基于背景噪聲的地下結構隨時間變化監(jiān)測和成像研究.pdf

1、應用近年來迅速發(fā)展的基于背景噪聲的方法，本文開展了地下介質隨時間變化監(jiān)測和地下結構層析成像兩方面的研究工作。
　　在基于背景噪聲監(jiān)測地下介質結構隨時間變化的研究方面，本文發(fā)展了基于三分量資料的方法技術，并應用該方法對汶川Ms8.0地震震中區(qū)、蘆山Ms7.0級地震震中區(qū)及周邊的地下結構隨時間變化進行了研究，獲得了速度結構變化的時空特征，取得了如下認識:
　　1、發(fā)展的基于三分量背景噪聲的波速變化測量方法，使噪聲互相關的分量組合

2、由只用垂直分量資料時的單分量組合增加到九個，通過多分量組合的疊加極大地提高了波速變化的測量精度和計算結果的穩(wěn)定性;采用分周期（頻帶）測量的方法，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臺網6個臺站和區(qū)域臺網離震中最近的YZP臺2004年-2011年的三分量波形，測量了1-8s周期（反映地下約數百米至10km深度）的波速變化，結果表明，在汶川地震前長達4年的時間里波速變化一直保持平穩(wěn);
　　3、在

3、汶川地震發(fā)生時所有的周期（1-2s、2-4s和4-8s）均觀測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)觀測到的波速降低最大，約為0.2％;
　　4、汶川地震后波速逐漸恢復，在震后的前幾十天里波速呈現近似對數形態(tài)的快速恢復特征，之后三年（一直到觀測結束時間）波速恢復過程非常緩慢，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)內部介質結構在地震中產生

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果顯示，不同周期波速變化的平面分布不同，但一個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、根據本研究結果并結合人工地震測深和小區(qū)域層析成像資料對汶川地震引起震中區(qū)介質結構波速變化的物理機制進行了分析，認為主要機制為淺層地殼和斷層區(qū)內部結構破壞與震后孔隙彈性回彈;
　　7、研究結果還首次觀測到了與水庫蓄水過程相關的波速變化，紫坪鋪水庫

5、蓄水后，1-2s周期范圍（約數百米至2km深度的淺層地殼）的波速變化與庫區(qū)水位變化呈明顯的負相關，但震后的波速變化對庫區(qū)水位變化比震前更為敏感，其機制可能為:汶川地震造成淺層地殼裂隙張開，導致了巖石滲透性和水的流動性顯著增強，進而引起了對水位變化更為敏感的波速變化;
　　8、利用蘆山地震周邊約200km范圍內的13個寬頻帶臺站三分量數據研究了震中區(qū)及周邊的地殼介質波速變化，結果顯示，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)，觀測到超過震前波速擾動的小幅同震波速變化信號，其中還存在同震波速增加現象，這些同震變化是否反映真實地下介質變化信息尚需進一步確認。
　　在利用背景噪聲對地下結構成像的研究方面，本文應用固定和流動臺網272個臺站的高密度連續(xù)觀測資料反演了中國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），取得了以下主要認識:
　　1、周期7s相速度結構（大約反映5-10km深度）受地表地質構造影響強烈，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)顯示出較強的各向異性，特別是松遼和下遼河盆地區(qū)呈現出強烈的NNE-NE向各向異性，這一結果可能反映上述盆地形成演化過程中的伸展構造背景;

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構，速度異?；境时睎|向展布，與區(qū)內地表地形和斷裂帶展布方向一致，反映深淺結構存在對應關系;郯廬斷裂帶附近各向異性快波方向與斷裂走向相近，揭示出深大斷裂對區(qū)域構造的影響;周期為25s的瑞雷波相速度和各向異性在重力梯度帶兩側均有顯著差異，反映了研究區(qū)莫霍面深度的變化;
　　3、更長周期相速度（35s和50s周期）反映巖石圈地幔深度結構，結果顯示長白山、大同火山和松遼盆地

9、下方為低速異常，還發(fā)現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。華北克拉通邊界南北兩側的各向異性差異減小，可能是二者中生代以來有相似構造演化史的表現。
　　本文獲得的研究結果有多方面的重要意義:
　　1、地震引起的介質結構變化規(guī)律深化了對地震孕育、發(fā)生過程及致災機理的認識，從而對防震減災有著重要的科學意義;
　　2、水庫蓄水對地殼淺層波速變化的影響為水庫誘發(fā)地震的機理提供了科學