面波成像及三維橫波速度方位各向異性反演研究.pdf

1、面波成像是研究地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)和變形特征的最為重要的手段之一?；谶B續(xù)模型正則化的面波層析成像被廣泛應(yīng)用于反演二維相速度或群速度分布。其中由于臺(tái)站和地震事件空間分布不均勻，不可避免地導(dǎo)致射線路徑分布不均勻，從而影響成像結(jié)果的空間分辨率?；谶B續(xù)模型正則化方法，我們提出一種改進(jìn)的空間自適應(yīng)平滑方法。通過把約束反演模型平滑度的先驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥f(xié)方差矩陣中的固定相關(guān)長(zhǎng)度，改進(jìn)為基于射線密度的相關(guān)長(zhǎng)度函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了空間的自適應(yīng)平滑。此外，我們提出了用以

2、壓制數(shù)據(jù)異常的兩步反演策略。在合成數(shù)據(jù)測(cè)試中，我們?cè)O(shè)置不同尺度異常樣式檢測(cè)板模型，通過與傳統(tǒng)方法反演結(jié)果對(duì)比，表明新的方法可以在射線路徑覆蓋密集區(qū)域有效提高模型恢復(fù)。對(duì)于青藏高原東南部地區(qū)的實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)用，空間自適應(yīng)平滑方法反演出與傳統(tǒng)方法相似的結(jié)構(gòu)，而且新方法結(jié)果展現(xiàn)了更為精細(xì)的結(jié)構(gòu)，并且對(duì)異常幅值有著更好的解析。通過合成測(cè)試和實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)用，表明我們的新方法在射線分布不均勻區(qū)域可以有效實(shí)現(xiàn)分辨率的空間變化。
　　另一方面，地震面波

3、所反映出的方位各向異性一直被認(rèn)為反映了應(yīng)力應(yīng)變作用下礦物和巖石裂隙的定向排列，以及地殼、上地幔隨深度變化的形變模式。傳統(tǒng)的深度方位各向異性結(jié)構(gòu)，通常由逐點(diǎn)的Rayleigh波純路徑頻散及其方位各向性反演得到。我們提出了一個(gè)使用Rayleigh波混合路徑頻散直接反演橫波速度方位各向異性變化的方法，從而不必進(jìn)行二維群速度或者相速度的構(gòu)建。在之前的研究中，我們已經(jīng)構(gòu)建了基于采用鄰近算法(NA）的兩步法反演一維深度橫波波速和方位各向異性的程序(

4、Yao2015)。在采用了改進(jìn)MINEOS程序后，我們可以更為精確地計(jì)算Rayleigh波相速度對(duì)于橫向各向同性介質(zhì)(TI)五個(gè)彈性模量(A，C，F(xiàn),L，N)的敏感度核函數(shù)。同時(shí)，在我們之前提出的頻散走時(shí)直接反演三維橫波速度結(jié)構(gòu)并進(jìn)行面波射線路徑追蹤的基礎(chǔ)上(Fangetal.2015)，我們提出了基于射線追蹤的三維橫波各向異性直接反演方法，從而避免了面波研究中通常使用的大圓路徑假設(shè)，進(jìn)而可以應(yīng)用于小區(qū)域復(fù)雜介質(zhì)。
　　通過一系列

5、的合成數(shù)據(jù)測(cè)試，我們對(duì)新方法進(jìn)行了系統(tǒng)的檢驗(yàn)。首先，我們直接使用真實(shí)各向同性模型作為參考模型進(jìn)行反演，其結(jié)果與輸入模型較好擬合，從而證明了三維各向異性直接反演方法的可靠性。接著在第二個(gè)合成數(shù)據(jù)測(cè)試中，我們給出了使用Rayleigh波頻散直接反演得到三維橫波速度結(jié)構(gòu)和三維橫波速度方位各向異性結(jié)構(gòu)的處理流程。最后通過使用加入不同比例高斯隨機(jī)噪聲的合成數(shù)據(jù)，我們證明了直接反演方法在一定程度噪聲水平下對(duì)快波方位角反演的穩(wěn)定性，盡管隨著噪聲水平的