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地震层析成像在宁夏及邻区的应用

作　者: 金春华
导　师: 陈晓非；赵卫明
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 固体地球物理
关键词: 地震层析成像有限差分法阻尼最小二乘法遗传算法三维速度结构
分类号: P315
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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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理论CT发展而来的,随着地学上的不断完善和发展,已经取得了丰硕的成果因此也被越来越多的人接受了推广。本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、有限差分正演及两种反演方法。把这两种反演方法应用于宁夏及邻区。利用该区6年的初至波Pg和Pn资料,根据测线人工地震测深结果选定阻尼最小二乘法初始模型,再根据阻尼最小二乘法计算的结果选定遗传算法的初始模型。进行了三维速度结构(阻尼最小二乘法),震源参数及一维速度结构和震源参数的反演(遗传算法)。获得了不同深度的平面分布图像以及不同位置的深度方向速度剖面图像。对两种反演理论以及结果、结合地质构造资料和前人研究结果,可以得到如下结论:1、两种反演方法具有理论差异:阻尼最小二乘法属于线性解法,阻尼因子既起着促进平衡的作用,同时也影响着收敛速度的快慢,可以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算法,采取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,只有线性化的办法获得协方差矩阵。λ2.两种方法反演结果如下:阻尼最小二乘法显示①0-5km深度速度在4.5-5.3km/s之间。②5-25km深度速度在5.0-6.1km/s之间,平均速度约为5.5km/s。③25-35km深度速度在5.6-6.6km/s之间,平均速度约为6.2km/s。该结果和初始模型不尽相同。遗传算法显示①沉积层:1-8km,反演速度5.27km/s;②上地壳:9-22km,速度5.55km/s;③下地壳23-48km,速度6.27km/s;④上地幔49-52km,速度7.79km/s。该结果和阻尼最小二乘法结果十分接近。阻尼最小二乘法可以得到5个低速区,按照大小排序分别为:①银川地堑西缘,银川地堑和阿拉善块体交汇部位;②在宁夏中卫县境内,包含中卫清水河盆地浅层低速区;③银川地堑北缘,银川地堑和阿拉善块体交汇部位;④宁夏同心县境内的罗山地区;⑤海原断裂带东部,宁夏海原-固原南部断裂深层低速区。高速区域主要分布在:清水河断裂带附近,高速区浅层仅出现在宁夏中卫香山以东(105.5°以东),20km深度开始向西延伸至内蒙古阿拉善左旗境内。另外可以看到两个浅层高速区:①银川地堑东南,西起宁夏中卫北东向延伸至内蒙古鄂托克旗;②海原断裂带中西段,西起甘肃景泰北北东向延伸至宁夏海原西。根据遗传算法,震源参数在地图上更向某一地聚集或更靠近断层。地震发生在低速区内或低速-高速区边缘,可以看出遗传算法定位结果在深度上比台网定位结果和高-低速区符合较好,但优势不是非常明显。总的来说,遗传算法震源参数反演比台网定位结果没有明显的改进。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章引言  10-13
  1.1 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
  1.4 研究方法及思路  12-13
第二章地震层析成像技术方法  13-28
  2.1 基本理论简介  13-14
  2.2 模型参数化  14-15
    2.2.1 模型参数化方法  14
    2.2.2 初始三维模型的建立  14-15
  2.3 正演方法  15-21
    2.3.1 几种射线追踪法及有限差分法简介  15
    2.3.2 有限差分法计算走时  15-21
  2.4 反演方法  21-25
    2.4.1 反演方法简介  21
    2.4.2 阻尼最小二乘法反演  21-23
    2.4.3 遗传算法  23-25
  2.5 解的评价  25-26
    2.5.1 分辨矩阵和协方差矩阵  25-26
    2.5.2 空间分辨率  26
  2.6 小结  26-28
第三章程序检验  28-34
  3.1 射线追踪程序检验  28-29
  3.2 阻尼最小二乘法反演程序检验  29-33
  3.3 遗传算法地震定位检验  33
  3.4 小结  33-34
第四章资料整理及在宁夏级邻区的应用  34-55
  4.1 宁夏及邻区的区域构造特征及活动断裂  34-35
  4.2 资料选取  35-36
  4.3 初始模型选定  36-37
  4.4 阻尼最小二乘法反演结果  37-48
    4.4.1 已知量和待求量  37
    4.4.2 空间分辨率  37-38
    4.4.3 计算结果  38-48
  4.5 遗传算法计算及地震定位  48-52
    4.5.1 待求量及其初值范围给定  48
    4.5.2 计算结果  48-52
  4.6 结果分析  52-53
    4.6.1 迭代结果分析  52
    4.6.2 反演得到的速度对比  52-53
  4.7 小结  53-55
第五章结论与讨论  55-58
  5.1 结论  55-56
  5.2 存在的主要问题  56-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果  63

地震层析成像在宁夏及邻区的应用

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