有限頻體波走時層析成像及其在華北地區(qū)的應用

張風雪

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

有限頻體波走時層析成像及其在華北地區(qū)的應用

張風雪

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

自層析成像被引入到研究地球內(nèi)部結構以來，地震層析成像發(fā)展迅速，現(xiàn)已成為研究地球深部結構的有效方法之一。按層析成像的理論依據(jù)，可以把地震層析成像分為射線層析成像和有限頻層析成像。本文旨在掌握一種有限頻靈敏度算核的計算方法，進而構建有限頻層析成像的反演計算，并用有限頻層析成像的方法研究華北克拉通上地幔的速度結構及其動力學意義。

本文的主要研究內(nèi)容及結論如下：

在射線層析成像方面，本文改進了FMM（Fast Marching Method）射線追蹤方法，這種方法可以得到整個空間的完整走時場，并且求得的射線路徑是最速路徑。本文在算法上對FMM方法求取射線路徑的過程進行了改進，使其求解速度更快。

有限頻層析成像是隨著寬頻帶數(shù)字地震儀的發(fā)展而興起的一種新方法，該方法克服了射線理論中“無限高頻”假設所帶來的弊端，考慮更接近于真實情況的地震波頻率衰減、波散射及波前復原等情況。本文使用改進的FMM射線追蹤方法構建了走時表，并在此走時表的基礎上，采用查表算法計算一維速度模型下的靈敏度算核，結果表明：查表算法可以獲得較高的計算效率，為下一步開展有限頻層析成像提供了有力的支持。

本文講述了波形的多道互相關法和自適應疊加法拾取相對走時殘差的基本原理，實現(xiàn)了兩種方法的圖形界面操作，簡化了操作過程，方便結果的對比，剔除差別較大的數(shù)據(jù)，從而提高了相對走時殘差的可信度。

在實際地震資料方面，本文從華北地震科學臺陣的190套寬頻帶地震儀，在2006年10月—2009年3月期間所記錄的震中距在30°～90°的地震事件中選取多頻段的相對走時殘差，進行P波和S波的速度結構的成像反演，得到如下結論：

（1）研究區(qū)域西部的低速異常延伸至約400 km，此低速異常反映了深部存在的熱物質(zhì)，本文的成像結果發(fā)現(xiàn)，此低速異常沒有貫穿地幔轉(zhuǎn)換帶到達下地幔，所以，本文認為，此低速異常并不是來源下地幔，至于這個低速異常的形成原因不能單從速度結構一方面去推斷，應結合其他參數(shù)（熱值、密度、Q值、物質(zhì)成份等）進行綜合的分析。

（2）區(qū)域地震層析成像研究發(fā)現(xiàn)，太平洋俯沖板塊前緣已經(jīng)抵達約120°E處。本文研究發(fā)現(xiàn)，在地幔轉(zhuǎn)換帶中也有一個高速異常體，推斷其為太平洋俯沖板塊的前緣。

（3）華北盆地為裂谷型盆地，其速度異常的分布較為復雜，在100～250 km范圍內(nèi)存在巖石圈拆沉的高速異常殘留體。

（4）與古老的克拉通巖石圈厚度相比，華北地區(qū)的巖石圈正在減薄，華北平原地區(qū)表現(xiàn)為高速異常與低速異常交互分布的復雜現(xiàn)象，而燕山地區(qū)則為高速異常，表明華北平原地區(qū)發(fā)生了明顯的侵蝕與破壞，燕山地區(qū)則沒有發(fā)生侵蝕與破壞過程或此過程發(fā)生的現(xiàn)象不明顯。

射線理論；有限頻理論；層析成像；華北；克拉通；走時殘差

（作者電子信箱，張風雪：zhangfengxue336＠163.com）

P315.3；

A；

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.01.014