利用噪聲研究地下介質速度結構及其變化在中國大陸的應用

利用噪聲研究地下介質速度結構及其變化在中國大陸的應用

李佳鵬1， 鐘衛星2， 李紅誼1， 李信富1， 鄭丹1， 歐陽龍斌1， 張冰1

(1.中國地質大學(北京)地球物理與信息技術學院，北京100083； 2.上海市地震局佘山地震臺，上海201602)

摘要：背景噪聲層析成像技術已被廣泛應用于地殼和上地幔速度結構的研究，這種方法不依靠地震的發生和人工源爆破，只需記錄連續的噪聲信號而無需產生信號，因為噪聲穿過地下介質時會攜帶信息，然后通過利用臺站記錄到的連續背景噪聲數據進行互相關計算和疊加，即可得到臺站間的經驗格林函數，從而獲取對地下結構的認識。這種方法已經很好地應用于中國的東北地區、華北克拉通、青藏高原以及華南地區，并成功地揭示了這些地區地殼與上地幔頂部的速度結構。此外近年來，一些學者還利用噪聲互相關技術研究地下介質地震波速度隨時間的變化，通過對汶川大地震前后連續噪聲記錄的研究發現，大震發生后呈現同震波速降低和震后波速逐漸恢復的特點，這表明可以通過觀測地震波特性的變化來監測地下應力的變化，從而為大震的預測預防工作提供科學依據。本文主要綜述了近些年來背景噪聲技術及其在中國大陸地區的應用。

關鍵詞：背景噪聲；速度結構； 各向異性； 波速變化； 中國大陸

收稿日期：*2014-07-21

基金項目：國家自然科學

作者簡介：李佳鵬(1990-)，男,遼寧撫順人，碩士研究生，主要從事天然地震層析成像研究. E-mail:jiapeng730@163.com

中圖分類號:P631.5文獻標志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2015.01.0235

Application Research on Velocity Structure of Subsurface Medium

and its Changes in the Chinese Mainland Using Ambient Noise

LI Jia-peng1， ZHONG Wei-xing2， LI Hong-yi1， LI Xin-fu1，

ZHENG Dan1， OUYANG Long-bin1， ZHANG Bing1

( 1.SchoolofGeophysicsandInformationTechnology，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China；

2.SheshanSeismicStation，ShanghaiSeismologicalBureau，Shanghai201602，China)

Abstract：Ambient seismic noise tomography has been widely used to study the crustal and mantle structure in the world.This method does not depend on natural earthquakes or artificial explosions，and therefore，it has become a very popular method to image the structure of the crust and uppermost mantle.The subsurface structure beneath the two stations can be determined by extracting the empirical Green’s functions by the cross correlation and stacking of the continuous seismic noise recorded at the two stations.Ambient seismic noise tomography technique can be regarded as sourceless tomography because it functions without source-receiver propagation.The energy of surface waves is stronger than other waveforms and therefore，most studies of ambient noise have focused on surface wave measurements.Surface wave tomography from ambient noise has been successfully used in the United States and the Pacific Northwest，China，New Zealand，South Korea，and Europe.It is obvious that the ambient noise method has several important advantages over traditional surface wave tomography based on earthquakes：(1)the method can be applied to areas that are well instrumented but have a very low level of seismic activity；(2) the ambient noise method is relatively unaffected by seismic source location；and (3) it can be used to make short-to-intermediate period dispersion measurements.However，one limitation of the method is that it is difficult to extract long-period dispersion measurements because most noise sources are limited to shallow depths.In this paper，we briefly introduce an improved method to extract long-period dispersion measurements from ambient seismic noise.Ambient noise data have also been applied to study crustal and mantle anisotropy.Radial anisotropy results based on ambient noise show that in eastern and southeastern parts of the Tibetan Plateau，mid-to-lower crustal low-velocity zones are closely associated with positive radial anisotropy (VSH > VSV).Azimuthal anisotropy in the southeastern Tibetan Plateau revealed that the azimuthal anisotropy pattern in the crust differs to that in the upper mantle，which suggests that the crust and mantle might deform differently.Some researchers have used ambient noise correlation techniques to study temporal changes of seismic velocity.An analysis of the continuous ambient noise data，both before and after the Wenchuan Earthquake，revealed that the coseismic reduction of seismic velocity and postseismic recovery are prominent.The observed temporal changes likely reflect damage and heating processes in the crust associated with the Wenchuan mainshock.With development of the ambient noise method，the resolution of seismic images of the crustal and upper mantle structure will be enhanced.This paper presents the technique of ambient noise tomography and its application to the velocity structure and studies of temporal velocity change on the Chinese mainland.

