張演 鄭定昌 林國(guó)良 呂帥
摘要:背景噪聲特性及噪聲源的分布逐漸成為深化背景噪聲互相關(guān)研究的關(guān)鍵問(wèn)題?;?015—2016年云南地區(qū)48個(gè)固定數(shù)字地震臺(tái)的連續(xù)三分量記錄,使用互相關(guān)計(jì)算提取臺(tái)站對(duì)經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù),基于經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)正負(fù)支信噪比特性,結(jié)合海浪波高數(shù)據(jù),得到云南地區(qū)5~10 s,10~20 s,20~40 s臺(tái)站對(duì)信噪比的方位分布和時(shí)間變化特征。結(jié)果表明:云南地區(qū)三分量的噪聲源優(yōu)勢(shì)方位在不同周期內(nèi)均有差別,5~10 s噪聲源優(yōu)勢(shì)方位變化較穩(wěn)定,當(dāng)海洋活動(dòng)相對(duì)劇烈時(shí),ZZ,RR分量比TT分量易受到影響;10~20 s噪聲源優(yōu)勢(shì)方位變化與海洋活動(dòng)的季節(jié)性變化規(guī)律較一致,1—6月ZZ,RR分量?jī)?yōu)勢(shì)方位角指向E向和WS向,TT分量則以E向?yàn)橹鳎?—12月ZZ,RR分量?jī)?yōu)勢(shì)方位角明顯指向WS向,TT分量在7—9月指向WS向,在10—12月則指向E向和WS向;20~40 s內(nèi)的噪聲強(qiáng)度較小且隨時(shí)間變化穩(wěn)定。因此,云南地區(qū)噪聲能量源主要與北太平洋和孟加拉灣—安達(dá)曼?!庇《妊笠粠У幕顒?dòng)有關(guān)。
關(guān)鍵詞:經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù);互相關(guān);信噪比;噪聲源;海洋活動(dòng)
中圖分類號(hào):P315.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-0666(2020)04-0689-12
0引言
近年來(lái),背景噪聲在地震學(xué)、地震工程、海洋聲學(xué)等學(xué)科中得到廣泛應(yīng)用(Shapiro et al,2005;Liu,2014;Roux et al,2003;蔡輝騰等,2019)。特別是在地震學(xué)中,利用互相關(guān)提取經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)的面波層析成像方法被廣泛應(yīng)用于各個(gè)區(qū)域(Shapiro et al,2004,2005;Yao et al,2006;Lin et al,2008;Yang et al,2007,2008;房立華等,2009;Saygin,Kennett,2010;Zheng et al,2017)。隨著利用背景噪聲信號(hào)進(jìn)行地球內(nèi)部速度層析成像的研究越來(lái)越深入,許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)背景噪聲源位置及產(chǎn)生機(jī)制的不確定性已成為獲取高分辨率成像結(jié)果的障礙(Tsai,2009),背景噪聲源分布問(wèn)題可能會(huì)影響格林函數(shù)和頻散曲線計(jì)算的準(zhǔn)確性(Derode et al,2003)。因此,越來(lái)越多的學(xué)者將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了噪聲源的機(jī)制問(wèn)題上(Stehly et al,2006;Roux,2009;Behr et al,2013;Wang et al,2018;Yang,Ritzwoller,2008)。
