基于面波频散的三维横波速度方位各向异性层析成像方法
发布时间：2021-09-01 03:58
地震各向异性是反映地球内部介质特性的重要指针之一。常用的横波分裂法和二维面波方位各向异性层析成像方法很难准确反映各向异性随深度的变化。将与周期相关的区域化面波方位各向异性转换成与深度相关的一维横波速度方位各向异性可以弥补深度信息不足的缺陷。现有三维横波速度各向异性研究多是通过两步方法来实现的,即逐个周期二维面波方位各向异性层析成像以及逐个格点一维横波速度方位各向异性反演。这种分步反演的方式既不利于三维先验约束的引入,也不利于利用原始观测拟合误差对三维模型进行直接评估。因此本文开发了基于面波频散曲线的三维横波速度方位各向异性层析成像方法,并编制了相关正演和反演程序。为了检测方法和程序的有效性,我们对规律分布的三维检测板模型进行了模拟测试。测试结果显示:该方法可以很好地恢复各向同性波速异常、各向异性相对强度和快波方向等三维结构信息;而且反演模型相对于参考模型明显改善了对观测数据的拟合,降低了对观测数据的均方根误差。但对各向同性理论模型进行各向异性反演时,在波速均匀区可产生小于0.5%的假各向异性幅值,在波速非均匀区该假的各向异性幅值会更大,浅部可达3.5%。因此在实际应用中需要谨慎解释（浅...
【文章来源】：CT理论与应用研究. 2020,29(04)
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
地震波方位各向异性原理示意图
CT理论与应用研究29卷392在横向结构均匀区域（红或蓝区中心）能被很好地恢复，而在横向结构非均匀区域（即红蓝转换带）却被明显削弱。这是由于面波对各向同性和各向异性结构的敏感度存在明显的平衡作用（trade-off）。因此在分析三维层析成像中各向异性结果时，应着重关注成片分布、强度较大的区域，而非零星的、强度较弱的区域。模拟输入（55）反演输出（55）=0.5深度=30km深度=90km深度=150km剖面A–A’（a）（b）注：（a）输入模型（各向同性和各向异性异常均不为0）；（b）采用平滑权重为0.5的反演恢复模型。彩色影像为各向同性横波速度扰动。黑色短线长度表示横波速度各向异性强度，黑色短线方向表示横波快波方位。图6三维横波速度方位各向异性理论模型反演测试结果Fig.6Synthetictestresultsfor3DS-waveanisotropicmodel
进行了理论模型测试。3组测试通用参数如下：研究区南北和东西分别跨度50，垂向跨度0～180km；模型划分为水平网格间距2，垂向网格间距10km；观测数据为1250条大圆距离不小于5、方位随机的瑞雷面波群速度频散曲线，每条频散曲线包含从5～100s以5s为间隔，100～200s以10s为间隔的周期信号；参考模型的地壳速度来自CRUST1.0[36]，地幔速度来自IASP91[37]。虽然实际观测中每条频散曲线包含的周期信号不完全一样，但这里为了简化，模拟生成的每条频散曲线含有相同的周期信号。所以任意周期的数据方位分布（图2）是相同的。图2中红色短线所在方位表示面波数据测量方位（即面波传播方位），红色短线长度表示每个网格点在该方位上的观测数量。如前所述，Rayleigh波方位各向异性中2项（方位0～180）贡献最大，而4项（方位180～360）几乎可以忽略，所以图2中的观测数据量按0～180方位每5为间隔进行统计。观测数据方位分布与方位各向异性层析成像结果的可靠性密切相关。理想的方位分布是每个网格点每个方位的观测数量均不为0，且每个方位的观测数量越多越好。从图2中模拟数据分布可见，研究区中心区域的数据方位分布明显优于边缘区域，在边缘区域有些方位观测数量为0，在中心区域也存在部分方位观测数量明显多于另一些方位的情况。这样的模拟数据分布与实际研究的情况非常相似。在实际研究中，如果很多网格点存在观测数据方位缺失的情况，可以通过增大网格间距的办法来改善数据方位分布。4.1二维面波方位各向异性反演测试依据方程组（6），当给定某周期面波方位各向异性模型（即该周期不同网格点的各向同性速度扰动()0iu和各向异性系数(i)Ac,s），则可以通过正演?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于背景噪声研究青藏高原东北缘瑞利波相速度和方位各向异性[J]. 王琼,高原. 地球物理学报. 2018(07)
[2]中国东北地区北部上地幔各向异性及其动力学意义[J]. 强正阳,吴庆举. 地球物理学报. 2015(10)
[3]A method for inversion of layered shear wavespeed azimuthal anisotropy from Rayleigh wave dispersion using the Neighborhood Algorithm[J]. Huajian Yao. Earthquake Science. 2015(01)
[4]秦岭及周边地区瑞雷波方位各向异性[J]. 李爽,冯梅,安美建,董树文. 地震学报. 2014(04)
[5]基于背景噪声研究云南地区面波速度非均匀性和方位各向异性[J]. 鲁来玉,何正勤,丁志峰,王椿镛. 地球物理学报. 2014(03)
[6]柴达木盆地东缘和祁连造山带中段地震面波层析成像[J]. 冯梅,赵文津,薛光琦,宿和平,James Mechie,安美建. 国际地震动态. 2014(01)
