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地壳-上地幔顶部速度结构的P波接收函数成像方法 郑天愉 中国科学院地质与地球物理研究所 当远震地震波传播到地震台站下方时，在介质的速度间断面从P波转换成的S波占有相对强的波动能量，在地震记录中表现为该转换波震相的振幅大于相近时间到达的其它波动的振幅。同时，利用远震P波近似垂直入射的特点，便于扣除波形记录中的震源信息。人们利用地震波传播的这些特性，发展了接收函数成像技术。远震P波的垂直分量主要由直达波构成。在忽略尾随波能量的近似条件下，通过径向分量被垂直分量反褶积，分离出记录了接收台站下方转换波传播的介质响应，即P波接收函数。利用P波接收函数来成像速度间断面结构的主要技术，包括（1）提高转换波信号信噪比的接收函数叠加技术，（2）叠加成像方法，和（3）波形反演方法。叠加成像方法是将时间域的波动振幅按射线路径转换为空间域在转换点的相对能量，对大量记录叠加得到能量分布，据此推断速度间断面的位置。波形反演方法是用反演推测的速度结构计算理论接收函数，以理论波形对观测波形的拟合程度来推断速度结构模型。 在这两类成像方法中，波形反演的多解性，以及叠加成像时不能直接识别假界面（由多次波产生）和判断真界面的属性，分别是各自方法的主要局限。针对上述两类成像方法的技术难题，我们发展了新的P波接收函数结构成像方法（以下简称结构成像方法）（Zheng et al., 2015，数据库文献53）。该方法以理论的共转换点（CCP）叠加成像剖面（以下简称CCP剖面）与观测CCP剖面的最佳拟合为判据；并用观测CCP剖面来约束波形反演的模型空间，获得观测剖面下的速度结构。用结构成像方法完成接收函数成像的主要步骤如下： 用三分量的远震P波记录计算观测格林函数。 基于先验的区域平均速度结构模型，计算接受函数的观测CCP剖面（Zhu, 2000)。 以观测CCP剖面的结构框架（能够直接识别的界面，如沉积盖层底界面，Moho界面等）构建波形反演的模型框架和参数空间。采用全局搜索反演方法 (Liu et al., 1995; Ai et al., 1998) 对于每个台站的叠加接受函数做波形反演，得到台站下方的速度结构模型。 利用反演获??的速度结构模型，按每个地震-台站对的射线参数逐条计算理论接收函数，并计算理论CCP剖面。 选择由不同界面构建的模型计算理论CCP剖面，并与观测剖面进行比较，来识别观测CCP剖面中多次波产生的假界面，鉴别真实界面的属性。根据对界面的判别，调整反演的模型和参数空间，再次做波形反演并计算理论CCP剖面。 基于波形反演得到的速度结构模型，重新计算观测CCP剖面。 反复执行步骤（3）-（6），逐次改进理论CCP剖面与观测CCP剖面的吻合程度，直到波形拟合和CCP剖面匹配均无有效改进为止。 本结构成像方法已被用于构建《华北地区地壳-上地幔地震波速度结构模型v1.0》。包括： （1）华北西部地区的地壳速度结构模型 采用稀疏台阵波场重建方法（Zhang et al., 2015, 数据库文献23），按0.2? X 0.2?间隔，构建波场数据。用结构成像方法，获得地壳速度结构模型。 （2）典型剖面NCISP-6的地壳速度结构 采用本方结构成像法完成。 （3）典型剖面NCISP-1，NCISP-2，NCISP-3，NCISP-4，NCISP-5，NCISP-7，NCISP-8的地壳速度结构 采用了本方法的初期技术思路，用CCP约束下的接收函数波形反演方法完成。 参考文献 Zheng, T. Y., He, Y. M., Yang, J. H., Zhao, L., Seismological constraints on the crustal structures generated by continental rejuvenation in northeastern China, Scientific Reports, 5, doi:10.1038/srep14995 (2015). Zhu, L. Crustal structure across the San Andreas Fault, Southern California from teleseismic converted waves. Earth Planet. Sci. Lett., 179, 183-190, doi:0.1016/S0012-821X(00)00101-1 (2000). Liu, P. C., Hartzell, S. Stephenson, W. Non-linear multiparameter inversion using a hybrid global search algorithm, applications in reflection se