基于可视性分析与能量补偿的金属矿弹性波全波形反演

采用弹性波全波形反演方法精确重建深部金属矿多参数模型,建模过程采用基于地震照明的反演策略.首先给出基于照明理论的观测系统可视性定义,利用可视性分析构建新的目标函数,对反演目标可视性较高的炮检对接收到的地震记录在波场匹配时占有更高的权重,确保了参与反演计算中的地震数据的有效性;其次将给定观测系统对地下介质的弹性波场照明强度作为优化因子,根据地震波在波阻抗界面处的能量分配特点,自适应补偿波场能量分布和优化速度梯度,以提高弹性波全波形反演过程的稳定性和反演结果的精度.理论模型和金属矿模型反演试验结果表明,基于可视性分析和能量补偿的反演策略可以使弹性波全波形反演更快地收敛到目标函数的全局极小值,获得适用于金属矿高分辨率地震偏移成像的多参数模型.     

面波频散反演的数值模拟

大量的数值模拟表明,ＳＶＤ和ＬＳＱＲＤ在面波频散网格反演两步法中的应用效率都很好。但ＳＶＤ可以用分辨矩阵、信息矩阵和协方差矩阵对解估计进行数学上客观有效的评价,而对于大型稀疏方程的求解,ＬＳＱＲＤ确是一种内存注小,计算速度快以及分辨抗噪能力都较强的算法。在现有计算机运算速度较快、内存可以扩弃较大的条件下,实测数据量不很大时,应采用ＳＶＤ算法进行线性反演。     

F-K域多尺度瑞雷面波全波形反演

瑞雷面波,又被称为地滚波,具有强能量和频散特性.面波对地下介质中横波速度十分敏感,利用面波测量浅层剪切波速度结构,已经在浅表勘探领域有了广泛的应用.本文研究瑞雷面波波场的F-K域全波形反演方法,成像近地表横波速度结构.首先对地震数据进行二维傅里叶变换至F-K域,以F-K域振幅谱数据构建目标函数,降低了面波波形反演的非线性;通过对目标函数的迭代求解,得到最优的反演速度模型.并且,采用从低频到高频的多尺度反演策略,减小了面波波形反演中对初始模型的依赖,缓解了周期跳跃的问题.为了验证本文方法的可行性,对水平层状模型、横向变速模型及异常体模型的横波速度结构反演,结果显示,F-K域面波波形反演方法能够有效的对近地表横波速度模型进行重构,得到高分辨率的近地表速度成像.     

频率域全波形反演方法研究进展

全波形反演方法利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下速度结构,具有揭示复杂地质背景下构造与岩性细节信息的潜力.根据研究需要,全波形反演既可在时间域也可在频率域实现.频率域相对于时间域反演具有计算高效、数据选择灵活等优势.近十几年来频率域全波形反演理论在波场模拟方法、反演频率选择策略、目标函数设置方式、震源子波处理方式、梯度预处理方法等方面取得了进展.目标函数存在大量局部极值的特性是影响反射地震全波形反演效果的重要内在因素之一.如果将Laplace域波形反演、频率域阻尼波场反演、频率域波形反演三种方法有机结合,可以降低反演的非线性程度.     

频率域全波形反演方法研究进展

全波形反演是一种利用地震波传播的动力学特征来获取地下介质物性参数的反演方法,可为揭示地下精细结构提供重要依据。本文以弹性波方程作为数学模型来模拟地震波传播规律并进行相应的反演方法研究。为提高计算效率与反演结果的准确性,可将近似解析离散化（NAD）算子用于频率域弹性波方程的正演模拟。本文在频率域NAD离散的基础上推导阻抗矩阵的稀疏分块结构与反演目标函数对模型参数的梯度计算公式,由此建立基于NAD算子的频率域弹性波全波形反演方法。为验证该方法的有效性,文中通过数值实验对多种典型介质模型进行反演计算,均得到了理想的反演结果。

     

基于各向异性全变分约束的多震源弹性波全波形反演

多震源编码技术可以提高全波形反演的计算效率,但同时会引入串扰噪声使反演结果质量降低. 全变分约束可以有效地压制层内噪声并突出模型界面,其与多震源技术的结合,能在大大提高弹性波全波形反演效率的同时提高反演质量. 本文提出了一种高效的动态多震源全波形反演策略,可以在离散串扰噪声的同时保证照明的均匀性. 根据残留串扰噪声的分布特征,构建了与之匹配的基于各向异性全变分约束的弹性波全波形反演方法. 为了减少周期跳跃效应,将基于稀疏约束的低频重构算法应用于弹性波地震记录,给出了利用快速梯度投影算法求解各向异性全变分约束的全波形反演流程. 模型数据测试结果表明本文的方法不仅能有效地抑制多震源方法导致的串扰噪声,同时也能降低观测数据中的噪声对反演结果的影响.