目前,主要的噪聲源被認(rèn)為是大氣和海洋壓力擾動(dòng)引起的載荷,且在不同周期噪聲源的產(chǎn)生機(jī)理不盡相同(Stehly et al,2006)。Kibblewhite(1985)觀測(cè)到新西蘭西北島沿大陸架與海岸線的地震信號(hào)與瞬時(shí)的波浪變化有很強(qiáng)的相關(guān)性;Longuet-Higgins(1950)用海浪駐波解釋海洋引起的地脈動(dòng)現(xiàn)象,認(rèn)為周期范圍為10~20 s的第一類地脈動(dòng)是由海浪直接產(chǎn)生的,周期范圍為2~10 s的第二類地脈動(dòng)是由海浪相互干涉形成海水駐波在海底產(chǎn)生壓力而引起;Stehly等(2006)認(rèn)為大于10 s的背景噪聲源與深海活動(dòng)明顯相關(guān),其產(chǎn)生機(jī)制可能與更大周期背景噪聲的產(chǎn)生機(jī)制類似,即次重力波;Kiwamu(2017)認(rèn)為5~10 s的背景噪聲源產(chǎn)生于遠(yuǎn)洋與近海岸,歸因于遠(yuǎn)洋和沿海地區(qū)海面駐波的非線性力,10~20 s的背景噪聲源位于淺海地區(qū),歸因于大陸架周邊地震波和涌浪的地形耦合;Yang等(2008)發(fā)現(xiàn)5~10 s和10~20 s背景噪聲源主要是來(lái)自于近海岸線的海浪活動(dòng),且信號(hào)的方位隨季節(jié)變化。背景噪聲源的分布是表征微震激發(fā)機(jī)制的關(guān)鍵,特別是源的范圍,無(wú)論是在海岸線(淺層)還是在深海(深層)都有助于理解其基于典型頻率的物理機(jī)制(Kiwamu,2017)。
由于噪聲源形成機(jī)制的復(fù)雜性以及水平向地震記錄干擾較大,從背景噪聲中提取勒夫波的研究相對(duì)較少,勒夫波的產(chǎn)生隨著地理位置和傳播方向的不同而不同(Rind,Donn,1979)。一些學(xué)者提出了勒夫波的生成機(jī)制:例如二次微震中勒夫波是由瑞利波在源區(qū)和觀測(cè)點(diǎn)之間的傳播路徑上轉(zhuǎn)換而成(Toksoz,Lacoss,1968),一次微震中勒夫波是由淺水區(qū)域淺灘傾斜測(cè)深產(chǎn)生的壓力(Hasselmann,1963;Ardhuin et al,2011)和剪切引力(Nishida et al,2008;Saito,2010;Fukao et al,2010;Friedrich et al,1998)同時(shí)作用產(chǎn)生。隨著研究的深入,越來(lái)越多的學(xué)者利用背景噪聲數(shù)據(jù)提取勒夫波進(jìn)行層析成像(付媛媛,高原,2016;王力偉等,2018;房立華等,2013;鄭定昌,王俊,2017;謝石文等,2018;肖孟仁等,2018),少有學(xué)者對(duì)產(chǎn)生勒夫波的噪聲源進(jìn)行研究,因此對(duì)比分析勒夫波和瑞利波源區(qū)的變化和分布顯得尤為重要。
地震研究43卷第4期張演等:基于三分量數(shù)據(jù)的云南地區(qū)背景噪聲源分析本文對(duì)云南地震臺(tái)網(wǎng)三分量連續(xù)背景噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算,提取瑞利波和勒夫波的經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù),利用經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)的非對(duì)稱性,分析不同周期背景噪聲場(chǎng)中瑞利波和勒夫波信號(hào)源的方位分布和時(shí)間變化,通過(guò)對(duì)比分析可以更好地了解云南地區(qū)面波噪聲源的分布,有助于合理布設(shè)臺(tái)站、選擇觀測(cè)分量,進(jìn)一步優(yōu)化利用云南地區(qū)面波信號(hào)進(jìn)行層析成像等。
1數(shù)據(jù)及處理
1.1單臺(tái)數(shù)據(jù)預(yù)處理
云南地震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)由寬頻帶地震計(jì)(頻帶范圍:60 s~50 Hz)及甚寬頻帶地震計(jì)(頻帶范圍:120 s~50 Hz)、數(shù)據(jù)采集器、GPS授時(shí)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)仍O(shè)備構(gòu)成,數(shù)據(jù)采樣率為100 Hz。本文主要選取2015—2016年云南地區(qū)48個(gè)寬頻帶數(shù)字地震臺(tái)的連續(xù)三分量記錄,共組成1 128個(gè)臺(tái)站對(duì),臺(tái)站分布如圖1所示。
