地震地质 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (1): 306-324.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.01.018
吉宇1)(), 张广伟2,3),*(
), 任俊杰2), 何静2), 王肖薇2)
收稿日期:
2023-11-10
修回日期:
2024-08-06
出版日期:
2025-02-20
发布日期:
2025-04-09
通讯作者:
张广伟
作者简介:
吉宇, 女, 1995年生, 现为中国科学院大学应急管理科学与工程学院计算机技术专业在读硕士研究生, 主要研究方向大数据处理及地下结构反演, E-mail: jiyu21@mails.ucas.ac.cn。
基金资助:
JI Yu1)(), ZHANG Guang-wei2,3),*(
), REN Jun-jie2), HE Jing2), WANG Xiao-wei2)
Received:
2023-11-10
Revised:
2024-08-06
Online:
2025-02-20
Published:
2025-04-09
Contact:
ZHANG Guang-wei
摘要:
特大城市地下三维速度结构对分析潜在灾害源和评价地震危险性具有重要的研究意义。文中利用北京地区28个宽频带地震台和109个短周期地震台的波形资料, 采用背景噪声成像方法反演了北京地区上地壳和昌平南口-孙河断裂带周边浅部的三维S波速度结构。研究结果揭示北京的地下速度结构具有显著的横向非均匀性, 断裂主要位于高、低波速异常的过渡带, 其中凹陷区的低速异常反映了较深的沉积盖层, 而构造隆起区的高速异常则反映了相对坚硬的古老岩层。基于小尺度密集台阵的反演结果显示, 南口-孙河断裂断层面倾角较为陡立, 控制了沙河凹陷的北侧边界, 且沙河凹陷的沉积厚度远远深于上庄凹陷; 另外, 精细的三维速度模型为东北旺-小汤山隐伏断裂的存在提供了直接的地震学证据。文中研究表明, 利用城市背景噪声可高效经济地获取地下三维速度结构, 在识别主要地质构造单元和隐伏断裂等方面具有广阔前景。
吉宇, 张广伟, 任俊杰, 何静, 王肖薇. 基于背景噪声成像研究北京地区三维S波速度结构[J]. 地震地质, 2025, 47(1): 306-324.
JI Yu, ZHANG Guang-wei, REN Jun-jie, HE Jing, WANG Xiao-wei. HIGH-RESOLUTION S-WAVE VELOCITY STRUCTURE OF BEIJING AREA USING AMBIENT NOISE TOMOGRAPHY[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2025, 47(1): 306-324.
图1 北京及周边地区历史地震(a)及区域地质构造分布图(b)
Fig. 1 Distribution of seismic earthquakes in Beijing and its surrounding areas(a) and geological setting of the study area(b).
图2 北京地区固定台站(黑色三角)和布设在南口-孙河断裂周边流动台站(白色三角)分布图
Fig. 2 Location map of the permanent seismic stations in the Beijing region (black triangles) and the temporary seismic stations deployed around the Nankou-Sunhe Fault(white triangles).
图3 互相关波形、初始速度模型及瑞利波群速度频散曲线图 a 北京地区固定地震台站噪声互相关函数; b 固定台瑞利波群速度频散曲线数据, 其中灰色实线代表不同路径的频散分布, 蓝色虚线代表各个周期下频散曲线的数量, 红色点代表各个周期下频散数据的均值; c 初始速度模型; d 短周期流动台站的瑞利波群速度频散曲线数据
Fig. 3 Cross-correlation functions, initial velocity model, and the Rayleigh wave group velocity dispersion curves.
图4 不同周期瑞利波群速度射线的路径分布 a—d 固定台站的群速度路径射线分布, 对应周期分别为4s、6s、8s、10s; e—h流动台站的群速度射线路径分布, 对应周期分别为0.3s、0.7s、1.1s、1.7s。红色小三角代表台站, 黑线代表群速度射线
Fig. 4 Distribution of Rayleigh wave group velocity ray paths at different periods.
图5 北京地区(a)和昌平区(b)走时残差均方差随迭代次数的变化曲线及反演前、后的走时残差分布图(白色和灰色柱状图)
Fig. 5 The standard deviation of travel-time residuals of each iteration step in the Beijing area(a) and Changping area(b), along with the distribution of travel-time residuals before and after inversion(white and gray bar graphs).
图6 北京地区不同深度的检测板测试结果 a 输入模型; b—i 2km、3km、4km、5km、6km、7km、8km、9km深度的模型恢复图
Fig. 6 Checkerboard test for group velocity inversion at different depths in the Beijing area.
图8 北京昌平地区不同深度检测板测试结果图 a 输入模型; b—i 0.3km、0.5km、0.7km、0.9km、1.1km、1.3km、1.5km、1.7km深度的模型恢复图
Fig. 8 Checkerboard test for group velocity inversion at different depths in the Changping area of Beijing.
图9 北京地区不同深度S波速度分布图 a—h 深度为2km、3km、4km、5km、6km、7km、8km、9km的北京地区成像结果平面图; i 地质构造图
Fig. 9 The S-wave velocity distribution at different depths beneath the Beijing area.
图11 昌平地区不同深度的S波速度分布 a—h 深度为0.3km、0.5km、0.7km、0.9km、1.1km、1.3km、1.5km、1.7km的北京昌平地区成像结果平面图; i 沉积层等值线分布图
Fig. 11 The S-wave velocity distribution at different depths beneath the Changping area.
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