龙门山断裂带中段深地震宽角反射/折射剖面研究

射线追踪方法是研究地震波在横向非均匀地壳介质中传播的重要方法.本文推导了理论走时对网格化节点速度的偏导数公式,提出了针对深地震宽角反射/折射剖面数据反演的联合迭代法,并使用该方法对横跨龙门山断裂带中段的一条深地震宽角反射/折射剖面进行了反演和解释.首先,对每一炮的观测数据进行一维反演,在此基础上插值出一个粗略的二维速度模型;然后,使用射线追踪方法计算理论走时,再根据理论走时与观测走时的拟合程度对二维模型进行调整,以获得更加接近实际的二维速度模型;最后,利用联合迭代法对观测走时进行反演,经反复迭代使所有接收点理论走时与实测走时的残差平方和最小,最终获取该剖面的二维地壳速度结构.反演结果表明:测线东段的沉积盖层明显厚于中段褶皱带和西部高原,中部褶皱带部分地区出现基岩裸露;构造转换带两侧的地层分界面近于水平层状分布,其西侧的中、下地壳内各存在一个层间速度间断面;构造转换带内存在薄厚不等的低速层,自西向东有增厚趋势.此外,龙门山断裂带的3条主断裂向下深切结晶基底,这是由于西部松潘—甘孜地块自西向东运动,受到刚性扬子地块的阻挡,沿铲式断裂向上爬升所致;而在断层上盘距地表约15 km深处出现的最大剪应力极值区,正是发生汶川M_S8.0地震的震源位置.      

琼西北地区的基底速度图象

利用人工地震测深纵剖面和非纵剖面的资料,对琼西北地区P_g波的走时进行了层析反演,对比了代数重建法和同时迭代重建法的效果.综合了纵剖面的模型后,在三维弯曲界面上重建了基底速度图象,探讨了用射线椭圆评价分辨的途径. 层析成象结果给出了许多有价值的信息,揭示琼西北的结晶基底存在三条北东向断裂和两条北西向断裂,后者是继承性的活动断裂,控制着新生代次级断块的发展与火山活动.地表所推断的东西向王五-文教深大断裂,在该处只呈断续隐伏状显示.该区的基底存在儋县、临高和光村三个高速区,主要反映着基性岩体或花岗侵入体.基底整体性最好的是在儋县-王五地区,破碎程度最严重的是在王五-中和-光村以西的地区.     

河西地区速度异常分布

本文利用联合反演的层析成象的方法,配合快速两点射线追踪法,处理了河西地区地震台网记录到的天然地震走时资料,得到了该地区中、上地壳三维速度异常分布图象,并根据反演结果,对河西地区地震危险性进行了初步探讨。     

根据P波速度剖面研究地热井周围的各向异性及断裂带

应用“区域地震测井法”(“areal well shoot”),在中心位于犹他州比维尔县的犹他州地热9-1号井,研究了圈定断裂带位置和估算裂隙参数的可行性。在一个井中检波器和井周围呈径向、方位分布的炮点阵列之间,进行了高分辨率的走时测量。通过比较不同方位的走时,研究了井周围速度与方位的关系,发现了速度的各向异性,这种状态与基底岩石中存在断裂相一致,而断裂的方向与当地最后一幕断层活动的方向是亚平行的。以上解释由于井周围覆盖层厚度的变化而复杂化了,走时的延迟也表明存在着一个低角度的断裂带,它大约在1500ft(?)深处与这口井相交。     

天祝-古浪地区双差地震层析成像与古浪地震构造探讨

利用观测走时、走时残差和波形互相关方法获得走时残差,采用双差地震层析方法对1996年6月1日天祝5.2级地震后布设的微震台网资料进行处理,获得了台网下方上地壳三维速度结构的基本特征和地震绝对位置的空间展布特征,并由此勾画出区域活动断裂在深部的延伸情况.地震层析结果表明,研究区上地壳速度结构在纵向和横向上具有明显的非均匀...     

丽江-清镇剖面上地壳速度结构及其与鲁甸MS6.5级地震孕震环境的关系

2014年8月3日,云南省昭通-鲁甸地区发生M_S6.5级地震,造成了重大的人员伤亡和财产损失.鲁甸震区位于扬子块体的西缘,小江断裂带的东侧北东向的昭通-莲峰断裂带内.由于至今没有穿越该断裂带的人工源深地震测深剖面,而丽江-攀枝花-清镇650 km长深地震测深剖面距离鲁甸主震区不超过50 km,利用宽角地震资料的初至波震相,通过有限差分反演揭示该地区上地壳速度结构,可以为鲁甸震区的地震定位、地震孕育机制等提供深部速度模型.速度剖面显示：剖面结晶基底厚度平均为2 km左右;小江断裂带速度较低,东西两侧的速度较高;因此小江断裂带区域地壳强度比较低,加上断裂两侧的应变速率很高,所以小江断裂带和旁边的鲁甸-昭通断裂带,未来具有发生较大地震的可能,值得关注.     

