大城市通常建在沉积盆地上，地震发生时，沉积盆地容易捕获和放大地震能量，造成更大的破坏。地震危险性评估关注的一个重要问题即是盆地对强地面运动的放大效应。沉积层厚度，尤其是第四纪沉积物厚度和高分辨率三维S波速度结构，是影响盆地放大效应的主要因素。另外，空前的经济繁荣带动了大城市的快速发展，围绕中心城市规划和建设一个或多个城市副中心，以缓解中心城区不断增长的人口压力，是目前很多大城市面临的主要问题。地下高分辨率三维S波速度结构和沉积层厚度可以为城市规划和防震减灾提供服务，也是城市建设之前开展地质调查所关注的主要因素。

作为北京下辖的行政区域，通州位于北京中心城区东部30公里，自2013年起定位为“北京城市副中心”，以缓解北京中心城区快速发展带来的承载压力。历史记录和现代地震活动都表明，北京大都市面临着潜在的地震风险。1679年的三河平谷8级地震即发生在北京大都市区域。获取通州区域近地表三维S波速度和沉积层厚度，可服务于北京城市副中心建设及北京大都市的地震风险评估。

本文基于布设在北京通州地区约20×40平方公里区域的900多个密集台阵的连续记录，采用移动窗聚束分析和微动H/V谱比技术，得到了通州地区的横向分辨率在1km左右的高分辨率S波速度模型和沉积层厚度。证明了利用背景噪声的移动窗聚束（Beamforming， BF）分析技术，可以提取每个子台阵多模式瑞利波的频散曲线，从而不需要反演，直接获得不同周期瑞利波相速度的横向分布图。通过反演每个子台阵的基阶和第一高阶模式的瑞利波频散曲线，构建了台阵下方高分辨率三维S波速度模型。沉积层厚度通过微动H/V谱比技术勾画。

研究发现，H/V谱比得到的沉积层厚度与1km/s的S波速度等值面有较好的相关性。大兴隆起的沉积层厚度约为100-400m，甘棠和夏垫凹陷的沉积层厚度约为400-600m。模型显示，大兴断裂在穿过牛堡屯之后，很可能继续向北东向延申，延申长度约为20Km。

图1 利用聚束分析(BF)提取多模式瑞利波频散曲线(a,b)及与F-J变换结果（c,d）的对比。

图2 S波速度为1km/s的速度等值面（a）及H/V谱比给出的沉积层厚度（b）。

研究成果发表在JGR-Solid Earth（Qin, T., Lu, L., Ding, Z., Feng, X., & Zhang, Y., 2022, High-resolution 3D shallow S wave velocity structure of Tongzhou, subcenter of Beijing, inferred from multimode Rayleigh waves by beamforming seismic noise at a dense array. Journal of Geophysical Research:Solid Earth, 127, e2021JB023689. https://doi.org/10.1029/2021JB023689）。本研究得到了国家自然科学基金（U1839209）和科技部重点研发计划（2017YFC1500200）的资助。

论文第一作者为我所博士研究生秦彤威，通讯作者为鲁来玉研究员。

【作者简介】

第一作者：秦彤威，男，博士研究生。研究方向为基于密集台阵的高分辨率地震干涉成像理论及应用。E-mail:qintongwei18@mails.ucas.edu.cn

通讯作者：鲁来玉，男，研究员，博士生导师，主要从事与复杂介质地震波传播与散射有关的理论、方法和成像技术研究。E-mail:laiyulu@cea-igp.ac.cn

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