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三峡大坝2009年蓄水到175米后,整个库区至重庆段长江沿岸的地质、生态都发生了明显变化,每年库区都会发生大量滑坡、地面塌陷、地面沉降、泥石流、地裂缝、地震等地质灾害。给当地环境造成了一定的破坏。给人民财产安全也造成了很大的损失。因此,坝区的地质稳定性和地质灾害的防治已经越来越重要。坝区的地质稳定性的调查和研究是当前的主要任务,背景噪声方法(ANT,Ambient Noise Tomography)是一种行之有效的大尺度地下调查手段,广泛应用于地壳的地质调查研究。
为了研究三峡库区的地下速度结构,作者在三峡地区进行了长达45天的数据采集工作,并应用噪声成像方法进行了地下速度结构反演,获得了三峡地区地下速度结构的初步研究成果,具体研究内容包含以下几个部分:
(1)根据背景噪声观测的原理和地质结构研究的需要,作者设计了一条从巴东至宜昌与长江走向基本一致的测线,测线总长度100km左右。沿测线共布设10台宽频地震仪,台站间距平均10km左右,总共采集了约30天的天然地震及背景噪声数据,所获得的背景噪声数据质量较高。
(2)为了验证背景噪声的处理、频散曲线提取和反演算法的正确性,作者设计了一些模型从计算得到的理论地震记录中提取了频散曲线,并进行了反演工作,数值实验结果说明设计和采用的算法是正确的。
(3)进行了10台的地震噪声数据去均值、滤波、时间域归一化的处理和互相关计算,提取了45条频散曲线。其中38条频散曲线是合格的,可用于反演工作。
(4)采用高斯牛顿法进行了一维反演,得到了一条速度剖面;采用子空间法进行二维反演得到了三峡地区不同深度的区域速度分布。
(5)对三峡地区的速度反演结果进行了初步的地质分析,总的来说,速度剖面自巴东至宜昌在横向上速度总体上呈递增趋势,在垂向上速度总体趋势随深度增加而增大。三峡地区自西向东可分为两大块,速度结构截然不同。在茅坪到九畹溪之间存在一个速度突变带,推测存在一个大的断裂或者盆地的边界。巴东到突变带(秭归盆地)可以大致分为六层,突变带到土门(黄陵地块)可以大致分为五层。
通过此次研究,得到了三峡区域的垂向和横向的速度分布,可以为以后的三峡地区地质灾害预测和预防提供基础地球物理的科学依据。但是由于数据采集仅一条剖面,另外采集时间长度还不够长,要得到更加可靠的和有用的地质结果,还需要更多和更长时间的地震背景噪声监测记录。
本论文共分为七个章节,具体内容安排如下:
第一章绪论部分,主要从研究目的、研究背景、研究方案和研究成果几个方面进行了概述;
第二章简要介绍了三峡地区的地质背景和地球物理特征;
第三章重点阐述了背景噪声成像的原理和工作流程,其中对互相关函数和格林函数的关系、数据处理方法和反演方法进行了详尽的介绍;
第四章是有关理论模型的设计及算法验证的内容;
第五章给出了三峡流动台站布置的情况,所使用的仪器类型和参数,以及三峡地震背景噪声数据的处理;
第六章重点描述了三峡地区地震背景噪声反演,并对速度的反演结果进行了初步地质分析;
第七章总结了论文的研究工作和研究结果,并提出了下一步研究工作的建议。