基于混叠震源和频率组编码的频率域自适应全波形反演(英文)

全波形反演是一种高精度的地震成像方法,可以对地下介质物性参数模型进行准确的重构。然而在实际应用中,尤其是在三维复杂介质反演中,计算成本太大是该方法的一个重要缺陷。将混叠震源技术引入到频率域全波形反演中可以大幅度地降低计算成本,提高反演效率。但是使用震源编码技术也带来了两个问题:一方面,参与编码的各个震源之间会产生"串扰噪声",导致反演结果中出现假象;另一方面,基于震源编码的频率域全波形反演方法周围噪声较为敏感,使该方法对含噪数据反演质量较差。本文引入一种频率组编码方法来压制"串扰噪声",并基于震源编码技术提出一种频率域自适应全波形反演方法,通过一个与频率相关的自适应选择机制,将常规频率域全波形反演方法和基于震源编码的全波形反演方法联合起来,在保证反演质量的同时也最大程度地提高了反演效率。     

基于MapReduce的地震波形数据并行解压缩算法研究

近年来各省级地震台网SEED文件数据量急增。在数据处理过程中,利用原有的串行解压缩算法批量解压缩地震波形数据时存在操作繁琐、耗时较长的问题。本文引入了MapReduce并行编程模型,根据该编程模型思想结合原有串行解压缩算法,提出了一种并行解压缩地震波形数据的算法,并给出了算法的设计与实现。本文从正确性、运行效率以及可扩展性三个方面进行了对比实验,验证了使用并行算法解压缩数据的效率较高,并且能够一次实现批量地震波形数据的解压缩,且操作简单。     

基于自适应优化有限差分方法的全波VSP逆时偏移

与地面地震资料相比,VSP资料具有分辨率高、环境噪声小及能更好地反映井旁信息等优点.常规VSP偏移主要对上行反射波进行成像,存在照明度低、成像范围受限等问题.为了增加照明度、拓宽成像范围、提高成像精度,本文采用直达波除外的所有声波波场数据(全波),包括一次反射波、多次反射波等进行叠前逆时偏移成像.针对逆时偏移中的四个关键问题,即波场延拓、吸收边界条件、成像条件及低频噪声的压制,本文分别采用自适应变空间差分算子长度的优化有限差分方法(自适应优化有限差分方法)求解二维声波波动方程以实现高精度、高效率的波场延拓,采用混合吸收边界条件压制因计算区域有限所引起的人工边界反射,采用震源归一化零延迟互相关成像条件进行成像,采用拉普拉斯滤波方法压制逆时偏移中产生的低频噪声.本文对VSP模型数据的逆时偏移成像进行了分析,结果表明:自适应优化有限差分方法比传统有限差分方法具有更高的模拟精度与计算效率,适用于VSP逆时偏移成像;全波场VSP逆时偏移成像比上行波VSP逆时偏移的成像范围大、成像效果好;相对于反褶积成像条件,震源归一化零延迟互相关成像条件具有稳定性好、计算效率高等优点.将本文方法应用于某实际VSP资料的逆时偏移成像,进一步验证了本文方法的正确性和有效性.     

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.     

Velocity model building from seismic reflection data by full‐waveform inversion

Full‐waveform inversion is re‐emerging as a powerful data‐fitting procedure for quantitative seismic imaging of the subsurface from wide‐azimuth seismic data. This method is suitable to build high‐resolution velocity models provided that the targeted area is sampled by both diving waves and reflected waves. However, the conventional formulation of full‐waveform inversion prevents the reconstruction of the small wavenumber components of the velocity model when the subsurface is sampled by reflected waves only. This typically occurs as the depth becomes significant with respect to the length of the receiver array. This study first aims to highlight the limits of the conventional form of full‐waveform inversion when applied to seismic reflection data, through a simple canonical example of seismic imaging and to propose a new inversion workflow that overcomes these limitations. The governing idea is to decompose the subsurface model as a background part, which we seek to update and a singular part that corresponds to some prior knowledge of the reflectivity. Forcing this scale uncoupling in the full‐waveform inversion formalism brings out the transmitted wavepaths that connect the sources and receivers to the reflectors in the sensitivity kernel of the full‐waveform inversion, which is otherwise dominated by the migration impulse responses formed by the correlation of the downgoing direct wavefields coming from the shot and receiver positions. This transmission regime makes full‐waveform inversion amenable to the update of the long‐to‐intermediate wavelengths of the background model from the wide scattering‐angle information. However, we show that this prior knowledge of the reflectivity does not prevent the use of a suitable misfit measurement based on cross‐correlation, to avoid cycle‐skipping issues as well as a suitable inversion domain as the pseudo‐depth domain that allows us to preserve the invariant property of the zero‐offset time. This latter feature is useful to avoid updating the reflectivity information at each non‐linear iteration of the full‐waveform inversion, hence considerably reducing the computational cost of the entire workflow. Prior information of the reflectivity in the full‐waveform inversion formalism, a robust misfit function that prevents cycle‐skipping issues and a suitable inversion domain that preserves the seismic invariant are the three key ingredients that should ensure well‐posedness and computational efficiency of full‐waveform inversion algorithms for seismic reflection data.     

