正则化滤波在反演地表光谱反照率中的应用

利用有限的卫星观测数据,通过反演地物二向性反射分布函数(BRDF)模型提取复杂地表的真实信息,是一个不适定的地球科学反演问题。为了克服离散不适定性带来的困难,在分析引起模型解不稳定的原因和数据误差传递机制的基础上,使用构建滤波函数的方法实现BRDF模型的正则化约束反演。实验结果表明,正则化滤波算法与MODIS AMBRALS算法精度相当,完全适用于具有充足观测和稀疏观测情况下的地物参数反演。     

对地观测与抗震救灾

2008年5月12汶川地震灾害发生后,全国相关涉灾部门充分利用空间信息技术为汶川地震救灾提供科学有效的决策支持,在灾害应急响应中发挥了巨大的作用。本文主要从对地观测以及地震救灾的空间信息技术支持两个方面,分析了空间信息技术在救灾中的作用。为今后空间信息如何更好地服务于自然灾害救助,提出了中国空间信息技术发展的思路与建议。     

CAP方法反演震源机制的误差分析:以胶东半岛两次显著中等地震为例

利用区域波形数据使用CAP方法反演中强地震的震源机制正逐渐得到广泛应用.本文以胶东半岛近期发生的两次显著中等地震为例,讨论了使用CAP方法反演震源机制时的误差估计,展示了反演结果的不确定性分析过程.2013年11月23日和2014年1月7日在山东莱州和乳山分别发生了M4.6和M4.3级中等地震,两次事件均造成了较大影响.我们基于CAP方法,使用自助抽样(bootstrap)技术多次重复反演过程,得到大样本量的震源机制解数据;基于这些数据,使用粒子群算法和聚类分析技术给出了优化解,估计了震源机制解的误差范围,并利用震源机制解的P、T轴给出了震源球上的概率密度分布.     

多条人工地震测深剖面资料联合反演首都圈三维地壳结构

为了对多条二维剖面资料进行统一分析和解释,本文考虑了各剖面交点处的约束条件,通过建立统一的偏导矩阵,将各剖面资料联立求解.利用该方法对中国地震局地球物理勘探中心在首都圈内6条人工地震宽角反射/折射剖面资料进行了重新处理和解释,得到该地区的地壳三维速度结构和构造特征.在此基础上,结合其他地球物理研究成果,确定了壳内存在的4处低速层（体）的空间范围及断裂的走向.     

深渊着陆器坐底位置的精确测量和反演计算

深渊着陆器在下潜过程中,由于受到海流的影响,其坐底位置会偏离投放点,偏离量和偏离方向很难估计,而声学水下定位方法在深渊海区不太适用.通过在海面进行气枪十字放炮作业,利用炮点准确位置和时间信息,以及海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)记录的直达水波到时,对深渊着陆器的坐底位置进行精确测量可以提供有效定位数据.该方法对采集得到的数据进行预处理,使用蒙托卡洛方法结合最小二乘法,对万泉号着陆器实际坐底位置进行了反演校正,得到三个潜次的位置校正偏移量分别为211m、178m、861m,偏移方向各不相同,校正精度为±20m,比以往的定位精度大为提高.此外,该方法测量确定了三个海底标志物的精确位置,为未来万米无人或载人潜器提供了可靠的水下参考坐标.     

全球地磁感应测深数据三维反演

全球地磁感应测深能获得地幔转换带及下地幔上部的导电结构.但目前稀疏的地磁台站分布及部分台站的观测数据稳定性较差,影响了三维反演对地下电性结构的分辨力和反演可靠性.为此,区别于传统的L2-范数反演方法,本文提出并实现了基于L1-范数的地磁测深响应三维反演技术.在反演中,利用L1-范数度量数据预测误差,降低"飞点"数据的影响,将相关系数较小的C-响应估计也纳入反演数据中.三维正演模拟采用球坐标系下的交错网格有限差分法,反演采用有限内存拟牛顿法.文中利用指数概率密度分布函数构造非高斯噪声的合成数据,并采用棋盘模型对反演方法的可靠性进行了验证.之后,我们将本文提出的三维反演方法用于全球129个地磁观测台站的C-响应数据反演,结果表明在地幔转换带深部,中国东北地区为高导电异常,南欧和北非则均为高阻;夏威夷在900km以下为高导;菲律宾海及以东地区在转换带表现为明显的高阻,这些结果与前人研究结果一致.由于采用了更多的台站数据,我们的反演结果还发现一些新的异常:南美洲南端,转换带表现为明显的高导;澳大利亚东南部,地幔转换带深部,也存在一个明显的高导异常,这些异常分布和地震层析成像的低速区一致.因此,L1-范数三维反演能够充分利用全球C-响应数据信息,提高地磁测深对地球深部电性结构的分辨能力,更好的研究全球地幔电性结构.     