Key words： ambient noise； velocity structure； anisotropy； velocity variation； Chinese mainland

0引言

背景噪聲成像方法已經被廣泛應用于世界各地對地殼和上地幔結構的研究。這項技術通過對兩個臺站間記錄到的長時間序列的噪聲數據進行互相關處理，提取格林函數，從而進行地震成像，獲取對地下結構的認識[1]。

與傳統基于地震記錄的成像方法相比，噪聲成像無需等待地震的發生，不需要震源定位及震源參數的信息；此外傳統的地震面波成像方法，由于傳播距離較遠通常高頻成分衰減比較嚴重，而高頻成分是研究淺部地殼結構不可或缺的信息[2]，而噪聲成像可以很好地提取短周期面波，用于地下介質結構的研究，克服了在地震面波成像方法中高頻成分衰減嚴重的缺點。

近年來，利用噪聲成像方法研究中國大陸地下介質速度結構及其變化取得了重要的進展。一些學者利用長時間連續記錄到的噪聲數據，通過背景噪聲互相關技術得到中國大陸地區不同周期的面波速度分布圖，經過反演最終得到中國大陸不同地區地殼和上地幔頂部三維剪切波速度模型，模型結果很好地揭示了中國大陸不同地區地下的結構特征。在此基礎上，為了更好地理解地殼和地幔的動力學過程，一些學者同時反演了中國大陸地區地震波速結構和各向異性并對產生各向異性的原因進行了分析。也有學者利用噪聲互相關技術，通過分析經驗格林函數得到走時偏移，進而計算相對地震波速度變化并探討了引起這種變化的原因。

背景噪聲互相關技術的快速發展，得到了越來越多國內外學者的關注，下面將對噪聲成像方法進行介紹，并對其在中國大陸地區的應用進行說明。

1噪聲成像數據處理方法

背景噪聲層析成像數據處理方法通常包括以下5個步驟：單一臺站數據預處理、互相關與疊加運算、頻散曲線的測量、質量控制和面波層析成像[3]。

1.1單一臺站數據預處理

單個臺站的數據處理是整個處理流程中原始數據量最大的環節。它的目的是從單個臺站的波形數據中剔除地震信號和儀器響應，只留下噪聲。由于某些小地震信號非常微弱，僅僅從幅度很難將其剔除，只能通過濾波和歸一化的方法盡量消除其影響。

單個臺站數據處理包括以下環節：原始數據消除儀器響應、去均值、去趨勢、帶通濾波、截成一個小時長的數據文件、時間域歸一化和頻率域白噪化。

1.2互相關與疊加運算

對所有的臺站對進行互相關處理，當有n個臺站時，總共產生n(n-1)/2 個臺站對。但是一些臺站對之間的距離太小或太大，以致于得不到可靠的格林函數結果，需要在后面的時頻分析中對結果進行選擇。

疊加處理的目的是增加互相關得到的格林函數的信噪比以突出信號波形。疊加處理源于這樣的一個想法：雖然由于噪聲源的時間空間分布的隨機性導致背景散射場在較短時間內并非完全均勻，但通過長時間的互相關運算的疊加，可以使隨機干擾相互抵消，而有用信號相加得到加強，從而提高信噪比。

1.3頻散曲線的測量

時頻分析是基于快速傅里葉變換與數字濾波技術發展起來的，其目的是提取地震數據中的頻散信息，即用于群速度、相速度的測量。最早發展的時頻分析方法是移動窗分析法，隨后發展的是多重濾波法。適當的選取窗函數，移動窗分析法與多重濾波法是等價的。在時頻分析中，多重濾波法是核心，是多種時頻分析方法的基礎。

