从AGU2004秋季年会看地震层析成像的进展

收集和整理最近几年地震层析成像技术发展的相关文献和资料，参考了AGU2004年秋季会议的相关文章，分以下5个方面讨论了近年来地震层析成像技术的进步和发展：（1）地震层析成像的正演与反演方法；（2）多震相层析成像技术；（3）利用层析成像研究岩石物性及热状态；（4）多尺度和非规则地震层析成像方法；（5）其它层析成像方法及其与地震层析方法的联合成像技术.     

地震层析成像方法综述

本文从地震层析成像的模型参数化、正演、反演、解评估四个方面回顾了地震层析成像方法近期发展历程以及各时段地震层析成像方法的优、缺点.     

有限频体波走时层析成像及其在华北地区的应用

自层析成像被引入到研究地球内部结构以来,地震层析成像发展迅速,现已成为研究地球深部结构的有效方法之一。按层析成像的理论依据,可以把地震层析成像分为射线层析成像和有限频层析成像。本文旨在掌握一种有限频灵敏度算核的计算方法,进而构建有限频层析成像的反演计算,并用有限频层析成像的方法研究华北克拉通上地幔的速度结构及其动力学意义。     

地震层析成像-地幔对流新模型的研究

利用地震层析成像数据计算地幔对流模型的方法.假设地幔地震层析成像数据对应的地幔横向不均匀结构是地幔热对流的结果,将地震层析成像数据转化为地幔温度不均匀分布.该方法考虑热流体动力学的3个基本方程,以及热输运方程中的非线性项,直接将上述地震层析成像转化的地幔温度不均匀分布作为内部荷载直接引入基本方程,进而反演计算地幔对流的基本格局.理论结果表明,对流格局不仅依赖地震层析成像数据,而且在很大程度上受地幔动力学框架和热动力参数(如Rayleigh数)以及边界条件和系统响应函数的影响.     

地震层析成像方法综述

对各种地震层析成像方法进行了分类比较。以层析成像技术各个部分的各种方法为重点，分别阐述了地震层析成像技术的4个主要方面（模型的参数化、正演计算、反演及图像重建、反演结果的评价）具体方法的发展现状和进展，并对地震层析成像技术未来的发展方向做了展望。     

地震射线走时层析成像的简单数值例子

地震射线走时层析成像是研究地下深部速度结构的重要地球物理方法之一,本文通过一个地震射线走时层析成像的简单数值计算实例,结合地震射线走时层析成像的基本理论和步骤,使用数值计算,具体讲述了绝对走时层析成像和相对走时层析成像的基本原理和实施流程.与抽象的概念和公式相比,一步一步的实例计算,使读者对地震射线走时层析成像的认识更具体、更直观、更易于理解,作者也希望这个数值实例对初学者能有一定的帮助和指导作用.     

有限频率地震层析成像方法及研究进展

本文从基于射线理论的走时地震层析成像的发展引出有限频率地震层析成像, 说明两者最为本质的差别是有限频率灵敏度核函数。 概述了有限频率层析成像方法和基本原理, 详细阐述了国内外有关有限频率层析成像方法的研究进展和应用成果, 强调有限频率层析成像对全球地幔柱研究的重要意义, 最后指出有限频率层析成像方法在理论上的诸多优点目前还没有在实际应用中得到充分体现, 还存在一些问题需要解决。     

利用地震层析成像数据计算地幔对流新模型的探讨

假设地幔地震层析成像数据对应的地幔横向不均匀结构是地幔热对流的结果. 将地震层析成像数据转化为地幔温度(或密度)不均匀分布，考虑热流体动力学的三个基本方程，顾及热输运方程中的非线性项，直接将地震层析成像转化的地幔温度不均匀分布作为内部荷载引入基本方程, 反演计算地幔对流. 本文在利用地震层析成像数据计算地幔对流模型的新理论和方法的基础上，用SH12WM13地震层析成像模型数据，计算了全球地幔对流格局. 结果表明，对流格局不仅依赖地震层析成像数据，而且在很大程度上受地幔动力学框架、热动力参数和边界条件的所确定的系统响应函数的影响. 显示了地幔中复杂的对流格局，特别是区域性层状对流以及多层对流环可能在地幔中存在的现象.     

有限频层析成像方法研究进展

本文详细介绍了地震学中最近发展起来的一种非常重要的层析成像方法-有限频层析成像方法,对有限频理论进行了重点阐述,并对有限频层析成像方法的有效性进行了探讨,接下来总结了有限频地震层析成像方法的研究进展,并对有限频层析成像方法在地震学中的应用进行了展望.由于在非均匀介质中考虑了地震波遇到速度异常时的散射现象和波前复原效应,有限频层析成像方法大大提高了对速度异常体的分辨能力.     

