远震接收函数方法及其在海域岛礁区地壳结构研究中的应用

远震接收函数方法从远震P波波形中提取出台站下方主要速度间断面的信息,是研究地壳、上地幔结构的有效方法。该方法通过拟合转换波波形来约束间断面深度和横波速度。传统的接收函数线性反演方法强烈依赖于初始模型的选取,其反演结果存在较大的不确定性,为此新的基于非线性的反演方法逐渐发展起来,另外,接收函数与面波联合反演以及S波接收函数方法的提出也在一定程度上降低了反演结果的非唯一性。接收函数方法在大陆区地壳结构的研究中得到了广泛运用,但对于海区和岛礁区的研究却非常缺乏,本文回顾了国内外一些岛礁区的接收函数研究实例,介绍了西沙群岛琛航岛的天然地震观测及其结果,探讨了接收函数方法在岛礁区地壳结构研究中的应用前景。     

沉积层结构被动源探测方法及其在典型盆地的应用

准确的沉积层结构,对盆地地区油气资源调查与勘探、地震动场地效应评估和壳幔深部结构成像等研究均具有重要意义.近二十年来,随着地震观测技术的进步和大量流动台阵数据的积累,利用被动源资料探测沉积层结构的地震学方法研究取得了长足的发展.本文对这些主要方法进行了归纳总结,阐述了基本原理及相关进展.其中,基于远震体波数据的研究方法主要有：接收函数和转换函数、波场反延拓的H-β方法、以及P波质点运动分析等.基于近场体波资料约束沉积层结构通常采用的是高频波形拟合方法.此外,还简要介绍了谱比法、背景噪声面波成像和Rayleigh波Z/H幅度比,以及多种方法的联合反演.最后,对我国东部典型盆地地区,如松辽盆地和华北盆地下方沉积层结构已取得的研究进展进行了总结.     

区域尺度地震体波和面波走时联合成像：进展与展望

如何利用观测到的地震图上尽可能多的信息来约束地下结构以及地震震源本身一直是地震学研究的前沿课题.近年来,随着计算机计算能力的提高,使用基于全波形反演的方法已被用于不同尺度结构成像中,并取得了良好的效果.但如何减小全波形反演对计算资源的巨大需求以及其反演的高度非线性仍是目前急需解决的问题.此外,对于区域以及全球尺度成像,全波形反演的波形的拟合仅限于相对较低的频率.目前,基于波形层析成像在区域尺度最高能拟合的频率大约为0.5 Hz,在全球尺度能拟合的频率更低,所以获得的波速模型的分辨率还有一定的改进空间.地震学体波和面波联合反演是另一种可以综合利用更多信息的成像方法.该种方法主要利用高频体波的走时信息以及面波的频散信息来约束地下结构.由于只需要求解高频近似下的波动方程,其效率较全波形反演有较大提高.相比于体波和面波数据单独反演,联合反演能利用体波和面波对地下结构约束的互补性来获得能同时拟合不同数据的波速结构模型.此外,体波和面波数据联合反演能获得更为准确的泊松比模型,因此可以更好地约束岩性、孔隙度、熔融程度等.鉴于目前海量的基于机器学习获得的不同震相的走时数据以及越来越多的密集流动地震观测...     

川滇及邻区Pn波速度结构和各向异性研究

川滇地区是中国大陆构造变形及地震活动最强烈的区域之一.本文利用从国际地震中心(ISC)、中国地震台网以及云南、四川、重庆三个省级地震台网的地震观测报告中严格挑选出的53673个Pn波到时数据,用Pn波层析成像方法反演了川滇地区的Pn波速度结构和各向异性.结果表明该地区上地幔顶部速度结构的横向变化与现代构造运动有明显的关...     

波形反演方法及其在新疆地区转换波测深中的应用

利用天然地震记录直达P波后续20s内的波形信息,研究了地壳、土地慢速度结构反演的方法、唯一性、精度及应注意的问题,并将求解有条件极值的惩罚数法和求解无条件极值的单纯形法引入到波形反演.数值计算证明,波形反演方法对记录的误差有压制作用,在深源、远震、各向同性水平层状近似合理的前提下,可用一个地震事件在射线平面内的二分量记录反演台站区地壳、上地幔P、S波速度结构.在新疆天山地区转换波流动台站观测中,选择出较好的记录进行波形反演,给出了该转换被测深剖面上6个台站下方的地壳、上地慢P、S波速度结构.通过塔里木盆地内一测点上波形反演和地震勘探结果的对比证明,波形反演方法具有满意的精度.     

