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采用新近研制的分区多步不规则最短路径多震相地震射线追踪正演技术,结合流行的子空间反演算法,提出了一种联合多震相走时资料进行地震三参数 （速度、反射界面和震源位置） 同时反演的方法技术.数值模拟反演实例、以及与双参数 （速度和反射界面或速度和震源位置） 同时反演的对比分析表明：三参数同时反演成像结果大体接近双参数同时反演成像的结果.另外,噪声敏感性试验表明：所提算法对到时数据中可容许的随机误差并不敏感,结果说明多震相走时的联合三参数同时反演成像方法技术不失为一种提高走时成像空间分辨率、进而降低重建模型参数失真度、行之有效的方法技术. 相似文献
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采用新近提出的多次波射线追踪正演算法,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘最优化反演问题,分析讨论了利用多震相走时资料进行联合反演成像的方法及技术.考虑到不同震相走时的拾取误差不同,反演算法中引入了不同震相种类数据的权系数; 由于同时反演速度模型和反射界面起伏中不同模型参数变化对走时影响程度的不同, Jacobi偏导矩阵元素中引入了不同参数的归一化因子; 另外,为了克服射线密度过大(或过小)区域速度模型的过度(或欠)更新问题,反演算法中引入了等权射线密度的概念.几种数值模拟实例表明(含噪声敏感性试验): 多波走时的联合或同时反演成像技术是一种提高走时成像空间分辨率,进而降低重建模型失真度行之有效的方法. 相似文献
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高频假设下的地震射线理论以及相应的地震成像理论表明,在射线稀疏条件下,不可能得到较高分辨率的构造成像;而有限频射线理论更符合实际地震的传播规律,即地震波的走时不仅与中心射线(传统的几何射线)上的速度分布有关,而且与中心射线附近一定范围(称其为第一菲涅耳体)内的速度异常分布有关.鉴于此,本文提出了计算多震相地震波菲涅耳体有限频射线的方法,并定义了走时敏感核函数,同时给出了利用多震相菲涅耳体有限频射线进行速度模型和反射界面同时反演成像的公式.利用多震相走时资料,使用传统射线层析成像方法与有限频射线层析成像方法进行了速度和界面的同时反演成像.结果表明,当射线密度较小时,无论是对速度模型的重建还是对反射界面几何形状的更新,有限频射线层析成像方法均优于传统射线层析成像方法, 而变频有限频射线层析成像则是实际地震层析成像的首选反演算法. 相似文献
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《地球物理学进展》2017,(3)
为了解决复杂速度模型中的走时正、反演问题,例如:含不规则起伏地表、不规则地下波阻抗界面、以及不规则速度异常体的复杂地学模型,本文采用三角网格单元模型参数化下的分区多步改进型最短路径算法,实现了多震相地震射线的追踪计算,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘反演问题,实现了多震相走时联合同时反演成像的方法技术.当界面起伏较大时出现散射,从而造成散射点所在区域射线密度过密,导致该区域内速度和界面的过度更新.为了克服上述问题,我们在同时反演中引入了射线密度的概念,从而有效地解决了上述过度更新问题.数值模拟实验表明:采用三角网格单元进行模型参数化,可保证在复杂模型中的正演计算具有较高的计算精度;同时反演中可以准确地刻画不规则异常体和不规则反射界面.因此,本文提出的走时成像方法技术具有较广的实用价值. 相似文献
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地震射线追踪方法技术在地震学领域有着较为广泛的应用,然而大多数算法建立在直角坐标系或球坐标系下,实际地球并非完美的球体,而是两极略扁的椭球体,因此,球坐标系下计算结果与真实情况存在一定误差.传统的做法一般是在球坐标系下进行计算,而后进行椭球校正.本文提出了一种直接在椭球体模型中采用分区多步最短路径算法进行多震相地震射线追踪的方法技术,实现了椭球坐标系下多震相地震波射线路径追踪和走时计算.与解析解的对比表明:该算法具有较高的计算精度,适用于任意形状的椭球体,且不需要进行额外的走时校正.数值模拟结果表明,计算所得P波和PcP反射波的走时与AK135走时表的误差小于0.1 s.当震中距较大时,使用球对称模型和椭球体模型计算所得的走时差异显著,说明采用椭球坐标系的必要性. 相似文献
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快速行进法(FMM)是一种求解程函方程数值解计算网格节点走时,然后向后处理进行射线追踪的方法.为了求取任意起伏界面下高精度多震相的地震走时与相应的射线路径,本文采用任意起伏地表条件下的的三维不等距上行差分公式结合分区多步计算技术实现了三维复杂层状起伏介质中多震相(透射、反射、转换波)地震走时的计算,利用上行有限差分公式逐次进行射线路径的追踪,并且通过与较为成熟的不规则最短路径法(ISPM)对比,验证了本算法的计算精度和有效性.数值模拟实例和对比结果表明该算法具有较高的计算精度,数值计算稳健,能灵活处理含任意三维起伏界面模型中多震相地震走时及相应射线路径的追踪问题. 相似文献
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本文介绍了多震相的层析成像的思路和算法，通过穿透和反射走时可以同时作出２维和３维慢度（速度的倒数）重建。我们分析了在穿透和反射数据中确定速度和深度的不确定性，并认识到深度扰动对反射走时异常比慢度扰动更敏感。由不同波类型所提供的对速度和深度的约束，这个算法实际上减少了在一般反射层析成像在速度和深度之间的不确定性，并且也避免了在穿透层析成像中的不确定问题。线性化反演是通过从反射界面深度由分离速度参数进 相似文献
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我们研究了由近震得到的地震走时资料估计地震波速度三维结构的反演方法。这种方法由同时确定速度界面的二维深度分布、三维速度分布、台站校正和震源来表征。速度界面的深度分布和慢度扰动的分布以纬度、经度和深度的幂级数来拟合。这种三维地震结构的表示不仅有助于减少未知参数的个数,也有助于解析地求取界面深度、速度和走时关于未知参数偏导数的值。连接震源和台站之间的射线轨迹,是在具有确切界面深度分布的简化的速度分布条件下由称为试射法的射线追踪方法确定的。数值试验证明,我们的反演方法可成功地估计三维速度结构。 相似文献
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本文介绍了多震相的层析成像的思路和算法，通过穿透和反射走时可以同时作出２维和３维慢度（速度的倒数）重建。我们分析了在穿透和反射数据中确定速度和深度的不确定性，并认识到深度扰动对反射走时异常比慢度扰动更敏感。由不同波类型所提供的对速度和深度的约束，这个算法实际上减少了在一般反射层析成像在速度和深度之间的不确定性，并且也避免了在穿透层析成像中的不确定问题。线性化反演是通过从反射界面深度由分离速度参数迭代进行的。使用一个快速的２－Ｄ和３－Ｄ射线跟踪算法来计算穿透和反射走时和对幔度及反射界面深度的偏导数。深度和速度都用立方Ｂ样条函数来进行参数化。合成例子表明，当同时考虑穿透和反射时间，层析成像的结果得到改进。这个方法也应用到英国煤炭测量局（ＢｒｉｔｉｓｈＣｏａｌＭｅａｓｕｒｅｓ）沿跨线排列所记录的逆ＶＳＰ数据组。通过使用波形配合技术，用同时确定时间延迟和叠加权，可以自动拾取旅行时间。所观察到的逆ＶＳＰ层析成像可比周围介质具有较低速度的两个断层区域成像。断层的位置由附近的反射测线所确定。本文还讨论了在复杂２－Ｄ和３－Ｄ非均匀各向同性介质中地震射线跟踪方法。界面的几何形状和水平速度场都通过使用非均匀步长立方Ｂ－样条节点 相似文献
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3-D simultaneous inversion for velocity and reflector geometry using multiple classes of arrivals in a spherical coordinate frame 总被引：1，自引：0，他引：1
Guo-jiao Huang Chao-ying Bai Xing-wang Li Stewart Greenhalgh 《Journal of Seismology》2014,18(1):123-135