基于稀疏约束反演的三维混采数据分离

混合震源采集技术相对于传统的地震数据采集,在极大提高采集效率的同时引入了混叠噪声,很大程度上影响了成像结果的精度.二维混采数据中,我们通常利用混叠噪声在非共炮域呈非相干分布这一特点来压制混叠噪声,从而实现混合震源数据分离.相对于二维混采数据,三维混采数据具有数据量巨大,构建混合震源算子困难,混合度的增加引入了高强度混叠噪声的特点.针对上述问题,本文采用稀疏约束反演方法在Radon域实现混采数据分离,混叠噪声强度比较大的情况下,稀疏约束反演方法能够得到更高精度的分离结果;利用震源激发的GPS时间通过长记录的方式在共接收点道集对上一次迭代分离结果做混合、伪分离,实现了单个共接收点道集自身混合、伪分离,避免了对整个数据做运算,同时不需要构建混合震源算子.通过模拟数据和实际数据计算来验证上述方法的适用性.     

联合多点地质统计学与序贯高斯模拟的随机反演方法

岩相和储层物性参数是油藏表征的重要参数,地震反演是储层表征和油气藏勘探开发的重要手段.随机地震反演通常基于地质统计学理论,能够对不同类型的信息源进行综合,建立具有较高分辨率的储层模型,因而得到广泛关注.其中,概率扰动方法是一种高效的迭代随机反演策略,它能综合考虑多种约束信息,且只需要较少的迭代次数即可获得反演结果.在概率扰动的优化反演策略中,本文有效的联合多点地质统计学与序贯高斯模拟,并结合统计岩石物理理论实现随机反演.首先,通过多点地质统计学随机模拟,获得一系列等可能的岩相模型,扰动更新初始岩相模型后利用相控序贯高斯模拟建立多个储层物性参数模型;然后通过统计岩石物理理论,计算相应的弹性参数;最后,正演得到合成地震记录并与实际地震数据对比,通过概率扰动方法进行迭代,直到获得满足给定误差要求的反演结果.利用多点地质统计学,能够更好地表征储层空间特征.相控序贯高斯模拟的应用,能够有效反映不同岩相中储层物性参数的分布.提出的方法可在较少的迭代次数内同时获得具有较高分辨率的岩相和物性参数反演结果,模型测试和实际数据应用验证了方法的可行性和有效性.     

2013年南斯科舍海岭MW7.8地震的多点震源机制反演

2013年11月17日,在南极南奥克尼群岛北、南极板块与斯科舍板块之间发生了一次M_W7.8级地震（2013年南斯科舍海岭M_W7.8地震）,我们利用全球分布的长周期和宽频带地震记录反演确定了这次地震随时间和空间变化的震源机制,验证了提出的一种多点震源机制反演的新方法.首先利用长周期记录的W震相反演了这次地震的矩心矩张量解并利用体波提取了视震源时间函数,同时利用台阵反投影技术从宽频带记录中获得了这次地震的高频源的时空分布,然后基于矩心矩张量解、视震源时间函数以及高频源的时空分布,实现了采用新方法对2013年南斯科舍海岭M_W7.8地震的多点震源机制反演.矩心矩张量解表明,地震矩心在44.50°W/60.18°S,矩心深度19 km,半持续时间49 s,释放标量地震矩4.71×10²⁰ N·m,发震断层走向104°,倾角54°,滑动角8°.视震源时间函数清楚地揭示了地震矩随时间变化的方位依赖性,总体上可以将时间过程分为前60 s和后50 s两个阶段,但前60 s可细分为两次子事件.根据台阵反投影结果,这次地震为沿海沟从西到东的单侧破裂,破裂长度达311 km,可以分为5次子事件,能量释放的峰值点依次为13 s、30 s、51 s、64 s和84 s,平均破裂速度分别为0.6 km·s^-1、2.6 km·s^-1、2.3 km·s^-1、2.8 km·s^-1和3 km·s^-1.多点震源机制反演显示,5次子事件的矩震级分别为M_W7.57,M_W7.48,M_W6.80,M_W7.53和M_W7.08,半持续时间依次为21 s,17 s,6 s,16 s和8 s,走向分别为95°,105°,81°,98°和98°,倾角依次为57°,49°,86°,46°和64°,滑动角-9°,1°,-17°,13°和-4°.这些在震源机制、能量释放以及持续时间方面的变化都是当地构造和应力环境复杂性的反映.     

频率域海洋可控源电磁垂直各向异性三维反演

地层宏观电性各向异性会对可控源电磁响应产生重要影响.由于海底地层电性结构常表现为电导率各向异性,若仅对海洋可控源电磁(MCSEM)数据进行常规各向同性反演,有可能无法获得准确的反演解释结果,从而削弱MCSEM技术的可靠性.本文实现了电导率垂直各向异性(VTI)条件下频率域海洋可控源电磁数据三维反演算法.其中,三维正演采用基于二次场控制方程的交错网格有限体积法,并利用直接矩阵分解技术来求解离散所得的大型线性方程组,有利于快速计算多场源的响应.反演采用具有近似二次收敛性的高斯牛顿算法对目标函数进行最优化.最后,对具有VTI电性各向异性特征的盐丘构造模型的MCSEM合成数据分别进行了电导率各向同性和垂直各向异性三维反演,结果表明:各向同性三维反演算法无法对受VTI介质影响的MCSEM数据进行正确的反演解释,而垂直各向异性三维反演能够获得更为可靠的地下电阻率结构和异常体分布,展现出对海底电性各向异性结构更为优良的反演解释能力.