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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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近地表地层与人类生产生活密切相关,利用地震层析成像方法准确重建浅部地壳速度结构有助于开展高精度地震勘探、探查浅部矿产资源、规避潜在自然灾害,并利于城市地下空间建设.中国大陆地表条件复杂,尤其中西部盆岭结合带地形起伏剧烈,对浅部地壳精确速度建模构成严重挑战.本文系统论述了地震层析成像领域基于高频近似理论的走时成像方法和有限频层析成像方法,阐明两类方法的基本原理、存在问题和发展方向等.依据正演走时有无显式射线追踪,基于高频近似理论的走时成像方法分为传统走时层析成像方法和无射线路径的走时层析成像方法.基于射线追踪的传统走时层析成像方法,在浅层速度强烈变化时,因存在阴影区或多路径现象引起成像失真,严重影响成像效率;而无射线路径的层析成像方法通过程函方程走时场的正传和逆传直接计算敏感核,并利用伴随状态法获得目标函数的梯度,具有快速、稳健的优点.以上两种基于地震射线高频近似理论的走时成像方法由于未考虑地震波频率的带限性,存在波散射、波前愈合及反演约束差等问题.有限频层析成像方法克服了射线理论"无限高频"假设所带来的弊端,已成为重要的研究方向之一.该类方法主要分为射线有限频层析成像方法和基于波动方程的有限频层析成像方法.射线有限频层析成像方法能够提高成像的分辨率,但在方法本质上仍依赖于射线理论,较难处理较复杂的波现象问题;基于波动方程的有限频层析成像方法能准确处理复杂地质问题,提高成像可靠性并能以图像形式直观展示地球内部地震波的速度结构分布,但是该方法在实际应用中强烈依赖于数据中的低频信息及较精确的初始速度模型,其推广应用仍需进一步探索. 相似文献
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有限频与射线层析成像比较研究综述 总被引：2，自引：0，他引：2
从正演近似性和反演多解性两方面对有限频与射线理论的争论历史和比较研究进展进行介绍并评述.从早期的衍射层析成像开始,回顾了有限频理论的发展历史.详细介绍了2005至2006年问有限频理论的拥护者与质疑者之间的一场影响深远的争论.这场争论纠正了之前十多年许多地震学家将地震波相关走时与初至走时相混淆的错误认识,使有限频理论得... 相似文献
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自层析成像被引入到研究地球内部结构以来,地震层析成像发展迅速,现已成为研究地球深部结构的有效方法之一。按层析成像的理论依据,可以把地震层析成像分为射线层析成像和有限频层析成像。本文旨在掌握一种有限频灵敏度算核的计算方法,进而构建有限频层析成像的反演计算,并用有限频层析成像的方法研究华北克拉通上地幔的速度结构及其动力学意义。 相似文献
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地幔低速异常体的精确探测对于研究热点/地幔柱的成因至关重要.但是,由于观测手段以及波前愈合现象的影响,远震走时层析成像在探测地球深部的低速异常体时具有极大的限制.因此,越来越多的学者利用地震波穿过低速体后产生的绕射波和直达波.干涉造成的波形畸变信息来研究地幔低速体.本文通过三维地震数值模拟来拟合长白山、黄石公园地区宽频地震记录,分析绕射波和直达波相互干扰造成的波形畸变现象.模拟结果显示,绕射波/波形畸变对于探测地幔深处的低速体具有较高分辨率;目前常用的基于互相关测量的有限频层析成像方法对于深部低速体速度异常低估现象明显.如果将有限频层析成像结果在深部的速度异常值放大到原来的2倍,数值模拟可以很好的拟合观测到的地震波形畸变现象.通过对长白山地区、黄石公园地区记录的地震波形畸变现象的拟合,我们进一步确认了长白山、黄石地区下方分别在400~600 km、700~1000 km处存在地幔低速体,并对低速体速度异常值进行了矫正. 相似文献
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基于背景噪声的地震方法发展迅速,已广泛应用于全球和区域地球内部结构研究、浅地表地质调查及油气田勘探开发.本文简要介绍了背景噪声的来源,回顾了噪声地震学的发展历程.给出了基于背景噪声的全波场和面波格林函数恢复的公式,较为详细综述了噪声源的分布和记录台站间距对格林函数恢复的影响.讨论了两台站互相关法和空间自相关法获取面波频散特性的区别与理论连接.对基于噪声的面波层析成像法、程函方程层析成像法、空间自相关法的原理进行了总结.介绍了噪声地震学方法在各领域特别是浅地表方面的应用现状.最后简要展望了噪声地震学的发展前景. 相似文献
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有限频率层析成像考虑了非均匀介质中波的散射、衍射、波前愈合等物理性质,使得其对速度异常体的分辨能力远大于射线层析成像.推导和计算有限频率敏感核是进行有限频率层析成像的关键,当前推导有限频率敏感核多借助一阶Born近似,但这只适用于弱散射介质的情况.本文基于二阶Born近似并利用傅里叶变换推导了三维均匀介质情况下有限频率敏感核的解析表达式,并将其推广到非均匀介质中得到了三维非均匀介质中有限频率敏感核.研究表明:当介质中速度扰动小于2%时,基于二阶Born近似的有限频率敏感核与基于一阶Born近似的有限频率敏感核差别很小,可近似认为相同;当介质中速度扰动大于5%时,基于二阶Born近似的有限频率敏感核与基于一阶Born近似的有限频率敏感核有较大不同,表明此时已不能忽略二次散射. 相似文献