[7]中国大陆上地幔各向异性和壳幔变形模式[J]. 王椿镛,常利军,丁志峰,刘琼林,廖武林,Lucy M FLESCH. 中国科学:地球科学. 2014(01)
[8]从壳幔地震各向异性初探华北地区壳幔耦合关系[J]. 高原,吴晶,易桂喜,石玉涛. 科学通报. 2010(29)
[9]青藏高原东部上地幔各向异性及相关的壳幔耦合型式[J]. 王椿镛,常利军,吕智勇,秦嘉政,苏伟,Paul Silver,Lucy Flesch. 中国科学（D辑:地球科学）. 2007(04)
本文编号：3376242
【文章来源】：CT理论与应用研究. 2020,29(04)
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
地震波方位各向异性原理示意图
CT理论与应用研究29卷392在横向结构均匀区域（红或蓝区中心）能被很好地恢复，而在横向结构非均匀区域（即红蓝转换带）却被明显削弱。这是由于面波对各向同性和各向异性结构的敏感度存在明显的平衡作用（trade-off）。因此在分析三维层析成像中各向异性结果时，应着重关注成片分布、强度较大的区域，而非零星的、强度较弱的区域。模拟输入（55）反演输出（55）=0.5深度=30km深度=90km深度=150km剖面A–A’（a）（b）注：（a）输入模型（各向同性和各向异性异常均不为0）；（b）采用平滑权重为0.5的反演恢复模型。彩色影像为各向同性横波速度扰动。黑色短线长度表示横波速度各向异性强度，黑色短线方向表示横波快波方位。图6三维横波速度方位各向异性理论模型反演测试结果Fig.6Synthetictestresultsfor3DS-waveanisotropicmodel
进行了理论模型测试。3组测试通用参数如下：研究区南北和东西分别跨度50，垂向跨度0～180km；模型划分为水平网格间距2，垂向网格间距10km；观测数据为1250条大圆距离不小于5、方位随机的瑞雷面波群速度频散曲线，每条频散曲线包含从5～100s以5s为间隔，100～200s以10s为间隔的周期信号；参考模型的地壳速度来自CRUST1.0[36]，地幔速度来自IASP91[37]。虽然实际观测中每条频散曲线包含的周期信号不完全一样，但这里为了简化，模拟生成的每条频散曲线含有相同的周期信号。所以任意周期的数据方位分布（图2）是相同的。图2中红色短线所在方位表示面波数据测量方位（即面波传播方位），红色短线长度表示每个网格点在该方位上的观测数量。如前所述，Rayleigh波方位各向异性中2项（方位0～180）贡献最大，而4项（方位180～360）几乎可以忽略，所以图2中的观测数据量按0～180方位每5为间隔进行统计。观测数据方位分布与方位各向异性层析成像结果的可靠性密切相关。理想的方位分布是每个网格点每个方位的观测数量均不为0，且每个方位的观测数量越多越好。从图2中模拟数据分布可见，研究区中心区域的数据方位分布明显优于边缘区域，在边缘区域有些方位观测数量为0，在中心区域也存在部分方位观测数量明显多于另一些方位的情况。这样的模拟数据分布与实际研究的情况非常相似。在实际研究中，如果很多网格点存在观测数据方位缺失的情况，可以通过增大网格间距的办法来改善数据方位分布。4.1二维面波方位各向异性反演测试依据方程组（6），当给定某周期面波方位各向异性模型（即该周期不同网格点的各向同性速度扰动()0iu和各向异性系数(i)Ac,s），则可以通过正演?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于背景噪声研究青藏高原东北缘瑞利波相速度和方位各向异性[J]. 王琼,高原. 地球物理学报. 2018(07)
[2]中国东北地区北部上地幔各向异性及其动力学意义[J]. 强正阳,吴庆举. 地球物理学报. 2015(10)
[3]A method for inversion of layered shear wavespeed azimuthal anisotropy from Rayleigh wave dispersion using the Neighborhood Algorithm[J]. Huajian Yao. Earthquake Science. 2015(01)
[4]秦岭及周边地区瑞雷波方位各向异性[J]. 李爽,冯梅,安美建,董树文. 地震学报. 2014(04)
[5]基于背景噪声研究云南地区面波速度非均匀性和方位各向异性[J]. 鲁来玉,何正勤,丁志峰,王椿镛. 地球物理学报. 2014(03)
[6]柴达木盆地东缘和祁连造山带中段地震面波层析成像[J]. 冯梅,赵文津,薛光琦,宿和平,James Mechie,安美建. 国际地震动态. 2014(01)
[7]中国大陆上地幔各向异性和壳幔变形模式[J]. 王椿镛,常利军,丁志峰,刘琼林,廖武林,Lucy M FLESCH. 中国科学:地球科学. 2014(01)
[8]从壳幔地震各向异性初探华北地区壳幔耦合关系[J]. 高原,吴晶,易桂喜,石玉涛. 科学通报. 2010(29)
[9]青藏高原东部上地幔各向异性及相关的壳幔耦合型式[J]. 王椿镛,常利军,吕智勇,秦嘉政,苏伟,Paul Silver,Lucy Flesch. 中国科学（D辑:地球科学）. 2007(04)
本文编号：3376242
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