基于背景噪聲的地下結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化監(jiān)測(cè)和成像研究.pdf

1、應(yīng)用近年來迅速發(fā)展的基于背景噪聲的方法，本文開展了地下介質(zhì)隨時(shí)間變化監(jiān)測(cè)和地下結(jié)構(gòu)層析成像兩方面的研究工作。
　　在基于背景噪聲監(jiān)測(cè)地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的研究方面，本文發(fā)展了基于三分量資料的方法技術(shù)，并應(yīng)用該方法對(duì)汶川Ms8.0地震震中區(qū)、蘆山Ms7.0級(jí)地震震中區(qū)及周邊的地下結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化進(jìn)行了研究，獲得了速度結(jié)構(gòu)變化的時(shí)空特征，取得了如下認(rèn)識(shí):
　　1、發(fā)展的基于三分量背景噪聲的波速變化測(cè)量方法，使噪聲互相關(guān)的分量組合

2、由只用垂直分量資料時(shí)的單分量組合增加到九個(gè)，通過多分量組合的疊加極大地提高了波速變化的測(cè)量精度和計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性;采用分周期（頻帶）測(cè)量的方法，可以有效約束波速變化的賦存深度;
　　2、利用靠近汶川震中的紫坪鋪水庫(kù)臺(tái)網(wǎng)6個(gè)臺(tái)站和區(qū)域臺(tái)網(wǎng)離震中最近的YZP臺(tái)2004年-2011年的三分量波形，測(cè)量了1-8s周期（反映地下約數(shù)百米至10km深度）的波速變化，結(jié)果表明，在汶川地震前長(zhǎng)達(dá)4年的時(shí)間里波速變化一直保持平穩(wěn);
　　3、在

3、汶川地震發(fā)生時(shí)所有的周期（1-2s、2-4s和4-8s）均觀測(cè)到了明顯的同震波速降低，其中2-4s周期范圍(敏感深度約為1-4km)觀測(cè)到的波速降低最大，約為0.2％;
　　4、汶川地震后波速逐漸恢復(fù)，在震后的前幾十天里波速呈現(xiàn)近似對(duì)數(shù)形態(tài)的快速恢復(fù)特征，之后三年（一直到觀測(cè)結(jié)束時(shí)間）波速恢復(fù)過程非常緩慢，波速降低基本固定在一恒定值（周期2-4s和4-8s波速降低分別為0.13％和0.08％）可能說明斷層區(qū)內(nèi)部介質(zhì)結(jié)構(gòu)在地震中產(chǎn)生

4、了永久性破壞;
　　5、汶川地震震中區(qū)周邊同震波速變化的空間分布結(jié)果顯示，不同周期波速變化的平面分布不同，但一個(gè)基本特征是靠近汶川地震地表破裂帶附近的同震波速降低較大;
　　6、根據(jù)本研究結(jié)果并結(jié)合人工地震測(cè)深和小區(qū)域?qū)游龀上褓Y料對(duì)汶川地震引起震中區(qū)介質(zhì)結(jié)構(gòu)波速變化的物理機(jī)制進(jìn)行了分析，認(rèn)為主要機(jī)制為淺層地殼和斷層區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞與震后孔隙彈性回彈;
　　7、研究結(jié)果還首次觀測(cè)到了與水庫(kù)蓄水過程相關(guān)的波速變化，紫坪鋪水庫(kù)

5、蓄水后，1-2s周期范圍（約數(shù)百米至2km深度的淺層地殼）的波速變化與庫(kù)區(qū)水位變化呈明顯的負(fù)相關(guān)，但震后的波速變化對(duì)庫(kù)區(qū)水位變化比震前更為敏感，其機(jī)制可能為:汶川地震造成淺層地殼裂隙張開，導(dǎo)致了巖石滲透性和水的流動(dòng)性顯著增強(qiáng)，進(jìn)而引起了對(duì)水位變化更為敏感的波速變化;
　　8、利用蘆山地震周邊約200km范圍內(nèi)的13個(gè)寬頻帶臺(tái)站三分量數(shù)據(jù)研究了震中區(qū)及周邊的地殼介質(zhì)波速變化，結(jié)果顯示，蘆山地震震中區(qū)1-2s周期的同震波速降低為0.0

6、3％，遠(yuǎn)小于汶川震中區(qū)的波速降低，表明同震波速變化幅度可能在很大程度上取決于地震震級(jí)大小;
　　9、在蘆山震中區(qū)以外的較大范圍里(震中半徑200km)，觀測(cè)到超過震前波速擾動(dòng)的小幅同震波速變化信號(hào)，其中還存在同震波速增加現(xiàn)象，這些同震變化是否反映真實(shí)地下介質(zhì)變化信息尚需進(jìn)一步確認(rèn)。
　　在利用背景噪聲對(duì)地下結(jié)構(gòu)成像的研究方面，本文應(yīng)用固定和流動(dòng)臺(tái)網(wǎng)272個(gè)臺(tái)站的高密度連續(xù)觀測(cè)資料反演了中國(guó)東北和華北北部地區(qū)7-50s周期瑞雷

7、波相速度和各向異性（反映從淺部地殼至約100km深度），取得了以下主要認(rèn)識(shí):
　　1、周期7s相速度結(jié)構(gòu)（大約反映5-10km深度）受地表地質(zhì)構(gòu)造影響強(qiáng)烈，低速異常邊界不僅清晰地勾繪出松遼盆地這樣的大型盆地，而且海拉爾、二連、下遼河和三江這些較小規(guī)模的盆地在速度圖上也有所顯示;在該層一些盆地區(qū)顯示出較強(qiáng)的各向異性，特別是松遼和下遼河盆地區(qū)呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的NNE-NE向各向異性，這一結(jié)果可能反映上述盆地形成演化過程中的伸展構(gòu)造背景;

8、r>　　2、周期12-25s相速度圖像反映中下地殼至上地幔頂部結(jié)構(gòu)，速度異?；境时睎|向展布，與區(qū)內(nèi)地表地形和斷裂帶展布方向一致，反映深淺結(jié)構(gòu)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系;郯廬斷裂帶附近各向異性快波方向與斷裂走向相近，揭示出深大斷裂對(duì)區(qū)域構(gòu)造的影響;周期為25s的瑞雷波相速度和各向異性在重力梯度帶兩側(cè)均有顯著差異，反映了研究區(qū)莫霍面深度的變化;
　　3、更長(zhǎng)周期相速度（35s和50s周期）反映巖石圈地幔深度結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示長(zhǎng)白山、大同火山和松遼盆地

9、下方為低速異常，還發(fā)現(xiàn)二連盆地到渤海灣區(qū)域下方存在顯著弧形低速異常，該異?？赡芘c重力梯度帶的形成演化有關(guān)。華北克拉通邊界南北兩側(cè)的各向異性差異減小，可能是二者中生代以來有相似構(gòu)造演化史的表現(xiàn)。
　　本文獲得的研究結(jié)果有多方面的重要意義:
　　1、地震引起的介質(zhì)結(jié)構(gòu)變化規(guī)律深化了對(duì)地震孕育、發(fā)生過程及致災(zāi)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，從而對(duì)防震減災(zāi)有著重要的科學(xué)意義;
　　2、水庫(kù)蓄水對(duì)地殼淺層波速變化的影響為水庫(kù)誘發(fā)地震的機(jī)理提供了科學(xué)