互相關(guān)數(shù)據(jù)處理使用SEIZMO軟件包,軟件包設(shè)計(jì)參考Bensen等(2007)及Lin 等(2008)的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法,主要包括以下步驟:①以每個(gè)臺(tái)站每天的連續(xù)記錄為整體進(jìn)行5 Hz重采樣,去儀器響應(yīng)、去均值、去趨勢(shì)處理,以0.01~2 Hz進(jìn)行帶通濾波;②將每天的連續(xù)記錄截取為長(zhǎng)度為6 h的數(shù)據(jù)單元,進(jìn)行0.5~50 s的帶通濾波;③使用滑動(dòng)絕對(duì)方法進(jìn)行時(shí)域歸一化,再進(jìn)行譜白化處理,提高背景噪聲的信噪比,為保持三分量相對(duì)振幅比,將EW,SN分量同時(shí)進(jìn)行譜白化處理,即將EW向的頻域振幅譜進(jìn)行滑動(dòng)平均得到平滑振幅譜,再將EW,SN分量的頻譜分別除以該平滑振幅譜(Lin et al,2008);④通過(guò)臺(tái)站對(duì)三分量的互相關(guān)函數(shù)(EE,NN,EN,NE)與臺(tái)站對(duì)間方位角θ和反方位角φ進(jìn)行線性組合,得到每個(gè)臺(tái)站對(duì)的TT,RR,TR,RT分量的互相關(guān)函數(shù)為:TT
NN
NE(1)垂向分量ZZ和徑向分量RR代表瑞利波互相關(guān)函數(shù);切向分量TT代表勒夫波互相關(guān)函數(shù)(Lin et al,2008),對(duì)于每個(gè)分量的互相關(guān)函數(shù),保留了延時(shí)-5 000~5 000 s的數(shù)據(jù)。
通過(guò)對(duì)任意2個(gè)時(shí)間序列做互相關(guān)計(jì)算得到的正負(fù)2個(gè)分支,代表面波在兩臺(tái)站間沿相反方向傳播?;ハ嚓P(guān)函數(shù)正負(fù)支對(duì)應(yīng)于介質(zhì)經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)的因果關(guān)系,如果背景噪聲源完全隨機(jī)分布,則正負(fù)支幾乎是對(duì)稱的。但在實(shí)際觀測(cè)中,正負(fù)支的振幅存在巨大差異,主要取決于臺(tái)站對(duì)連線兩側(cè)的穩(wěn)相區(qū)域,在穩(wěn)相區(qū)域之外的噪聲源對(duì)提取格林函數(shù)的影響較?。⊿nieder,Roel,2004)。因此可通過(guò)對(duì)若干臺(tái)站對(duì)間互相關(guān)函數(shù)的不對(duì)稱性估算噪聲能量流的主要方向從而估計(jì)噪聲源的空間分布和時(shí)間變化(Stehly et al,2006;Yang et al,2008)。圖2為利用LOP-TNC臺(tái)站對(duì)2年的連續(xù)背景噪聲進(jìn)行互相關(guān)疊加得到的經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù),負(fù)支表示能量從TNC傳播至LOP,正支表示能量從LOP傳播至TNC。從圖中可以看出,ZZ和RR到時(shí)幾乎一致,而TT與RR分量到時(shí)有明顯差異,表示勒夫波比瑞利波傳播速度更快,對(duì)比正負(fù)支的振幅大小可看出,由LOP傳播至TNC方向的能量更大。
1.2信噪比計(jì)算
