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.     

复杂地质结构OBS地震剖面震相识别方法

震相识别对获取深部速度结构至关重要.横穿加瓜海脊的T1测线东段,地形高差达3 km,沉积厚度相差约2 km,沉积基底变化复杂,对海底地震仪（OBS）地震剖面的震相识别增加了难度.本文以该测线东段OBS数据为例,采用地形校正、基底校正、多次波识别、正演模拟、走时投影等多种手段,开展了复杂构造的OBS震相识别研究,获得了测线下方深部速度结构模型.结果表明,采用的方法对复杂地质结构下OBS震相识别是行之有效的,相比传统的方法提供了更多且准确的震相走时信息,获得的速度模型更加可靠.     

基于局部一维模型与走时标定的区域三维速度模型构建技术研究

构建区域介质三维速度模型并以之获得准确的区域震相走时,是提高区域地震定位精度的重要手段之一.为充分利用已有的一维模型、GT事件、地质资料等实现三维模型构建,尝试基于目标区域内已有的部分局部一维模型,通过克里金空间插值建立初始三维模型,然后利用GT事件走时数据并参考其它地震地质资料对其不断进行修正,使得其走时偏差图与GT事件走时偏差图一致,进而获得能够提高区域地震定位精度的三维模型.使用不同模型进行的地震定位实验表明,以此方法建立的三维模型的定位偏差较初始模型减少约20％,较好地起到了减小区域震相走时残差,提高区域地震定位精度的作用.     

区域一维速度模型对地震定位的定量影响

利用2017年8月1日至2017年12月31日四川地震台网和甘肃地震台网记录到的发生在青藏高原东缘的731个地震事件的9 284条Pg震相到时数据,首先反演了该地区的“最小一维速度模型”,并将该模型和选取的速度模型建立对比模型,以九寨沟地震序列为研究目标,定量讨论了两种速度模型分别在绝对定位和相对定位方法中对定位结果的影响。所得定位结果表明:反演获得的“最小一维速度模型”在重定位中可以有效地减小地震走时均方根残差;绝对定位比相对定位更加依赖于一维速度模型,一维速度模型会直接影响绝对定位结果中的震源分布形态,但在相对定位结果中仅起到调整地震事件相对位置的作用;在地震绝对定位中,震级越大的地震对于速度模型越敏感,而这一特点在相对定位中表现得并不明显。通过本项研究可知,在地震定位研究中,联合采用绝对定位和相对定位方法是最佳策略。      

浅层结构不确定性对广角地震走时正演模拟结果的影响——以西沙地块OBS2011-1测线为例

海洋地球物理勘探中常使用多道地震数据建立浅部地层模型,结合海底地震仪广角地震数据进行射线追踪和走时反演求取地层速度特征.受采集环境和成本限制,部分海底地震仪测线缺少同步采集的多道地震数据,建立的初始模型其浅层结构有较大不确定性,可能会对正演模拟结果造成严重影响.本研究针对海底地震仪广角地震走时模拟中浅部结构的不确定性因素,使用RayInvr软件构建了理论模型和走时数据体,分析讨论了初始模型沉积层厚度与速度变化对正演模拟结果的影响.之后进行实测数据处理,在MCS2019-3测线数据的约束下建立初始模型,对OBS2011-1测线震相重新进行了走时拟合,将得到的模型结果与先前结果进行对比,得到以下结论:沉积层厚度及速度不确定性对走时模拟结果的浅部结构影响较大,深部结构影响较小;使用错误的速度与基底深度组合来拟合沉积层反射震相PsP,会使台站下方的地壳和地幔折射震相Pg和Pn,以及莫霍面反射震相PmP都出现走时小起伏,走时提前对应沉积层速度与厚度偏大,走时延后对应沉积层速度与厚度偏小;PsP震相缺失时,不同的速度-深度组合都可以很好地拟合震相,但会增加结果的不确定性.     

