多震相走时联合三参数同时反演成像

采用新近研制的分区多步不规则最短路径多震相地震射线追踪正演技术,结合流行的子空间反演算法,提出了一种联合多震相走时资料进行地震三参数(速度、反射界面和震源位置)同时反演的方法技术.数值模拟反演实例、以及与双参数(速度和反射界面或速度和震源位置)同时反演的对比分析表明:三参数同时反演成像结果大体接近双参数同时反演成像的结果.另外,噪声敏感性试验表明:所提算法对到时数据中可容许的随机误差并不敏感,结果说明多震相走时的联合三参数同时反演成像方法技术不失为一种提高走时成像空间分辨率、进而降低重建模型参数失真度、行之有效的方法技术.

三维复杂层状介质中多震相走时联合反演成像

采用新近提出的改进型不规则最短路径多次波射线追踪正演技术,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘最优化反演问题,讨论了三维复杂层状模型中利用多震相走时资料进行联合反演成像的技术方法.考虑到不同震相种类走时的拾取误差不同,反演算法中引入了不同震相种类数据的权系数;另外,考虑到同时反演速度模型和反射界面起伏中不同参数变化对走时影响程度的不同,Jacobi偏导矩阵元素中引入了不同种类参数的归一化因子.几种数值模拟实例表明:多震相走时的联合或同时反演成像是一种提高走时成像空间分辨率,进而降低重建速度模型失真度行之有效的方法技术.

一般TI介质中多震相旅行时层析成像——以井间成像为例

传统的各向异性介质中的正、反演研究大多基于弱各向异性假设下的VTI介质,且主要是有关初至波的射线追踪和相应的旅行时反演。然而,随着勘探精度要求的不断提高,一般普适的(含强)TI介质中的多震相射线正、反演方法,则成为急需解决的问题。鉴于此,本文将基于各向同性介质多震相分区多步最短路径射线追踪算法推广到一般各向异性TI介质,结合相、群速度导数的一阶旅行时扰动方程,采用共轭梯度求解带约束的阻尼最小二乘问题,进而提出了一种利用多震相旅行时进行一般TI介质弹性参数反演的方法。井间地震数值实验结果表明,多震相旅行时联合反演可有效提高成像分辨率,验证了方法的有效性和正确性。

球坐标系下多震相走时三参数同时反演成像

球坐标系下多震相走时三参数(速度、震源位置和反射界面)同时反演需要解决两个关键问题:(1)球坐标系下3D速度模型中多次透射、反射(折射)及转换波精确、快速的射线追踪;(2)同时反演时三种不同参数间的强耦合问题.为此,我们将直角坐标系下分区多步不规则最短路径算法推广至球坐标系中,进行区域或者全球尺度的多震相射线追踪.然后将其与适合多参数同时反演的子空间算法相结合,形成一种球坐标系下联合多震相走时三参数同时反演的方法技术.与双参数(速度和反射界面或速度和震源位置)同时反演的数值模拟对比分析显示:三参数与双参数的同时反演结果大体接近,并且它们对到时数据中可容许的随机噪声不太敏感.结果说明本文中的同时反演成像为一种提高成像分辨率,同时反演速度、震源位置和反射界面的有效方法.

多震相走时和波形三维地震成象方法及在祁连山地壳结构研究中的应用

本文的理论方法是以几何射线理论为基础发展起来的、天然地震走时反演技术及天然地震层析成像技术。它存在着震源函数与介质参数的解耦问题。本研究采取了五种方法来改善反演结果。包括，利用，Pg，Pn等震相增大约束条件；用已有精度较高的人工地震测深结果作速度约柬：用波形反演来修改模型，把诸多物理量开发出来互为约束，以修改后的模型再作反演，使解的稳定性大大提高：采用最优化过程，选择遗传算法。可以进行震源定位，走时反演，波形反演：得到任意深度的速度分布及从地表到Moho面的速度剖面。用于在祁连山地区的结果表明，这些层析剖面对认识大地构造、重大深部事件动力学是很有益的。

椭球坐标系下多震相地震射线追踪

地震射线追踪方法技术在地震学领域有着较为广泛的应用,然而大多数算法建立在直角坐标系或球坐标系下,实际地球并非完美的球体,而是两极略扁的椭球体,因此,球坐标系下计算结果与真实情况存在一定误差.传统的做法一般是在球坐标系下进行计算,而后进行椭球校正.本文提出了一种直接在椭球体模型中采用分区多步最短路径算法进行多震相地震射线追踪的方法技术,实现了椭球坐标系下多震相地震波射线路径追踪和走时计算.与解析解的对比表明:该算法具有较高的计算精度,适用于任意形状的椭球体,且不需要进行额外的走时校正.数值模拟结果表明,计算所得P波和PcP反射波的走时与AK135走时表的误差小于0.1 s.当震中距较大时,使用球对称模型和椭球体模型计算所得的走时差异显著,说明采用椭球坐标系的必要性.