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本文详细地给出了基于非均匀介质的体散射广义散射层析成像反演的基本理论.广义散射层析成像反演可以描述为波场的反向传播和对成像场进行局部波数域滤波的过程.在数值算例中,利用背景速度沿深度方向均匀变化的v(z)介质中的简单的方块作为速度异常体的模型,通过对该模型产生的低频的Born数据和声波的正演数据的测试,在对采集系统进行有限频率带宽和空间孔径的校正来进行局部成像矩阵谱的恢复中,可以看出模型中各点的谱在恢复后的质量无论从覆盖的面积范围还是幅值的均一性上都有着明显的提高;在对速度模型的重建中,广义散射层析成像反演能够很好地恢复速度模型的低频分量,即便是方块速度异常体相对于背景速度的平均速度扰动是23%也能很好地重建模型中的速度,且对于不同的背景速度模型基本上都能很好地恢复Marmousi速度模型的低频分量.所以该方法将基于Born模型的层析成像反演适应范围进行了一定程度的扩展. 相似文献
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本文详细地给出了基于非均匀介质的体散射广义散射层析成像反演的基本理论.广义散射层析成像反演可以描述为波场的反向传播和对成像场进行局部波数域滤波的过程.在数值算例中,利用背景速度沿深度方向均匀变化的v（z）介质中的简单的方块作为速度异常体的模型,通过对该模型产生的低频的Born数据和声波的正演数据的测试,在对采集系统进行有限频率带宽和空间孔径的校正来进行局部成像矩阵谱的恢复中,可以看出模型中各点的谱在恢复后的质量无论从覆盖的面积范围还是幅值的均一性上都有着明显的提高;在对速度模型的重建中,广义散射层析成像反演能够很好地恢复速度模型的低频分量,即便是方块速度异常体相对于背景速度的平均速度扰动是23%也能很好地重建模型中的速度,且对于不同的背景速度模型基本上都能很好地恢复Marmousi速度模型的低频分量.所以该方法将基于Born模型的层析成像反演适应范围进行了一定程度的扩展. 相似文献
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本文选取了川滇地区98个固定台站记录到的三分量地震背景噪声数据，采用互相关方法提取了勒夫波互相关函数，并利用自适应时频分析方法获取了勒夫波群速度频散曲线，经反演得到周期为8—30 s的勒夫波群速度分布图像.层析成像结果显示:短周期的勒夫波群速度分布图像呈明显的横向不均匀性，且与地表地质和构造特征基本一致，其中四川盆地呈不均匀的低速异常，盆地内成都平原地区的群速度相对低于盆地中部的丘陵地区，速度分界线为遂宁与峨眉山之间的连线，四川盆地内的群速度变化反映出沉积层厚度的变化情况；攀枝花地区呈高速异常，可能与古地幔活动有关，幔源物质以侵入岩和底侵岩浆的形式停留在地壳的不同深度，从而形成高速异常的特征.本文结果为了解川滇地区的构造运动提供了地震学线索，并为下一步研究地壳径向各向异性奠定了基础. 相似文献
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Chao-ying Bai Xing-wang Li Guo-jiao Huang Stewart Greenhalgh 《Pure and Applied Geophysics》2014,171(7):1089-1105
Traditional ray tomography methods based on the high frequency assumption are sometimes unable to obtain a high resolution tomographic picture due to a deficient coverage of ray paths in real applications, especially for low velocity anomalous regions. In contrast, finite-frequency ray theory is more suitable for handling real seismic propagation problems because the travel time depends not only on the velocity distribution along a central ray (or traditional geometric ray), but also on the velocity values within a region (referred to as the first Fresnel Volume) which incorporates the central ray. In this study, we develop an algorithm to calculate multi-phase Fresnel Volume finite-frequency rays, and then present an inversion method to simultaneous invert for both velocity and reflector geometry by using these multi-phase Fresnel Volume finite-frequency