In an ongoing effort to improve 3D seismic‐wave propagation modeling for frequencies up to 10 Hz, we used cross correlations between vertical‐component waveforms from an underground chemical explosion to estimate the statistical properties of small‐scale velocity heterogeneities. The waveforms were recorded by a dense 2D seismic array deployed during the Source Physics Experiments for event number 5 (SPE‐5) in a series of six underground chemical explosions, conducted at the Nevada National Security Site. The array consisted of 996 geophones with a 50–100 m grid spacing, deployed at the SPE site at the north end of the Yucca Flat basin. The SPE were conducted to investigate the generation and propagation of seismic and acoustic waves from underground explosions. Comparisons of decay rates of waveform cross correlations as function of interstation distance, computed for observed and synthetic seismograms from the SPE‐5 chemical explosion, were used to constrain statistical properties of correlated stochastic velocity perturbations representing small‐scale heterogeneities added to a geology‐based velocity model of the Yucca Flat basin. Using comparisons between recorded and simulated waveform cross correlations, we were able to recover sets of statistical properties of small‐scale velocity perturbations in the velocity model that produce the best‐fit between the recorded and simulated ground motion. The stochastic velocity fluctuations in the velocity model that produced the smallest misfits have a horizontal correlation distance of between 400 and 800 m, a vertical correlation distance between 100 and 200 m, and a standard deviation of 10% from the nominal model velocity in the alluvium basin layers. They also have a horizontal correlation distance of 1000 m, a vertical correlation distance of 250 m, and a standard deviation of 6% in the underlying and consolidated sedimentary layers, up to a depth of 4 km.Comparisons between observed and simulated wavefields were used to assess the proposed small‐scale heterogeneity enhancements to the Yucca Flat basin model. We found that adding a depth‐resolved stochastic variability to the geology‐based velocity model improves the overall performance of ground‐motion simulations of an SPE‐5 explosion in the modeled frequency range up to 10 Hz. The results may be applicable to other similar basins.

中文翻译：

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使用密集阵列波形相关性建立具有随机变异性的速度模型

为了改进频率高达 10 Hz 的 3D 地震波传播建模，我们使用地下化学爆炸的垂直分量波形之间的互相关来估计小尺度速度异质性的统计特性。波形是由密集的二维地震阵列记录的，该阵列是在内华达州国家安全站点进行的一系列六次地下化学爆炸中的 5 号事件 (SPE-5) 源物理实验期间部署的。该阵列由 996 个检波器组成，网格间距为 50-100 m，部署在尤卡平原盆地北端的 SPE 站点。进行 SPE 以研究地下爆炸引起的地震波和声波的产生和传播。波形互相关的衰减率作为站间距离的函数的比较，根据 SPE-5 化学爆炸的观测和合成地震图计算，用于约束相关随机速度扰动的统计特性，这些随机速度扰动代表添加到基于地质的小规模异质性Yucca Flat 盆地的速度模型。通过比较记录的和模拟的波形互相关，我们能够恢复速度模型中小尺度速度扰动的统计特性集，从而在记录的和模拟的地面运动之间产生最佳拟合。产生最小失配的速度模型中的随机速度波动具有 400 到 800 m 之间的水平相关距离，100 到 200 m 之间的垂直相关距离，以及冲积盆地层中标称模型速度的 10% 的标准偏差。它们的水平关联距离为 1000 m，垂直关联距离为 250 m，下伏和固结沉积层的标准偏差为 6%，深度可达 4 km。 使用了观测和模拟波场之间的比较评估提议的对丝兰平原盆地模型的小规模异质性增强。我们发现，在基于地质的速度模型中添加深度解析的随机可变性可以提高模拟频率范围内高达 10 Hz 的 SPE-5 爆炸的地面运动模拟的整体性能。结果可能适用于其他类似的盆地。和冲积盆地层中名义模型速度的 10% 的标准偏差。它们的水平关联距离为 1000 m，垂直关联距离为 250 m，下伏和固结沉积层的标准偏差为 6%，深度可达 4 km。 使用了观测和模拟波场之间的比较评估提议的对丝兰平原盆地模型的小规模异质性增强。我们发现，在基于地质的速度模型中添加深度解析的随机可变性可以提高模拟频率范围内高达 10 Hz 的 SPE-5 爆炸的地面运动模拟的整体性能。结果可能适用于其他类似的盆地。和冲积盆地层中名义模型速度的 10% 的标准偏差。它们的水平关联距离为 1000 m，垂直关联距离为 250 m，下伏和固结沉积层的标准偏差为 6%，深度可达 4 km。 使用了观测和模拟波场之间的比较评估提议的对丝兰平原盆地模型的小规模异质性增强。我们发现，在基于地质的速度模型中添加深度解析的随机可变性可以提高模拟频率范围内高达 10 Hz 的 SPE-5 爆炸的地面运动模拟的整体性能。结果可能适用于其他类似的盆地。垂直相关距离为 250 m，下伏和固结沉积层的标准偏差为 6%，深度可达 4 公里。丝兰平盆模型。我们发现，在基于地质的速度模型中添加深度解析的随机可变性可以提高模拟频率范围内高达 10 Hz 的 SPE-5 爆炸的地面运动模拟的整体性能。结果可能适用于其他类似的盆地。垂直相关距离为 250 m，下伏和固结沉积层的标准偏差为 6%，深度可达 4 km。 观测波场和模拟波场之间的比较被用来评估提议的小尺度非均质性增强丝兰平盆模型。我们发现，在基于地质的速度模型中添加深度解析的随机可变性可以提高模拟频率范围内高达 10 Hz 的 SPE-5 爆炸的地面运动模拟的整体性能。结果可能适用于其他类似的盆地。观测波场和模拟波场之间的比较被用来评估对 Yucca Flat 盆地模型提出的小规模非均质性增强。我们发现，在基于地质的速度模型中添加深度解析的随机可变性可以提高模拟频率范围内高达 10 Hz 的 SPE-5 爆炸的地面运动模拟的整体性能。结果可能适用于其他类似的盆地。观测波场和模拟波场之间的比较被用来评估对 Yucca Flat 盆地模型提出的小规模非均质性增强。我们发现，在基于地质的速度模型中添加深度解析的随机可变性可以提高模拟频率范围内高达 10 Hz 的 SPE-5 爆炸的地面运动模拟的整体性能。结果可能适用于其他类似的盆地。