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地震层析成像技术方法研究

作　者: 莘海亮
导　师: 张元生
学　校: 中国地震局兰州地震研究所
专　业: 固体地球物理
关键词: 地震层析成像射线追踪阻尼最小二乘法遗传算法三维速度结构
分类号: P315.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 464次
引　用: 2次
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内容摘要

地震层析成像是通过对观测到的地震波各种震相的运动学(走时、射线路径)和动力学(波形、振幅、相位、频率)资料的分析,进而反演由大量射线覆盖的地下介质的结构、速度分布及其弹性参数等重要信息的一种地球物理方法。该方法最初是从医学CT理论发展而来的,随着在地学上的不断完善和发展,已经取得了丰硕的成果,因而也被越来越多的人接受和推广。本论文简述了地震层析成像的发展历史,地震层析成像的基本原理以及模型构建、射线追踪及反演方法;对比分析了阻尼最小二乘法和遗传算法两种不同的反演算法的理论异同,并将以上两种反演算法应用于祁连山中东段地区。利用该区近十年的S ? P数字地震记录数据,联合使用Pg、S g、Pm、S m、Pn、S n等多种震相,基于相同的初始速度模型,进行了震源参数与速度结构的联合反演,获得了不同深度的速度平面分布图像、不同位置的地震深度与速度剖面图像以及莫霍面的深度分布特征。对比两种反演算法理论以及结果,结合地质构造资料和前人研究结果,可以得到如下结论:1、两种不同反演算法具有理论差异:阻尼最小二乘法属于线性解法,阻尼因子λ2既起着促进平衡的作用,同时也影响着收敛速度的快慢,可直接给出解估计的分辨矩阵和协方差矩阵;遗传算法是全局优化方法,采用随机转移规则进行最优解搜索,适合于各种类型的优化问题,但无法直接求解模型参数的分辨率、后验方差等信息,只有用线性化的办法获得协方差矩阵。2、从两种算法的反演结果看:阻尼最小二乘法所得结果的走时残差要大于遗传算法所得结果,另外其计算效率较低;对于边缘地震参数定位较差;所得速度结构高低速异常较大;整体上显示两种反演算法所得震中分布相对更加集中,速度平面分布及莫霍面深度分布具有相似的特点,速度剖面起伏较为一致。3、研究区内断裂多从高低速过渡带穿过,呈北西西向走向,地震多发生在断裂及其边缘,震源深度优势分布于上、中地壳;通过分析,认为本文研究的结果与地质构造资料及相关区域的其它地震层析成像结果在许多方面可得到印证。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章引言  10-14
  1.1 地震层析成像简介  10
  1.2 国内外研究进展  10-12
  1.3 研究内容及目标  12-13
  1.4 研究方法及思路  13-14
第二章地震层析成像技术方法  14-32
  2.1 基本理论简介  14-15
  2.2 模型参数化  15-17
    2.2.1 模型参数化方法  15-16
    2.2.2 三维模型的建立  16-17
  2.3 正演  17-23
    2.3.1 射线追踪方法的概述  17-18
    2.3.2 逐次迭代射线追踪法  18-20
    2.3.3 三维速度模型走时计算  20-23
  2.4 反演  23-27
    2.4.1 反演方法简介  23-24
    2.4.2 阻尼最小二乘法  24-25
    2.4.3 遗传算法  25-27
  2.5 解的质量评价  27-30
    2.5.1 分辨矩阵和协方差矩阵  27-29
    2.5.2 空间分辨率  29
    2.5.3 解的稳定性  29-30
  2.6 小结  30-32
第三章资料整理与计算  32-38
  3.1 资料收集及整理  32-33
  3.2 研究区深部构造环境  33-34
  3.3 反演计算  34-38
第四章结果及分析  38-66
  4.1 阻尼最小二乘法反演结果及解释  38-49
    4.1.1 平面结构解释  40-45
    4.1.2 剖面结构解释  45-49
  4.2 遗传算法反演结果及解释  49-60
    4.2.1 平面结构解释  50-55
    4.2.2 剖面结构解释  55-60
  4.3 分析与讨论  60-65
  4.4 小结  65-66
第五章结论  66-69
  5.1 主要结论与认识  66-68
  5.2 问题讨论  68-69
参考文献  69-75
作者简介  75-76
致谢  76

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