張風(fēng)雪

（中國(guó)地震局地球物理研究所，北京100081）

有限頻體波走時(shí)層析成像及其在華北地區(qū)的應(yīng)用

張風(fēng)雪

（中國(guó)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(jié)構(gòu)以來(lái)，地震層析成像發(fā)展迅速，現(xiàn)已成為研究地球深部結(jié)構(gòu)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(jì)算方法，進(jìn)而構(gòu)建有限頻層析成像的反演計(jì)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(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)意義。

本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：

在射線層析成像方面，本文改進(jìn)了FMM（Fast Marching Method）射線追蹤方法，這種方法可以得到整個(gè)空間的完整走時(shí)場(chǎng)，并且求得的射線路徑是最速路徑。本文在算法上對(duì)FMM方法求取射線路徑的過(guò)程進(jìn)行了改進(jìn)，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(wú)限高頻”假設(shè)所帶來(lái)的弊端，考慮更接近于真實(shí)情況的地震波頻率衰減、波散射及波前復(fù)原等情況。本文使用改進(jìn)的FMM射線追蹤方法構(gòu)建了走時(shí)表，并在此走時(shí)表的基礎(chǔ)上，采用查表算法計(jì)算一維速度模型下的靈敏度算核，結(jié)果表明：查表算法可以獲得較高的計(jì)算效率，為下一步開(kāi)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(guān)法和自適應(yīng)疊加法拾取相對(duì)走時(shí)殘差的基本原理，實(shí)現(xiàn)了兩種方法的圖形界面操作，簡(jiǎn)化了操作過(guò)程，方便結(jié)果的對(duì)比，剔除差別較大的數(shù)據(jù)，從而提高了相對(duì)走時(shí)殘差的可信度。

在實(shí)際地震資料方面，本文從華北地震科學(xué)臺(tái)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(duì)走時(shí)殘差，進(jìn)行P波和S波的速度結(jié)構(gòu)的成像反演，得到如下結(jié)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，此低速異常沒(méi)有貫穿地幔轉(zhuǎn)換帶到達(dá)下地幔，所以，本文認(rèn)為，此低速異常并不是來(lái)源下地幔，至于這個(gè)低速異常的形成原因不能單從速度結(jié)構(gòu)一方面去推斷，應(yīng)結(jié)合其他參數(shù)（熱值、密度、Q值、物質(zhì)成份等）進(jìn)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(dá)約120°E處。本文研究發(fā)現(xiàn)，在地幔轉(zhuǎn)換帶中也有一個(gè)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(fù)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(fù)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(méi)有發(fā)生侵蝕與破壞過(guò)程或此過(guò)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(shí)殘差

（作者電子信箱，張風(fēng)雪：zhangfengxue336＠163.com）

P315.3；

A；

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.01.014