發(fā)布時間：2018-06-27 03:40

  本文選題：面波層析成像 + 連續(xù)模型正則化　； 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：面波成像是研究地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)和變形特征的最為重要的手段之一�；谶B續(xù)模型正則化的面波層析成像被廣泛應(yīng)用于反演二維相速度或群速度分布。其中由于臺站和地震事件空間分布不均勻,不可避免地導(dǎo)致射線路徑分布不均勻,從而影響成像結(jié)果的空間分辨率。基于連續(xù)模型正則化方法,我們提出一種改進(jìn)的空間自適應(yīng)平滑方法。通過把約束反演模型平滑度的先驗?zāi)Ｐ蛥f(xié)方差矩陣中的固定相關(guān)長度,改進(jìn)為基于射線密度的相關(guān)長度函數(shù),實現(xiàn)了空間的自適應(yīng)平滑。此外,我們提出了用以壓制數(shù)據(jù)異常的兩步反演策略。在合成數(shù)據(jù)測試中,我們設(shè)置不同尺度異常樣式檢測板模型,通過與傳統(tǒng)方法反演結(jié)果對比,表明新的方法可以在射線路徑覆蓋密集區(qū)域有效提高模型恢復(fù)。對于青藏高原東南部地區(qū)的實際數(shù)據(jù)應(yīng)用,空間自適應(yīng)平滑方法反演出與傳統(tǒng)方法相似的結(jié)構(gòu),而且新方法結(jié)果展現(xiàn)了更為精細(xì)的結(jié)構(gòu),并且對異常幅值有著更好的解析。通過合成測試和實際數(shù)據(jù)應(yīng)用,表明我們的新方法在射線分布不均勻區(qū)域可以有效實現(xiàn)分辨率的空間變化。另一方面,地震面波所反映出的方位各向異性一直被認(rèn)為反映了應(yīng)力應(yīng)變作用下礦物和巖石裂隙的定向排列,以及地殼、上地幔隨深度變化的形變模式。傳統(tǒng)的深度方位各向異性結(jié)構(gòu),通常由逐點的Rayleigh波純路徑頻散及其方位各向性反演得到。我們提出了一個使用Rayleigh波混合路徑頻散直接反演橫波速度方位各向異性變化的方法,從而不必進(jìn)行二維群速度或者相速度的構(gòu)建。在之前的研究中,我們已經(jīng)構(gòu)建了基于采用鄰近算法(NA)的兩步法反演一維深度橫波波速和方位各向異性的程序(Yao 2015)。在采用了改進(jìn)MINEOS程序后,我們可以更為精確地計算Rayleigh波相速度對于橫向各向同性介質(zhì)(TI)五個彈性模量(A,C,F,L,N)的敏感度核函數(shù)。同時,在我們之前提出的頻散走時直接反演三維橫波速度結(jié)構(gòu)并進(jìn)行面波射線路徑追蹤的基礎(chǔ)上(Fangetal.2015),我們提出了基于射線追蹤的三維橫波各向異性直接反演方法,從而避免了面波研究中通常使用的大圓路徑假設(shè),進(jìn)而可以應(yīng)用于小區(qū)域復(fù)雜介質(zhì)。通過一系列的合成數(shù)據(jù)測試,我們對新方法進(jìn)行了系統(tǒng)的檢驗。首先,我們直接使用真實各向同性模型作為參考模型進(jìn)行反演,其結(jié)果與輸入模型較好擬合,從而證明了三維各向異性直接反演方法的可靠性。接著在第二個合成數(shù)據(jù)測試中,我們給出了使用Rayleigh波頻散直接反演得到三維橫波速度結(jié)構(gòu)和三維橫波速度方位各向異性結(jié)構(gòu)的處理流程。最后通過使用加入不同比例高斯隨機(jī)噪聲的合成數(shù)據(jù),我們證明了直接反演方法在一定程度噪聲水平下對快波方位角反演的穩(wěn)定性,盡管隨著噪聲水平的提高,很難對方位各向異性的幅值進(jìn)行較好的恢復(fù)。合成測試結(jié)果表明,當(dāng)使用數(shù)據(jù)的射線覆蓋足夠好,Rayleigh波頻散測量數(shù)據(jù)足夠精確時,我們的直接反演方法可以有效地反演出三維橫波速度方位各向異性的變化。
[Abstract]:Surface wave imaging is one of the most important means to study the velocity structure and deformation characteristics of the crust on the mantle. Surface wave tomography based on continuous model regularization is widely used to invert two-dimensional velocity or group velocity distribution. The distribution of station and seismic events is inhomogenous, which inevitably leads to the distribution of ray paths. Based on the continuous model regularization method, we propose an improved spatial adaptive smoothing method. By using the fixed correlation length in the prior model covariance matrix of the smoothness of the constrained inversion model, we have improved the space based on the correlation length function based on the line density. In addition, we propose a two step inversion strategy to suppress the data anomaly. In the synthetic data test, we set up the different scale anomaly pattern detection board model. By comparing the traditional method inversion results, it shows that the new method can effectively improve the model recovery in the dense area of the ray path. For the Qinghai Tibet Plateau, the new method can be used to improve the model recovery. In the original data of the southeastern region, the spatial adaptive smoothing method was used to reverse the structure similar to that of the traditional method, and the results of the new method show a more fine structure and have a better analysis of the anomalous amplitude. It is shown that our new method can be used in the uneven distribution of the ray distribution through the synthetic test and the practical data application. On the other hand, the azimuthal anisotropy reflected by seismic surface waves has been considered to reflect the directional arrangement of mineral and rock fractures under stress and strain, as well as the deformation pattern of the crust and upper mantle with depth. The traditional depth azimuthal anisotropic structure, usually by point by point Rayleigh We have proposed a method to invert the azimuthal anisotropy of the transverse wave velocity using the Rayleigh wave mixing path dispersion, so we do not have to construct the two-dimensional group velocity or phase velocity. In the previous study, we have built the approach based on the proximity algorithm (NA). The two step method for inversion of the one-dimensional depth transverse wave velocity and azimuth anisotropy (Yao 2015). After using the improved MINEOS program, we can more accurately calculate the sensitivity kernel function of the Rayleigh wave velocity to five elastic moduli (A, C, F, L, N) of the transverse isotropic medium (TI). Based on the inversion of the three-dimensional transverse wave velocity structure and tracking the surface wave ray path (Fangetal.2015), we propose a three-dimensional transverse wave anisotropic direct inversion method based on ray tracing, thus avoiding the large circular path hypothesis commonly used in the study of surface waves, and thus can be applied to complex media in the area. We systematically test the new method. First, we directly use the true isotropic model as the reference model, and the results are well fitted to the input model, which proves the reliability of the three-dimensional anisotropic direct inversion method. We have given the second synthetic data tests. The processing flow of three-dimensional transverse wave velocity structure and three-dimensional transverse wave velocity azimuth structure is obtained by using Rayleigh wave dispersion directly. Finally, by using the synthetic data with different proportions of Gauss random noise, we prove the stability of the direct inversion method to the azimuth angle inversion of the fast wave in a certain degree of noise. With the improvement of the noise level, it is difficult to recover the amplitude of azimuth anisotropy. The results of synthetic test show that when the data's ray coverage is good enough and the Rayleigh wave dispersion measurement data are accurate enough, our direct inversion method can effectively retrieve the change of azimuthal anisotropy of the velocity of the three-dimensional transverse wave.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P315

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本文編號：2072521