基于局部一维模型与走时标定的区域 三维速度模型构建技术研究

构建区域介质三维速度模型并以之获得准确的区域震相走时, 是提高区域地震定位精度的重要手段之一. 为充分利用已有的一维模型、 GT事件、 地质资料等实现三维模型构建, 尝试基于目标区域内已有的部分局部一维模型, 通过克里金空间插值建立初始三维模型, 然后利用GT事件走时数据并参考其它地震地质资料对其不断进行修正, 使得其走时偏差图与GT事件走时偏差图一致, 进而获得能够提高区域地震定位精度的三维模型. 使用不同模型进行的地震定位实验表明, 以此方法建立的三维模型的定位偏差较初始模型减少约20%, 较好地起到了减小区域震相走时残差, 提高区域地震定位精度的作用.      

地震走时和航空电磁联合反演三维速度和电阻率

地震走时数据可以反演近地表的速度,但不能反演出隐蔽层和低速层。航空电磁数据可以反演近地表的高电阻率和低电阻率,但是对垂直方向的分辨率低。联合三维地震走时数据和航空电磁数据反演了近地表的速度和电阻率结构,并采用棋盘模型测试和实际数据应用展示了联合反演出的速度模型优于单独的走时反演出的速度模型。结果表明:该算法可以应用到处理数据量大的勘探地震成像中,能提供优化的速度结构。     

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...     

海南地区Pb震相的识别及康拉德面的确定

选取海南省地震台网2009年1月1日至2016年8月25日记录到的281次M_L≥2.0地震,利用PTD方法重新定位其震源深度,采用折合走时分析海南Pb震相,并对Pb震相的速度拟合进行佐证,进而确定海南岛Pb震相的存在。结果显示,从其中的52次地震事件中可识别出57个Pb震相,其相速度为6.68 km/s,在此基础上以地震波走时方程反演得到的海南地区康拉德面的平均深度为21 km。      

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.     

基于交叉梯度约束的地震初至纵波与瑞雷面波联合反演

本文提出了一种初至纵波(P波)与瑞雷面波的交叉梯度联合反演策略.通过对初至P波进行全波形反演可以获得近地表P波速度结构;通过对仅含瑞雷面波信息的地震数据转换到频率-波数域进行加窗振幅波形反演(Windowed-Amplitude Waveform Inversion,w-AWI)可获得近地表横波(S波)速度结构.在二者反演的目标函数中均加入P波速度和S波速度的交叉梯度作为正则化约束项,使得在反演过程中P波速度和S波速度相互制约,相互约束,从而实现对地震初至P波与瑞雷面波的联合反演.数值模拟结果表明交叉梯度联合反演可以提高S波速度反演分辨率,而P波速度反演结果并没有得到提高.实际资料的反演结果表明,交叉梯度联合反演能够获得更加可信的近地表速度结构.     

伪二维弹性波联合反演近地表的速度和衰减

利用弹性波的初至波和面波,应用交叉梯度算子,联合反演了近地表的二维纵横波速度和衰减参数,并提出了采用一维弹性波正演模拟,应用二维Tikhonov正则化,同时反演出二维速度模型和衰减模型的方法。理论模型测试和实际数据应用结果均表明本文算法极大地提高了计算效率,同时能够反演出可靠的速度模型和衰减模型。      

Effective anisotropic velocity model from surface monitoring of microseismic events

We develop a methodology to obtain a consistent velocity model from calibration shots or microseismicity observed on a buried array. Using a layered 1D isotropic model derived from checkshots as an initial velocity model, we invert P‐wave arrival times to obtain effective anisotropic parameters with a vertical axis of symmetry (VTI). The nonlinear inversion uses iteration between linearized inversion for anisotropic parameters and origin times or depths, which is specific to microseismic monitoring. We apply this technique to multiple microseismic events from several treatments within a buried array. The joint inversion of selected events shows a largely reduced RMS error indicating that we can obtain robust estimates of anisotropic parameters, however we do not show improved source locations. For joint inversion of multiple microseismic events we obtained Thomsen anisotropic parameters ε of 0.15 and δ of 0.05, which are consistent with values observed in active seismic surveys. These values allow us to locate microseismic events from multiple hydraulic fracture treatments separated across thousands of metres with a single velocity model. As a result, we invert the effective anisotropy for the buried array region and are able to provide a more consistent microseismicity mapping for past and future hydraulic fracture stimulations.     

