近日,精密測(cè)量院地震與地球內(nèi)部物理學(xué)研究團(tuán)隊(duì)基于全球分布的高精度超導(dǎo)重力儀網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)資料,在地球運(yùn)動(dòng)微弱信號(hào)提取方面取得重要進(jìn)展。他們成功提取到高信噪比的地球長周期面波,這是利用重力技術(shù)的首次嘗試。該研究成果近日發(fā)表在國際期刊Seismological Research Letters上。
相關(guān)研究結(jié)果2020年5月發(fā)表在國際知名期刊Seismological Research Letters上。博士后李航為論文第一作者,論文題目為“Extracting Long‐Period Surface Waves and Free Oscillations Using Ambient Noise Recorded by Global Distributed Superconducting Gravimeters”。
科研動(dòng)態(tài)
精密測(cè)量院在利用高精度超導(dǎo)重力儀提取微弱背景噪聲信號(hào)研究方面取得新進(jìn)展
近日,精密測(cè)量院地震與地球內(nèi)部物理學(xué)研究團(tuán)隊(duì)基于全球分布的高精度超導(dǎo)重力儀網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)資料,在地球運(yùn)動(dòng)微弱信號(hào)提取方面取得重要進(jìn)展。他們成功提取到高信噪比的地球長周期面波,這是利用重力技術(shù)的首次嘗試。該研究成果近日發(fā)表在國際期刊Seismological Research Letters上。
地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題一直是地球科學(xué)前沿基礎(chǔ)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。最近十幾年來,利用地震背景噪聲提取到的面波信號(hào)在地殼和上地幔結(jié)構(gòu)研究中得到了廣泛的應(yīng)用,寬頻帶地震儀在長周期信號(hào)提取方面存在頻帶限制問題,因此利用該技術(shù)進(jìn)行地球深部結(jié)構(gòu)的研究相對(duì)較少。20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的超導(dǎo)重力儀具有很高的靈敏度、穩(wěn)定度和觀測(cè)精度,它類似于垂直分量的地震儀,能夠有效記錄到各類地震波信號(hào),并在研究長周期地球內(nèi)部動(dòng)力學(xué)方面具有其它類型儀器無法比擬的優(yōu)勢(shì),可彌補(bǔ)地震技術(shù)缺陷。如果能夠從超導(dǎo)重力儀背景噪聲中取到高信噪比的長周期面波和自由振蕩信號(hào),則可探索地球深內(nèi)部結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)信息。
基于以上考慮,地震與地球內(nèi)部物理學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用全球分布的超導(dǎo)重力儀和同址觀測(cè)的STS-1地震儀長時(shí)間積累的觀測(cè)資料,實(shí)施了精細(xì)的數(shù)據(jù)預(yù)處理與分析,并采用自相關(guān)方法提取了長周期面波(2-7.5mHz,即133.3-500s)和地球自由振蕩,并對(duì)提取到的面波信號(hào)進(jìn)行了群速度頻散曲線的測(cè)量,通過對(duì)兩種不同觀測(cè)技術(shù)得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了超導(dǎo)重力儀提取結(jié)果的可靠性。
圖1給出了利用背景噪聲數(shù)據(jù)提取到的長周期面波波形,可以看出超導(dǎo)重力儀與地震儀都能清晰記錄到繞地球傳播一周(R1+R2)和兩周(R3+R4)的面波信號(hào)。圖2為利用背景噪聲觀測(cè)資料檢測(cè)到的自由振蕩信號(hào),由圖可知盡管在4.5-7mHz頻段受減采樣濾波器振幅衰減的影響,結(jié)果形態(tài)略差外,但在2-4.5mHz頻段,超導(dǎo)重力儀能夠像STS-1地震儀那樣清晰顯示高信噪比的自由振蕩信號(hào)。圖3為面波群速度頻散曲線的測(cè)量結(jié)果,使用的是圖1中由相位自相關(guān)方法(PAC)提取到的R1+R2面波信號(hào)(藍(lán)線),從圖中可以看出,超導(dǎo)重力儀與同址觀測(cè)的地震儀結(jié)果,以及由PREM(Preliminary Reference Earth Model)地球模型計(jì)算得到的理論值之間均較為一致。本項(xiàng)研究成果可拓展到沿兩個(gè)臺(tái)站間傳播的長周期面波信號(hào)的提取,為聯(lián)合重力與地震技術(shù)開展地球深內(nèi)部結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)問題探索提供了有效途徑。
相關(guān)研究結(jié)果2020年5月發(fā)表在國際知名期刊Seismological Research Letters上。博士后李航為論文第一作者,論文題目為“Extracting Long‐Period Surface Waves and Free Oscillations Using Ambient Noise Recorded by Global Distributed Superconducting Gravimeters”。
該研究得到了國家基金委項(xiàng)目的資助。
論文鏈接:https://pubs.geoscienceworld.org/ssa/srl/article/doi/10.1785/0220190166/586589/Extracting-Long-Period-Surface-Waves-and-Free
圖1 不同臺(tái)站超導(dǎo)重力儀與地震儀同址觀測(cè)到的地球長周期面波信號(hào)(SG表示超導(dǎo)重力儀,STS-1表示地震儀;紅線表示未扣除地震影響的結(jié)果,藍(lán)線表示扣除地震影響后的結(jié)果;PAC表示相位自相關(guān)方法,CAC表示傳統(tǒng)自相關(guān)方法;CAN和CB、SUR和SU、BFO和BF_L表示各同址觀測(cè)臺(tái)站)
圖2 利用扣除地震影響后的背景噪聲數(shù)據(jù)提取到的自由振蕩信號(hào)(紅色豎線為自由振蕩理論頻率,各字符縮寫含義同圖1)
圖3 群速度頻散曲線結(jié)果對(duì)比((a)中黑色實(shí)線表示由PREM地球模型計(jì)算得到的理論頻散曲線,各字符縮寫含義同圖1)