速度分布和界面位置的联合反演

提出了横向非均匀介质中由地震波走时资料同时反演介质速度分布和界面位置的方法．计算中，由于变步长技术和线性内插技术(包括理论走时和偏导矩阵的线性内插)的应用，大大提高了运算速度．与国内目前流行的同类程序相比，运算速度快5倍以上．而且，在界面位置的反演中，除反射波外，还考虑了透射波走时对于界面位置的偏导数，从而充分利用了各类透射波资料中所含界面位置的信息，加快了收敛速度．数字模拟实验和实测资料的处理结果表明了该方法和程序的有效性及实用性．      

三维介质中速度结构和界面的联合成像

根据波逆行原理推导了三维介质中地震波射线走时对界面偏导数的完整基本关系式,并对基本关系式进行简化,得到其在二维和一维介质中的关系式. 给出了任意多个复杂界面情况下,反演时所需的走时对界面偏导数系数矩阵. 为了检验三维介质中速度和界面联合成像理论的有效性,进行了数值模拟计算,很好地对三维速度结构和界面进行了重建.     

利用地震回折波资料反演界面位置与速度分布

论述了利用地震回折波资料反演界面位置与速度分布的方法，推导了地震波走时对于界面位置偏导数的计算公式。数值模拟和实测资料的计算结果表明了该方法的有效性和编制的计算程序的实用性。该方法最突出的特点是充分地利用了透射波资料中所含的界面位置的信息。界面位置的分辨率与界面两边的速度反差有关，速度差别越大，则分辨率越高。     

利用地震回以资料反演界面位置与速度分布

论述了利用地震回折波资料以界面位置与速度分布的方法，推导了地震波走时对于界面位置偏导数的计算公式。数值模拟和实测资料的计算结果表明了该方法的有效性和编制的计算程序的实用性，该方法最的特点是充分地利用了透射波资料中所含的界面位置的信息。界面位置的分辩率与界面两边的速度反差有关，速度判别越大，则分辨率越高。     

三维复杂地壳结构非线性走时反演

中国大陆中西部乃至全球造山带普遍具有复杂地壳结构.随着矿产资源勘探和深部探测研究的深入,探测造山带及盆山耦合区下方地壳精细结构正逐渐成为当前面临的巨大挑战.人工源深地震测深方法正越来越清晰地揭示出不同构造域地壳速度结构的基本特征,然而传统的层状结构模型参数化方法难以准确描述复杂地质模型,通常情况下多忽略速度结构的精细间断面且采用层边界平滑处理,难以满足地壳精细结构成像的发展要求.针对上述困难,本文采用最近发展的块状结构建模方案构建三维复杂地壳模型,基于逐段迭代射线追踪正演走时计算方法,推导了走时对三角形界面深度以及网格速度的偏导数,开展了非线性共轭梯度走时反演方法研究.发展了利用直达波和反射波等多震相走时数据对界面深度和网格速度的多参数联合反演方法,并引人不同种类震相数据的权系数和不同类型参数偏导数归一化的方法.数值算例表明,基于块状结构的非线性共轭梯度走时反演方法适用于复杂地壳结构模型,在利用人工源走时数据反演复杂地壳精细结构领域具有良好的应用前景.     

射线近似中弯曲界面的Fréchet导数

本文讨论了射线和射束理论地震图对速度模型和弯曲界面变化的敏感性.Nowack和Lutter(1989)以前的成果给出走时和射线振幅相对于光滑变化的速度变化导数,在实施构造的线性化最大似然反演时这些导数是需要的.在射线近似中,局部应用Snell定律、校正波前曲率以及使用局部平面波反射/透射系数来体现光滑界面,利用费马原理可沿着原始射线轨迹直接计算走时的偏导数.对于反射/透射射线的振幅扰动,必须考虑扰动后的两点射线轨迹的射线偏移.本文遵循的方法是利用没有额外射线追踪的扰动理论近似计算扰动后的两点射线,然后沿着这条近似的两点射线直接计算扰动的射线振幅,包括修正过的反射/透射系数和几何扩展.进行了若干次数值实验,利用走时和振幅反演速度和界面形状来检验所得出的偏导数算子、走时和振幅反演结果,还与对大尺度性质不太敏感而对不均匀曲率较敏感的振幅作了比较.     

