合成三维横向非均匀介质远震体波接收函数的Maslov方法

三维横向非均匀介质远震体波接收函数的合成算法对于三维介质远震体波接收函数研究至关重要．本文发展了基于Ｍａｓｌｏｖ理论的横向非均匀介质接收函数合成算法,针对远震体波接收函数计算的特点,利用遗传算法完成三维动力学射线追踪,并采用递归算法组织射线的追踪过程,从而在保证追踪精度的同时提高了射线追踪的效率,并可完全避免传统射线追踪过程中的射线编码问题．正演计算结果表明,此法是一种高效、实用的三维横向非均匀介质接收函数计算方法．     

横向非均匀介质远震体波接收函数的波场特征

系统研究了台站下方存在倾斜界面时,远震体波接收函数的波场特征及多方位接收函数对台站下方介质横向非均匀特征的反映能力．我们利用合成三维横向非均匀介质接收函数的Maslov方法,具体模拟了台站下方存在倾斜界面时的接收函数响应．结果表明,当台站下方存在倾向一致的倾斜界面时,远震体波接收函数的径向分量和切向分量分别随震源方位角的变化呈现对称和反对称的规律性变化．利用不同震源方位角接收函数径向分量和切向分量的变化规律,可以估计台站下方界面的倾向和倾角．当台站下方各界面的倾向不同时,随方位角的变化,接收函数只能直观给出界面的整体倾向．实际观测数据的分析结果表明,对于利用单个台站接收函数研究台站下方介质的横向非均匀特征来说,简单倾斜界面可以看作较好的一级近似．      

三维结构中两点射线追踪的分步搜索法

在三维射线追踪中,一般都必须同时考虑引起壳幔结构非均匀性的介质及构造因素．本研究用类似于计算机辅助设计中图形产生的方法,生成三维结构模型．在Cerveny等三维复杂结构中全射线追踪算法的基础上,提出一种在三维横向非均匀结构中进行两点射线追踪的分步搜索法,并给出了数值计算实例．      

利用SV分量接收函数反演地壳横波速度结构

详细讨论了远震体波SV分量接收函数的特点及其在反演地壳S波速度结构中的优势．与径向接收函数类似，SV分量接收函数可通过对远震体波的SV分量直接反褶积P分量获得．研究分析表明:与径向接收函数相比，SV分量接收函数的振幅随震中距的变化更加稳定，波形简单且突出了对结构最敏感的PS转换波信息．理论数值实验显示:在反演地壳S波速度结构时，SV分量接收函数比径向接收函数具有更好的收敛性．作为实例，利用SV分量接收函数反演方法反演了海拉尔台下的S波速度结构．      

Maslov面波理论地震图

研究了横向非均匀介质中的Ｍａｓｌｏｖ面波渐近理论，在横向弱非均匀介质的假设下，介质的纵向非均匀性反应在局部本征函数中，以局部本征函数近似真本征函数是射线理论的直接推论．由此，三维结构下的面波计算退化为准二维问题．由于本文方法属于慢度法，面波的频散使得在一般情况下得不到与体波ＷＫＢＪ方法相似的褶积结果；在震源函数为高斯波包的假设下，得出了与二维体波Ｍａｓｌｏｖ理论图形式上完全相同的褶积结果．还讨论了吸收介质中的面波波包理论图计算，最后结果与二维体波吸收介质中的结果相似．     

地壳分层各向异性介质接收函数及其粒子群反演

地壳不同深度介质的地震各向异性是研究地壳不同深度范围变形方式的重要依据.鉴于地壳介质的复杂性,如何从远震体波接收函数中提取不同深度的各向异性参数仍是一个有待深入研究的课题.在已有研究的基础上,本文利用广义反射-透射系数矩阵方法计算的合成地震图,研究了复杂地壳分层各向异性介质的接收函数随反方位角(back azimuth)变化及不同层位各向异性参数对接收函数波场的影响,为各向异性介质接收函数的解释提供了新的理论依据.通过引入粒子群优化理论,发展了分层各向异性介质接收函数全局反演算法.数值及观测数据的验证结果表明,在各向同性速度模型确定的前提下,我们的方法能够可靠地提取地壳分层各向异性参数;在反演中引入曲波变换去噪技术,对于正确解析不同层位的各向异性参数具有重要价值.     

