隨著密集臺(tái)陣觀測(cè)和地震干涉技術(shù)的發(fā)展，將陣列處理技術(shù)應(yīng)用于密集臺(tái)陣的子臺(tái)陣，可從背景噪聲中提取面波多模頻散圖像，進(jìn)而獲得子臺(tái)陣下方的面波相速度橫向分布。這種基于陣列的成像方法在高分辨率沉積盆地模型構(gòu)建、斷層幾何形態(tài)刻畫、資源探查等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。多模面波頻散圖像的質(zhì)量是獲取高分辨率介質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，但傳統(tǒng)的陣列技術(shù)生成的頻散圖像常因陣列有限采樣和背景噪聲源復(fù)雜分布而受到偽影（aliasing）干擾，影響實(shí)際模式分支的識(shí)別。降低偽影的方法主要有兩種：一是通過研究偽影成因，從理論上進(jìn)行預(yù)測(cè)，再修改成像條件以減輕或消除偽影；二是用隨機(jī)陣列替代規(guī)則陣列的周期性采樣，將偽影轉(zhuǎn)化為非相干噪聲。

中國(guó)地震局地球物理研究所魯來(lái)玉研究員團(tuán)隊(duì)，通過定量分析正波數(shù)周期延拓、負(fù)波數(shù)周期延拓和恒定波數(shù)相關(guān)三種類型的偽影，給出了不同結(jié)構(gòu)偽影的理論預(yù)測(cè)公式。在修正聚束分析（Beamforming）的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)提出了一種新的聚束成像條件，該條件僅依賴于計(jì)算的噪聲互相關(guān)函數(shù)（Noise Cross-Correlation Functions, NCFs），無(wú)需通過希爾伯特變換重建完整的格林函數(shù)（Green's Function, GF）。這一創(chuàng)新方法簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理流程，可有效去除交叉?zhèn)斡?。此外，研究團(tuán)隊(duì)還探討了隨機(jī)采樣去除偽影的優(yōu)勢(shì)，對(duì)比規(guī)則陣列和隨機(jī)陣列的性能后發(fā)現(xiàn)，隨機(jī)陣列能有效減少與周期性采樣相關(guān)的偽影。此外，他們還比較了基于非周期平鋪（aperiodic tiling）領(lǐng)域、數(shù)學(xué)家新發(fā)現(xiàn)的“Hat”家族設(shè)計(jì)的陣列性能。

圖1 一個(gè)典型分層模型的理論色散曲線和幾種典型的低階偽影

圖2 規(guī)則陣列情形,利用新的成像條件去除交叉?zhèn)斡澳M結(jié)果.(a)和(b)分別表示頻率-波數(shù)和頻率-相速度域的結(jié)果.CC是原成像條件的結(jié)果，(CC+SS)/2是新成像條件的結(jié)果，(CC-SS)/2是分離的交叉?zhèn)斡?/span>

相關(guān)成果發(fā)表在《Geophysical Journal International》（Tongwei Qin, Laiyu Lu, Artifacts removal from multimode dispersion image: new imaging conditions of beamforming and random array, Geophysical Journal International, Volume 241, Issue 1, April 2025, Pages 674–701, https://doi.org/10.1093/gji/ggaf058）。研究受國(guó)家自然科學(xué)基金（42474081、U1839209），中國(guó)地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（DQJB23K34）和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFC1500200）資助。

【作者簡(jiǎn)介】

第一作者：秦彤威，男，中國(guó)地震局地球物理研究所助理研究員，主要從事地震干涉理論、臺(tái)陣地震學(xué)等方面的研究工作

通訊作者：魯來(lái)玉，男，中國(guó)地震局地球物理研究所研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事復(fù)雜介質(zhì)地震波傳播與散射理論、地震層析成像及聲學(xué)信號(hào)處理等方面的研究工作。