南北地震带北段上地幔速度结构成像(Ⅰ)——方法与原理

本文详细讨论了利用P_n波走时资料对莫霍面的慢度场层析成像的方法与原理。在地震波慢度场的非均匀分布相对背景场为一挠动量的情况下,其走时为背景场分量与挠动场分量的线性迭加,因此,从观测走时中可提取出相对背景场的异常量。对走时异常分量的表达式作适当的变换即可得出拉冬变换形式,运用反投影重建或拉冬逆变换,可以直接求出慢度场的分布。     

弹性矢量波成像域联合层析反演

在地震弹性矢量波场框架下,推导了多波联合层析速度反演方程以及走时残差与角道集剩余曲率的转换关系式,提出了一种利用成像域角道集更新P波、S波速度的走时层析反演方法.其实现过程可以概括为:将弹性波多分量数据作为输入,基于高斯束实现矢量波场成像并提取角道集,利用层析反演方程求解慢度更新量,最终获得多波联合反演结果.模型试算和实际资料处理验证了该方法的反演效果,能够为弹性矢量波联合深度偏移提供高质量的叠前速度场.     

小江断裂带北段地壳浅层P波速度各向 异性观测的原理与数值试验

以二维情形下观测速度场为各向同性场和各向异性场的叠加为前提, 提出了一种利用走时残差估算地震波速度各向异性的方法, 即剩余慢度矢量法. 利用小江断裂带北段巧家流动地震台阵24个台站记录的3181次地震事件的P波走时残差, 采用剩余慢度矢量法计算了各观测台站周围水平方向上尺度为0.5°×0.5°, 震源深度为0—5 km的剩余慢度矢量, 由此得到了P波快波和慢波方向. 计算结果表明, 大部分观测台站周围的P波速度方向性较为一致, 快波方向为ESE向, 慢波方向为NNE向. 快波方向与小江断裂带北段应力场P轴方向较为一致, 而慢波方向与应力场T轴方向一致, 表明应力的长期作用可能是导致P波速度各向异性的重要原因.      

利用τ-p波场反演法确定东沙群岛的地壳速度模型

本文利用τ-p波场反演法直接对OBS原始数据进行转换,得到一维速度深度函数.该方法包含倾斜迭加和向下延拓两个线性转换:倾斜迭加将原始数据由时间-偏移距域(t-x)转换为时间截距-慢度域(τ-p);向下延拓将时间截距-慢度域(τ-p)波场转换为深度-慢度域(z-p)波场.然后根据五个OBS台站得到的一维速度深度函数,合成东沙群岛地壳的二维速度结构模型.为了检验该速度结构模型,我们用拾取走时和利用模型计算的理论走时进行拟合,得到了满意的结果,从而为下一步进行层析成像提供了可靠的初始速度结构模型.     

利用τ\|p波场反演法确定东沙群岛的地壳速度模型

本文利用τ\|p波场反演法直接对OBS原始数据进行转换,得到一维速度深度函数.该方法包含倾斜迭加和向下延拓两个线性转换:倾斜迭加将原始数据由时间\|偏移距域(t-x)转换为时间截距\|慢度域(τ\|p);向下延拓将时间截距\|慢度域(τ\|p)波场转换为深度\|慢度域(z\|p)波场. 然后根据五个OBS台站得到的一维速度深度函数,合成东沙群岛地壳的二维速度结构模型.为了检验该速度结构模型,我们用拾取走时和利用模型计算的理论走时进行拟合,得到了满意的结果,从而为下一步进行层析成像提供了可靠的初始速度结构模型.     

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．     

用区域台网确定震源深度的一种方法

传统的区域台网定位都是以近震震相的走时方程为依据的.如果没有至少一个震中距小于震源深度的台站存在,是不可能给出震源深度的精确解的.本文建议,在不要求如此严格的条件限制下,利用走时方程和视慢度方程,在速度-深度场中,建立两种位置和形状极不相同的 v-h 曲线簇,曲线的交点确切地同时给出震源深度和介质速度的解.我们能够看到,视慢度的引入对深度的确定,起着很强的约束作用.文中给出了这个方法人工数值模拟的结果和应用实例,并讨论了它的精度和偏移.从理论上讲,走时和视慢度的结合使用,对解决区域台网精确确定震源深度的问题,也许是一条切实可行的途径.      