1.4質量控制

頻散曲線的質量直接決定了層析成像和橫波速度反演結果的可靠性。因此，需要對頻散曲線的質量進行嚴格控制和篩選，評估頻散曲線的可靠性，這通常包括以下4個步驟[3-4]：

(1) 如果臺站相距很近，互相關函數的正負分支互相干擾，會導致測量結果的不可靠，所以當測量某一周期頻散時，需使用臺站間距大于3倍波長的數據，特殊情況下，當臺站距離較遠時，所使用的臺站間距要更大。

(2) 雖然噪聲源是隨季節變化的，但是經過多次散射和長時間的平均后，噪聲源的分布趨于平均，因此每個月所測得的頻散曲線雖略有差異，但基本相似。如果臺站的記錄時間比較長，可以通過分析同一路徑不同時段測得的頻散曲線的變化，剔除月變化較大的頻散曲線。

(3) 選擇射線路徑相似的臺站對，對其頻散曲線進行可靠性分析，去除異常的頻散曲線。

(4) 信噪比(SNR)測量可以用于檢驗頻散曲線測量的穩定性，通常當SNR>10時，標準偏差與SNR譜是呈線性相關的，此時可以認為頻散測量結果是相對穩定的。

1.5面波層析成像

面波層析成像通常采用兩步法：首先，將反演區域按網格劃分，采用二維反演方法得到群速度或相速度分布；然后，對群速度或相速度頻散曲線進行反演，獲得橫波速度隨深度的分布[5]。

2利用噪聲成像研究中國大陸地區介質速度結構及各向異性

2.1噪聲成像應用于中國大陸地區速度結構的研究

近年來，隨著噪聲成像方法的不斷成熟，對于中國大陸地下介質速度結構的研究取得了一些重要成果。同時，背景噪聲與其它成像方法的聯合反演(例如，地震面波成像和體波接收函數)也得到了進一步的發展。Xu Z J等[6]同時采用背景噪聲和地震面波成像的方法，對整個中國大陸地殼和上地幔頂部剪切波速度結構進行了研究。結果表明，地殼和上地幔存在顯著的地質特征,包括面積較大的盆地、莫霍面的深度變化、華北克拉通東西部的地幔速度對比、青藏高原中地殼普遍存在的低速區域以及西藏南北地區地幔巖石圈的速度對比。同時得出：青藏高原北部和東部上地幔存在低速結構，而這一點與表面地質結構相關；在青藏高原東部發現一塊高速異常區域，這說明地幔巖石圈的完整性；地幔巖石圈顯示華北克拉通從西部到東部顯著的系統變化；而郯廬斷裂似乎是一個較大的巖石圈邊界。

在中國東北地區，Zheng Y等[7]發現松遼—渤海地塹下方巖石圈很薄，不過地震波傳播速度較快。在中國華北地區，Cheng C等[8]在華北克拉通地區布設2條線性地震臺陣，結果發現華北克拉通地區東部渤海灣盆地下方地殼很薄(約為30 km)并且波速較低；華北克拉通西部鄂爾多斯盆地下方地殼較厚(40 km)且在中下地殼存在大規模的低速區域。Tang Y C等[9]采用噪聲與地震面波聯合反演方法研究華北克拉通地區的巖石圈結構和厚度，發現華北盆地和鄂爾多斯地塊的地殼速度與莫霍面深度的變化都很明顯；華北盆地地殼厚度較薄(31～34 km)且波速較低，而鄂爾多斯地塊的地殼較厚(約為40 km)且波速較高；華北盆地上地幔頂部橫波速度無明顯異常且巖石圈較薄，而鄂爾多斯地塊的橫波速度有明顯異常且巖石圈較厚(120 km)；華北盆地和鄂爾多斯地塊中存在不同熱量和化學成分的物質，并且自新生代以來經歷了不同的地幔形成過程和演化歷史。Luo Y H等[10]揭示了在大別造山帶地區與造山運動相關的地殼特征：在地下深度小于9 km的高壓和超高壓變質地區剪切波速度較高，這說明高壓和超高壓變質巖主要集中在上地殼；高壓和超高壓變質地區中地殼剪切波速度較低，這可能表明韌性剪切地區和脆性破壞地區是在高壓和超高壓變質巖剝落的過程中形成的；在大別山北部中地殼下方存在高速剪切波，這可能與侵入火成巖的冷卻和結晶有關；在大別山東部存在一個向北傾斜的莫霍面，且在大別山北部莫霍面最深，這與在華北克拉通下方、揚子克拉通在三疊紀時期向北俯沖的模型一致。