分块三维速度模型生成及理论地震图的计算

本文提出了在计算机上实现分块三维地壳模型及利用加权最小二乘拟合生成平缓光滑的三维速度函数的方法,给出了适用于分块、块内速度连续变化的三维模型中Cauchy射线追踪的新算法,简介了基于上述方法反射线的基本理论所编制的合成三维理论地震图的程序包RSSGTD.给出的两个盆地状模型的算例表明,所使用的模型生成方法具有模拟复杂地壳结构的能力;与三维样条函数方法比较,最小二乘拟合方法能给出更加适合射线方法合成地震图计算的速度函数,并且内存小、计算速度快;所给出的Cauchy射线追踪算法能够适合块状模型中任何体波射线的追踪.     

基于双线性插值的三维横向各向同性介质初至波射线追踪

给出了基于旅行时双线性插值(LTI)的三维横向各向同性(VTI)介质中的地震初至波旅行时计算及射线追踪方法,通过三维均匀及水平层状VTI介质模型的试算,证实了该方法的准确性及适应性.该方法可用于三维VTI介质中的深度偏移及层析成像.     

三维多值走时地震波场重建及格林函数计算

针对三维复杂介质地震波传播数值计算中出现的多值走时情况,阐述了地震波场重建及格林函数计算中的困难,提出一种在相空间拉格朗日流形上的波场重建及格林函数计算方法．本文算法应用于三维叠前深度偏移处理流程时,可高效地获得均匀网格点上地震波多值走时及振幅的数值计算结果．文中还阐明两类数值计算过程判据,以在多值走时区域及计算的全区域中,控制射线追踪过程中的射线密度及格林函数计算精度．算例验证了本文方法的有效性．     

接收函数方法研究进展

远震P波波形数据中包含了大量的地震台站下方地壳和上地慢速度间断面所产生的PS转换波及其多次反射波的信息，由此提取的接收函数是了解地壳上地慢速度精细结构的重要步骤之一。本介绍了目前在提高接收函数结果的稳定性和精度方面的研究进展，包括石油勘探中一些成熟的地震反射处理方法逐步渗透到接收函数的研究领域。这些处理方法以前所未有的分辨率展示了地壳上地幔结构的横向非均匀性。     

利用接收函数研究六盘山地区地壳上地幔结构特征

利用六盘山地区宽频带流动地震台阵的远震体波记录,采用接收函数方法研究台阵下方的地壳上地幔结构,并采用接收函数振幅加权叠加方法对这一地区平均地壳厚度和泊松比进行估算.研究结果显示,青藏高原东北缘和鄂尔多斯的接触过渡带接收函数震相复杂,地壳变形强烈,青藏高原东北缘地壳平均厚度约为51.5km,六盘山下方地壳厚度在53.5km,鄂尔多斯西南缘地壳平均厚度约为50km,整个莫霍面呈下凹状.泊松比计算结果显示,六盘山东侧和西侧地壳泊松比值在正常范围内(0.25～0.26),六盘山下方的地壳泊松比值偏高(0.27～0.29),推测与地壳中存在部分熔融.泊松比值的横向变化,指示测线范围地壳物质组成和力学性质存在横向差异,反映在欧亚板块与印度板块碰撞作用影响下青藏高原下地壳物质存在向北东方向的流动.     

基于LTI和网格界面剖分的三维地震射线追踪算法

将二维线性走时插值射线追踪算法(LTI)推广应用至三维模型,并结合网格界面剖分方式,提出了一种三维射线追踪算法．该算法既可获得高精度的全局最小走时和射线路径,又具有快速稳定的特点．三维模型计算结果表明,在模型参数包括网格密度完全相同情况下,本文算法较传统的三维最短路径算法在计算效率、走时和射线的计算精度上均有明显改进．     

