华北台阵基于地震面波和背景噪声的瑞雷波群速度层析成像研究

近年来，噪声层析成像越来越广泛地应用于地球浅部结构的研究中，构成对天然地震面波层析成像的有益补充，但噪声成像依据的基本假设是噪声源在空间上均匀分布并具有相同的频率成分，然而在实际资料中一般难以得到正负分支高度对称的噪声相关函数。因此，若以天然地震方法为指导，开展与噪声方法的对比研究，则能得到台站间更为可靠的面波频散。另外，由于射线分布不均，采用规则、统一的网格参数化反演方法必然导致路径分布密集地区分辨率降低，并在路径覆盖稀疏地区产生假象，因此需要发展一种根据射线分布自动调节网格大小的、自适应的反演方法。我们拟以华北地震科学台阵190套宽频带台站记录的近两年半的观测数据为基础，进行天然地震面波和噪声相关函数的瑞雷波群速度频散测定, 并利用自适应的网格化反演方法开展天然地震面波和背景噪声层析成像的对比研究，获取华北地区8-60s的瑞雷波群速度分布，进而刻画研究区精细的地壳上地幔S波速度结构。

收集了华北台阵187个宽频带台站2006年10月-2008年12月记录的垂向资料，进行了天然地震面波和噪声相关函数的瑞雷波群速度和相速度频散曲线的测定，分别采用规则、统一的网格化反演方法和自适应网格化方法进行反演，开展了天然地震面波成像和背景噪声成像的对比研究，获取了华北东北部地区5~60 s的相速度和8~60s的群速度分布图以及3D壳幔剪切波速度结构。结果表明，反演得到的相同周期（天然地震方法与噪声方法共有频段15~30 s）的2D频散分布图上，天然地震方法与噪声方法得到的高速、低速的分布特征大致相同，但在局部地区略有差异（<3%）。主要缘于重叠频段内（15~30 s），相同台站路径上由天然地震方法和噪声方法得到的瑞雷波相/群速度不一致。天然地震方法得到的相/群速度普遍要比噪声方法得到的偏高。利用中国东北地区159个固定台和27个流动台的观测资料，开展了噪声成像，获得了中国东北地区8~30 s的相/群速度分布图，再结合该区已有的天然地震长周期瑞雷波（36~145 s）的群速度频散资料，进行了相速度和群速度的联合反演，得到了200 km以浅深度范围内的3D壳幔剪切波速度结构及岩石圈厚度分布图。松辽盆地下方岩石圈地幔表现为显著的高速，岩石圈厚度约为90~100 km，薄的岩石圈盖层可能暗示，跟华北东部块体类似，东北地区的岩石圈可能也发生了减薄。利用蒙古国中南部地区60个流动地震台2011年8月-2013年7月间的观测资料，开展了噪声层析成像研究，获得了该地区6~30 s的瑞雷波相速度分布图。蒙古中南部地区的地壳上地幔结构存在并不显著的横向非均匀性（相对变化~±2%）。