信噪比(SNR)是估計(jì)噪聲源強(qiáng)度的工具,經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)正負(fù)2個(gè)分支的信噪比分別表示噪聲能量沿2個(gè)臺(tái)站大圓弧路徑上的相反方向傳播,不同方向上信噪比較大的表示沿這個(gè)方向傳播的噪聲能量更強(qiáng),結(jié)合云南地震臺(tái)網(wǎng)內(nèi)所有臺(tái)站對(duì)的信噪比和方位角,可估算云南地區(qū)噪聲能量流的方向(Stehly et al,2006;Yang et al,2008)。信噪比定義為信號(hào)窗口內(nèi)振幅絕對(duì)值的最大值和后續(xù)噪聲窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的均方根之比,信號(hào)窗定義為群速度為2.2~5 km/s的信號(hào)到時(shí)之間的窗口,噪聲窗定義為經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)在1 000~1 500 s的時(shí)間序列(房立華等,2009)。
2結(jié)果分析
2.1經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)的非對(duì)稱性
本文分不同周期研究了1 128個(gè)臺(tái)站對(duì)路徑上的經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)變化,以其中2條臺(tái)站對(duì)路徑為例進(jìn)行了分析。圖3是SN向MEL-ZOD臺(tái)站對(duì)2年相同月份分別疊加得到的經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù),藍(lán)色曲線表示2年疊加的經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù),其中正支表示能量由MEL傳播至ZOD,負(fù)支表示能量由ZOD傳播至MEL。三分量(ZZ,RR,TT)正支的振幅明顯大于負(fù)支的振幅,表明在5~10 s,10~20 s,20~40 s內(nèi),能量由MEL傳播至ZOD方向強(qiáng)于ZOD至MEL方向,即噪聲能量由南向傳播至北向。圖4中負(fù)支表示能量由MIL傳播至MAS,正支表示能量由MAS傳播至MIL。在5~10 s,10~20 s,20~40 s,能量由MIL傳播至MAS方向強(qiáng)于MAS至MIL方向,即噪聲能量由東向傳播至西向。
2.2噪聲源方位變化
為系統(tǒng)對(duì)比云南地區(qū)三分量噪聲源方位,本文主要分5個(gè)時(shí)段(2015—2016年、2年的1—3月共6個(gè)月、2年的4—6月共6個(gè)月、2年的7—9月共6個(gè)月、2年的10—12月共6個(gè)月)分別作出云南地震臺(tái)網(wǎng)所有臺(tái)站對(duì)5~10 s,10~20 s,20~40 s周期的噪聲信噪比方位分布圖(圖5~9),圖中極徑指向噪聲能量到達(dá)的方向,極徑大小表示10°范圍內(nèi)信噪比的平均。在沒有做信號(hào)幾何衰減矯正的情況下,為突顯噪聲能量?jī)?yōu)勢(shì)來(lái)源方向和減少臺(tái)站間距對(duì)格林函數(shù)恢復(fù)的影響,剔除信噪比小于10、臺(tái)站間距為2~15倍波長(zhǎng)的臺(tái)站對(duì)。圖5是所有臺(tái)站對(duì)2年的經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)正負(fù)方向信噪比的方位分布圖。從圖中可見,5~10 s,三分量噪聲源的優(yōu)勢(shì)方向?yàn)榻?0°(以正N向?yàn)?°),即E向,其中TT分量的噪聲源優(yōu)勢(shì)方向更顯著,RR分量?jī)?yōu)勢(shì)方位角范圍更大。10~20 s,ZZ,RR分量較明顯的優(yōu)勢(shì)方位角為170°~210°,即WS向,而TT分量?jī)?yōu)勢(shì)方位角為70°~110°,即E向。20~40 s,ZZ,RR分量噪聲源優(yōu)勢(shì)方位為90°~140°,180°~220°,其中ES向更為顯著,而TT分量噪聲源優(yōu)勢(shì)方向不明顯,廣泛分布在20°~120°,160°~220°(表1)。
