利用密集台阵研究噪声源的分布、演化及其对噪声互相关函数的影响

Ambient noise cross correlation has been widely used in tomography and temporal velocity variation monitoring in recent years. However, the accuracy of tomography and precision of velocity change monitoring rely on the difference between the noise cross correlation function(NCF) and the true Green Function. The difference is mainly caused by non-uniform and none-random ambient noise source in the earth, compared to the theoretically required uniform and fully random distribution. Thus the study of ambient noise source is the key to understanding and evaluation of how well the NCF is converged into Green Function. In this project, more than two years continuous records for a dense large aperture seismic array with 400+ stations will be used to investigate the spatial distribution and temporal variation of ambient noise source in Yunnan Province and its adjacent region. Adopting the Frequency-Slowness analysis combined with three components NCF polarization analysis, the type of conherent signals in NCF will be determined. The location of specified noise source can be obtained by back-projection or slowness migration based on the cross spectrum analysis using seismic array records. Moreover, synthetic waveform of the NCF will be calculated and compared with NCF obtained to study how the noise source affect the signals in NCF. This project can provide a good opportunity to understand the distribution of ambient noise source and its possible excitation mechanisms, which is helpful to understand how the signals in NCFs are generated by specified source distribution and how these signals vary with the temporal variation of noise soure. The results obtained by this project will be a basis and key point for improving the accuracy of ambient noise tomography and temporal variation detection.

通过背景噪声研究地壳上地幔波速结构及其随时间的变化已在地震学中得到了广泛应用,但是研究的精度和可靠度依赖于噪声互相关函数NCF与真实格林函数的差异程度。这种差异主要取决于背景噪声源的真实时空分布特征,这些特征可以利用集中布设的密集宽频带台阵的长时间连续记录进行研究。本项目拟利用云南地区密集布设的400多个宽频带台站的连续记录，提取台站间NCF，并利用台阵技术对影响该地区的噪声源的特征进行研究。通过基于台阵的慢度分析和定位技术，获取噪声源的类型、空间分布和时间演化规律，并利用数值模拟对结果进行检验和拓展分析，以刻画噪声源对NCF中信号的影响。通过本项目的实施，可以加深对噪声源的认识，获得非均匀稳定分布的噪声源对NCF中信号的产生及变化的影响。其结果对于探讨背景噪声的产生机理、深入理解背景噪声互相关技术原理和提高基于背景噪声的结构成像和随时间变化监测研究的精度都具有重要意义。

利用背景噪声互相关提取台站之间的经验格林函数已成为地震学中常用的处理方法，噪声格林函数NCF和格林函数之间的差异性取决于噪声源的真实时空分布，对于噪声源的研究可以使我们深入的认识NCF中各类信号的来源和形成机制。本项目利用在云南地区布设的400多个宽频带台站的连续记录计算了台站间的NCF，利用台阵方式分析了NCF中各类信号的特征和成因，主要的研究结果有：1.通过基于NCF的背景能量流和台阵聚束分析方法，获取了该地区背景噪声能量的季节性变化。发现不同周期范围的噪声具有不同的来源，并同全球海洋活动相关。2.在NCF中发现了具有很高视速度（>25 km/s）的强信号，分析表明其为远场P波噪声源产生。我们利用台阵聚束方法，对远场的P波噪声源的位置和季节变化进行了分析。3.利用基于密集台阵的空间叠加方法，获取了传播至地球内核的深部震相以及在全球尺度上传播的主要体波震相。分析表明，这些震相主要同全球显著地震相关。4.实现了一种基于公有云的海量数据互相关计算方法，可以快速对海量数据的互相关进行计算，加速可达到200倍以上，且具有高扩展性。5.利用获取的NCF，利用基于密集台阵的成像方法，对该地区的面波速度结构和各向异性进行了研究。6.对云南地区噪声的方位非均匀性进行了分析，结果表明其非均匀性可能同一些局部持续的噪声源相关。这些噪声源可以在NCF中产生较强的信号。通过本项目的执行，我们利用云南地区的密集台阵之间的NCF获取了影响该地区NCF提取的噪声源的分布特征，初步获得了该地区NCF中各类信号的产生机制。其结果有利于加深噪声源分布与NCF中各类信号产生机制的认识，有助于对NCF波形的精细化研究。