基于抛物线密度模型的频率域三维界面反演及其在川滇地区的应用

密度界面反演作为了解地球内部结构的一种重要方法,长期以来都是重力学研究的主要内容.本文结合抛物线密度模型及频率域算法的优点,将抛物线密度函数应用于Parker-Oldenburg算法,经过理论推导得到了抛物线密度模型的频率域公式,从而建立了基于抛物线密度模型的三维密度界面重力异常正反演的算法和流程.理论模型数据试验表明本方法快速、有效,适用于大多数浅部比深部增加更快的实际地壳密度.研究中还利用该方法对川滇地区重力异常进行了反演,获得了该区的莫霍面深度分布,并与接收函数研究结果进行对比分析,进一步验证了本文方法的正确性和有效性.     

基于频域衰减的时域全波形反演

时域全波形反演由于采用了全频段信息,因此在迭代过程中不同波长的信息不能由低到高的逐步重建,极易陷入局部极小值.本文通过分频段的方式,对地震数据做正反傅里叶变换,利用频域指数衰减的方法逐级分离出地震数据中的高频成分,在时域上实现由低频向高频的波形反演,从而降低了反演的非线性,使不同波长的信息得到稳步恢复.同时,在高频成分衰减的过程中,后至波的能量也被削弱,由此也降低了深层反射在初始反演过程中的干扰.整个反演仅增加对数据做正反傅里叶变换过程,相较于混合域反演,无需提取全部波场的相应频率成分.在计算效率方面,利用GPU进行加速,并采用CUDA自带函数库中cufft来提高计算效率.通过对Marmousi模型测试,验证了所述方法的有效性.     

频率域全波形反演中关于复频率的研究

Laplace-Fourier域全波形反演可以利用简单的初始模型,从缺失低频信息的地震数据中得到长波长速度模型.Laplace-Fourier域全波形反演等价于本文的复频率全波形反演,但二者的实现方式不同,因此研究复频率全波形反演,可以为二者的对比研究并发展更有效的方法奠定重要基础.本文首先比较用线性增加模型作为初始模型时几个包含不同高低频成分的频率组的反演效果,再比较结合复频率之后各个频率组的反演效果,从简单模型和复杂模型的测试中都可以看出这种复频率+频率反演的方式对反演效果有明显改善.     

基于汶川地震序列震源机制解对龙门山地区构造变形模式的初步探讨

本文采用理论震源机制解的分析方法,以汶川地震序列震源机制解为约束,探讨龙门山地区构造变形模式及其与汶川地震序列的关系.通过有限元模拟,计算了龙门山地区不同构造变形模式下的构造应力场,得到了理论震源机制解,并与汶川地震序列实际震源机制解进行对比分析,初步探讨了该区构造变形模式对汶川地震序列的影响.结果显示,在龙门山地区,青藏高原内深部构造变形快于地表的构造变形模式下,区域构造应力场对应的理论震源机制解与汶川地震序列震源机制解的相符程度较高.这种一致性可能表明:(1)青藏高原内部深部构造变形快于地表,是龙门山地区比较合理的构造模式;(2)构造应力场是影响汶川地震序列震源机制的重要力学因素.     

基于汶川地震序列震源机制解对龙门山地区构造变形模式的初步探讨

本文采用理论震源机制解的分析方法,以汶川地震序列震源机制解为约束,探讨龙门山地区构造变形模式及其与汶川地震序列的关系.通过有限元模拟,计算了龙门山地区不同构造变形模式下的构造应力场,得到了理论震源机制解,并与汶川地震序列实际震源机制解进行对比分析,初步探讨了该区构造变形模式对汶川地震序列的影响.结果显示,在龙门山地区,青藏高原内深部构造变形快于地表的构造变形模式下,区域构造应力场对应的理论震源机制解与汶川地震序列震源机制解的相符程度较高.这种一致性可能表明:(1)青藏高原内部深部构造变形快于地表,是龙门山地区比较合理的构造模式;(2)构造应力场是影响汶川地震序列震源机制的重要力学因素.     

基于姿态变化的航空频率域电磁法仪器偏置实时校正方法研究

磁偶极子的航空频率域电磁法仪器在飞行测量的过程中由于仪器偏置的存在,且仪器偏置会随着外部气压、温度等环境因素以及收发线圈晃动的影响而呈现非线性变化,使得观测数据出现误差,因此需要对仪器偏置进行校正.而传统的在测线飞行前后将仪器抬至高空的“零场值”标定方法具有成本高、受测区环境影响大以及采用线性插值获取测线飞行过程中仪器偏置的精度低等缺点.本文根据仪器偏置与仪器姿态角变化无关的特性,通过测得仪器的姿态角信息,在满足重叠偶极子模型的条件下,实现对仪器偏置的高精度实时校正.模型仿真结果表明,在30 m常规飞行高度下,该方法实时测得的仪器偏置精度接近于110 m高空测得的精度;校正后仪器偏置的绝对误差与理论二次场的比值即相对误差小于5%,满足反演大地电导率的精度要求.该方法不仅减少了飞行的工作量,降低了飞行成本和飞行难度,而且可更加精确地获得测线飞行过程中仪器偏置的非线性变化值,提高航测数据的观测精度.     