用Wiener滤波方法提取台站接收函数

本文提出了一种在时间域用Wiener滤波方法提取台站接收函数的方法，用远震P波波形的垂直分量为输入，接收函数作为滤波因子，远震P波波形的径向和切向分量作为期望输出，通过期望输出与实际输出的均方误差达极小，来提取接收函数。接收函数的计算可归结为Toeplitz方程的求解，可以采用Levinson递推算法。Toeplitz方程的非奇异性保证了Wiener滤波反褶积方法的稳定性。合成地震图与观测地震图的检验表明，用Wiener滤波方法测定台站接收函数是一种有效的时间域反褶积方法。     

利用宽频带远震体波波形研究青藏高原地壳上地幔速度结构的初步结果

利用根据中美合作研究青藏高原深部结构计划布设在青藏高原上的11个宽频带数字地震仪记录到的远震体波数据,采用接收函数(receiver function)反演的方法,对各台站下面地壳上地幔地震波速度结构进行了研究。台站接收函数是通过将三分向地震记录的两个水平分量旋转合成得到径向分量,然后在频率域除以垂直分量并变换回到时间域得到的,它仅与台站下面介质结构有关,而基本上与震源函数和传播路径无关。为压制噪声干扰,对来自同一方向上一定震中距范围内的远震记录得到的接收函数进行了叠加。采用分层弹性介质中弹性波传播矩阵理论,我们可以计算得到分层介质的理论接收函数以及它对各层弹性参数的偏导数,从而利用迭代线性反演可从观测接收函数得到台站下面的一维速度结构。本文给出了其中3个台,即温泉台、格尔木台和日喀则台的初步结果,它们分别位于高原的中部、北部和南部。从各台的接收函数中都可看到清晰的 Moho 面上的 P-S 转换波震相,其相对直达 P 波的走时延迟分别为:温泉台7.9s(东北方向结果),8.3s(东南方向结果);格尔木台8.2s;日喀则台9.0s,如此大的延迟表明高原地壳的巨厚.      

利用接收函数计算地壳各向异性的可靠性分析及倾斜界面的影响*

使用接收函数研究壳幔速度间断面和速度结构已是常用的技术,但介质各向异性或倾斜的莫霍(Moho)界面,都会造成接收函数波形的复杂性。本文利用远震P波接收函数计算台站下方的地壳各向异性,通过信噪比测试和谐波分析两种方法来验证各向异性结果的可靠性。通过甘肃地震台网的两个台站记录,讨论各向异性和倾斜界面对接收函数的影响,结果显示,台站BYT(白银)下方具有各向异性,而台站WYT(渭源)下方由于可能存在倾斜界面,得到的各向异性结果则有待进一步分析。为了更好地认识倾斜界面对各向异性计算结果的影响,采用合成理论地震图,计算接收函数,然后利用合成接收函数进行各向异性分析。结果表明,计算得到的快波方向不会受到倾斜界面的影响,但是时间延迟会受到影响。     

利用接收函数计算地壳各向异性的可靠性分析及倾斜界面的影响

使用接收函数研究壳幔速度间断面和速度结构已是常用的技术,但介质各向异性或倾斜的莫霍(Moho)界面,都会造成接收函数波形的复杂性。本文利用远震P波接收函数计算台站下方的地壳各向异性,通过信噪比测试和谐波分析两种方法来验证各向异性结果的可靠性。通过甘肃地震台网的两个台站记录,讨论各向异性和倾斜界面对接收函数的影响,结果显示,台站BYT(白银)下方具有各向异性,而台站WYT(渭源)下方由于可能存在倾斜界面,得到的各向异性结果则有待进一步分析。为了更好地认识倾斜界面对各向异性计算结果的影响,采用合成理论地震图,计算接收函数,然后利用合成接收函数进行各向异性分析。结果表明,计算得到的快波方向不会受到倾斜界面的影响,但是时间延迟会受到影响。     

复杂山地随机介质GMM-ULTI法射线追踪

对复杂山地介质的非均质性以及介质中地震波运动学特征进行深入研究,对于提高复杂山地区域地震勘探的效果有着重要的理论意义和实际价值.为了研究复杂山地非均质性和该介质中地震波的一些运动特性,提出了一种复杂山地随机介质的建模方法和一种新的射线追踪算法.与常规算法相比,复杂山地随机介质的生成方法采用更贴近实际介质特点的梯度介质作为背景介质,并在模型生成过程中加入地形修正步骤;新提出的GMM-ULTI射线追踪算法,充分融合群推进法、迎风思想、走时插值法的优势,采用先计算走时后追踪射线路径的两步策略完成射线追踪.算法分析与计算实例表明:复杂山地随机介质的生成方法能灵活、精细且更贴近实际地刻画复杂山地介质的非均质特点;新射线追踪算法兼顾精度和效率、能无条件稳定且灵活地适应复杂山地随机介质的特点;同时基于对几个模型试算结果的分析也得出了复杂山地随机介质中的地震波的一些传播规律.     