利用天然地震转换波及二次波反演地壳上地幔速度结构的尝试

本文是研究利用天然地震PS转换波及PPP等二次波到时资料反演地壳上地幔速度结构的尝试。提出了分步逐层的反演方法使反演问题部份线性化,同时还利用联合反演的方法降低反演误差。文章分析讨论了反演误差,给出了反演实例,并指出了存在的问题及进一步工作的方向。     

基于MF-J变换的DAS观测高阶面波提取和浅地表结构成像

分布式声波传感(DAS)技术可以将现有城市通信光缆转化为密集宽频带地震观测系统,利用城市通信光缆进行主/被动源面波成像为城市浅地表结构成像和地下空间探测提供了新手段,具有广阔的应用前景.近年来大量研究表明,充分利用高阶面波信息能显著提升面波结构成像效果.为探索DAS记录中的高阶面波提取和利用的可行性,本文推导了适用于DAS系统地震记录提取多模式面波频散曲线的 MF-J变换公式,并成功应用于白家疃光纤实验的主动源观测数据,提取了多模式频散曲线并反演构建了研究区高分辨、高精度的横波速度结构剖面.研究结果表明,MF-J方法能有效地从DAS主动源记录中提取多模态频散曲线,并能去除传统 F-J方法中的交叉假频现象;基于多模式面波频散曲线反演的速度结构分辨率和置信度都明显优于只用基阶模态的反演.本文的研究结果揭示了利用城市通信光缆实现低成本高分辨率地下结构探测的可能性.     

基于单台加速度记录的混合全局优化HVSR反演场地浅层速度结构

利用水平与竖向谱比（HVSR）方法反演场地速度结构是国际上迅速发展的研究领域.HVSR反演计算实质是一个土层场地模型空间搜索的全局优化问题,当模型搜索空间的复杂程度增大时,目前常用的搜索算法收敛速度慢,计算效率较低.本文实现了一种结合遗传和模拟退火方法优点的混合全局优化HVSR反演算法,通过理论模型和竖向台阵实测数据的检验,表明该算法能获得很好的反演效果,较好地解决了蒙特卡罗方法收敛速度慢,遗传算法收敛早熟和模拟退火算法搜索效率低的问题.本文在此基础上讨论了单台加速度S波记录用于场地速度结构HVSR反演的适用性,为基于单个地震台的地震观测记录反演浅层速度结构提供了一种高效且较为准确的反演方法.     

IDA和CDSN资料的长周期面波研究

１９８０年和１９９２年分别在昆明和北京白家疃台架设了ＩＤＡ观测仪器，１９８５年开始又陆续在北京，兰州，海拉尔等地布设和完善了ＣＤＳＮ数字化地震观测台网，为开展长周期面波研究提供了方便。本文结合国内外研究现状，论述了超长周期地震观测在地球自由振荡，震源物理面波理论地震图合成及非均匀地球介质结构研究中的应用。同时结合１９８９年５月６日发生在秘鲁的Ｍｓ７．０地震，介绍了利用简正振型资料开发地震矩张量反演     

面波频散与体波接收函数联合反演研究回顾及展望

面波频散和接收函数是研究地壳上地幔速度结构的重要方法.面波频散对绝对S波速度较为敏感,但对界面结构约束不强;而接收函数对间断面具有很好的分辨能力.二者优势互补,通过联合反演,可以得到更为准确的壳幔内部界面及绝对S波速度结构.近十几年来,随着噪声地震学的迅猛发展以及大量宽频带地震仪的架设,该联合反演方法得到了更进一步的应用.为了便于梳理该研究方向的脉络,本文分别回顾了面波频散与体波接收函数的方法原理及其在壳幔结构反演中的应用,并分析了两种方法的优势与不足.在此基础上,介绍了二者的联合反演方法,以及在地壳上地幔速度结构研究中的应用.展望了联合反演方法的进一步发展,以及加入多种地球物理观测数据对反演地壳上地幔结构的意义.     

天然地震折射与反射速度CT的模型实验

为提高天然地震折射与反射速度CT的精度,我们运用＂走时最小纵横波速度层析成像＂与＂波形基本解纵横波速度层析成像＂相结合的方法,反演各层界面形状及各层纵波、横波速度。反演结果图与＂正演地球模型剖面图＂基本一致。本文在数学上发展了＂层析成像＂的内容,提出＂波形基本解纵横波速度层析成像＂基本概念,是天然地震简单模型实验的初步...     