计算最小走时和射线路径的界面网全局方法

用慢度分块均匀正方形模型将介质参数化，仅在正方形单元的边界上设置计算结点，这些结点构成界面网．根据Ｈｕｖｓｅｎｓ和Ｆｅｒｍａｔ原理，由不断扩张、收缩的波前点扫描代替波前面搜索，在波前点附近点的局部最小走时计算中对波前点之间的走时使用双曲线近似，通过比较确定最小走时和相应的次级源位置，记录在以界面网点位置为指针的３个一维数组中．借助这些数组通过向源搜索可计算任意点（包括界面网以外的点）上的全局最小走时和射线路径．这一方法不受介质慢度差异大小限制，占内存少，计算速度较快，适于走时反演和以Ｍａｓｌｏｖ射线理论为基础的波场计算．     

横向线性变速介质中的共炮检距波场延拓

对横向变速介质中振幅保真的共炮检距波场延拓方法进行了研究．在横向线性变速条件下,通过引入新的偏微分方程,给出了该介质中振幅保真的波场延拓方程．这一波场延拓方程是均匀介质中振幅保真延拓方程在横向线性变速介质中的推广．首先由线性变速介质中地震波射线的走时函数,证明了该延拓方程的运动学等价方程对横向线性变速介质中的所有炮检距和各种反射层倾角都适用．然后,通过对模型数据的计算并与传统的ＤＭＯ方法比较,证明了这一波场延拓方程能很好地保持波前的振幅特性,特别是能保持焦散点的波前的特性．     

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.     

近震资料确定三维地震速度结构的一种方法

我们研究了由近震得到的地震走时资料估计地震波速度三维结构的反演方法。这种方法由同时确定速度界面的二维深度分布、三维速度分布、台站校正和震源来表征。速度界面的深度分布和慢度扰动的分布以纬度、经度和深度的幂级数来拟合。这种三维地震结构的表示不仅有助于减少未知参数的个数,也有助于解析地求取界面深度、速度和走时关于未知参数偏导数的值。连接震源和台站之间的射线轨迹,是在具有确切界面深度分布的简化的速度分布条件下由称为试射法的射线追踪方法确定的。数值试验证明,我们的反演方法可成功地估计三维速度结构。     

PKPdif波-内核低速层存在的地震学证据

通过对中国数字地震仪台网(CDSN)11个台1993—2012年间30个极远震记录的分析,识别出了PKP波入射到内外核界面(ICB)上的衍射波PKPdif波。PKPdif波在震中距120°左右时出现在PKIKP波之前,在震中距150°以后出现在PKIKP波之后,是一个长周期波。为了解释PKPdif波超前于PKIKP波的原因,设想在距地面约5 156.1～5 372.2 km的深度,即内外核界面下有可能存在一个PKIKP波的低速层(厚度约216.1 km)。该设想符合Jeffreys速度模型,给出的PKPdif波在震中距119.4°～176.1°间的走时表填补了目前使用的《IASPEI1991地震波走时表》的空白。讨论PKPdif波的运动学特征有助于对内外核界面物理性质的认识,有助于提高分析震相的水平和积累震相分析经验。     

PS转换波界面二次源法射线追踪

界面二次源法是最近提出的一种最小走时射线追踪方法,尤其适合层状介质中走时和射线路径的计算.该方法相对于传统的最小走时树方法（如Moser法）,仅在物性界面上设置二次源,射线路径的方向只在层界面处发生改变,该方法最大程度地消除了射线路径的锯齿状现象,同时也避免了低变速区的射线路径多值现象,因此,它具有更高的追踪精度和效率.本文采用界面二次源法在各向同性介质中实现了PS转换波射线追踪,理论模型的计算证实了界面二次源法追踪PS转换波的准确性和高效性,同时该方法在各向异性介质中也很好地追踪出分离的PSV波和PSH波,因此该方法有利于横波分裂在地震勘探中的研究和应用     

利用三维弯曲界面的反演方法重建唐山震区莫霍界面三维构造形态

研究利用反射波的走时反演三维弯曲界面和介质层速度的计算方法．各层界面利用分段非完全三次多项式描述．正问题采用一种快速的三维射线追踪方法．反演过程采用变阻尼最小二乘法．数值模拟结果表明，解很快收敛到真模型．处理了通过唐山震区的实测资料，重建了该震区莫霍界面三维构造形态，并揭示了该区域构造与地震活动的关系．      

多震相层析成像与在介质中的多波型射线跟踪

本文介绍了多震相的层析成像的思路和算法，通过穿透和反射走时可以同时作出２维和３维慢度（速度的倒数）重建。我们分析了在穿透和反射数据中确定速度和深度的不确定性，并认识到深度扰动对反射走时异常比慢度扰动更敏感。由不同波类型所提供的对速度和深度的约束，这个算法实际上减少了在一般反射层析成像在速度和深度之间的不确定性，并且也避免了在穿透层析成像中的不确定问题。线性化反演是通过从反射界面深度由分离速度参数迭代进行的。使用一个快速的２－Ｄ和３－Ｄ射线跟踪算法来计算穿透和反射走时和对幔度及反射界面深度的偏导数。深度和速度都用立方Ｂ样条函数来进行参数化。合成例子表明，当同时考虑穿透和反射时间，层析成像的结果得到改进。这个方法也应用到英国煤炭测量局（ＢｒｉｔｉｓｈＣｏａｌＭｅａｓｕｒｅｓ）沿跨线排列所记录的逆ＶＳＰ数据组。通过使用波形配合技术，用同时确定时间延迟和叠加权，可以自动拾取旅行时间。所观察到的逆ＶＳＰ层析成像可比周围介质具有较低速度的两个断层区域成像。断层的位置由附近的反射测线所确定。本文还讨论了在复杂２－Ｄ和３－Ｄ非均匀各向同性介质中地震射线跟踪方法。界面的几何形状和水平速度场都通过使用非均匀步长立方Ｂ－样条节点     