The two key requirements in conducting 3-D simultaneous traveltime tomography on real data at the regional and global scale with multiple classes of arrival time information are (1) it needs an efficient and accurate arrival tracking algorithm for multiply transmitted, reflected (or refracted) and converted waves in a 3-D variable velocity model with embedded velocity discontinuities (or subsurface interfaces), and (2) a subdimensional inversion solver is required which can easily search for different types of model parameters to balance the trade-off between the different types of model parameter updated in the simultaneous inversion process. For these purposes, we first extend a popular grid/cell-based wavefront expanding ray tracing algorithm (the multistage irregular shortest-path ray tracing method), which previously worked only in Cartesian coordinate at the local scale, to spherical coordinates appropriate to the regional or global scale. We then incorporated a fashionable inversion solver (the subspace method) to formulate a simultaneous inversion algorithm, in which the multiple classes of arrivals (including direct and reflected arrivals from different velocity discontinuities) can be used to simultaneously update both the velocity fields and the reflector geometries. Numerical tests indicate that the new inversion method is both applicable and flexible in terms of computational efficiency and solution accuracy, and is not sensitive to a modest level of noise in the traveltime data. It offers several potential benefits over existing schemes for real data seismic imaging. 相似文献
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3-D multi-parameter type traveltime tomography in a spherical coordinate frame: comparison of double and triple class simultaneous inversions 
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下载免费PDF全文 It is now common practice to perform simultaneous traveltime inversion for the velocity field and the reflector geometry in reflection/refraction tomography, or the velocity field and the hypocenter locations in regional earthquake tomography, but seldom are all three classes of model parameters updated simultaneously. This is mainly due to the trade-off between the different types of model parameters and the lack of different seismic phases to constrain the model parameters. Using a spherical-coordinate ray tracing algorithm for first and later(primary reflected) arrival tracing algorithm in combination with a popular linearized inversion solver, it is possible to simultaneously recover the three classes of model parameters in regional or global tomographic studies. In this paper we incorporate the multistage irregular shortest-path ray tracing algorithm(in a spherical coordinate system) with a subspace inversion solver to formulate a simultaneous inversion algorithm for triple model parameters updating using direct and later arrival time information.Comparison tests for two sets of data(noise free and added noise) indicate that the new triple-class parameter inversion algorithm is capable of obtaining nearly the same results as the double-class parameter inversion scheme. Furthermore,the proposed multi-parameter type inversion method is not sensitive to a modest level of picking error in the traveltime data, and also performs well with a relatively large uncertainty in earthquake hypocentral locations. This shows it to be a feasible and promising approach in regional or global tomographic applications. 相似文献
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京津唐张地区速度结构和震源位置联合反演的遗传算法 总被引：12，自引：0，他引：12
震源参数和速度结构的联合反演是一个典型的非线性名参数最优化问题，常规的局部线性化反演方法往往易于陷入局部极值，且严重依赖于初始模型的选取。模拟生物界进化的遗传算法则是一种简单而高效的全局性搜索方法。 相似文献