基于面波走时的三维结构面波直接成像：方法综述与应用

利用面波频散数据进行各向同性和各向异性横波速度结构成像是研究全球和区域构造变形、获取地壳上地幔和近地表精细结构的一种非常有效的方法.传统的基于频散数据的面波成像通常采用两步法,即首先反演二维相速度或群速度分布图,然后再基于格点的纯路径频散反演格点下方的一维横波速度模型,之后再拼合成三维速度模型.在本文中我们较为详细地综述新发展的基于面波频散走时的三维面波直接成像方法体系,即面波一步法成像.该方法体系包括通过所有路径、不同频率的面波频散走时直接反演三维各向同性横波速度结构的方法（DSurfTomo）、直接反演三维方位各向异性横波速度结构的方法（DAzimSurfTomo）,以及直接反演三维径向各向异性横波速度结构的方法（DRadiSurfTomo）.新的面波直接成像方法计算不同周期的面波射线路径,从而更好地考虑复杂结构下面波射线路径弯曲对成像精度的影响.随后我们介绍面波直接成像方法的应用实例,包括地壳上地幔及地壳浅部的多尺度各向同性和各向异性横波速度结构的成像,这些成像研究为认识区域构造演化、孕震构造、断裂带浅部结构、成矿构造、城市地下结构等提供了重要的约束.最后我们讨论面波直接成像方法...     

用面波联合勘探技术探测浅部速度结构

瑞雷面波勘探技术以其快速经济、受场地条件限制小等优点广泛应用于浅部横波速度结构探测.人工源面波勘探方法对浅部地层的探测精度高,但探测深度较浅;天然源面波勘探方法探测深度较深,但对浅部速度结构的探测精度不高.本文在夏垫和玉溪两地分别开展了人工源和天然源面波联合探测试验,尝试采用不同排列和相同排列两种方法,采集人工源和天然源面波信息,联合处理数据并提取频散曲线,反演得到浅部地层的横波速度结构.探测结果表明:人工源和天然源面波联合勘探,尤其是采用相同排列的方法,可以在几乎不增加常规面波勘探工作量的条件下,既能保证浅部地层的探测精度,又明显拓展探测深度,大大提升了面波勘探能力,有望在工程勘察领域中推广应用.     

重复源激发信号的Q值变化

正监测地壳介质随时间的变化是现代地震学的主要方向之一。相比于波速变化的研究,地震波衰减研究较为滞后。主要原因之一是离散的天然地震波振幅受几何扩散、折射、反射、不均匀散射等多种因素影响,导致反演得到的衰减结果不稳定。利用重复天然地震观测是解决介质衰减结果不稳的非常重要的有效途径。但是重复天然地震源相对少,且严格重复的天然地震更少。主动源是一个非常好的选择,其震源、传播路径、接收台站相对固定,Q值估算中不确定性     

基于伴随方法的线性台阵背景噪声面波和远震体波联合成像研究

伴随层析成像（Adjoint Tomography）通过求解全波方程来准确模拟地震波在复杂介质中的传播,并利用波形信息来反演地下结构,是新一代的高分辨率成像方法.其中3-D伴随层析成像需要庞大的计算资源,而2-D反演相对更具计算效率.面波和远震体波是研究地壳上地幔速度结构的重要方法,它们对S波速度及Moho面的敏感度不同,通过联合反演,可以得到更为准确的S波速度结构及Moho面.通过两种数据的高度互补性,本文提出基于伴随方法的线性台阵背景噪声面波和远震体波联合成像方法,同时约束台阵下方S波速度结构及Moho面形态.我们将该方法应用到符合华北克拉通岩石圈典型结构特征的理论模型上,测试结果表明联合反演方法优势明显,相比于面波伴随层析成像,能获得更高分辨率的S波速度结构,同时能精准约束Moho面形态.相比于体波伴随层析成像,联合反演能有效压制高频假象,降低波形反演过程中的非线性化程度.本研究有望提供一种更为高效精准的线性台阵成像方法,搭建联合伴随层析成像理论框架,提升岩石圈成像分辨率,并为后续其他类型波形数据的引入提供思路和方法.     

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.     

多分量地震记录P和SV波场的τ-p域分离方法

多分量地震观测记录到来自地下介质的全波场,利用分离的P和SV波场联合反演可以提供地下介质岩性、孔隙度、孔隙流体、裂隙和各向异性的重要信息.     

用人工源和天然源面波联合探测浅层速度结构.

本文在简要介绍天然源与人工源瑞雷面波勘探基本原理、数据采集和资料处理方法的基础上,结合3个不同场地的探测实例,阐述了天然源和人工源瑞雷面波方法在浅部速度结构探测中的应用效果.结果表明,根据不同的场地条件和探测目的要求,分别采用天然源、人工源瑞雷面波方法提取瑞雷波频散曲线,再用遗传算法反演得到工程场地浅部地层横波速度结构的技术方法是有效和可行的.该方法对于类似工程的浅部横波速度结构探测具有经济适用、简便快捷的优点.     

中国西部地区地壳上地幔S波速度结构

利用10～184 s基阶瑞利波频散曲线反演得到了中国西部及邻近区域地壳上地幔(0～300 km)的S波速度结构.反演采用了传统的两步法,即通过时频分析获得频散曲线后,首先利用Occam方法反演出各周期面波速度在二维网格结点上的分布,然后反演每个结点下方的S波速度结构,从而给出研究区域的三维速度结构.