rays. Using synthetic data examples, we compare the reconstructions of the velocity field and the reflector orientation using the Fresnel Volume ray tomographic methods and the traditional ray tomography approach. Results show that the former is advantageous over the latter, especially when the ray density is relatively low. An additional benefit of the Fresnel Volume finite-frequency ray tomographic method is that it can start with a low frequency to capture the coarse velocity structure, thereby mitigating the local minimum trapping problem, and then be tuned to a high frequency for delineating the fine velocity structure. 相似文献
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由Hager(1981)提出的,叶正仁(1989)进一步发展的传播矩阵方法,提供了一种运用地球重力位、板块运动速度资料来探求地幔内部横向不均匀性的一条途径.但由于地球重力位、板块运动速度资料均是二维资料,故仅运用上述两种资料来反演三维异常密度会导致反演结果很强的不唯一性、不稳定性.作为80年代地球物理学最富有成效的成果之一就是利用地震P 波和S波的层析技术,提供了上、下地幔三维异常速度分布,从而为地球物理及地球动力学的研究提供了最新的先验知识.把传播矩阵方法、粘滞损耗最小原理运用于全地幔对流的地球动力学模型,并同时把长波地形起伏、板块运动速度、重力位资料以及傅容珊根据地震层析结果所合成的全地幔三维异常密度作为约束条件,联合反演全地幔的三维异常密度结构.计算结果显示:(1)从计算所及的密度横切剖面来看,至少在250—670km 深度范围内异常密度的高低与地表构造有一定的相关性:即全球的大部分发散边界和相当部分的大陆分别对应低异常密度区和高异常密度区,地幔的异常密度数值在1500km 深度附近达到最小.(2)从计算所得的密度纵切剖面来看,对应太平洋中脊、印度洋中脊、红海及亚丁湾地区,低密度的异常区从地表一直延伸到核一幔边界,不过太平洋中脊相对明显.除上述区域外全地幔的异常密度基本上(按数值大小及正负)分三层. 相似文献
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有限频率地震层析成像方法及研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
本文从基于射线理论的走时地震层析成像的发展引出有限频率地震层析成像, 说明两者最为本质的差别是有限频率灵敏度核函数。 概述了有限频率层析成像方法和基本原理, 详细阐述了国内外有关有限频率层析成像方法的研究进展和应用成果, 强调有限频率层析成像对全球地幔柱研究的重要意义, 最后指出有限频率层析成像方法在理论上的诸多优点目前还没有在实际应用中得到充分体现, 还存在一些问题需要解决。 相似文献
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对有限频率层析成像线性理论的波恩近似问题进行梳理, 用数值方法统计分析其适用范围, 结果表明波恩近似要求最大速度扰动不超过1%; 然后对相关走时一阶近似进行统计分析, 结果表明它也只适用于最大速度扰动在1%以内的情形. 然而, 结合波恩近似和相关走时一阶近似而得到的有限频率线性理论, 其适用的速度扰动范围最大可达10%. 这个表面上的逻辑悖论, 称为“波恩近似佯谬”. 此佯谬是由于不恰当地使用波恩近似造成的. 本文摒弃波恩近似, 使用泛函的Fréchet微分和隐函数定理推导得到有限频率线性理论, 圆满解释了波恩近似佯谬. 由于有限频率非线性理论早已摒弃了波恩近似, 因此波恩近似概念在有限频率层析成像理论中完全没有必要. 相似文献
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近地表速度结构通常是利用射线走时层析或菲涅尔体走时层析等反演方法得到的,但它们的目标函数仍利用射线走时残差构建,导致反演精度不高.为此,本文提出了基于散射积分算法的初至波相位走时层析成像方法.该方法的核心是:(1)提出了依赖于频率的相位走时概念;(2)利用依赖于频率的相位走时信息,而非单一的无限频率射线走时;(3)发展了一种改进的相位展开方法,即通过监测相位不连续性和2π周期判定来消除相位折叠现象;(4)考虑了地震波传播的有限频特征,即基于波动理论而非传统的射线路径或有限空间的菲涅尔体构建核函数.通过利用Overthrust模型的数值实验及与传统射线走时层析和菲涅尔体走时层析的对比表明:本文提出的方法是一种有效的初至波走时反演方法.同时,基于Overthrust模型的数值试验还证明了下列结论,即通过挖掘更多的走时信息的确可以获得更高的反演精度和分辨率. 相似文献