倾斜叠加与波场延拓

一、引言近年来,在地震折射资料解释中一种新的反演技术——倾斜叠加与波场延拓,正日益受到地球物理学家的重视。与常规的走时反演不同,它是以地震波传播理论为基础。利用观测资料的动力学特征进行反演的。整个过程包含了两个线性变换,从而把全部记录波场转换到慢度-深度域内,进而利用波场与波速结构之间约束关系,达到反演的目的。在整个过程中,由于物理机制清楚,转换波场的图形简单,因而可以避免走时反演中许多难以解决的问题。     

VTI介质多参数联合走时层析成像方法

本文基于球谐展开群速度表达式计算走时关于各向异性参数的Fréchet核函数,利用共轭梯度法对两种参数化方法进行了VTI介质中多参数联合反演方法研究.经过理论分析和数值试验发现,与经典的Thomsen参数化方法相比,垂直慢度、水平慢度与动校正慢度的参数化方式更有利于VTI介质多参数联合走时层析反演.为了克服走时对ε参数的不敏感性,我们采用了两步法进行双参数反演,理论模型试验反演得到了与垂直速度精度相当的ε参数.可以将两步法扩展到三步法以同时反演各向异性介质中的三个参数,数值试验展示了该策略的应用潜力.     

利用多道信号测定短周期面波频散

使用适配滤波频时分析技术处理面波信号,获取滤波后的时域包络,并对具有相同群速度的各道信号包络的振幅进行叠加,取叠加所得极大值对应的走时为该频率的群延时,以此来提高群速度的测量精度对P-τ,（相慢度-时间）域的波场进行傅氏变换,然后在P-ω（相慢度-频率）平面叠加多道信号来测定相速度．利用这两种方法处理合成的短周期瑞利波地震图,结果表明：经过振型分离以后,利用基阶振型信号所求出的相速度、群速度曲线更加接近理论频散值．对地震勘探资料进行处理,取得了5-40Hz内的相速度、群速度频散,且曲线较为平滑     

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.      

根据慢度方法推导波场的空间相关与格林函数间的关系：随机标量波的各向同性入射

理论和实验都证明:两点之间波场的空间关系,可以从一个发射点和一个接收点的格林函数中获得。最近人们发现,随机波场的归一化互频谱通过傅里叶变换和时间域内的格林函数相关。希尔伯特变换和微分必须要用于归一化的空间关系上,以分别获得二维或三维的格林函数。在这些推导过程中,关于频率和慢度的多重积分,出现在波场的归一化空间相关性估计中。迄今为止,波谱法被广泛应用于慢度积分之后的频率积分。然而,采用慢度方法转换积分顺序,通过我们的研究已经成功导出了与波谱法相同的结果。用慢度方法进行推导更具有优势,因为其中的稳定点在积分中起主要作用并可图解。     

台阵和三分量台站的地表地形影响

对ＮＯＲＥＳＳ台阵和ＡＲＣＥＳＳ台阵以及这些台阵内的三分量子台,应用统一的慢度分析方法得出下面的结果：（１）对同一个源区事件的三分量解有相对大的散射;（２）不同的三分量台有不同的解。有语气表明,用统一的半空间模型从三分量数据中不足以慢度解,也就是说,地壳和上地幔的分层模型影响了长周期地表响应,地表地形和近地表结构干扰了地表质点运动和慢度解,尤其是在短周期频段。采用新提出的多道散射方法的数值模拟评估     

多维走时反演的一种递推算法

对多维走时反演提出一种可实现的递推算法,并对研究动机和应用背景及主要技术路线进行简要阐述.本文的递推算法是非迭代型的.根据成象区边界相对于积分沉形的凸的性质,或等价地根据非线性走时方程组中的三角结构,可以由外及里地逐层反演成象区内的慢度.本文的方法具有节省计算时间、占内存少和直观的特点.     