從圖6~9及表1可看出,5~10 s三分量噪聲能量?jī)?yōu)勢(shì)方位角在1—6月,10—12月顯著指向E向,RR分量?jī)?yōu)勢(shì)方位角分布范圍較大,7—9月ZZ,RR分量指向WS向,TT分量指向E向和WS向。10~20 s三分量噪聲能量有2個(gè)優(yōu)勢(shì)方位角,且優(yōu)勢(shì)能量區(qū)的強(qiáng)度隨時(shí)間變化明顯,其中ZZ,RR分量的優(yōu)勢(shì)方位角分布在20°~120°,170°~220°,7—12月指向170°~210°更顯著;TT分量在1—6月仍然指向70°~120°,在7—9月優(yōu)勢(shì)方位角指向170°~210°。20~40 s三分量的噪聲能量?jī)?yōu)勢(shì)方位角隨時(shí)間變化穩(wěn)定。在4個(gè)時(shí)段中,ZZ,RR分量的噪聲能量?jī)?yōu)勢(shì)方位角基本一致,TT分量較其它兩個(gè)分量隨時(shí)間變化更穩(wěn)定。3個(gè)周期內(nèi)三分量的噪聲源主要來(lái)自于E向、ES向、WS向,分別指向印度洋、太平洋和南海方向。
在5~10 s,10~20 s,勒夫波的信噪比值高于瑞利波的,尤其在5~10 s顯示勒夫波的能量更強(qiáng),這可能與2種波形的震源機(jī)制或波形傳播輻射模式相關(guān)(Juretzek,2016),也可能是由于在該周期內(nèi)受到非相干局部噪聲的干擾較小(Lin et al,2008)。
2.3背景噪聲源與海洋活動(dòng)的關(guān)系分析
很多研究者認(rèn)為全球各地持續(xù)觀察到的微震現(xiàn)象與海浪和固體地球的耦合作用相關(guān),盡管受到周期、地形、衰減等多種因素的影響,但從平均效應(yīng)來(lái)看,噪聲能量正相關(guān)于海浪的壓力(Ardhuin et al,2011;Gualtieri et al,2013)。英國(guó)海洋學(xué)家Longuet Higgins(1950)提出海浪波動(dòng)非線性干涉理論,用海浪駐波解釋海洋引起的地脈動(dòng)現(xiàn)象,該理論模型不斷被進(jìn)一步確認(rèn)和完善(Hasselmann,1963;Tanimoto,2006,2007;Kedar et al,2008)。海浪波高與微震時(shí)空特征有因果關(guān)系(Gerstoft,Tanimoto,2007;Koper,de Foy
2008;Euler et al,2014)。Wang等(2018)利用中國(guó)西南臺(tái)陣連續(xù)垂直分量研究P波和PP波的源位置,在海浪平均有效波高和海面壓力這兩類數(shù)據(jù)中觀察到了相似的特征,即在存在波高高的地方,表面壓力也很強(qiáng)。本文使用2015—2016年海洋波浪高度的數(shù)據(jù)作為獲得噪聲源位置的附加約束,數(shù)據(jù)來(lái)源于The National Oceanic and Atmospheric Administrationftp://ftp.ifremer.fr/ifremer/ww3/HINDCAST/SISMO/.。由于2015年與2016年海洋活動(dòng)相似,僅以2016年的海洋海浪每月的有效平均波高數(shù)據(jù)為例(圖10)。從圖10可看出,全球海洋的有效波高分布具有明顯的季節(jié)變化,北半球的有效波高秋冬季比春夏季大,南半球的有效波高春夏季比秋冬季大。中國(guó)東南部毗鄰西北太平洋,西南方向?yàn)楸庇《妊?,距離大西洋和北冰洋較遠(yuǎn),云南位于中國(guó)的西南地區(qū)(圖10中紅色實(shí)心三角形表示云南地震臺(tái)網(wǎng))。
結(jié)合上述三分量噪聲能量?jī)?yōu)勢(shì)方位角隨時(shí)間變化的分析,7—9月印度洋活動(dòng)明顯增強(qiáng)時(shí),5~10 s,10~20 s三分量?jī)?yōu)勢(shì)方位指向孟加拉灣—安達(dá)曼?!庇《妊?。當(dāng)印度洋活動(dòng)稍有減弱,北太平洋活動(dòng)開始增強(qiáng)時(shí),5~10 s三分量?jī)?yōu)勢(shì)方位主要指向北太平洋方向,10~20 s三分量則主要指向北太平洋和孟加拉灣—安達(dá)曼?!庇《妊?,而ZZ,RR分量以孟加拉灣—安達(dá)曼?!庇《妊蠓较蚋黠@。因此可看出ZZ,RR分量更容易受到海洋活動(dòng)的影響,特別是在海洋活動(dòng)明顯增強(qiáng)的時(shí)候,噪聲源優(yōu)勢(shì)方向明顯指向海洋活動(dòng)增強(qiáng)的方向。