浅析接收函数共转换点叠加成像方法

回顾了接收函数叠加成像方法的发展过程,发现现在仍被广泛用于接收函数成像的共转换点(CCP)叠加成像方法存在着一定的缺点.通过计算转换波射线路径,得到不同深度、不同震中距转换波射线参数,发现共转换点叠加方法适合于P波接收函数叠加成像,对S波接收函数叠加成像却可能产生错误.结果显示在震中距为60°左右时,真正的转换点位置与共转换点叠加方法追踪到的转换点位置在深度为140km处水平方向偏离约200km,在震中距70°-80°之间时,真正的转换点位置与传统共转换点叠加方法追踪到的转换点位置之间的偏差小于S波接收函数的水平分辨率.利用不同深度产生的转换波射线参数进行反投影,能将转换点归位到更接近于真实的转换点位置上,从而使得通过S波接收函数获取的地球内部结构更加可靠.在岩石圈厚度变化剧烈的地区,建议优先采用震中距在70°-80°之间的远震S波事件进行岩石圈结构的研究.     

接收函数方法及其新的进展

远震P波波形数据中包含了大量地震台站下方地壳和上地幔速度间断面所产生的PS转换波及其多次反射波的信息，由此提取的接收函数是了解地壳上地幔速度细结构的重要步骤手段之一．最近几年，接收函数和面波联合反演方法获得了较大的成功，两种分别对两种波形进行拟合，对反演的速度结构提供了有效的约束．地震勘探中的一些成熟技术被引进接收函数的数据处理，使其可用于地壳和上地幔主要速度界面的侧向变化研究．为增强接收函数的信噪比，将不同事件提取的接收函数进行分类，按方位角进行叠加，可以反应一些速度界面的横向变化．接收函数方法可用于PS转换震相的剪切波分裂研究．泊松比是推测地球内部物质构成的有效参数之一．接收函数方法分离出的转换波为获取泊松比提供了一条行之有效的便捷途径，单一的地震台远震记录中转换波可以估计点位下面地壳Vp/Vs值．另一方面，一些最新的反演技术被引入接收函数的反演．例如，格子收索方法力图解决接收函数反演中的不稳定性和非唯一性问题，格子搜索设计比较容易地结合先验约束并保证搜索是全空间的，避免了使用任何初始模型．该方法能保证在格子的间隔和参数的限度内获得全局最小，该方法被用于中东、南美及临近地区的深部结构．相邻算法是基于计算几何的概念而构建的一种非线性反演方法．该方法避免了此前一些方法(遗传算法、模拟退火)的一些缺陷，如大量样本的舍弃、过多参数的引进等，该算法对我国的五大连池和腾冲火山区的深部结构的反演，以及滇西地区的深部动力学研究获得了良好的效果．     

表驱三维角度域Kirchhoff叠前时间偏移成像方法

针对传统Kirchhoff叠前时间偏移方法的一些不足,以及振幅随入射角、方位角变化(AVA/AVAZ)分析的需要,本文提出一种基于射线理论的三维叠前时间偏移角度域成像方法.它通过横向均匀介质中稳健的射线追踪建立单程波走时和传播角度的数值表,然后在此基础上估算反射波双程走时以及在界面处传播的方位角和入射角,最后基于脉冲响应叠加原理获得三维构造图像和方位\|角度域共成像点道集.与传统方法不同之处在于,上述过程均考虑了地震波在垂向变速介质中的射线弯曲效应和三维传播特征,有利于准确提取随入射角和方位角变化的振幅和时差信息.理论模型合成数据和实际地震资料测试结果展示了方法的优越性与实用性.