多震相菲涅耳体射线走时同时反演成像

高频假设下的地震射线理论以及相应的地震成像理论表明,在射线稀疏条件下,不可能得到较高分辨率的构造成像;而有限频射线理论更符合实际地震的传播规律,即地震波的走时不仅与中心射线(传统的几何射线)上的速度分布有关,而且与中心射线附近一定范围(称其为第一菲涅耳体)内的速度异常分布有关.鉴于此,本文提出了计算多震相地震波菲涅耳体有限频射线的方法,并定义了走时敏感核函数,同时给出了利用多震相菲涅耳体有限频射线进行速度模型和反射界面同时反演成像的公式.利用多震相走时资料,使用传统射线层析成像方法与有限频射线层析成像方法进行了速度和界面的同时反演成像.结果表明,当射线密度较小时,无论是对速度模型的重建还是对反射界面几何形状的更新,有限频射线层析成像方法均优于传统射线层析成像方法,而变频有限频射线层析成像则是实际地震层析成像的首选反演算法.

由多震相走时和波形作三维地震成像(英文)

本项成果包括：提出天然地震走时反演层析成像技术，采用下列方法使得处理结果得以改善：１）利用３２个地震，４０４条射线的Ｐｇ，Ｓｇ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｐｎ，Ｓｎ等震相增加约束条件；２）用已有精度较高的人工地震测深结果作速度约束；３）用波形反演来修改模型，把波源，介质吸收，散射等物理特征集中反映在记录中，把诸多物理量开发出来互为约束，以修改后的模型再作反演，使解的稳定性大大提高；４）采用最优化过程，选择遗传算法，可以进行震源定位，走时反演，波形反演； ５）得到任意深度的速度分布及从地表到Ｍｏｈｏ面的速度剖面。主要应用结果：对于朝鲜半岛南部，划分为５（沿纬度）＊６（沿经度）＊８（沿深度）块，对于中部分２８８块．得到从地表到Ｍｏｈｏ面的８个水平切面；中部地区沿纬度１３个二维剖面及其Ｍｏｈｏ面深度分布。结果表明，这些剖面对认识大地构造、地质结构的稳定性，深部事件的性质是很有益的，对地球动力学研究也有重要意义。

2D/3D起伏地表多震相地震波走时的因式分解程函方程算法

起伏地表条件的地震波走时计算方法是研究该类地表区地下结构的基础工具。快速行进法和快速扫描法均是基于有限差分求解程函方程而发展起来的地震波走时计算方法,由于震源附近波前曲率较大,这两种算法均存在震源奇异性问题。研究成果表明,对于复杂模型快速行进法的计算效率高于快速扫描法。为此,借鉴快速扫描法解决震源奇异性的思路,采用快速行进法求解因式分解程函方程,从而规避了震源奇异性问题。具体而言,将地震波走时分解为一个距离函数T0与一个走时扰动值T1乘积的形式,通过快速行进法求解T1,并与T0相乘,得到地震波走时;同时,为弥补规则网格迎风差分格式不适用于地表/界面起伏的缺陷,构建了适用于不规则网格的不等距迎风差分格式,进而结合分区多步技术形成了全局多震相地震波走时计算方法。2D和3D数值模拟实例表明,所提算法从根本上解决了快速行进法的震源奇异性问题,显著提高了原算法的计算精度与效率,可精确计算多震相地震波走时。

多震相层析成像与在介质中的多波型射线跟踪

本文介绍了多震相的层析成像的思路和算法，通过穿透和反射走时可以同时作出２维和３维慢度（速度的倒数）重建。我们分析了在穿透和反射数据中确定速度和深度的不确定性，并认识到深度扰动对反射走时异常比慢度扰动更敏感。由不同波类型所提供的对速度和深度的约束，这个算法实际上减少了在一般反射层析成像在速度和深度之间的不确定性，并且也避免了在穿透层析成像中的不确定问题。线性化反演是通过从反射界面深度由分离速度参数迭代进行的。使用一个快速的２－Ｄ和３－Ｄ射线跟踪算法来计算穿透和反射走时和对幔度及反射界面深度的偏导数。深度和速度都用立方Ｂ样条函数来进行参数化。合成例子表明，当同时考虑穿透和反射时间，层析成像的结果得到改进。这个方法也应用到英国煤炭测量局（ＢｒｉｔｉｓｈＣｏａｌＭｅａｓｕｒｅｓ）沿跨线排列所记录的逆ＶＳＰ数据组。通过使用波形配合技术，用同时确定时间延迟和叠加权，可以自动拾取旅行时间。所观察到的逆ＶＳＰ层析成像可比周围介质具有较低速度的两个断层区域成像。断层的位置由附近的反射测线所确定。本文还讨论了在复杂２－Ｄ和３－Ｄ非均匀各向同性介质中地震射线跟踪方法。界面的几何形状和水平速度场都通过使用非均匀步长立方Ｂ－样条节点?

