地震学研究中使用扇形束CT方法的初探

地球物理CT技术又称为ST(Seismic tomography)技术。它是近年来以医学CT技术为基础而发展起来的一种以数字化地震波观测台网、地震波传播理论、图象重建理论和现代化计算机技术相结合,以重现地球内部三维结构的一门新技术。本文简述了ST的研究历史和近年来的主要成就以及国际上进行该项研究的几个庞大计划,美国的IRIS计划和欧州的ORFEUS计划。概述了我国至1985年以来开展这方面工作的情况以及所取得的主要进展。文中给出了目前ST的几种主要常用方法,卷积反投影方法和代数重建方法,讨论了它们的适用性,各自离散化公式的优点和存在的问题,分析了可能的改进途径。针对地震学研究的复杂性,对大量的近震、地方震资料,详述了应用发散束CT方法的可能性、重要性。给出了二维情况下的扇性束CT重建方法。文章详细地给出了有平行束CT重建方法之一--卷积投影别法,变换到发散束的扇形域CT重建法的变换公式,具体的推导计算与重建算法,给出了便于计算机执行的离散化公式,提出了对震源深度相差不大的中,小地震震源位置曲线拟合,确定重建圆、圆心的方法、运用一维或二维差分多项式逼近,进而采用递推结构产生射束地址的算法。扦值函数采用通用内扦方法,在滤波器选择上吸取了适用于衍射CT理论的GP外推方法的优点。讨论了可能的实适性问题。本文基本上综述了全部程序设计方案,可用于实际资料处理计算。由于本方法是一种二维重建算法,对资料的选取有一定的限制;即必须基本上在一条测线上。另外,与其他方法一样,本方法也是一种不完全投影情况下的重建算法。所以共同面临的问题有:1,理论工作还需进一步发展,即对弯曲射线情况下的算法研究等;2,地震观测台网布局的局限性,不可能实现三百六十度的覆盖域;3,成象目标太复杂。这几点也是ST现在所面临的主要困难。如何解决这些问题,正是地震学CT技术下一步需研究的方向。ST的研究在我国才是刚刚起步,特别是西北地区的地震学研究中开展这项工作势在必行,对于探求震源机制,进行地震预报研究具有重要意义。