近地表地震层析成像方法综述

近地表地层与人类生产生活密切相关,利用地震层析成像方法准确重建浅部地壳速度结构有助于开展高精度地震勘探、探查浅部矿产资源、规避潜在自然灾害,并利于城市地下空间建设.中国大陆地表条件复杂,尤其中西部盆岭结合带地形起伏剧烈,对浅部地壳精确速度建模构成严重挑战.本文系统论述了地震层析成像领域基于高频近似理论的走时成像方法和有限频层析成像方法,阐明两类方法的基本原理、存在问题和发展方向等.依据正演走时有无显式射线追踪,基于高频近似理论的走时成像方法分为传统走时层析成像方法和无射线路径的走时层析成像方法.基于射线追踪的传统走时层析成像方法,在浅层速度强烈变化时,因存在阴影区或多路径现象引起成像失真,严重影响成像效率;而无射线路径的层析成像方法通过程函方程走时场的正传和逆传直接计算敏感核,并利用伴随状态法获得目标函数的梯度,具有快速、稳健的优点.以上两种基于地震射线高频近似理论的走时成像方法由于未考虑地震波频率的带限性,存在波散射、波前愈合及反演约束差等问题.有限频层析成像方法克服了射线理论"无限高频"假设所带来的弊端,已成为重要的研究方向之一.该类方法主要分为射线有限频层析成像方法和基于波动方程的有限频层析成像方法.射线有限频层析成像方法能够提高成像的分辨率,但在方法本质上仍依赖于射线理论,较难处理较复杂的波现象问题;基于波动方程的有限频层析成像方法能准确处理复杂地质问题,提高成像可靠性并能以图像形式直观展示地球内部地震波的速度结构分布,但是该方法在实际应用中强烈依赖于数据中的低频信息及较精确的初始速度模型,其推广应用仍需进一步探索.     

中国大陆背景噪声成像研究及应用前景

对长时间序列的背景地震噪声进行互相关计算可以得到台站间的经验格林函数,这种方法不依赖天然地震及人工震源,仅利用台站记录的背景噪声就能得到地下结构,该方法可以更为便捷地获得地震活动性较低地区的地下构造.随着背景噪声层析成像技术的发展应用,该方法会进一步提高地壳上地幔速度模型的分辨率.本文综述了背景噪声成像技术及其在中国大...     

Influence of variable uncertainties in seismic tomography models on constraining mantle viscosity from geoid observations

The radial viscosity structure of the Earth is explored on the basis of the geoid observations. The variations of uncertainty in seismic tomography models are accounted for when finding the radial viscosity structure. The new methodology we propose attempts to fit more closely those features of the geoid that are better constrained by tomography models and avoids to fit those features that are poorly constrained. This approach is particularly important because the error of geoid predictions caused by uncertainties in seismic tomography models is overwhelmingly larger than the noise in the geoid measurements. The synthetic tests indicate that the viscosity structures obtained by disregarding the uncertainty variations in seismic tomography models can be biased depending on the geoid spectral band and on the ‘input’ seismic tomography model. When the uncertainty variations in seismic models are considered in the inversion process, results do not indicate a viscosity in the transition zone lower than in the upper mantle. A robust feature found with the new method is a viscosity in the upper mantle two orders of magnitude smaller than in the lower mantle. The error covariance of seismic tomography models is critical for the method we suggest. A covariance matrix rigorously derived by seismologists should help to even more reliably infer the viscosity structure and relation between anomalies in density and seismic velocities from surface observations such as the geoid, and thus lead to a better knowledge of the Earth interior.     

地下介质和物流运移的综合成像方案

目的：借鉴描述冷暖气流等多科参数(气压、温度和湿度、风速、风向、水蒸汽密度等)的动态三维显示,初步解决了暴雨和天气预报的难题,促进了天气预报的成功,在地球科学中起到了示范作用。从而联想到在地下介质和物流运移过程的综合成像。资料和方法本文总结了地面和地下探测手段的多样性,列举了天然地震CT的精度已能达到l～5km的量级,地震人工曝破作勘探可以达到10～20米的成像分辨率,地下电阻率和电磁成像可以分辨到l—2米的量级;将磁共振(MRI)用于地下成像可得到地下水分布的动态观测深度,概括了这三方面的前沿性进展,并与震源的空间分布和地应力相结合,进而设计出综合性的观测系统。发展地下水、岩浆、地应力和活断层结构和地震破裂面等多种参数的动态显示,设计出一套观测系统,并阐述言的科学意义。结果和结论：将以上三方面的观测方法综合起来;可在有火山喷发危险的区域,具有诱发地震危险的大型水库地区,和在发生了强烈地震的地区,为了抗震救灾,有必要同时进行以上三个系统的观测,引入可视化数字科技,便于了解地下水和岩浆的过移过程及相关参数的变化,并配合当前已有的综合监测系统（震源空间分布、地震应力和其他前兆等）,服务于保障大型水库的安全、促进强震预测,及对火山喷发、矿井塌陷、突出的监测预报。     

井间地震波衰减成像的几种方法

在井间走时成像的基础上，进行衰减成像，可以克服单一物性反演的局限性，从而更全面地认识井间研究区的地质结构与物性分布，本文列了四种具有代表性的井间地震波衰减成像方法，并就各种方法的稳定性及其在井间成像中的适用情况进行了讨论。     