一种改进的Wiggins地震面波频散正演方法

本文对Wiggins方法提出两点改进,(1)半空间本征函数选为四个特定的指数函数的线性组合。(2)用求系数向量的基础解系的方法处理边界条件。改进后的方法比较合理,而且适用于各种纵向变速介质的地震面波频散和偏导数的计算。     

核幔界面衍射波Pdiff震相最大 记录震中距探讨

智利M_S8.8特大地震在甘肃数字测震台网记录的最大震中距达179.7°, 通过读取该地震初至震相的观测走时, 计算该震相的平均观测慢度为4.104 s/°, 与P_diff震相的理论慢度4.439 s/°基本一致. 研究结果表明: 由于甘肃数字测震台网和甘东南野外观测流动台阵独特的地理位置, 记录到了至今全球最大震中距(179.7°)的核幔界面衍射波P_diff震相; P_diff震相起始观测走时明显滞后于IASP91理论走时; 核幔界面复杂的形态对不同方位传播的P_diff震相观测走时产生了一定的影响.      

正交各向异性介质P波走时分析及Thomsen参数反演

对于包含有垂向裂缝的横向各向同性地层或含有多组正交裂缝的各向同性地层，正交各向异性介质模型是最简单的与实际地层相符的方位各向异性模型.本文对单层水平反射界面正交各向异性模型采用射线追踪法计算了全方位角变化的P波走时，时距曲线表现出强方位各向异性.采用小生境遗传算法，对三条成一定角度的测线的走时信息进行速度和各向异性参数反演.模型算例表明，此方法可以得到高精度的裂缝方位角、P波垂直速度和较高精度的Thomsen各向异性参数.     

中国地震台网初至P波区域三维走时表的建立

基于LLNL-G3Dv3全球P波三维速度模型,应用FMM软件包计算并建立了中国地震台网990个台站的初至P波区域三维走时表．该走时表覆盖了以台站为中心的水平向20°×20°、 垂直向-5.1—80 km （向下为正）的三维空间. 其水平向间隔为0.2°,垂直向间隔为5 km．这样对于任一深度小于80 km的震源,均可以应用此三维走时表计算其到周围10°范围内台站的走时．中国地震台网初至P波区域三维走时表的建立,对于改善区域初至P波走时预测,提高地震定位精度有一定现实意义．      

基于网格走时计算的弯曲界面下菲涅尔体研究

为了研究弯曲界面曲率变化对分辨率的影响,首先推导了垂直入射下来自弯曲界面的反射波和透射波界面菲涅尔带近似的解析公式,证明了公式中曲率为零恰好对应已经被推导的平界面菲涅尔带的解析公式,然后给出了利用网格走时计算方法计算弯曲界面下反射波和透射波菲涅尔体的数值实现策略,这一实现策略同时保证了网格走时计算的精度和菲涅尔体计算的精度,最后对比了不同弯曲界面（不同曲率）下的菲涅尔体相对于平界面（曲率为零）下菲涅尔体的变化.研究结果表明,界面下高速时,向斜弯曲造成菲涅尔体在界面附近变宽,使得分辨率降低;背斜弯曲造成菲涅尔体在界面附近变窄,使得分辨率提高.并且向斜弯曲对分辨率的影响程度要明显大于背斜弯曲.而界面下低速时,结论正好相反.     

利用祁连山主动源资料研究2016年门源6.4级地震前后波速变化

采用叠加、互相关、插值拟合等方法对祁连山气枪主动源台网数据进行处理,针对2016年1月21日青海门源6.4级地震前后气枪激发地震P波、S波震相的走时变化特征进行了分析,结果表明,地震前约6个月时,震中附近3个台站的相对走时出现下降变化（走时减少）,至震前约3个月时低值异常恢复正常,之后再次出现走时下降变化,地震即发生于走时变化恢复过程中。S波走时变化最大下降幅度达18ms,震后走时变化逐渐恢复正常,且3个台站变化趋势较为一致,其中,距震中最近的台站的S波走时变化最明显（ZDY38台）,较远台站的走时变化幅度较小,其变化特征与震源区位置有关。走时缩短意味着速度增加,可能与区域应力积累间存在一定的关系。