在中國西部地區，尤其是青藏高原地區，大量學者利用噪聲成像方法做了相關的研究，發現青藏高原地殼較厚且中下地殼普遍存在低速區域[11-15]。Liu Z K等[16]對青藏高原向東擴張的機制進行了研究。作者利用布設于四川西部約300個地震儀記錄到的噪聲數據與地震數據，采用背景噪聲與接收函數聯合反演的方法，得到了青藏高原東部清晰的地下結構。通過成像結果，作者識別出地殼流通道的存在，同時發現跨越大的斷層，地殼結構與流變存在強烈的對比。結合大地測量數據，作者認為青藏高原向東擴張是由局部地殼流以及變形分解作用共同造成的。作者最后推斷對于地殼變形，剛性塊體運動與地殼流模式并不是矛盾的。Li H Y等[17]對中國西北部及鄰近地區進行了噪聲成像的研究，得到的群速度圖揭示了研究區域存在明顯的橫向變化，而這種變化與研究區域中的大的地質結構以及構造單元吻合較好。對瑞利波和勒夫波頻散圖像進行反演，得到研究區域的剪切波速度結構，結果表明，青藏高原地殼較厚且在中下地殼存在低速區域；青藏高原北部邊緣地形坡度較陡峭，低速區域并沒有延伸到塔里木盆地，這可能說明塔里木盆地下方地殼物質與青藏高原相比更加的冷以及堅硬，因此阻礙了中下地殼流的延伸以及青藏高原的變形，從而導致了非常強烈的地形對比；而鄂爾多斯地臺東北部邊緣地形坡度較為平緩，在東昆侖斷層附近低速區域范圍減小；與此同時，結果同樣揭示了塔里木盆地下方地殼速度存在明顯的橫向變化。

Li H Y等[18]對青藏高原東北緣中下地殼低速分布進行了研究，發現周期25 s，柴達木盆地下方存在低速，無盆地區域下方觀察到高速；周期30 s，羌塘和松潘—甘孜下方存在低速。反演群速度和相速度圖像，得到三維地殼模型，結果發現：羌塘和松潘—甘孜地殼很厚，并且在中地殼存在明顯的低速區域；昆侖山東部鄰近地區的低速區域減薄，這為青藏高原的變形模型提供了一個新的約束；祁連山的西北部同樣存在一個相對弱的中地殼低速地區，這是與華北克拉通和青藏高原之間的縮短相關的一種殼內反應。Xu X M等[19]利用噪聲成像方法研究了西藏東部地區，得到四川盆地淺層橫波速度較高，而中下地殼速度較高；青藏高原中下地殼存在低速區域，這與地殼流模型相一致；與此同時，結果也表明從青藏高原東部到四川盆地地殼厚度逐漸減小。

在中國華南地區，Zhou L Q等[20]對中國南部地殼與上地幔頂部結構同時進行了噪聲成像與地震面波成像的研究，數據包括連續兩年記錄到的噪聲數據以及地震數據，最終得到地殼與上地幔頂部的三維速度模型。結果表明，揚子克拉通西部地殼相對較厚，并且地幔巖石圈至少延伸到地下150 km；而揚子克拉通東部與中國南部造山帶的地殼與地幔巖石圈與西部相比較薄，這種差異與中生代平板俯沖過程相一致。

從以上學者在中國大陸地區的噪聲成像工作可以看出，研究區域的覆蓋面較廣，不過主要集中在青藏高原和華北克拉通地區。同時，噪聲成像與地震面波的聯合反演得到了進一步的發展，得到了更多學者的重視。