基于最大顺序统计量的P波初动极性自动读取方法的小震震源机制反演及在云南小江地区的应用研究

地震P波震相到时与初动极性的精确读取是地震资料分析处理的重要步骤之一.本研究采用了一种新的高精度自动确定地震波P波震相到时与初动极性的概率分布的方法(POI方法,后同),在此基础上研究开发了一套自动化小震震源机制解的反演流程,并将其应用在云南小江断裂带周边区域的小震震源机制和构造应力场反演中.得到的震源机制与应力场反演结果与前人的研究一致,且与区域GPS观测结果和构造背景吻合度较好,显示该方法具有良好的应用前景,为高效分析密集台阵地震观测资料,开展小震震源参数测量与区域应力场反演提供了新的研究思路和技术手段.     

基于最大顺序统计量的P波初动极性自动读取方法的小震震源机制反演及在云南小江地区的应用研究

地震P波震相到时与初动极性的精确读取是地震资料分析处理的重要步骤之一.本研究采用了一种新的高精度自动确定地震波P波震相到时与初动极性的概率分布的方法(POI方法,后同),在此基础上研究开发了一套自动化小震震源机制解的反演流程,并将其应用在云南小江断裂带周边区域的小震震源机制和构造应力场反演中.得到的震源机制与应力场反演结果与前人的研究一致,且与区域GPS观测结果和构造背景吻合度较好,显示该方法具有良好的应用前景,为高效分析密集台阵地震观测资料,开展小震震源参数测量与区域应力场反演提供了新的研究思路和技术手段.     

用接收函数建立区域模型的震源机制反演及其在芦山地震序列研究中的应用

本文提出并试验了一种基于接收函数建立区域模型进行震源机制反演的方法.选取四川地震台网记录的M≥3且信噪比高的近震波形资料,反演得到了芦山地震序列中74个地震的震源机制.通过对震源深度和震源机制的综合分析,探讨了芦山地震的发震构造和区域应力场状态.采用接收函数方法反演获取了26个台站下方的S波速度结构,对不同区域的台站反演结果进行叠加平均,以此区域平均S波速度作为本文震源机制反演使用的区域模型的S波速度;区域模型的P波速度由经验公式给出.反演稳定性测试表明,使用不同模型或对原始波形记录加入随机噪声的反演结果与原始反演相比,震源深度最大误差为1 km,断层面各参数误差水平也很低,且显示的发震类型是一致的,其中随机噪声带来的误差小于模型带来的误差.主震反演得到的震源机制解为:震源深度17 km,矩震级6.47;节面Ⅰ走向213°,倾角51°,滑动角98°;节面Ⅱ走向20°,倾角40°,滑动角80°;显示芦山主震可视为纯逆冲型地震,发震构造可能是某个具有较大倾角的逆冲断层,而不是低缓的推覆构造的基底滑脱面.同时本文反演获取的73个M≥3余震的震源机制绝大多数也显示了类似的发震类型,逆冲型地震为67个,占92%,具有绝对优势;走滑型地震为5个,正断型地震为1个.其中5个走滑型地震中的4个均分布在震源区的东北端.整个芦山地震序列深度集中在12~20 km,且沿震源区短轴的余震深度剖面有自西向东呈逐步变浅的趋势,呈现清晰的铲形断面结构,结合本地地质构造,可以推断芦山地震序列主要发生在龙门山前山断裂以东的逆冲推覆体内的一个隐伏断裂上.P轴方位角优势方位与区域应力场及汶川震源区南段的相一致,表明芦山序列地震活动主要受区域应力场控制,且汶川震后该区应该不存在应力场变化.P轴仰角随深度分布则显示了孕震层在浅部为脆性上地壳,而深部已经进入了中地壳低速层.断层面的几何形态简单,倾角均值在不同深度保持稳定在55°左右,与主震倾角接近,这与汶川震源区南段的研究结果明显不同,揭示了龙门山断裂带南段与此次芦山发震断裂在断层面几何形态上的明显差异.     

线圈中心近区频率域电磁测深数值模拟研究

论述了一种在线圈中心测量磁场垂直分量的近区频率域电磁测深方法的原理及一维正演数值模拟研究结果.推导出线圈中心近区频域电磁法的视电阻率表达式,提出了在线圈中心测量磁场垂直分量频域电磁法的基本思路,利用MATLAB编程进行一维正演模拟,先后正演模拟了7种有代表性的地电模型.结果表明:此方法对层状地电构造的电性参数和厚度变化比较敏感,分辨力较高,对二层断面的上层厚度和基底电性分辨,对三层断面的中间层的电性和厚度变化分辨比较清楚,是一种有前景的近区频率域电磁测深方法.     

基于L1+L2混合范数频域三维重力场反演方法

三维重力反演被广泛应用于矿产资源勘探和深部密度结构研究, 然而传统空间域三维重力场反演方法存在着深度分辨率低、多解性强和计算效率低的问题, 影响了地质解释的准确性和可信度.本文针对上述不足, 提出基于混合范数正则化约束的频域三维重力场反演方法.首先构建基于深度加权和L1+L2混合范数的模型目标函数.并在反演迭代过程中, 采用频域三维重力场正演方法更新模型, 将传统空间域三维重力场反演中稠密雅可比矩阵的存储和计算等问题转化为频域正演, 大幅度降低内存占用.此外使用高精度高斯型数值积分代替传统快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)算法中的矩形积分, 以保证频域正演方法的计算精度.模型试验表明, 相比于传统空间域基于L2范数光滑约束反演方法以及基于L1范数聚焦反演方法, 本文反演方法能有效降低三维重力反演的"趋肤效应"和拖尾现象, 能恢复出更复杂地质模型, 且反演结果更接近真实模型.最后将该方法应用到加拿大魁北克省诺兰达市的Mobrun硫化物矿体三维密度成像, 结果显示该矿体深度范围约15~170 m, 与前人钻井数据所得深度范围一致, 证明了方法的有效性.