本文關(guān)鍵詞：地震體波面波聯(lián)合反演研究及應(yīng)用　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：地震成像是研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)最重要的工具之一,但成像精度通常受限于數(shù)據(jù)分布、數(shù)據(jù)類型等因素。為了改善地震成像的精度,本論文主要從模型參數(shù)化以及同時利用體波和面波數(shù)據(jù)兩個方面出發(fā),發(fā)展了基于小波變換的多尺度地震成像和聯(lián)合體波面波數(shù)據(jù)成像的方法。新發(fā)展的小波域成像方法與傳統(tǒng)成像方法對比結(jié)果顯示:基于小波變換的地震成像方法具有數(shù)據(jù)自適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn),能在數(shù)據(jù)覆蓋較密區(qū)域得到高精度的圖像。新發(fā)展的聯(lián)合反演方法則被應(yīng)用于南加州地區(qū),反演結(jié)果顯示了與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)較高的一致性,并且反演的模型相比于南加州區(qū)域模型能更好地擬合觀測數(shù)據(jù)。此外,為了使體波面波數(shù)據(jù)聯(lián)合反演變得直接,本論文還發(fā)展了基于射線追蹤的面波數(shù)據(jù)的直接反演方法,并將其應(yīng)用于臺北盆地。利用直接反演方法得到的Vs模型在沉積盆地中顯示低速并延伸到0.5公里左右,為該地區(qū)的強(qiáng)地面運(yùn)動模擬奠定了基礎(chǔ)。圍繞如何提高地震成像分辨率,本論文主要進(jìn)行以下四個方面的研究:1)基于小波變換的體波數(shù)據(jù)多尺度成像近震體波數(shù)據(jù)成像的分辨率受地震事件以及臺站分布等因素的約束。通常地震事件和臺站的分布非常不均勻,即地震事件通常不均勻分布于斷層附近,而臺站分布也很難達(dá)到理想的均勻分布。為了實現(xiàn)分辨率隨數(shù)據(jù)覆蓋變化而變化,本論文提出在小波域中進(jìn)行稀疏約束地震成像。相對于傳統(tǒng)的基于平滑約束方法,由于小波的多尺度分辨特性,新發(fā)展的小波域成像方法也具有多尺度成像的特點(diǎn),即在射線分布較密的區(qū)域具有較高的分辨率,而在射線分布較疏區(qū)域也能保證大尺度的結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。2)面波頻散數(shù)據(jù)直接反演及其應(yīng)用傳統(tǒng)的面波頻散數(shù)據(jù)反演分為兩步,首先通過提取的頻散數(shù)據(jù)反演得到一個二維的相速度或群速度分布圖,然后通過線性或非線性反演得到每個點(diǎn)下方的一維速度結(jié)構(gòu),再將一維速度結(jié)構(gòu)合成偽三維速度結(jié)構(gòu)。本論文提出一種基于射線追蹤的面波數(shù)據(jù)直接反演方法,即由面波頻散數(shù)據(jù)直接反演得到三維速度結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)方法,該方法能夠最大限度地利用已有數(shù)據(jù)。換言之,該方法并不會因為某個周期數(shù)據(jù)少而舍棄該周期的數(shù)據(jù)。此外,該方法考慮了面波傳播非大圓路徑的影響,這在復(fù)雜介質(zhì)中面波傳播是很重要的。最后,由于該直接反演過程及公式與體波反演非常相似,這為體波面波數(shù)據(jù)聯(lián)合反演奠定了基礎(chǔ)。3)體波面波數(shù)據(jù)聯(lián)合反演及其應(yīng)用聯(lián)合反演充分利用了面波數(shù)據(jù)直接反演的優(yōu)點(diǎn),將面波數(shù)據(jù)反演整合到體波反演框架中。利用兩種數(shù)據(jù)的互補(bǔ)性,得到一個統(tǒng)一的P波和S波速度模型。本論文將詳細(xì)對比聯(lián)合反演方法和面波或體波數(shù)據(jù)單獨(dú)反演方法,得出聯(lián)合反演方法的有效性。此外,我們將該方法應(yīng)用于南加州地區(qū),并對反演模型進(jìn)行地質(zhì)解釋,同時也利用波形正演驗證所得到的速度模型。4)利用體波面波數(shù)據(jù)進(jìn)行三維Vp/Vs成像Vp/Vs模型對巖性、部分熔融、水或氣體飽和度和孔隙度等非常敏感,因此它在地質(zhì)解釋中非常重要。然而,由于P波數(shù)據(jù)和S波數(shù)據(jù)不同的解析度,在地震體波成像時通常難以得到一個可靠的Vp/Vs模型。P波數(shù)據(jù)和S波數(shù)據(jù)不同的解析度源于P波和S波不同的數(shù)據(jù)數(shù)量和質(zhì)量,通常P波數(shù)據(jù)在數(shù)量和質(zhì)量上都優(yōu)于S波。由于面波數(shù)據(jù)對S波速度結(jié)構(gòu)最為敏感,面波數(shù)據(jù)的加入可以增加Vp/Vs模型的可靠性。本論文將著重討論利用體波和面波數(shù)據(jù)反演Vp/Vs結(jié)構(gòu)的方法,并將其應(yīng)用于南加州地區(qū)。結(jié)果顯示:反演所得的Vp/Vs模型在淺部區(qū)域與當(dāng)?shù)氐膸r性及斷層帶有著較好的對應(yīng)關(guān)系;地震活動性較強(qiáng)區(qū)域下方觀測到了較高的Vp/Vs異常,因此,我們猜測高地震活動性可能和該地區(qū)由于流體產(chǎn)生的蠕動有關(guān);地震空區(qū)觀測到了相對較高的Vp/Vs異常,對后續(xù)地震活動性和危險性評估有著非常重要的作用。
[Abstract]:Seismic imaging is one of the most important tools to study the internal structure of the earth , but the imaging accuracy is usually limited by the data distribution , the data types and so on . In order to improve the accuracy of seismic imaging , this paper presents a direct inversion method based on wavelet transform . P - wave data and S - wave data are more sensitive to S - wave velocity structures .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P315.6

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