     

时间域全波场各向异性性参数反演

从各向异性弹性波的有限元正演方程出发，导出了反问题中时间域雅可比矩阵求解的计算公式。它具有与时间域有限元正演方程相同的表达形式，故可通过有限元正演计算来获得雅可比矩阵。研究了有限元正演算法的效率和精度、吸收边界条件等的问题，以提高反演系统的效率和精度。在此基础上，实现了叠前全波场各向异性弹性参数反演。计算表明，在初始模型偏离真实模型较大的情况下，层状模型和横向不均匀模型的反演结果均能准确地收敛到真实模型上。     

用P波波形资料反演中强地震地震矩张量的方法

本文给出了利用不同震中距范围（３°—９０°）的长周期Ｐ波记录资料,通过波形拟合和反演确定地震矩张量的方法．在求解过程中,不引入矩张量的迹为零这一约束条件．有６个独立分量的地震矩张量解可分解成各向同性部分、最佳双力偶和补偿线性矢量偶极．文中给出了发生在中国的５次６级以上地震的地震矩张量反演结果,表明在一些地震的震源过程中存在不可忽略的体积变化．     

各向异性介质弹性波多参数全波形反演

各向异性介质弹性波方程全波形反演过程中多参数之间的相互耦合,使得弱参数在反演过程中难得到理想的结果.本文以VTI介质为例,在各参数辐射模式分析的基础上,基于改进的散射积分算法实现目标函数梯度的直接求取,进一步构建高斯牛顿方向,实现Hessian矩阵的有效利用,以考虑Hessian矩阵非主对角线元素包含的各参数间的耦合效应,在不使用任何反演策略的情况下实现高精度的VTI介质弹性波方程多参数同步反演.同时,该方法在计算过程中无需存储庞大的核函数矩阵,且无需传统截断牛顿法中额外的正演计算,因此内存占用小,计算效率高.本文数值试验验证了该方法的有效性,为各向异性多参数全波形反演提供了一种新的解决方案.

     

用P波波形资料反演中强地震地震矩张量的方法

本文给出了利用不同震中距范围（３°-９０°）的长周期Ｐ波记录资料，通过波形拟合和反演确定地震矩张量的方法．在求解过程中，不引入矩张量的迹为零这一约束条件．有６个独立分量的地震矩张量解可分解成各向同性部分、最佳双力偶和补偿线性矢量偶极．文中给出了发生在中国的５次６级以上地震的地震矩张量反演结果，表明在一些地震的震源过程中存在不可忽略的体积变化．     

地球介质非弹性参数测定方法

地球介质非完全弹性参数对于研究地体稳定、地震孕育、地幔对流、大陆动力学是 非常重要的．在精确的工程勘探、油气勘探中也是一个不可缺少的参数．为了用实测的地震 体波确定非弹性参数,本文从一般线性流变体介质内波动方程出发,导出了由观测的地震波 体波波速和振幅确定一般线性流变体介质内虎克定律系数的两种具体方法及其相应的理论 公式,并给出了体波振幅法的一个模型实例．在线性近似下,这些参数可确定地球介质的非 弹性性质．     

地球介质非弹性参数测定方法

地球介质非完全弹性参数对于研究地体稳定、地震孕育、地幔对流、大陆动力学是 非常重要的．在精确的工程勘探、油气勘探中也是一个不可缺少的参数．为了用实测的地震 体波确定非弹性参数,本文从一般线性流变体介质内波动方程出发,导出了由观测的地震波 体波波速和振幅确定一般线性流变体介质内虎克定律系数的两种具体方法及其相应的理论 公式,并给出了体波振幅法的一个模型实例．在线性近似下,这些参数可确定地球介质的非 弹性性质．     

波形反演法测量Q值的实验室研究

用波形反演法对杆状样品的实测波形进行了Q值计算，用高Q值金属样品和岩石样品分别进行计算对照的结果表明，该方法具有比较好的可靠性，分析了实验波形的速度频散现象，认为，由衰减引起的速度对数频散在杆波情况下仍然成立，但即使在Q值较小时，对波形的影响也不显著，因此并不会对反演计算结果的可靠性造成太大的影响。     