川滇活动地块东南边界基底结构——盐源-西昌-昭觉-马湖深地震测深剖面结果

在川滇活动地块东南边界区域完成了盐源-西昌-昭觉-马湖深地震宽角反射/折射探测剖面.利用该剖面获得的Pg初至折射波走时,采用走时特征分析、有限差分反演、时间项反演等方法,获得了沿剖面的基底P波速度结构和基底界面构造图像.结果表明,研究区基底结构呈现强烈的非均匀性,不同构造区显示出不同的地壳变形特征.盐源盆地盖层表现为推...     

初至波层析成像技术在隐伏断裂探测中的应用

初至波层析成像技术是一种利用地震记录中初至波走时反演地下介质速度分布情况的地震勘探数据反演算法,其成像结果可用于分析解释覆盖层下不同岩性的分界面、陡坎、断裂构造等。本文应用该方法对宿松-枞阳断裂安庆杨桥段进行了探测,根据两条横跨断裂测线的速度剖面,并结合高密度电法结果和地质资料,可以推测出测线探测范围内基岩埋深在25~35m左右,同时CZ1线桩号130m、CZ2线桩号350m,深度30m以下的低速异常区为宿松-枞阳断裂的反映,断裂呈北东向延伸。      

郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区地壳速度结构

郯庐断裂带是我国东部规模最大的深断裂带.为了揭示该断裂带的深部结构,本文利用江苏、安徽、山东、上海和浙江地震台网记录的近震到时资料,对8700个地震事件重新精确定位,进而开展了多震相地震走时成像法反演地壳速度结构.通过分析郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区三维地壳速度结构图像,发现(1)研究区内不同构造块体具有差异明显的地壳速度...     

台湾海峡西南部深地震探测剖面Pg波走时层析成像

采用走时有限差分层析成像方法,利用2014年在台湾海峡西南部区域得到的3条海域测线的Pg波资料,获得了沿探测剖面沉积层上地壳基底的速度结构、基底形态和埋深。3条剖面基底深度为1.5~4.2km。基底埋深虽有一定变化,但仅在局部地区起伏较明显,显示了断裂或凹陷在上部地壳内的结构特征。通过和台湾海峡地质构造区划进行对比,反演得到的基底结构特征与地震剖面穿过区域的地质构造比较吻合,本次走时层析成像结果也为后续深部结构的反演提供了可靠的浅层速度信息。     

岩样中包体构造的CT实验探测

CT技术图象重建方法可分为变换法和代数法两大类。本文讨论了几种代数重建法的特点,开展了地球物理CT技术在岩石实验中应用的探讨性工作。研究表明,实验数据的测量误差直接影响着反演结果,当测量误差比较大时,即使数据量很大,也难以提高反演结果的分辨。岩样的吸收、换能器与样品的耦合、岩样均匀性等因素对实验数据的测量精度都有着重要的影响。文中还针对实验条件进行了数值模拟,以检验本方案的可行性,并对当前流行的BPT、ART和SIRT算法及其组合算法的成象能力结合本实验的条件进行了性能的比较。结果表明:BPT方法计算简单,但所给出的图象偏粗糙,特别是在井间观测时水平方向的分辨率较差;ART方法收敛速度快,图象的反差大,反演结果的高频成分比较丰富,但边界异常大;SIRT方法收敛速度慢,图象的低频比较好,结构平滑,边界异常小,反演受测量误差的影响比较小。综合了ART和SIRT两种反演方法特点的ART-SIRT联合反演方法比较理想,发挥出了各自的长处。     

Kaczmarz算法收敛解的性态分析

Kaczmarz算法作为一种重要的代数重建技术(ART)在医学成像及诊断研究中起着很重要的作用。随着计算机硬件技术的发展,诸如ART、SIRT等迭代算法由于其良好的抗干扰性能及数据缺失情况下良好的成像能力逐渐受到人们的重视。本文主要基于矩阵广义逆的定义和性质证明,当x(0)∈R(AT)⊥时Kaczmarz算法迭代序列的极限为Moore-Penrose广义解的性质。理论表明Kaczmarz方法求解相容性和不相容性问题都是适定方法,本文从数值实验的角度验证了Kaczmarz方法的“适定”性和求解扰动问题时的“半收敛”性。另外,Kaczmarz方法当x(0)∈R(AT)⊥时还是一类正则化方法。      

