瑞利面波的衰减，并进一步开展噪声面波衰减成像研究，解决了以往只能借助地震事件才能进行成像的难题，在无震少震区也可以开展衰减结构成像。此外，本项目还开发了高分辨的衰减结构模型，对地震震源机制求解、强地面运动模型、地震危险性预测提供了重要支撑。.