应用背景噪声监测火山区地震波速度的变化

发布时间：2020-08-28 14:41

　　 2014年9月27日日本御岳山火山和2018年5月初一段时间美国夏威夷岛基拉韦厄火山均发生了爆发。其中御岳山火山属于突然的蒸汽喷发,火山喷发前数天内未观测到明显的地下流体压力和地形变的变化,仅在喷发前几分钟内观察到地倾斜的变化。基拉韦厄火山活动大致从2018年4月25日开始,伴随着火山口熔岩湖的升降运动和地震活动性的增加,火山口发生小规模的爆发。5月4日,Pu‘u‘ō‘ō南翼发生Mw6.9级地震,Halema’uma’u火山口的熔岩湖面下降了数十米,火山活动一直持续到8月4日才逐渐平息。基拉韦厄火山口区域在这次火山活动中记录到明显的地形变,其中GPS观测到该区域火山口坍塌的垂直位移下降了约85 m。伴随着几乎每天都会发生的火山口坍塌事件,地倾斜台站观测到地表连续的升高和降低变化。火山喷发过程中涉及岩浆活动与构造应力之间的相互作用,应力的积累与释放会引起岩浆囊内压力的变化。监测火山喷发前后地下介质的时变特征,对于认识火山区内部岩浆活动有重要意义。本论文基于背景噪声互相关,研究了上述两座火山喷发前后的相对地震波速度变化。对于御岳山火山波速变化的研究,共收集了该火山区附近6个地震台站2014年垂直分量的连续数据。应用移动窗互谱法测量了0.4-0.8 Hz频带下的相对走时偏移,分别得到每个台站对相互之间的波速变化和所有台站对的平均波速变化。结果表明火山喷发前约10天地震波速降低达0.1%;喷发后波速缓慢升高,然后逐渐恢复至背景值。研究基拉韦厄火山时使用了基拉韦厄火山口周围10个地震台站2018年垂直分量的连续数据,采用同样的方法测量了0.5-1.0 Hz频带下的相对走时偏移,得到了所有台站对的平均波速变化。结果表明火山口大规模喷发前10天,平均波速下降达0.5%。该火山口的喷发一直持续到8月4日才逐渐平息,平均波速变化在这之后逐渐升高并恢复至背景值。本文对引起两个火山喷发前后的平均波速变化可能的物理机制进行了分析讨论。结合御岳山火山喷发前后的震源机制解结果,表明该火山口顶峰区在火山喷发前后的地震波速度变化与周围的应力变化有关。而基拉韦厄火山口的地震波速度变化可能与地下岩浆的压力变化有关。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P317;P315.7
【部分图文】：

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3.1 观测资料本章所使用的观测资料由日本 Hi-net 网站提供（http://www.hinet.bosai.go.jp/），共收集了御岳山火山区附近6个短周期地震台站连续波形数据（图3-1）。这 6 个台站分别由日本的三个研究机构布设，其中 ASSH 和 KADH 台站是由日本防灾科学技术研究所（NIED）布设，KID1 和 NGR1 台站是由日本名古屋大学（Nagoya University）布设，ONTA 和 ONTN 台站是由日本气象厅（JMA）布设。

软件处理,步骤,火山区,地震波速度

www.msnoise.org/ 网址下载获得。MSNoise 软件斯火山区得到了验证，即利用该软件分别监测两次地震波速度的变化。的处理步骤简便（图 3-2），主要包括安装和数据

数据预处理,台站,经验格林函数

图 3-3 数据预处理结果（NGR1 台站）（图 a 为重采样后的波形，图 b 为去均值、去趋势和 0.2-1 Hz 带通滤波后的波形，图 c 为时域归一化和去尖灭后的波形，图 d 为频谱白噪化后得到的背景噪声波形。）3.2.3 互相关计算及叠加单台数据预处理后，对研究区内每个台站对每天的背景噪声在相同时间内作互相关运算，其结果作为台站对间的经验格林函数。为提高信噪比，将各台站对包括当天在内的前一段时间的互相关函数叠加后得到每天经验格林函数。选择2014 年 1 月至 7 月这段时间内各台站的每天经验格林函数进行叠加并计算其参考经验格林函数。通过测量台站对间的每天经验格林函数与参考经验格林函数的相对走时偏移即可得到其相对波速变化。图 3-4 表示 NGR1-ONTA 台站对 30 天的互相关函数与参考经验格林函数的波形对照。

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