物理模型超声CT图像代数法重建和结构识别

本文采用木板、有机玻璃板制作二维物理模型,并在模型中加入三个大小不一、位置各异、用石膏充填的方洞。对两个物理模型布置相同的观测系统,形成相同的射线方式,在等间距矩形像素条件下,每条射线的积分步长（射线穿过单个像素的射线段长度）皆为常数。由超声仪器沿指定射线采集各条透射波射线的走时数据（即Radon变换线积分的“观测值”）。应用“代数重建法”（ART加法修正迭代法）求解Radon变换的离散化方程组,重建二维物理模型的CT数字图像。在重建的模型CT数字图像中,能够有效地识别出“石膏洞”的存在和位置,验证了“代数重建法”CT成像技术及其对模型结构识别的有效性。本文是ART加法修正迭代的基础性应用工作,可为有关部门提供“代数重建法”CT成像实际应用参考。      

用于速度图象重建的层析成象法

本文提出了一种用于速度图象重建的层析成象法。特别注意到地震学上的ST与医学上的CT的不尽相同之处,并处理了由此引起的困难。与速度图象重建有关的正问题的分析表明,不同频率范围的资料其分辨能力是不同的,因此,区域地震与远震资料的解释应予注意。本文有关速度图象重建的讨论不仅涉及到与成象方法有关的反演理论和方法,还给出了进行数值计算的内存量和运算量的分析。关于重建图象的质量评价,还给出了反演解的可靠性分析,为分辨特性的描述提供了一种既简便又形象直观的方案。 本文的方法与现行主要方法的比较表明:1.本文的方法允许存在速度间断面,有利于揭示不同构造区域的地壳厚度的差异;2.在常用的方法中,作为正问题假定的常速度块同反演结果解释时非常速度块之间不协调。由于我们把给定网格点的速度值的插值函数作为速度的空间函数,这一困难已被解决;3.相对于Aki等的一般方法,本文的内存量节省约一个量级、运算量减少约一半;4.相对于ART类方法本身不能给出成象结果的可靠性分析,本文的方法则具有显著的优点。 作者在分析了天然地震资料的状况之后相信,对充分利用我国地震台网的现有观测资料,本文的方法是有效的。     

由投影重建图像的对称网格迭代算法

本文对于工业CT检测中常用的代数迭代重建算法提出了改进,利用投影射线之间存在的几何对称结构,提出了图像重建的对称网格迭代算法(简写为SM-IRT).该算法简化了投影系数矩阵的计算,调整了迭代算法逐线校正的迭代顺序.对模拟数据和工业CT实测数据进行了重建图像的数值实验,结果表明:与常规算法比较,本文提出的新算法重建速度快,成像精度高.     

一种改进投影系数计算的快速ART算法

代数重建(ART)是图像重建领域中的重要方法。为了提高ART算法的重建速度,本文提出了一个新的通过判别射线与网格的相交状况快速计算投影系数的算法。该算法主要使用简单的诸如加减法以及比较运算来计算投影系数。避免了传统算法中的求交排序计算,因而重建速度大大提升。仿真实验使用Shepp-Logan模型,实验结果显示该算法重建效率优于传统算法。     

Splatting算法在三维CT迭代算法中的应用

采用代数重建技术重建三维物体,提出了一种基于splatting原理的ART权值计算方法,以增强重建图像的空间分辨率.该算法基于三维锥束扫描方式,采用双三次样条局部基函数作为插值核,并利用其足印函数对物体进行插值来计算像素的权值.与常量插值相比,这种方法对物体的灰度值有更精确的近似,在相同的实验条件下可重建出分辨率高的物体.给出了适用于三维锥束重建的splatting算法的具体实现,并对实验数据进行了实物重建及误差分析.     

一种优化的图象重建外插算法

处理由不完全数据重建图象的方法之一是代数重建法。但是,代数重建法的一个不足是关于重建图象的收敛速度很慢;本文利用代数重建法有限次迭代的重建图象反映原图象的分布趋势和向原图象变化的这一特点,提出一种优化的图象重建外插算法。数值模拟结果表明,新算法在重建图象的收敛速度和质量方面均有改进。     

ART算法的改进及其应用—面波Q值反演

对地球物理学中常用的反演方法在算法上作了一些改进,使得计算速度大为提高,并使计算机占用的内存减少到改进前的几分之一,从而避免了原来由于身线或者反演的块数过多而不能计算的问题。