Quantitative imaging of complex structures from dense wide-aperture seismic data by multiscale traveltime and waveform inversions: a case study

An integrated multiscale seismic imaging flow is applied to dense onshore wide‐aperture seismic data recorded in a complex geological setting (thrust belt). An initial P‐wave velocity macromodel is first developed by first‐arrival traveltime tomography. This model is used as an initial guess for subsequent full‐waveform tomography, which leads to greatly improved spatial resolution of the P‐wave velocity model. However, the application of full‐waveform tomography to the high‐frequency part of the source bandwidth is difficult, due to the non‐linearity of this kind of method. Moreover, it is computationally expensive at high frequencies since a finite‐difference method is used to model the wave propagation. Hence, full‐waveform tomography was complemented by asymptotic prestack depth migration to process the full‐source bandwidth and develop a sharp image of the short wavelengths. The final traveltime tomography model and two smoothed versions of the final full‐waveform tomography model were used as a macromodel for the prestack depth migration. In this study, wide‐aperture multifold seismic data are used. After specific preprocessing of the data, 16 frequency components ranging from 5.4 Hz to 20 Hz were inverted in cascade by the full‐waveform tomography algorithm. The full‐waveform tomography successfully imaged SW‐dipping structures previously identified as high‐resistivity bodies. The relevance of the full‐waveform tomography models is demonstrated locally by comparison with a coincident vertical seismic profiling (VSP) log available on the profile. The prestack depth‐migrated images, inferred from the traveltime, and the smoothed full‐waveform tomography macromodels are shown to be, on the whole, consistent with the final full‐waveform tomography model. A more detailed analysis, based on common‐image gather computations, and local comparison with the VSP log revealed that the most accurate migrated sections are those obtained from the full‐waveform tomography macromodels. A resolution analysis suggests that the asymptotic prestack depth migration successfully migrated the wide‐aperture components of the data, allowing medium wavelengths in addition to the short wavelengths of the structure to be imaged. The processing flow that we applied to dense wide‐aperture seismic data is shown to provide a promising approach, complementary to more classical seismic reflection data processing, to quantitative imaging of complex geological structures.     

基于交叉梯度交替结构约束的二维地震走时与全通道直流电阻率联合反演

在利用不同的地球物理勘探方法对地下复杂介质成像时,因观测系统的非完备性及数据本身对某些岩石物性的不敏感性,单独成像的结果存在较大的不确定性和不一致性.对于地震体波走时成像与直流电阻率成像,均面临着成像阴影区问题.对于地震走时成像,地震射线对低速区域覆盖较差形成阴影区,造成低速区域分辨率降低.对于电阻率成像,电场线在高阻区域分布较少,造成高阻区域分辨率较低.为了提高地下介质成像的精度,Gallado和Meju(2003)提出了基于交叉梯度结构约束的联合地球物理成像方法.在要求不同的物性模型拟合各自对应的数据同时,模型之间的结构要求一致,即交叉梯度趋于零.为了更有效地实现基于交叉梯度的结构约束,我们提出了一种新的交替结构约束的联合反演流程,即交替反演不同的数据而且在反演一种数据时要求对应的模型与另一个模型结构一致.新的算法能够更容易地把单独的反演系统耦合在一起,而且也更容易建立结构约束和数据拟合之间的平衡.基于新的联合反演流程,我们测试了基于交叉梯度结构约束的二维跨孔地震走时和直流电阻率联合成像.合成数据测试表明,我们提出的交替结构约束流程能够很好地实现基于交叉梯度结构约束的联合成像.与单独成像结果相比,地震走时和全通道电阻率联合成像更可靠地确定了速度和电阻率异常.     

地震CT及其在采空区探测中的应用

应用地震波速CT和吸收CT相结合的方法对山东省招远市界河金矿隐伏采空区进行了联合探测研究．波速CT是利用地震波走时资料反演地质体内部波速结构;吸收CT是通过能量变化观测反演吸收系数分布．地震波速对岩性敏感,吸收系数与岩石的完整性关系更密切在界河金矿采空区探测中利用地震波速和吸收系数为层析物理量,在巷道和地表间进行透射观测,以优于2m的分辨率清楚地揭示了测区内采空区和断裂破碎带的分布,探测结果已被后期的采掘所证实．探测的成功为解决同类问题提供了一种可行的方案,对促进工程地球物理探测技术的发展也有重要意义．     

复杂地区油气地球物理勘探技术集成

随着我国油气勘探程度的不断提高,勘探难度不断加大.全国油气资源战略选区调查与评价项目历经六年,通过对深水海域、西部复杂山地、西藏高原、南方碳酸盐岩、火山岩覆盖区等几类典型地球物理勘探久攻不克的复杂地区开展地震、重磁电、综合地球物理勘探联合攻关,以及天然地震层析成像攻关实验,取得了长足进步,直接带动获得了一批有价值的油气...