3結(jié)論
本文分析了云南地區(qū)背景噪聲中三分量的時(shí)間變化特征,并結(jié)合全球海洋海浪每月的有效平均波高數(shù)據(jù),分析研究云南地區(qū)背景噪聲源,得到以下結(jié)論:
(1)ZZ,RR分量的噪聲能量源主要與北太平洋和孟加拉灣—安達(dá)曼?!庇《妊蟮幕顒?dòng)有關(guān),在5~10 s噪聲能量?jī)?yōu)勢(shì)方位均指向北太平洋,只有在7—9月印度洋一帶活動(dòng)明顯增強(qiáng)時(shí)指向該方向。在10~20 s噪聲能量強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)方位隨時(shí)間變化,1—6月ZZ,RR分量?jī)?yōu)勢(shì)方位角指向北太平洋和印度洋一帶,7—12月明顯指向印度洋一帶,全年噪聲源指向孟加拉灣—安達(dá)曼海—北印度洋方向更明顯。
(2)TT分量較ZZ,RR分量更穩(wěn)定,尤其在5~10 s隨時(shí)間變化較穩(wěn)定,以指向北太平洋為主。在10~20 s隨時(shí)間變化,1—6月噪聲源優(yōu)勢(shì)方向以指向北太平洋為主,7—9月指向孟加拉灣—安達(dá)曼?!庇《妊蠓较?,10—12月指向北太平洋和孟加拉灣—安達(dá)曼?!庇《妊蠓较?。
(3)云南地區(qū)背景噪聲主要受海洋活動(dòng)影響。5~10 s的噪聲源主要是來(lái)自北太平洋方向,可能受到近海岸和大洋深水區(qū)的海浪波動(dòng)的影響。10~20 s的噪聲源主要來(lái)自北太平洋和孟加拉灣—安達(dá)曼?!庇《妊?個(gè)方向,可能起源于近海岸海浪與地形耦合產(chǎn)生,主要沿海岸線分布。20~40 s的噪聲源主要指向北部灣—南海一帶,強(qiáng)度較小,且隨時(shí)間變化穩(wěn)定,這與Yang等(2008)認(rèn)為大于20 s的微震信號(hào)強(qiáng)度幾乎不隨季節(jié)變化結(jié)論相似。
背景噪聲的海洋激發(fā)機(jī)制比較復(fù)雜,波浪壓力擾動(dòng)在水體與陸地的傳播機(jī)制以及海岸與海浪之間能量傳遞與耦合機(jī)制等研究的缺失制約著背景噪聲的激發(fā)過(guò)程、源區(qū)及特性的研究。基于前期一些學(xué)者關(guān)于背景噪聲源的研究,北大西洋、印度洋和太平洋是云南地區(qū)背景噪聲主要的影響因素,本文采用的方法所得到的結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)北大西洋的影響,可能與臺(tái)站布局和處理精細(xì)度有關(guān)系,下一步將結(jié)合全球多個(gè)地震臺(tái)網(wǎng)以及海面壓力的數(shù)據(jù),利用FK方法或聚束方法等處理方法,進(jìn)一步深化區(qū)域背景噪聲源的特性及激發(fā)機(jī)制。
本文使用了SEIZMO軟件包以及從NOAA網(wǎng)站上下載的海洋波高的數(shù)據(jù),云南省地震局測(cè)震臺(tái)網(wǎng)為本研究提供地震波形數(shù)據(jù),在此深表謝意。
參考文獻(xiàn):
蔡輝騰,陳颙,金星,等.2019.福建地區(qū)環(huán)境噪聲特性研究[J].地震研究,42(1):64-71.
房立華,吳建平,呂作勇.2009.華北地區(qū)基于噪聲的瑞利面波群速度層析成像[J].地球物理學(xué)報(bào),52(3):663-671.
房立華,吳建平,王未來(lái),等.2013.華北地區(qū)勒夫波噪聲層析成像研究[J].地球物理學(xué)報(bào),56(7):2268-2279.
付媛媛,高原.2016.東北地區(qū)背景噪聲的Rayleigh和Love波相速度層析成像[J].地球物理學(xué)報(bào),59(2):494-503.
王力偉,吳國(guó)瑞,黃柳芳.2018.CAP方法反演新豐江錫場(chǎng)地區(qū)ML4.0級(jí)以上地震震源機(jī)制解[J].華南地震,38(3):1-8.
肖孟仁,羅麗,曾文敬.2018.贛北及其鄰區(qū)地震重新定位及P波速度結(jié)構(gòu)研究[J].華南地震,38(3):15-24.