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Finite-frequency tomography in a crustal environment: Application to the western part of the Gulf of Corinth 总被引：2，自引：0，他引：2
In this paper we investigate finite-frequency effects in crustal tomography. We developed an inversion procedure based on an exact numerical computation of the sensitivity kernels. In this approach we compute the 3D travel-time sensitivity kernels by using (1) graph theory and an additional bending to estimate accurately both rays and travel-times between source/receiver and diffraction points and (2) paraxial ray theory to estimate the amplitude along theses rays. We invert both the velocity and the hypocentre parameters, using these so-called banana-doughnut kernels and the LSQR iterative solver. We compare the ray-theoretical and the finite-frequency tomography to image the intermediate structures beneath the Gulf of Corinth (Greece), which has long been recognized as the most active continental rifting zone in the Mediterranean region. Our dataset consists of 451 local events with 9233 P- first-arrival times recorded in the western part of the Gulf (Aigion area) in the framework of the 3F-Corinth European project. Previous tomographic images showed a complex velocity crustal model and a low-dip surface that may accommodate the deformation. Accurate velocity models will help to better constrain the rifting process, which is still a subject of debate. The main results of this study show that finite-frequency tomography improves crustal tomographic images by providing better resolved images of the 3D complicated velocity structure. Because the kernels spread the information over a volume, finite-frequency tomography results in a sharpening of layer boundaries as we observed for the shallower part of the crust (down to 5 km depth) beneath the Gulf of Corinth. 相似文献
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利用155个宽频带流动地震仪记录的连续地震波形数据,通过有限频层析成像技术,反演获得了华南地区上地幔的高分辨率P波三维速度模型.结果显示,大致以江南造山带为界,研究区域南部的华夏块体的大部分区域上地幔存在一个清晰的低速异常构造,而研究区北部的扬子克拉通的大部分区域上地幔则存在高速异常结构,并且这些速度异常体都向下延伸到地幔转换带.一个重要的结果是在(27°N,118°E)处观测到通过410-km界面的上涌流,并且在上升的过程中逐渐向西和向北扩展,显示为华夏块体深部200～400 km深度的大范围低速异常,可能为华夏块体广泛分布的新生代岩浆活动提供深部来源.更重要的是华夏块体通过410-km界面上涌流在上涌的过程中向北延伸,越过江南造山带"侵入"到扬子克拉通的南部地区,造成了扬子克拉通较厚的岩石圈对应的高速异常体向南倾斜的假象.最后,位于117°E(郯庐断裂的南端)以东的扬子克拉通岩石圈已经被"活化",即被来自南部热的软流圈物质替而代之.同时,推断在华夏块体下方地幔转换带内低速异常体可能是与海南地幔柱有关.海南地幔柱和(27°N,118°E)410-km界面上涌流的关系还有待于今后更大范围地震台阵反演研究进行验证. 相似文献