地殼與上地幔探測的主要地震學(xué)方法課件

1、地震學(xué)的主要研究方法介紹一、接收函數(shù)方法接收函數(shù)是根據(jù)三分量地震數(shù)據(jù)計(jì)算得到的一個(gè)時(shí)間序列，它反映了近接收器下方地球介質(zhì)的響應(yīng)特性。接收函數(shù)波形是地震臺(tái)站下方介質(zhì)擾動(dòng)所導(dǎo)致的Ps轉(zhuǎn)換波的組合。對(duì)接收函數(shù)的振幅和到時(shí)進(jìn)行模擬，可以給出臺(tái)站下方介質(zhì)非常重要的約束信息。一般情況下，我們將地球介質(zhì)近似為水平層狀介質(zhì)，這種情況下，遠(yuǎn)震體波穿過地幔，以基本保持不變的水平相速度入射到接收臺(tái)站下方時(shí)，會(huì)在每個(gè)速度界面產(chǎn)生透射和強(qiáng)弱不等的轉(zhuǎn)換波震相以及地表與各速度界面之間的多次反射震相。遠(yuǎn)震在接收介質(zhì)中的傳播射線路徑示意圖及接收響應(yīng)接收函數(shù)中各個(gè)震相的振幅取決于入射P波的入射角及產(chǎn)生Ps轉(zhuǎn)換波及多次轉(zhuǎn)換波（Ps

2、Ps, PpSs, PpPs）的速度差異的強(qiáng)弱。轉(zhuǎn)換震相和多次震相的到時(shí)取決于如下的因素：速度界面的深度，速度界面與地表之間P波與S波的速度，P波入射角或射線參數(shù)。P波之后的后續(xù)震相的相對(duì)振幅及頻率成分取決于速度轉(zhuǎn)換帶的性質(zhì)，比如速度變化是平緩還是突變？接收函數(shù)提取Langston1979：震源等效化遠(yuǎn)震事件：如果三分量地震儀的脈沖響應(yīng)一致:接收函數(shù)數(shù)據(jù)處理流程：1、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換將seed格式的數(shù)據(jù)或Reftek格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為sac格式，需要在LINUX下進(jìn)行。2、地震事件選取選擇震中距在3095、震級(jí)大于5.5的地震事件。3、低通濾波對(duì)地震事件進(jìn)行5Hz的低通濾波。5Hz低通濾波0.25H

3、z低通濾波0.1Hz低通濾波4、截取P波波形一般截取P波到達(dá)之前20秒、到達(dá)之后80秒進(jìn)行計(jì)算。5、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)將N-S、E-W分量旋轉(zhuǎn)到R、T分量。Ps轉(zhuǎn)換波在R分量上振幅最強(qiáng)。6、接收函數(shù)計(jì)算一般采用頻率域反褶積方法計(jì)算。7、接收函數(shù)的篩選接收函數(shù)的篩選過程實(shí)質(zhì)是剔除壞數(shù)據(jù)的過程篩選原則：接收函數(shù)的直達(dá)P波幅值要明顯， Ps轉(zhuǎn)換震相相對(duì)清晰，高頻干擾較小。 8、接收函數(shù)動(dòng)校正把來自不同射線參數(shù)的地震事件的Ps轉(zhuǎn)換震相時(shí)間延遲校正到同一參考射線參數(shù)的Ps轉(zhuǎn)換震相到時(shí)上。 接收函數(shù)的主要用途：1、時(shí)深轉(zhuǎn)換太平洋俯沖帶地區(qū)上地幔結(jié)構(gòu)2、接收函數(shù)偏移成像3、地殼厚度和泊松比變化4、S波速度結(jié)構(gòu)的反演二

4、、利用背景噪聲研究地下結(jié)構(gòu) 地震噪聲是由多種不同的,空間分布互不相關(guān)的連續(xù)源所產(chǎn)生的雜亂的記錄,是一種平穩(wěn)隨機(jī)過程,并且沒有確定的相譜.最近的科學(xué)研究表明，噪聲中包含有大量有用的信息，是完全可以利用的。通過對(duì)長時(shí)間段內(nèi)的噪聲進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算,可以提取接收點(diǎn)間的格林函數(shù). 其實(shí)驗(yàn)證明已經(jīng)在太陽地震學(xué)和聲學(xué)領(lǐng)域給出,在海洋聲學(xué)以及地震學(xué)中開始初步應(yīng)用. 本文主要介紹其在地震學(xué)領(lǐng)域中的發(fā)展. 通過對(duì)地面上兩個(gè)地震臺(tái)站記錄的背景地震噪聲信號(hào)在長時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算,提取格林函數(shù),從而進(jìn)行地震成像,獲取對(duì)地下結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí). 背景噪聲成像方法流程圖疊加時(shí)間長度對(duì)相關(guān)結(jié)果的影響。瑞利面波的出現(xiàn)隨著時(shí)間序列疊加

5、的增長而趨于明顯。面波的頻散特征：不同周期的波有著不同的傳播速度，長周期的波快于短周期的波。Crust and Lithosphere:Multi-resolution surface wave tomographySeismic interferometry estimate data from background “noise”背景噪聲成像研究結(jié)果16秒的瑞利面波群速度分布圖于沉積層厚度的對(duì)比36秒的瑞利面波群速度分布圖與地殼厚度的對(duì)比青藏高原不同深度S波速度結(jié)構(gòu)三、體波走時(shí)層析成像Dapeng Zhao, Akira Hasegawa and Hiroo Kanamori. Deep

6、structure of Japan subduction zone as derived from local, regional and teleseismic events. Journal of Geophysical Research, 1994, 99(B11):22313-22329. 應(yīng)用新的全球地震層析成像方法(Zhao, 2001, PEPI),采用多種震相(P、PP、pP、PcP、Pdiff) 初始速度模型 由標(biāo)準(zhǔn)的IASPEI91模型修改中國大陸三維地幔速度結(jié)構(gòu)臺(tái)站分布地震分布 中國大陸及鄰區(qū)P波速度擾動(dòng)平面圖(1 1) (Huang & Zhao, JGR, 2006

7、)2%0%-2%四、震源機(jī)制五、地震定位Hypoinverse2000HypoDDJoint Inversion（Xiaofeng Liang，2009）六、有限頻層析成像有限頻率層析成像技術(shù)：最近幾年沈旸及其科研團(tuán)隊(duì)利用有限頻率地震波的敏感核開發(fā)了一種新的層析成像技術(shù)。這是過去20年來地震層析成像技術(shù)研究和開發(fā)領(lǐng)域上取得的一個(gè)重大突破，從而使這一技術(shù)不再依賴于傳統(tǒng)上的射線理論。射線理論只對(duì)于無限頻率假設(shè)才成立，而觀測到的地震波都是有限頻率的。這種新方法可以考慮波陣面復(fù)原以及其它地震波的繞射效應(yīng)。結(jié)果顯示，這一技術(shù)對(duì)于地震結(jié)構(gòu)的成像有非常大的改善，可以應(yīng)用于從勘探到地震災(zāi)害研究等各種層析成像領(lǐng)域。Finite