Constraining the anisotropy structure of the crust by joint inversion of seismic reflection travel times and wave polarizations

In the context of wide-angle seismic profiling, the determination of the physical properties of the Earth crust, such as the elastic layer depth and seismic velocity, is often performed by inversion of P- and/or S-phases propagation data supplying the geometry of the medium (reflector depths) or any other structural parameter (P- or S-wave velocity, density...). Moreover, the inversion for velocity structure and interfaces is commonly performed using only seismic reflection travel times and/or crustal phase amplitudes in isotropic media. But it is very important to utilize more available information to constrain the non-uniqueness of the solution. In this paper, we present a simultaneous inversion method of seismic reflection travel times and polarizations data of transient elastic waves in stratified media to reconstruct not only layer depth and vertical P-wave velocity but also the anisotropy feature of the crust based on the estimation of the Thomsen’s parameters. We carry out a checking with synthetic data, comparing the inversion results obtained by anisotropic travel-time inversion to the results derived by joint inversion of seismic reflection travel times and polarizations data. The comparison proves that the first procedure leads to biased anisotropic models, while the second one fits nearly the real model. This makes the joint inversion method feasible. Finally, we investigate the geometry, P-wave velocity structure and anisotropy of the crust beneath Southeastern China by applying the proposed inversion method to previously acquired wide-angle seismic data. In this case, the anisotropy signature provides clear evidence that the Jiangshan-Shaoxing fault is the natural boundary between the Yangtze and Cathaysia blocks.     

地震层析成像技术在岩体完整性测试中的应用

地震波层析成像借鉴了医学上X射线断面扫描的基本原理,利用地震波穿过地质体后走时及能量的改变等物理信息,通过数学处理重建地质体内部图像,从而得到所研究地质体的岩性及构造分布。本文利用这种方法,在一个钻孔中利用电火花震源激了弹性波,在另一个钻孔布设多个检波点同时接收,拾取弹性波初至时间,将接收到的数据利用SIRT方法进行反演迭代计算,最终形成一个弹性波速度谱图,然后利用岩土体的弹性波速度差异推断岩体完整性分布。与其它测试方法比较,该方法分辨率高,空间位置准确,在工程物探、岩土工程勘察中具有较好的应用前景。     

重震反演中国东北地壳上地幔三维密度结构

本文利用重力和地震P波到时数据反演得到了中国东北地区地壳上地幔三维密度结构.与单一的重力或地震反演相比,重震反演一方面有效地克服了重力反演结果垂向分辨率低的问题,另一方面也提高了地震反演结果的可靠性.结果显示:中国东北地区的地壳及上地幔剩余密度异常分布与构造单元具有明显的相关性,造山带对应低密度异常,盆地对应高密度异常;区域内火山下方有明显的低密度体存在,可能是由于太平洋板块俯冲进入上地幔并部分滞留,在滞留板块深部脱水和软流圈热物质共同作用下产生了上涌岩浆,喷发后形成了火山.     

UK 1-D regional velocity models by analysis of variance of P-wave travel times from local earthquakes

A method is presented for deriving 1-D velocity depth models from earthquake bulletin data. The models can be used as initial models for more advanced modelling techniques such as tomographic inversion. The method is useful when there is little or no refraction and long-range reflection survey data. The bulletin travel times are subjected to an analysis of variance, where they are separated into source, distance, and receiving station terms. The distance terms describe the variation of travel time with distance, and the associated trend lines allow 1-D velocity models for the crustal layers to be determined. The velocity models provide an average crustal model for the region derived from local data. This does not include superficial layers which are necessarily poorly determined. Earthquake bulletin P-wave data from propagation paths across three different regions of the UK are employed to illustrate the use of the technique.     