多震相走时和波形三维地震成像方法及在朝鲜半岛和祁连山地壳结构研究的应用

本项成果包括：提出天然地震走时反演层析成像技术，采用下列方法使得处理结果得以改善：１）利用Ｐｇ，Ｓｇ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｐｎ，Ｓｎ等震相增大约束条件；２）用己有精度较高的人工地震测深结果作速度约束；３）用波形反演来修改模型，把波源，介质吸收，散射等全部物理特征集中反映在记录中，把诸多物理量开发出来互为约束，以修改后的模型再作反演，使解的稳定性大大提高；４）采用最优化过程，选择遗传算法。可以进行震源定位，走时反演，波形反演；５）得到任意深度的速度分布及从地表到Ｍｏｈｏ面的速度剖面。主要应用结果：对于朝鲜半岛南部，划分为５（沿纬度）＊６（沿经度）＊８（沿深度）块，对于中部分２８８块．得到从地表到Ｍ面的８个水平切面；中部地区沿纬度１３个二维剖面及其Ｍｏｈｏ面深度分布。上述方法也用于祁连山中东段地壳三维结构成像，加上地震台网数字记录，反演。该区属塔里木－阿拉善地块走廊过渡带与北祁连褶皱带；从剖面可看出该地块上地壳低速层厚，下地壳有一低速层。北祁连褶皱带盆地与隆起构造之间的起伏差异，显示古浪断裂与金强河断裂之间的深部差异与界线。两地区的结果表明，这些剖面对认识大地构造、地质结构的稳定性，深部事件的性质是很有益的，对地球动力?

菲涅耳体有限频射线多震相走时同时反演成像

高频假设下的地震射线理论、以及相应的地震成像理论,使得传统射线成像方法不可能具有较高的成像分辨率.相反,基于有限频的射线理论则更符合实际地震的传播规律,即地震波的走时不仅与中心射线(传统的几何射线)上的速度分布有关,而且与中心射线一定范围(称其为第一菲涅尔体)内的速度异常分布有关.鉴于此,本文提出了计算多震相菲涅耳体有限频地震射线的方法,同时给出了利用多震相菲涅耳体有限频射线进行速度和反射界面同时反演成像的迭代公式.利用多震相走时资料,分别使用传统射线走时层析成像方法和菲涅尔体有限频射线走时层析成像方法进行速度和界面的同时反演成像,结果表明:当射线密度较稀疏时,无论是对速度模型的重建还是对反射界面几何形状的更新,菲涅尔体有限频射线层析成像方法均优于传统的射线走时层析成像方法,而变频菲涅尔体有限频射线层析成像方法又优于单一频率的菲涅尔体有限频射线层析成像方法.

基于分区多步快速行进法下3D起伏层状介质中多震相射线追踪

快速行进法(FMM)是一种求解程函方程数值解计算网格节点走时,然后向后处理进行射线追踪的方法.为了求取任意起伏界面下高精度多震相的地震走时与相应的射线路径,本文采用任意起伏地表条件下的的三维不等距上行差分公式结合分区多步计算技术实现了三维复杂层状起伏介质中多震相(透射、反射、转换波)地震走时的计算,利用上行有限差分公式逐次进行射线路径的追踪,并且通过与较为成熟的不规则最短路径法(ISPM)对比,验证了本算法的计算精度和有效性.数值模拟实例和对比结果表明该算法具有较高的计算精度,数值计算稳健,能灵活处理含任意三维起伏界面模型中多震相地震走时及相应射线路径的追踪问题.

