地质学论文_基于密集地震台网环境噪声的面波层

文章目录

摘要

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 环境噪声方法研究现状

1.3 环境噪声方法理论基础

1.4 环境噪声数据处理方法

    1.4.1 单台数据预处理

    1.4.2 互相关与时间域叠加

    1.4.3 频散曲线测量

    1.4.4 质量控制

    1.4.5 面波成像

1.5 本章小结

第2章 广东新丰江库区浅层地下三维剪切波速度结构成像

2.1 引言

    2.1.1 新丰江水库背景介绍

    2.1.2 研究意义

    2.1.3 新丰江水库研究现状

2.2 数据与方法

    2.2.1 观测数据获取

    2.2.2 数据处理

    2.2.3 瑞利波群速度反演

    2.2.4 三维剪切波速度反演

2.3 结果与讨论

    2.3.1 检测板分析

    2.3.2 三维剪切波速度结构

2.4 本章小结

第3章 密集地震台网环境噪声面波层析成像中地形因素的影响

3.1 引言

    3.1.1 研究意义

    3.1.2 研究现状

3.2 数据合成

3.3 反演方法

    3.3.1 二维群速度层析成像

    3.3.2 三维剪切波速度层析成像

3.4 结果与讨论

3.5 实例验证

3.6 本章小结

第4章 广州市近地表三维剪切波速度结构成像及场地响应研究

4.1 引言

    4.1.1 广州市地质背景介绍

    4.1.2 研究意义

    4.1.3 广州市城市地质研究现状

    4.1.4 研究方法

4.2 台站布设与数据

    4.2.1 二维面状地震台网

    4.2.2 一维线性密集台阵

4.3 基于环境噪声层析成像的上地壳结构

    4.3.1 数据处理

    4.3.2 瑞利波群速度反演

    4.3.3 三维剪切波速度反演

4.4 基于HVSR方法瘦狗岭断层附近的场地响应及近地表结构

    4.4.1 数据处理

    4.4.2 场地易破坏程度(K值)

    4.4.3 沉积层厚度

    4.4.4 二维剪切波速度反演

4.5 讨论

    4.5.1 广州-从化断裂

    4.5.2 瘦狗岭断裂

    4.5.3 场地响应及灾害性评估

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

附录

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章摘要:与传统的地震层析成像相比,环境噪声层析成像方法具有不依赖地震信号、无需考虑震源位置和发震时刻的误差、以及对短周期面波信号的良好恢复等优势,且该方法无需人工震源,安全易获取,成本低。因此,基于环境噪声的面波层析成像方法在过去的十几年中获得了长足的发展和广泛的应用。大多数环境噪声的研究关注于区域结构,其研究深度在几十到上百公里。随着流动地震台网布设的发展,基于密集地震台网的环境噪声成像也得到了快速的发展应用。其噪声成像的分辨率逐渐提高,研究区域及成像深度向更小更浅的方向发展,可获得近十千米深度内的高分辨率结构,可被有效应用于城市地下结构的研究。基于环境噪声层析成像和密集地震台网的观测及方法优势,本文开展了以下三个方面的研究:（1）广东新丰江库区浅层地下三维剪切波速度结构成像广东河源新丰江水库位于华南典型断层上,自1959年水库蓄水以来,库区地震活动性明显增强,并发生了6.1级触发地震。为了研究库区浅层地下结构,我们利用环境噪声面波层析成像获得该区域的群速度分布和三维剪切波速度结构。结果表明,对于台间距为100–500 m的密集台网,高频（0.2-1.2 s）频散信号基本可以得到很好的恢复,且该频段信号对浅层地下结构（<1 km）较为敏感。剪切波速度分布表明该区域人字石断裂位置呈现明显的低速异常,并且低速区在断裂西南端向两侧延伸,可能代表与人字石断裂交错的小断裂带。同时,人字石断裂把该区域划分为东西两部分,两侧整体上呈现高速异常,与地表山丘相吻合。该结果揭示了新丰江人字石断裂附近的近地浅层的小尺度精细速度结构,为深入理解该区域的构造以及地震成因提供了重要信息。（2）密集地震台网环境噪声层析成像中地形因素的影响随着密集地震台网布设的迅速增加,越来越多的环境噪声资料已应用于短期面波层析成像。对于台站间距为几百米的密集台网,必须考虑表面地形起伏的影响。在本研究中,我们使用不同地形模型正演的合成数据来研究地形对环境噪声面波层析成像结果的影响。结果表明,地形确实会对地下剪切波速度的反演结果产生影响。如不考虑地形起伏,尽管可以较好地恢复水平向速度结构的分布模式,但速度结构的深度分布很可能会失真。一般情况下,最大失真的深度与地形的起伏高度和速度异常的幅度相关。因此,应谨慎考虑在山区布设密集地震台网,尤其是当地形起伏高度与起伏半径之比大于0.3时,失真情况会更明显。（3）广州市近地表三维剪切波速度结构成像及场地响应研究该工作使用环境噪声来研究广州市近地表三维速度结构及其场地效应。通过环境噪声面波层析成像方法对广州地区三维剪切波速度结构进行了反演。结果显示,广州-从化断裂（GCF）,瘦狗岭断裂（SF）以及南部冲积平原处表现为低速异常,东北部山区表现为高速异常。此外,我们通过HVSR方法获得了瘦狗岭断裂（SF）附近的沉积层厚度和地下剪切波速度结构。HVSR结果表明,沉积层厚度在穿过瘦狗岭断裂时发生了明显变化。从HVSR曲线得出的剪切波速度与沉积层厚度具有相同的变化趋势。该结果为广州市的地下结构提供了新信息,可作为广州市地质灾害预测的参考模型。我们成功地利用密集台阵的环境噪声层析成像方法,对浅层小尺度结构进行了研究,结果在空间分辨率上有了极大提高。但该方法仍有很大研究空间与潜力,可进一步拓展。例如应用瑞利波和洛夫波联合反演三维地下结构,提高浅部分辨率;增加高阶面波频散反演约束,提高面波反演精度;加入基于环境噪声的体波反射界面约束,提高空间分辨率等。

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