利用深反射地震数据构建的多阶面波频散曲线反演近地表横波速度结构——以跨班公湖—怒江缝合带深反射地震资料为例

深反射地震剖面法为了获取深部结构特征常常采取大的偏移距采集数据.目前公开发表的相关资料中,鲜有利用深反射地震炮集数据获取近地表的结构特征.为此,本文通过正演测试了相关数据处理流程,即利用有限差分正演了起伏地表模型的大偏移距地震单炮弹性波场特征,通过共检波点域面波信号F-K频谱叠加构建新方法,从深反射地震数据集中提取了高品质的多阶面波频散曲线,再利用多阶面波联合反演获得了近地表的结构特征.在前述正演流程基础上,利用跨越班公湖—怒江缝合带的SinoProbe深反射地震剖面中的实际炮集数据,求取了基阶和一阶瑞利波频散曲线,联合反演后得到近地表横波速度结构.该结果与初至波走时反演获取的纵波速度结构具有较好的一致性,且在近地表的浅层分辨率较纵波速度结构特征更高,而更与已有地质认识相吻合.本文提供的相关数据处理流程表明利用深反射地震炮集数据,也能够获取近地表浅层的横波速度结构.     

One-Dimensional qP-Wave Velocity Model of the Upper Crust for the West Bohemia/Vogtland Earthquake Swarm Region

The western part of the Bohemian Massif (West Bohemia/Vogtland region) is characteristic in the relatively frequent recurrence of intraplate earthquake swarms and in other manifestations of past-to-recent geodynamic activity. In this study we derived 1D anisotropic qP-wave model of the upper crust in the seismogenic West Bohemia/Vogtland region by means of joint inversion of two independent data sets - travel times from controlled shots and arrival times from local earthquakes extracted from the WEBNET seismograms. We derived also simple 1-D P-wave and S-wave isotropic models. Reasons for deriving these models were: (a) only simplified crustal velocity models, homogeneous half-space or 1D isotropic layered models of this region, have been derived up to now and (b) a significant effective anisotropy of the upper crust in the region which was indicated recently by S-wave splitting. Both our anisotropic qP-wave and isotropic P-and S-wave velocity models are constrained by four layers with the constant velocity gradient. Weak anisotropy for P-waves is assumed. The isotropic model is represented by 9 parameters and the anisotropic one is represented by 24 parameters. A new robust and effective optimization algorithm - isometric algorithm - was used for the joint inversion. A two-step inversion algorithm was used. During the first step the isotropic P- and S-wave velocity model was derived. In the second step, it was used as a background model and the parameters of anisotropy were sought. Our 1D models are adequate for the upper crust in the West Bohemia/Vogtland swarm region up to a depth of 15 km. The qP-wave velocity model shows 5% anisotropy, the minimum velocity in the horizontal direction corresponds to an azimuth of 170°. The isotropic model indicates the V_P/V_S ratio variation with depth. The difference between the hypocentre locations based on the derived isotropic and anisotropic models was found to be several hundreds of meters.     

基于邻域算法的瑞利面波垂直-水平振幅比及频散曲线联合反演及应用

瑞利面波垂直-水平振幅比(或ZH振幅比)是一个随频率变化的函数,对于台站下方浅层地壳结构非常敏感,且具有和频散资料不同的深度敏感核,是传统频散反演方法的一个很好的补充,从而可以将基阶瑞利面波的ZH振幅比和面波频散数据联合起来更好地反演获得观测台站下方的速度结构.本文提出了基于邻域算法的面波频散曲线与ZH振幅比联合反演方法,我们进行了基于理论模型的模拟测试,证明了联合反演是一种更为可靠的反演方法,且能更好地约束浅层地壳结构.相比于频散曲线单独反演,联合反演不仅可以精确反演获得地壳的Vs结构,对分层地壳的Vp/Vs也能很好地约束.然后我们将联合反演算法应用于实际测量数据,获得了中国西南昆明台(KMI)下方更为准确的地壳横波速度结构及Vp/Vs模型.