识别地震与爆炸的一种时间域新方法

利用地震观测波形直达纵横波能量的差异,在时间域创建标志地震事件震源性质的新参量a,计算182个台站记录的24个地震事件的a值,并用以分析2017年9月3日敏感地区发生的地震事件性质。结果表明,判据a具有良好的震源性质依附效应,从而为地震与爆炸的识别引进了一种新方法。     

非均匀流-固边界耦合介质多参数全波形反演方法

海洋勘探环境可以抽象为下伏固体与上覆流体相互耦合的介质,本文针对流-固边界耦合介质提出了一种高效、稳定的多参数（速度和密度）全波形反演方法.本文采用弹性波一阶位移-应力方程作为过渡层耦合声波压力方程与弹性波位移方程来模拟耦合环境,相比于传统的交错网格建模方法或者构建连续性条件,本文提出的方法在正演精度和稳定性上凸显出很大优势,极大降低了计算内存.反演策略对多参数全波形反演至关重要,由于不同参数之间的相互耦合使得密度在多参数全波形反演中较难获得,因此本文将非均匀流-固边界耦合介质多参数全波形反演分为两个步骤完成：第一步利用变密度声波方程结合推导出的密度梯度算子进行纵波速度和密度的双参数反演;第二步根据链式法则求取横波速度的梯度,结合第一步的反演结果使用流-固边界耦合方程反演横波速度.最后通过与声波动方程数值模拟结果对比证明正演算法的准确性;上覆流体的Marmousi-2模型的数值试验测试说明反演方法的有效性和适应性.

     

汤池一号井水震波与地震波的对比分析

水震波是地震波引起的井孔水位的振荡现象.利用同一地质单元内的水震波与地震面波资料进行对比研究,分析出水震波与地震波数据上的异同.同时运用地震波与水震波的数据异同,探求两者数据在应用方面的联系,以更好理解两者的对比关系,本课题估算出水位对含水层应力应变的响应"格值",通过对庐江地震台等井的井水位观测资料分析,结合白山数字...     

Another look at the 1993 and 1995 Gulf of Aqaba earthquakes from the analysis of teleseismic waveforms

In this work we estimated the source process and the source parameters of the 1993 and 1995 Gulf of Aqaba earthquakes. To investigate the source process of both events, we inverted the teleseismic P- and SH-waveform data using an iterative technique in which the rupture is modeled as a series of point source subevents with varying mechanisms. The main source process of the 1993 event can be explained by two subevents with essentially the same mechanism. These two subevents had different focal depths. The second subevent was about 5 s later than the first one and about 70% of the moment rate released with the second one. The total rupture duration time was about 12 s. Our solution for the 1995 Gulf of Aqaba earthquake indicated that the event consists of three subevents with various fault geometries and about 60% of the moment released by the second subevent. The first subevent occurred at a depth of 13 km, and was followed after 9 s by the second one at a depth of 11 km; the third subevent, at a depth of 9 km occurred 19 s after the second one. The total duration of the earthquake rupture process was about 18.7 s. The obtained mechanisms for the 1993 and 1995 Gulf of Aqaba earthquakes are well correlated with the structural setting of the Gulf of Aqaba.     

小笠原1982年7月4日深震震源参数的确定

对利用全波理论地震图确定震源参数的方法进行研究，在原有的计算程序的基础上，增加了有限移动源效应，以确定破裂面；研究了理论合成地震图“时间窗”的选取及理论合成地震图起始的选取，使其更适用于震源研究。利用世界台网数字化记录，采用ＰＲＥＭ地球模型，确定小笠原１９８２年７月４日深震震源参数。结果表明，震源破裂面的倾向为Ｎ７５°Ｅ，倾角为１７°，走向为３４５°，接近Ｗａｄｉｔｉ－Ｂｅｎｉｏｆｆ带的走向，形成小倾角的正断层。震源破裂的结果有使介质沿水平方向伸展的趋势。