利用地震波形反演研究震源破裂时空过程

本文对近10多年来利用地震波形反演推断震源破裂时空过程这一领域的研究进展作一简单介绍．论述了理论地震图的计算、反演确定震源参数、以及解释反演结果三方面的发展,并对反演结果进行了归纳总结．研究表明,在本文所提到的地震中,多数大地震的震中附近只有相对小的滑动,而在多数中等地震的震中或其附近有较大的滑动．本文认为,在进一步提高反演解答的稳定性和可信程度的基础上,在大地构造背景下研究震源的性质,对一批不同震级、发生在不同构造区的地震进行系统研究是有意义的．     

面波频散反演地球内部构造的遗传算法

介绍了一种新的算法——遗传算法的基本概念和特点,及其在地震面波反演地球内部构造中的应用,指出了使用遗传算法的注意事项．提出了通过对初步搜索结果参数分布直方图进行分析,从而修改和缩小进一步搜索的范围,逐步搜索以提高搜索效率的方法．并对３层含低速层的理论模型和青藏高原的实际频散资料进行遗传算法反演,获得了满意的结果．讨论了遗传算法在其他地震学问题中进一步应用的可能性．     

利用地震波形反演研究震源破裂时空过程

本文对近10多年来利用地震波形反演推断震源破裂时空过程这一领域的研究进展作一简单介绍．论述了理论地震图的计算、反演确定震源参数、以及解释反演结果三方面的发展,并对反演结果进行了归纳总结．研究表明,在本文所提到的地震中,多数大地震的震中附近只有相对小的滑动,而在多数中等地震的震中或其附近有较大的滑动．本文认为,在进一步提高反演解答的稳定性和可信程度的基础上,在大地构造背景下研究震源的性质,对一批不同震级、发生在不同构造区的地震进行系统研究是有意义的．     

面波频散反演地球内部构造的遗传算法

介绍了一种新的算法--遗传算法的基本概念和特点，及其在地震面波反演地球内部构造中的应用，指出了使用遗传算法的注意事项．提出了通过对初步搜索结果参数分布直方图进行分析，从而修改和缩小进一步搜索的范围，逐步搜索以提高搜索效率的方法．并对３层含低速层的理论模型和青藏高原的实际频散资料进行遗传算法反演，获得了满意的结果．讨论了遗传算法在其他地震学问题中进一步应用的可能性．     

面波偏振与中国大陆岩石层横向不均匀性

本文利用７个ＣＤＳＮ台站的长周期数字地震记录和奇异值分解方法，分析了在中国大陆内传播的基阶勒夫波的偏振方向，从而确定波到达台站时的入射方向对于大圆方向的偏离．５°-１０°的偏角是常见的，最大偏角可达２０°左右．尤其是４０ｓ以下的勒夫波，在大多数路径上都显著偏离．这些观测到的现象可以用勒夫波穿过不同大地构造单元界线发生的折射作出定性解释．青藏块体的边界和天山褶皱带可引起２０-６０ｓ（或更长）周期的勒夫波发生折射；华北与华南地块间及华北平原和鄂尔多斯地块间的速度差异一般影响２０-４０ｓ之间的勒夫波；扬子地台与东南沿海褶皱的差异主要影响２０ｓ以下的波；２０ｓ以下的短周期勒夫波往往表现出复杂的多重路径现象．     

用长周期面波波形拟合及P波初动方向估计中等地震的震源机制

提出利用周期范围４５—１００ｓ间的面波波形拟合与Ｐ波初动符号相结合,估计中小地震震源机制的方法．给出两个倾滑为主和三个走滑为主的震例．其中最小的是１９９６年１２月１６日北京顺义ＭＬ４．５级地震.比较了１９９６年２月５日云南丽江Ｍｓ６．０级余震的机制解与美国哈佛大学ＣＭＴ结果的相似程度,各震例记录图与理论图的相似程度,以及初动分布与主压力轴Ｐ和主动力轴Ｔ分布区的一致程度．从比较结果看,得到的震源机制解有参考价值,开发的软件有可用性．     

用长周期面波波形拟合及P波初动方向估计中等地震的震源机制

提出利用周期范围４５-１００ｓ间的面波波形拟合与Ｐ波初动符号相结合,估计中小地震震源机制的方法．给出两个倾滑为主和三个走滑为主的震例．其中最小的是１９９６年１２月１６日北京顺义ＭＬ４．５级地震.比较了１９９６年２月５日云南丽江Ｍｓ６．０级余震的机制解与美国哈佛大学ＣＭＴ结果的相似程度,各震例记录图与理论图的相似程度,以及初动分布与主压力轴Ｐ和主动力轴Ｔ分布区的一致程度．从比较结果看,得到的震源机制解有参考价值,开发的软件有可用性．