利用地震体波走时层析成像构建南加州地区地壳速度结构模型

摘要

地震层析成像是目前研究整个地球内部非均匀结构和地球动力学的重要技术和工具之一。其中，地震体波走时层析成像技术应用最为广泛，地震波的走时信息之所以能够反映地球内部结构，是因为地震波在地下介质中传播时，由于地下介质的非均匀结构导致地震波走时与在理想的均匀介质中传播得到的走时不一致，通过分析比较这种走时的变化获取地球内部结构的信息。　　美国南加州地区位于太平洋板块和北美板块的交汇地带，地震活动剧烈、地质构造复杂、地震台站密集，是进行天然地震波速度成像探索地球内部速度结构的典型区域。本文的研究目的是通过地震波数据的走时信息利用地震体波走时层析成像技术获取研究区域的地壳速度结构，研究该区域的地壳P波速度结构，对于了解和认识该地区的地质构造具有重要意义。　　本文针对获取的地震波形数据存在质量较差不易得到观测走时的问题，探索了改善波形质量并自动拾取近震初至波走时的方法。最终本文收集了2015年-2018年发生在美国南加州地区的地震波形事件，利用AIC法进行初至走时的拾取，通过质量筛选和误差分析，拾取了35600条初至P波和Pn波走时。然后利用地震体波走时层析成像技术对南加州地区0-40km深度的地壳进行研究，获得了该区域0.5°×0.5°×5km分辨率的P波速度结构模型，结合该地区已有的地球物理研究结果，对层析成像结果进行分析。　　通过分析各深度层上的速度分布情况，揭示了南加州地区P波波速不仅随深度的变化产生变化，且该区域地壳具有明显的横向不均匀性。反演结果显示，在近地表，该地区的P波速度分布与地表的地质构造、地形起伏存在较好的一致性，即高山山脉在该层具有较高的P波速度，而沉积盆地等低地形的构造呈现低速分布。在中地壳，层析成像结果显示在该深度上大部分区域都显示高速分布，该区域中地壳的速度结构与地壳岩层构成有关以及以往的地质构造活动相关。在下地壳，反演结果显示了P波速度的横向不均匀性。在上地幔，层析成像结果显示在该深度上大部分区域呈现低速分布。

目录

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第1 章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究概况

1.3未来发展趋势

1.4研究内容及目的

1.5论文框架

第2 章地震体波走时层析成像理论与方法

2.1地震层析成像

2.2地震体波走时层析成像

2.2.1层析成像理论

2.2.2地震资料的使用

2.2.3模型参数化

2.2.4地震波射线追踪

2.2.5地震层析成像反演

2.2.6层析成像结果可靠性分析

2.3本章小结

第3 章地震体波走时层析成像数据处理

3.1宽频带地震波形数据介绍

3.2数据预处理

3.2.1 数据的获取

2.2.2数据重采样

2.2.3提高数据信噪比

3.3初至走时的自动拾取

3.3.1理论走时计算

3.3.2近震走时的自动拾取

3.3.3质量筛选

3.3.4走时的不确定性估计

3.4本章小结

第4 章速度结构模型的构建

4.1多级快速行进法

4.2子空间反演法

4.3构建速度结构模型

4.4模拟实验

4.5本章小结

第5 章南加州地壳速度结构成像

5.1南加州研究区域概述

5.2数据处理与模型参数化

5.2.1数据资料处理

5.2.2模型参数化设置

5.3层析成像结果的可靠性分析

5.3.1棋盘测试

5.3.2反演残差分析

5.4层析成像结果与分析

5.4.1层析成像结果

5.4.2与前人结果对比分析

5.5本章结论

结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果