謝石文,黃顯良,楊波,等.2018.基于不同方法、地殼速度模型的地震定位研究及其在安徽地區(qū)的應(yīng)用[J].華南地震,38(1):95-100.
鄭定昌,王俊.2017.基于背景噪聲的川滇地區(qū)勒夫波層析成像[J].地震學(xué)報(bào),39(5):633-647.
Ardhuin F,Stutzmann E,Schimmel M,et al.2011.Ocean wave sources of seismic noise[J].Journal of Geophysical Research Atmospheres,116(9):C006952.
Behr Y,Townend J,Bowen M,et al.2013.Source directionality of ambient seismic noise inferred from three-component beamforming[J].Journal of Geophysical Research Solid Earth,118(1):240-248.
Bensen G D,Ritzwoller M H,Barmin M P,et al.2007.Processing seismic ambient noise data to obtain reliable broad-band surface wave dispersion measurements[J].Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society,169(3):1239-1260.
Derode A,Larose E,Tanter M,et al.2003.Recovering the Greens Function from field correlations in an open scattering medium(L)[J].Journal of the Acoustical Society of America,113(6):2973-2976.
Euler G G,Wiens D A,Nyblade A A.2014.Evidence for Bathymetric control on the distribution of body wave microseism sources from temporary seismic arrays in africa[J].Geophysical Journal International,197:1869-1883.
Friedrich A,Kruger F,Klinge K.1998.Ocean-generated microseismic noise located with the Grafenberg Array[J].Journal of Seismology,2(1):47-64.
Fukao Y,Nishida K,Kobayashi N.2010.Seafloor topograph,oceaninfragravity waves,and background Love and Rayleigh waves[J].Journal of Geophysical Research Solid Earth,115(B4):B04302.
Gerstoft P,Tanimoto T.2007.A year of microseisms in Southern California[J].Geophysical Research Letters,34(34):102-120.
Gualtieri L,Stutzmann E,Capdeville F,et al.2013.Modelling secondary microseismic noise by normal mode summation[J].Geophysical Journal International,193(3):1732-1745.
Hasselmann K.1963.A statistical analysis of the generation of microseisms[J].Rev Geophys,1(2):177-210.
Kedar S,Longuet-Higgins M,Webb F,et al.2008.The origin of deep ocean microseisms in the North Atlantic Ocean[J].Proc R Soc A,464(2091):777-793.
Kiwamu N.2017.Ambient seismic wave field[J].Proceedings of the Japan Academy,Series B,93(7):423-448.
Koper K D,de Foy B.2008.Seasonal anisotropy in short-period seismic noise recorded in South Aisa[J].Bull Seism Soc Am,98(6):3033-3045.
Lin F,Moschetti M P,Ritzwoller M H.2008.Surfacewave tomography of the Western United States from ambientseismic noise:Rayleigh and Love wave phase velocity maps[J].Geophys J Int,8(8):1525-2027.
Liu L B,Chen Q F,Wang W J.2014.Ambient noise as the new source for urban engineering seismology and earthquake engineering:A case study from Beijing metropolitan area[J].Earthquake Science,27(1):89-100.
Longuet Higgins M S.1950.A theory of the origin of microseisms[J].Phil trans roy soc ser,243(243):1-35.
Nishida K,Kawakatsu H,F(xiàn)ukao Y,et al.2008.Background Love and Rayleigh waves simultaneously generated at the Pacific Ocean Floors[J].Geophysical Research Letters,35(16):L16307.
Rind D,Down W L.1979.Rayleigh wave and Love wave characteristics and the geologic control of propagation[J].Journal of Geophysical Research Solid Earth,84(B10):5632-5642.
Roux P,Kuperman W A,Group T N.2003.Extracting coherent wave fronts from acoustic ambient noise in the Ocean[J].Journal of the Acoustical Society of America,116(4):1995-2003.
Roux P.2009.Passive seismic imaging with directive ambient noise:application to surface waves and the San Andreas Fault in Parkfield,CA[J].Geophysical Journal International,179(1):367-373.