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To conduct forward and simultaneous inversion in a complex geological model, including an irregular topography (or irregular reflector or velocity anomaly), we in this paper combined our previous multiphase arrival tracking method (referred as triangular shortest-path method, TSPM) in triangular (2D) or tetrahedral (3D) cell model and a linearized inversion solver (referred to as damped minimum norms and constrained least squares problem solved using the conjugate gradient method, DMNCLS-CG) to formulate a simultaneous travel time inversion method for updating both velocity and reflector geometry by using multiphase arrival times. In the triangular/tetrahedral cells, we deduced the partial derivative of velocity variation with respective to the depth change of reflector. The numerical simulation results show that the computational accuracy can be tuned to a high precision in forward modeling and the irregular velocity anomaly and reflector geometry can be accurately captured in the simultaneous inversion, because the triangular/tetrahedral cell can be easily used to stitch the irregular topography or subsurface interface. 相似文献
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本文将拟牛顿法与信赖域法相结合的反演方法用于地震震中和一维速度结构的联合反演. 通过数值试验比较发现：用拟牛顿法构造Hessian矩阵,虽然仅利用目标函数的一阶导数信息, 但由于保证了正定性和拟牛顿条件, 比解析求得Hessian矩阵更加高效稳定, 通过与信赖域方法的结合,使得该联合反演方法与经典的联合反演方法相比不仅具有较高的计算效率和较高的反演精度,同时也具有更强的总体收敛性.利用本文方法对台湾集集地震重新定位结果（纬度2386°N, 经度12080°E, 深度10km, 发震时刻1999年9月21日17:47:160）与前人主流结果一致.此外,该方法对不同初始速度模型以及不同的地震到时数据集均可给出较一致的结果,进一步表明该方法的优越性.本文还利用1998～2001年间华北遥测地震台网40个台站记录到的64次地震的971条P直达波和首波到时资料,采用本文提出的方法吩北京及其邻区的一维地壳P波速度结构进行联合反演, 结果表明该地区浅层地壳速度较低,中部地壳速度较高, 下部地壳速度逐渐递增. 相似文献
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使用不规则网格单元划分下的最短路径算法,结合分区多步计算技术实现了二维和三维复杂层状起伏介质中的多次透射、反射及转换波的追踪计算.其原理是将模型按速度界面分成若干个独立的计算区域(在速度界面和起伏地表处采用一种不规则网格单元划分),采用分步计算技术进行多次波的追踪计算.通过与有限差分下快速行进法的比较,表明无论是计算精度还是CPU时间,不规则最短路径算法均好于快速行进法算法.最后,实例模拟中给出了二维、三维复杂层状模型(包括Marmousi模型及含低速体的模型)中的多次透射、反射及转换波的追踪计算,验证了不规则最短路径算法的功能. 相似文献
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We develop a two‐dimensional full waveform inversion approach for the simultaneous determination of S‐wave velocity and density models from SH ‐ and Love‐wave data. We illustrate the advantages of the SH/Love full waveform inversion with a simple synthetic example and demonstrate the method's applicability to a near‐surface dataset, recorded in the village ?achtice in Northwestern Slovakia. Goal of the survey was to map remains of historical building foundations in a highly heterogeneous subsurface. The seismic survey comprises two parallel SH‐profiles with maximum offsets of 24 m and covers a frequency range from 5 Hz to 80 Hz with high signal‐to‐noise ratio well suited for full waveform inversion. Using the Wiechert–Herglotz method, we determined a one‐dimensional gradient velocity model as a starting model for full waveform inversion. The two‐dimensional waveform inversion approach uses the global correlation norm as objective function in combination with a sequential inversion of low‐pass filtered field data. This mitigates the non‐linearity of the multi‐parameter inverse problem. Test computations show that the influence of visco‐elastic effects on the waveform inversion result is rather small. Further tests using a mono‐parameter shear modulus inversion reveal that the inversion of the density model has no significant impact on the final data fit. The final full waveform inversion S‐wave velocity and density models show a prominent low‐velocity weathering layer. Below this layer, the subsurface is highly heterogeneous. Minimum anomaly sizes correspond to approximately half of the dominant Love‐wavelength. The results demonstrate the ability of two‐dimensional SH waveform inversion to image shallow small‐scale soil structure. However, they do not show any evidence of foundation walls. 相似文献