當然，目前的噪聲成像方法也存在著一些不足，比如難以獲取長周期的面波信號，而長周期的面波信號是研究大陸和全球尺度的巖石圈結構不可或缺的信息。最近Shen Y等[21]在對地震臺站數據進行時間域歸一化處理過程中通過采用頻率-時間歸一化方法從背景噪聲中獲取了長周期的面波信號。通過這種方法提取到的經驗格林函數的信噪比與傳統歸一化方法相比提高了約兩倍。以往的噪聲成像研究主要利用從噪聲中提取的8～60 s的瑞利面波，采用頻率-時間歸一化方法后提取到的瑞利面波周期，對于流動臺站可以達到300 s，對于永久臺站可以達到600 s。頻率-時間歸一化新方法的應用使得在噪聲中提取長周期面波信號成為了可能。

隨著我國城市化進程的加快，城市建設由地表向地下空間拓展，城市地質環境受到的影響和面臨的壓力與日俱增。諸如巖土層劃分、活斷層、地裂縫、空間探測等，都是市政工程建設急需解決的問題。而微動臺陣探測技術可以適用于城市環境，即使在城市交通主干道，仍可有效采集數據，取得很好的探測結果。這種技術首先利用圓形臺陣采集地面微動信號，接著通過空間自相關法提取瑞利波頻散曲線，最后經過反演計算獲取臺陣下方橫波的速度結構[22]。與地震背景噪聲方法相比，微動探測方法對臺陣布局要求更為嚴格，各測點需同步進行觀測，這樣才能保證結果的可靠性。這種技術已經成功應用到城市軌道交通規劃勘察、地鐵工程勘察以及城市近郊活斷層探測等項目中。

為了更好了解長江中下游成礦區的深部構造背景并為此提供一些地球物理學的依據，課題組在長江中下游地區先后布設了39個寬頻流動地震臺站，其中前期布設19個地震臺站，布設時間為2012年6月，后期布設20個地震臺站，布設時間為2014年8月，臺站分布如圖1所示(三角形代表前期布設臺站，正方形代表后期布設臺站)。對于前期布設臺站收集到的地震數據和從國家地震臺網中心獲取到的157個地震臺站的數據(2012年6月—2013年8月)利用背景噪聲方法進行處理。首先將單個臺站的連續波形記錄切割成長度為1小時的記錄，然后去除儀器響應、帶通濾波、時間域歸一化以及頻率域白噪化處理。隨后，對地震臺站記錄到的一年多的背景噪聲數據進行互相關和疊加運算，并剔除那些信噪比低的。圖2給出的是第一期19個流動地震臺站和157個固定地震臺站得到的互相關結果。目前，由于對數據的處理只進行到互相關和疊加階段，所以反演的最終結果及結論有待于進一步對資料進行處理和整理。

圖1　長江中下游成礦帶流動地震臺站分布圖 Fig.1　Distribution of temporary seismic stations in the study region of the middle-lower Yangtze River metallogenic belt

圖2　長江中下游成礦帶流動臺站背景噪聲互相關結果 Fig.2　Results of cross-correlation of ambient noises at temporary stations in the middle-lower Yangtze River metallogenic belt

2.2噪聲成像應用于中國大陸地區介質各向異性的研究

地震波的各向異性指的是地震波在地球的各向異性介質中傳播時，其傳播速度與質點偏振方向等特性隨波的傳播方向而變化的現象[23]。介質各向異性對于面波傳播的影響表現在兩個方面：一是由Rayleigh波和Love波所確定的同一段路徑上橫波速度結構不同，即存在SV和SH波速度結構的差異，稱為徑向各向異性；另一種表現為同一類型的波沿不同方向傳播速度不同，稱為方位各向異性[24]。近年來，已有學者利用背景噪聲層析成像技術對中國大陸地區介質各向異性進行了研究。