Saito T.2010.Love-wave excitation due to the interaction between a propagating ocean wave and the sea-bottom topography[J].Geophysical Journal International,182(3):1515-1523.
Saygin E,Kennett B L N.2010.Ambient seismic noise tomography of Australian Continent[J].Tectonophysics,481(1-4):116-125.
Shapiro N M,Campillo M,Stehly L,et al.2005.High-resolution surface-wave tomography from ambient seismic noise[J].Science,307(5715):1615-1618.
Shapiro N M,Campillo M.2004.Emergence of broadband rayleigh waves from correlations of the ambient seismic noise[J].Geophysical Research Letters,31:L07614.
Snieder,Roel.2004.Extracting the Greens Function from the correlation of coda Waves:a derivation based on stationary phase[J].Physical Review E Statistical Nonlinear & Soft Matter Physics,69(4):046610.
Stehly L,Campillo M,Shapiro N M.2006.A study of the seismic noise from its long-range correlation properties[J].Journal of Geophysical Research,111:B10306.
Tanimoto T.2006.Excitation of normal modes by nonlinear interaction of ocean waves[J].Geophysical Journal International,168(2):571-582.
Tanimoto T.2007.Excitation of microseisms[J].Geophysical Research Letters,34(5):247-260.
Toksoz M N,Lacoss R T.1968.Microseism:mode structure and sources[J].Science,159(3817):872-873.
Tsai V C.2009.On establishing the accuracy of noise tomography travel-time measurements in a realistic medium[J].Geophysical Journal International,178(3):1555-1564.
Wang W,Gerstoft P,Wang B.2018.Seasonality of P wave microseisms from NCF based beam forming using ChinArray[J].Geophysical Journal International,213(3):1832-1848.
Yang Y,Ritzwoller M H,Levshin A L,et al.2007.Ambient noise Rayleigh wave tomography across Europe[J].Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society,168(1):259-274.
Yang Y,Ritzwoller M H.2008.Characteristics of ambient seismic noise as a source for surface wave tomography[J].Geochemistry Geophysics Geosystems,9(2):1525-2027.
Yao H,Hilst R D V D,Hoop M V D.2006.Surfacewave array tomography in SE Tibet from ambient seismic noise and two-station analysis-I.phase velocity maps[J],166(2):732-744.
Zheng D C,Saygin E,Cummins P,et al.2017.Transdimensional bayesian seismic ambient noise tomography across SE Tibet[J].Journal of Asian Earth Sciences,134:86-93.
Analysis on Ambient Noise Origin in Yunnan Area Based
on Three-Component Data
ZHANG Yan,ZHENG Dingchang,LIN Guoliang,LYU Shuai
(Yunnan Earthquake Agency,Kunming 650224,Yunnan,China)
Abstract
The characteristics of ambient noise and the distribution of the ambient noise origin have gradually become the key issues to deepen the research in the empirical Greens function.Based on the three-component continuous record of 48 seismic stations in Yunnan area from 2015 to 2016,we extracted the? empirical Greens function of stations by using cross-correlation calculation.Based on the characteristics of the signal-to-noise(SNR)ratio of the positive and negative branches of the cross-correlation function,combined with the wave height data,we obtained the azimuthal distribution and time variation characteristics of SNR of stations between 5~10 s,10~20 s,20~40 s in Yunnan area.The results show that the principal azimuth of the ambient noise origin of three-component in Yunnan area are different in different periods.For the 5~10 s band,it is relatively stable.When the ocean activity is relatively intense,the ZZ and RR components are easier to be affected than the TT components.For the 10~20 s band,it is consistent with the seasonal variability of the ocean activities.The principal azimuths of ZZ and RR components points to E and WS direction from Jan.to Jun.,while that of TT component mainly points to E direction.The principal azimuths of ZZ and RR components point to WS from Jul. to Dec., while that of TT component points to WS from Jul.to Dec.,E and WS direction from Oct. to Dec.For the 20~40 s band,the noise intensity is smaller and stable with time.Therefore,the ambient noise origin in Yunnan area is likely to be related to the activities of North Pacific Ocean and Bengal Bay-Andaman Sea-North Indian Ocean.
Keywords:empirical Greens function;cross-correlation;SNR;the ambient noise origin;ocean activity