基于MFMM正演和Subspace反演下2D起伏层状介质中多震相走时同时反演成像

结合分区多步快速行进法(Multistage FMM)正演算法和子空间(Subspace)反演算法,形成了一种新的多震相走时同时反演成像技术(简称:FMM+Subspace).为了避免不规则界面三角网格更新后,还需重新剖分的问题,正演算法中采用不等距上行差分公式进行界面上走时的计算;同时为了避免反演未知速度参数过多,导致反演效率低下等问题,文中采用“双重网格”策略进行正、反演.为了验证所提反演方法的有效性和正确性,文中与其他反演方法(正演:分区多步不规则最短路径算法;反演:共轭梯度求解带约束的阻尼最小二乘问题:简称:ISPM+DMNCLS_CG)进行了对比分析,验证了所提反演算法的正确性和有效性.井间检验板联合反演和深地震测深联合反演、同时反演数值模拟表明:FMM+Subspace反演算法是一种行之有效的走时同时反演方法技术.

霍山震群区三维地壳速度结构与孕震环境

霍山震群可能是反映华东地区乃至青藏高原地震活动的重要窗口,其孕震环境与发震机制备受关注。文中手动拾取获得了1987个地震的7706条P波、394条PmP波、9263条S波和557条SmS波共计17920条震相到时数据,采用多震相体波层析成像方法反演获得了霍山震群区下方深至30km的地壳三维P波速度(V_(P))、S波速度(V_(S))及纵横波速度比(V_(P)/V_(S))模型。结果显示,霍山震群区附近存在弱高V_(P)/V_(S)结构特征,但在震群区下方存在强高V_(P)/V_(S)结构特征,且该结构特征沿晓天-磨子潭断裂向深延伸至30km深度,推测霍山震群区下方存在流体作用。该流体作用可能降低断层面有效正应力,从而导致在晓天-磨子潭断裂与落儿岭-土地岭断裂交会的薄弱区发生霍山震群活动。这些流体的来源与太平洋板块在地幔转换带滞留脱水所形成的“大地幔楔”结构中的地幔热物质上涌有关,但还可能与青藏高原壳幔物质沿大别山造山带E向挤出有关,共同影响了霍山震群活动特征。文中成果也为深入理解霍山震群区的构造活动与华东地区及青藏高原构造活动的关联性提供了地震学证据。

二维复杂层状介质中地震多波走时联合反演成像

采用新近提出的多次波射线追踪正演算法,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘最优化反演问题,分析讨论了利用多震相走时资料进行联合反演成像的方法及技术.考虑到不同震相走时的拾取误差不同,反演算法中引入了不同震相种类数据的权系数;由于同时反演速度模型和反射界面起伏中不同模型参数变化对走时影响程度的不同,Jacobi偏导矩阵元素中引入了不同参数的归一化因子;另外,为了克服射线密度过大(或过小)区域速度模型的过度(或欠)更新问题,反演算法中引入了等权射线密度的概念.几种数值模拟实例表明(含噪声敏感性试验):多波走时的联合或同时反演成像技术是一种提高走时成像空间分辨率,进而降低重建模型失真度行之有效的方法.

DC_4型数字超声列车车轴多波检测仪的研究

鉴于超声单波(回波)金属检测仪存在不能检测损伤大小和形状的问题,我们依据多波地震勘探的理论,对超声多波金属检测仪进行了研究,并对其特性、原理及与其配套的三分量换能器等进行了分析,取得了实质性突破。

超声多波检测自动定量确定列车车轴的裂纹

应用工程多波地震勘探的理论和方法,使用高频DC4型多波检测仪和单分量、三分量换能器,在有裂纹实物车轴模型上进行了多波观测试验,探索出了一套适用于检测列车车轴裂纹的新方法:超声换能器网阵自动定量多波检测法。用研制成功的多波检测计算机三维成像软件系统对观测数据进行处理,其成像结果与已知模型基本相符。该检测法为今后金属无损探伤中对损伤位置、几何形状及尺度等参数的确定开辟了新的方法,有着广阔的应用前景。

太行山断裂带东南缘地壳三维P波速度结构成像

应用多年地震台网观测数据,使用多震相走时成像方法获得了太行山断裂带东南缘地壳的三维P波速度结构模型。结果表明:速度结构图像在浅部较好地反映了地表地形、地质构造的特征,深部显示地壳速度具有明显的横向变化特征。12km深度以上显示研究区北部太行山隆起区地壳主要呈现为高速区,南部沉降区为低速区,而12km深度以下具有反转的特点。整体显示速度异常的走向大致与邻近活动断裂走向一致。垂直速度剖面显示研究区地壳具有分层特征,上地壳厚约10km,速度横向变化较小;中、下地壳的界面呈现局部上隆或凹陷状,横向起伏变化较大。通过分析速度、断裂与中强地震发生的关系推测研究区具备发生中强震的深部孕震条件。