地震走时CT波前追踪

把走时CT结果作为地震衍射CT(DCT)的背景场可以改善DCT之成像质量。本文由Radon变换、泛函分析变分原理和微分几何导出程函方程后,采取有限差分法求解,实行波前追踪。通过对反射地震勘探和VSP 结构的源——接收系统编程实际运算,表明该波前追踪程序输入简单,适合于多层介质模型,各网格点的走时能迅速确定。     

二维各向同性介质P波和S波分离方法研究

通过对波场矢量计算散度与旋度可将P波和S波进行分离,这种方法是波场传播与计算散度和旋度进行波场分离两部分的结合.基于二维各向同性介质速度模型,首先使用弹性波动方程对速度模型进行波场传播模拟;然后在地表接收多分量记录的同时计算散度代表P波、计算旋度代表S波,由于计算散度和旋度包括对空间各分量求导,这就导致了π/2的相位移,使用Fourier变换在频率域对记录进行-π/2的相位校正,就分别获得P波和S波的波场记录.通过对二维模型试算,并分析结果可知,采用计算散度和旋度进行波场分离是一种有效的方法.     

高斯波包反射走时速度反演方法

扰动高斯波包理论指出,在Gabor域描述模型的扰动成分,且入射波场为短时宽带信号时,扰动波场可在时间域通过高斯波包算子描述.在此基础上通过拟合反射波的走时,提出一种速度反演方法.反射波走时残差利用地震道局部波形的互相关函数表示,以走时残差的二范数作为目标函数,优化目标函数实现对速度场的反演.基于一阶Born近似,利用扰动高斯波包理论推导出目标函数对速度场的梯度是本文理论部分的核心内容.梯度包括两部分:正传的背景波场与反传的扰动高斯波包之间的互相关,反传的背景波场和正传的扰动高斯波包之间的互相关.梯度表达式中背景波场和扰动波场均利用高斯波包算子模拟.计算梯度的具体算法中,如何模拟扰动波场,以及如何计算反射波的走时残差是两个要点,文中对此做了详细的讨论.数值实验进一步阐述了反演的实现策略,实验结果表明高斯波包反射走时速度反演方法和实现策略有效可行,并得到了理想的反演结果.     

地-井瞬变电磁多分量响应数值分析（英文）

本文对地-井瞬变电磁法多分量响应进行计算分析。规则局部体瞬变场响应的计算方法与解释模型对于实际导电围岩模型的适用性较差,针对该问题,本文提出了一种基于地下瞬态电磁场数值模拟的计算分析方法。瞬变电磁场模拟方面,本文以时域有限差分法实现正演模拟,引入采用Gaver-Stehfest逆拉氏变换与Prony法的离散镜像法求解初始电磁场,应用透射边界条件保证迭代计算精度。通过均质半空间模型算例,证明该套方法可行。响应分析方面,设定含井旁目标体和导电围岩的地电模型,以上述方法对地下瞬态电场进行正演,以多分量观测装置为例换算感应电动势。通过对比各条件下瞬态电场与多分量响应,得出结论:地-井瞬变电磁多分量感应电动势响应反映了地下瞬态电场沿水平、垂直方向的梯度变化;响应特征取决于地层中瞬变场在不同条件下的"扩散、衰减、畸变"过程和观测位置的电磁场状态。本文的计算分析方法兼顾围岩背景场与局部体异常场,较之传统局部体瞬变场原理能够更全面的反映地质信息。     

射线扰动理论和Born近似

场的影响.射线扰动理论和Bo。近似在地震研究中被广泛地用来描述慢度扰动对体波和面波本文研究了用这两种方法计算扰动波场表达式之间的关系.我们用射线方程的辛对称论证远场近似中两种方法对慢度扰动一阶方程解和渐近射线级数的首项解的一致性.从而说明几何射线的影响:象走时扰动、射线弯曲和聚焦,在刀心m散射公式中都包括了,但这些影响是很小约.波.描述这些影响的传播公式也适用于包含平滑变化的非均匀弹性参考介质的体波和面波.     

垂向非均匀介质中转换波转换点计算

转换点位置的计算是转换波资料处理中的一个关键问题. 本文提出了分别基于速度随深度线性变化、速度随垂直走时线性变化、慢度随深度线性变化和慢度随垂直走时线性变化四种等效垂向非均匀介质情况下转换点位置的计算方法. 研究了通过速度拟合、走时近似和相似系数谱三种方式选择合适的等效速度方法. 结合理论模型对非均匀介质转换点计算方法、渐进转换点计算方法、Thomsen近似公式和均匀介质解析计算方法的误差进行了分析,结果表明非均匀介质转换点计算方法能更准确地计算转换点位置.