Li H Y等[25]利用背景噪聲技術對青藏高原東緣地殼徑向各向異性進行了相關研究。作者通過反演Love波群速度得到SH波速度結構，與之前的研究工作中通過反演Rayleigh波群速度得到的SV波速度結構進行比較，分析研究區域地殼的徑向各向異性。計算結果表明，SH波與SV波的速度結構非常相似，但是在地下深度小于40 km時，SH波速度總體大于SV波速度，在深度等于40 km時，SH波速度基本小于SV波速度。Huang H等[26]利用背景噪聲技術對四川盆地西部以及喜馬拉雅構造結東部周邊地區地殼徑向各向異性進行了研究計算，結果表明，SH波與SV波在上地殼和上地幔速度分布相似，但是在中下地殼存在很大的差異：在上地殼，徑向各向異性小于2%；在中下地殼，SH波速度通常大于SV波速度，并且在松潘—甘孜地塊以及紅河與小江斷裂帶之間探測到強烈的徑向各向異性(>5%)。作者認為這種強烈的徑向各向異性可能與近水平的云母結構有關，而云母的排列方式則受機械強度較弱地區的地殼流所控制。

在大別山造山帶地區，Luo Y H等[27]利用背景噪聲技術對大別造山帶及周圍地區地殼徑向各向異性進行了研究，結果顯示：在華北盆地，整個地殼的徑向各向異性為正，作者認為這與該地區的伸展構造相關；在江漢盆地，中下地殼表現出強的正的徑向各向異性，作者認為這可能是由于地震各向異性材料近水平的排列方式造成的；在大別造山帶東部，大別北部復雜構造單元(NDC)下方上地殼和下地殼表現出正的徑向各向異性，而在中地殼表現為負的徑向各向異性，作者認為上地殼正的徑向各向異性可能是由于存在具有近水平排列的各向異性礦物的火成巖引起的，而下地殼的正的徑向各向異性可能與地震徑向各向異性材料的近水平的排列方式有關，與深部巖漿垂直侵入相關的有限應變可能導致了各向異性結晶礦物的垂直排列，進而造成了中地殼負的徑向各向異性；在大別造山帶西部，除了紅安超高壓(UHP)地區的中地殼表現為負的徑向各向異性，其余地區地殼表現為正的徑向各向異性，與NDC地區相似，紅安UHP地區可能也經歷了類似的熱動力學過程，而負的徑向各向異性可能也是由于深部巖漿垂直侵入導致的地震各向異性礦物的垂直排列引起的。

方位各向異性方面，Yao H J等[28]利用背景噪聲技術和傳統面波成像技術對西藏東南部巖石圈的面波相速度和方位各向異性同時進行了反演。面波成像結果表明，方位各向異性隨深度存在很大的變化；喜馬拉雅構造結東部周圍地區上地殼的方位各向異性表現為曲線模式，其方向性通常與主要的走滑斷層相平行；地幔的方位各向異性模式不同于地殼，并且從南到北變化較為明顯。三維方位各向異性變化圖像限制了橫波分裂的源區，同時揭示：在北緯約26°以南觀測到的大部分橫波分裂都可以用地幔和地殼各向異性來解釋，不過地幔的各向異性起到的作用更大；在長波長的情況下，地殼的方位各向異性模式不同于地幔，這可能與變形隨著深度發生變化有關。

背景噪聲技術無論在徑向各向異性研究方面還是在方位各向異性研究方面，都發揮了重要的作用，隨著噪聲技術的不斷成熟與發展，其在各向異性的研究方面會取得更多的成果。

3利用噪聲互相關技術研究地下介質波速隨時間變化

利用噪聲互相關研究地下介質的速度結構變化是目前地震學的研究熱點之一[29]。對兩個地震臺站的背景噪聲進行互相關運算可提取其間的經驗格林函數，當噪聲記錄足夠長時，不同時段的經驗格林函數往往可以保持較高的相似性，如果介質中地震波速度發生變化，則這種變化可以通過測量不同時段經驗格林函數波形的微小走時偏移探測得到[30]。其中數據處理通常包括三個步驟：首先，對單臺數據進行預處理得到地震背景噪聲；然后，對兩個臺站的背景噪聲進行互相關運算提取臺站間的經驗格林函數；最后，計算不同時段的經驗格林函數與參考經驗格林函數的走時偏移，由此得到相對地震波速度的時間變化[31]。

