近日，中國科學院南海海洋研究所徐敏研究員團隊聯合林間院士、丘學林研究員以及香港中文大學楊宏峰教授，利用馬里亞納俯沖帶南部“挑戰(zhàn)者深淵”附近的主動源海底地震儀（OBS）測線記錄的背景噪聲數據，進行了橫波速度結構成像。這是創(chuàng)新利用短時長主動源數據記錄進行被動源地震方式結構成像的成功嘗試，相關成果發(fā)表于國際地學期刊《地球物理研究雜志-固體地球》（JGR-Solid Earth），助理研究員張亞運為論文第一作者，研究員徐敏為通訊作者。

在傳統(tǒng)的地震學研究中，主動源OBS數據主要用于探測海洋巖石圈的縱波結構信息，而背景噪聲信號通常未被充分利用。背景噪聲成像通常需要長時長的陸地地震臺陣數據，通過疊加多道互相關波形來獲取高質量的經驗格林函數，進而反演橫波速度。然而，主動源OBS數據的記錄時長通常只有1-3周，這使得從短時長的噪聲波形中提取可靠的面波信號變得極具挑戰(zhàn)性。

徐敏研究員團隊通過創(chuàng)新的方法，使用短時長互相關技術獲取了足夠數量的互相關波形，并采用選擇疊加篩選高信噪比互相關波形的方法，有效剔除了局部未知震源的影響，滿足了彌散波場的要求（圖1）。此外，他們還通過時頻域相位加權疊加技術提高了最終格林函數的質量（圖2）。

應用這一數據處理流程于馬里亞納俯沖帶南部的主動源OBS測線，研究團隊獲得了高質量的格林函數，并成功提取了面波頻散數據。通過反演的速度模型，他們揭示了該區(qū)域的結構特征，特別是俯沖板片上地幔頂部的低速區(qū)域。含水量的估算結果表明，該區(qū)域的蛇紋石化程度顯著高于馬里亞納俯沖帶的中部和北部，這一發(fā)現與動力學模擬和地震重定位等方法得到的結果相一致。

這項研究不僅為已有的大量主動源OBS數據提供了重復利用的可能，而且證明了即使在臺間距超過400公里的情況下，該方法仍然有效。此外，該方法同樣適用于被動源OBS數據，能夠獲得高信噪比的互相關波形，為更精細的成像工作，如波形擬合等，提供了堅實的數據基礎。

文章鏈接：https://doi.org/10.1029/2023JB027043

圖1. 臺站對L25-L27在2-5 s頻帶內的選擇疊加結果。（a）所有互相關的線性疊加；（b）選擇高相關性互相關后的線性疊加。

圖2. 不同疊加方法對數據質量的提升。LS：線性疊加，Selected LS：選擇線性疊加，Selected tf-PWS：選擇和時頻域相位加權疊加。