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利用背景噪声干涉研究华北地幔过渡带结构取得重要进展

发布日期: 
2017-09-22

          近二十年来随着大量密集地震台阵的布设,人们获得越来越多的宽频带连续波形记录,背景噪声干涉技术获也得到了快速发展,利用连续背景噪声记录提取地球内部结构信息已成为21世纪地震学研究最重要的突破之一。

          两个台站记录的地震背景噪声互相关函数被广泛地用于提取台站对之间的波传播信息(格林函数),这使得可以在没有震源(天然地震或人工震源)的情况下可以对地球结构进行成像。由于地球背景噪声的主要能量是面波,背景噪声互相关函数最初被广泛用于面波层析成像。最近几年,越来越多的研究表明两个台站对之间的体波脉冲响应可以通过地震尾波或连续背景噪声记录的互相关提取得到。但是由于背景噪声中体波成分相对于面波要弱很多,所以通过背景噪声互相关提取提波信号往往需要通过大量台站对的互相关函数的叠加才能够获得。所以目前恢复的深部体波震相基本都只是得到了区域一维的平均结构特征,如何利用体波信号得到可靠的区域深部结构的横向变化特征是目前研究的重要问题。

         我院姚华建教授课题组近期与美国麻省理工学院及中国地震局地球物理研究所的研究人员合作,在地球物理学国际知名期刊Geophysical Research Letters上发表研究论文,通过背景噪声干涉技术,在研究华北地区地幔过渡带结构上取得了重要的进展。该研究利用了布设在华北克拉通东部的一个密集台阵(图 1a)超过两年的垂直分量连续背景噪声波形记录,计算了所有台站对的互相关函数,将互相关函数按台间距排列,可以清晰的观察到来自于地幔过渡带410公里和660公里间断面的反射P波信号P410P和P660P(图 1b)。为了研究区域内410-km和660-km间断面的横向起伏和结构变化,本研究按照反射点的位置进行了分块相位加权叠加,显著提高了信噪比。图 2 给出了沿两条剖面的P410P和P660P的波形及对应的振幅比。研究结果揭示了华北克拉通地区410-km和660-km间断面的地形起伏和间断面相对厚度的变化,这可能与华北克拉通破坏过程有关,比如由于古太平板块的俯冲导致的热物质上涌。

        通过噪声方法得到的地幔过渡带间断面的形态与通过远震接收函数方法得到的结果较为类似,从而为研究密集台阵地区地幔过渡带间断面的横向变化特征提供了一种新的重要手段。这种噪声干涉方法不仅能够揭示地球内部间断面的横向地形起伏,同时能够定性的分析间断面厚度和/或波阻抗的横向变化。未来将背景噪声提取的体波反射信号和接受函数数据进行联合反演,将能够更好的约束间断面的精细结构,这也为研究地球深部精细结构和动力学过程提供更好的约束。

        该研究论文的第一作者为我院博士研究生冯吉坤,通信作者为姚华建,本项目受到中国自然科学基金面上项目(41574034)的资助。论文链接如下:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017GL074263/full

 

图1. (a)研究区域地形和台站分布图,其中三角形代表台站,黑色箭头实线标出了两条剖面的位置(b)噪声互相关函数按台间距排列的图像。

图 2  沿图1中两条剖面恢复的P410P(100秒左右)和P660P(150秒左右)反射信号的波形(c,d)以及对应的振幅比(P410P的振幅/P660P的振幅)(a,b)