地震前后地震波的速度可能會發生變化，這表明可以利用觀測地震波特性的變化來監測地下應力的變化，進而對地震進行有限的預測[2]。目前的研究主要集中于對汶川地震震源區及周邊地區地震波速度隨時間變化的研究[30，32-34]。

劉志坤等[30]應用2007年3月至2009年3月四川數字地震臺網的寬頻帶連續波形資料得到汶川地震震源區及其周圍不同區域地震波速度變化的空間差異。結果表明，2008年汶川8.0級大地震造成了震源區及周邊地殼介質速度的急劇下降，跨過余震帶或離余震帶較近的臺站對地震波速降低較為明顯，最大降幅達0.4%；余震帶外圍的四川盆地各臺站對間波速也出現了不同程度的下降，但川西高原上的臺站對沒有觀測到顯著的波速變化。在西南至東北約300 km長的余震帶內波速變化呈現空間分段的特征，大致以安縣為界，余震帶西南部地區主震后很快達到最大波速降，而余震帶東北部地區的最大波速降出現在主震后的1～4個月，地震波速度變化的這種分段特性與地震序列的時空分布特征有較好的對應關系[31]。作者同時認為地震導致斷層區內部結構破壞和周邊介質應力狀態改變是波速變化的主要原因[30]。Cheng X等[33]應用中國地震局區域地震臺網記錄的噪聲數據對汶川地震龍門山斷裂帶同震波速變化進行了研究。結果表明，龍門山斷裂帶西北面的狹長地區出現了明顯的同震波速降低，降幅約為0.4%。作者認為同震波速降低與地震所導致的應力大幅下降有關。

Liu Z X等[34]應用汶川地震震源區附近的小口徑地震臺陣(紫坪鋪水庫臺網)三分量連續波形資料研究了震源區同震和震后波速變化的時間過程及其與深度的依賴關系。結果表明，在汶川地震前，相對波速變化非常小，其均值約為0；而在汶川地震時，波速發生了急劇的降低，降低幅度超過0.2%；在汶川地震后的前三個月波速迅速恢復，之后開始緩慢恢復，波速恢復過程近似為對數的形式。該結果與有良好觀測條件的Parkfield地區得到的波速變化趨勢相似。為了研究波速變化的賦存深度，作者進一步分三個不同周期范圍內(1～2 s，2～4 s和4～8 s)計算了波速變化。盡管各周期下的結果都顯示在汶川主震發生時出現顯著的同震波速降低和震后波速恢復，但不同周期的同震波速降低的空間分布和震后波速的恢復過程存在著一定的差異，最為顯著的特征是2～4 s周期下的同震波速降低幅度及空間展布范圍大于其他兩個周期，而且2～4 s周期下的震后波速恢復過程也較其他周期緩慢[31]。作者同時認為斷層區和淺地表介質的同震破壞及孔隙彈性回彈可能是波速變化的主要原因[29]。

對于2008年汶川地震引起的地下介質速度變化，從學者們的研究中可以看出發震斷層附近的龍門山地區和四川盆地出現明顯的同震波速降低。同時可以得出，同震波速變化在空間上具有分段特性，震后波速恢復過程在時間上近似為對數形式，不同周期同震波速降低的空間分布和震后波速恢復過程存在差異。劉志坤等[29-30]認為同震波速變化是由斷層區內部結構破壞和周邊介質應力狀態改變造成的，而孔隙彈性回彈是震后波速變化的主要原因；而Cheng X等[33]則認為是地震的發生導致應力大幅下降，進而引起同震波速變化。上述學者對于同震波速變化的解釋并未達成一致，因此需要做進一步的工作加以研究。

噪聲技術的迅速發展為人們探測地下結構變化提供了一個新的思路，同時也為地震的預測以及研究提供了一個新的方向。

4結語

噪聲成像既節約成本亦能提高精度，已經有越來越多的學者應用此方法來進行研究工作。為了提高研究的可靠性，噪聲成像與地震面波成像、體波接收函數的聯合使用成為了一種新的趨勢。同時利用噪聲成像研究地下介質速度變化為人們提供了一種監測地下應力變化的方法，從而為預測預報及研究地震提供了新的思路，我們應當持續關注噪聲成像在此方面的應用，并開展進一步的研究。

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