被动源地震干涉成像在面波和体波中的研究及应用

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地震成像是地球物理学中研究地球内部结构的重要方法之一,传统的地震走时层析成像往往只能够得到平滑的速度结构,且受到地震分布的时空影响;主动源人工反射折射剖面,可以得到精细的结构,但往往成本昂贵且对环境破坏大。为了提高成像精度,本论文将密集台阵技术与地震干涉技术相结合,展开了基于被动源地震干涉法的成像研究,并主要应用于面波和体波成像。在面波干涉成像方面,本文将密集台阵技术和背景噪声干涉相结合,研究小区域的断层精细速度结构,将其用于研究郯庐断裂带宿迁段的速度结构及其地震活动性,第一次得到了郯庐断裂带宿迁段8km之上的浅层高分辨率速度模型。从速度模型中可以看到,沿着郯庐断裂带的走向下方呈现出高速异常体,其成因与岩浆活动相关。同样,在郯庐断裂带肥东段的成像结果中也存在类似的高速异常现象,而宿迁段的北侧则表现为低速异常。结合地震分布情况,进一步解释了郯庐断裂带南段为什么不活跃,揭示了宿迁的南北两侧地震发震机理不一样,这使我们更好的认识了郯庐断裂带的地震活动性,对研究郯庐断裂带的活动性和危害性有着重要意义。同时,在互相关函数中发现了高频的反射信号,通过分析研究,确定了该反射信号是面波经过断层反射所产生的。类似于远震围陷波,从背景噪声数据中也可以得到来自断层的反射信号,从而可以确定断层的位置,这对于城市活断层探测等具有重要的启示意义。此外,本文还发展了基于四面体和泰森多边形的自适应非结构网格的面波直接反演方法,该方法可以根据射线分布和敏感核进行网格的自适应调整,从而减小模型零空间,提高反演稳定性。我们将其用于理论测试和郯庐断裂带肥东段的实际数据中,结果与已有成像结果对比,二者具有很好的一致性。该方法是有效可行的,可以用于面波体波联合反演等多个方面。在体波干涉成像方面,本文将主动源偏移的方法应用于被动源干涉结构成像,利用自相关和互相关技术,构建出类似主动源的虚拟炮集记录,按照主动源勘探的处理方法进行偏移成像,从而更好的刻画地下界面的结构信息。我们在煤矿上进行了研究,通过一个月的连续观测,使用人工智能的方法检测到了 30000个跟采矿活动相关的事件,我们选择了一天的背景噪声数据,通过互相关干涉从中提取出了反射体波信号。将其与利用地震事件构建的体波信号对比,二者具有相似性。接下来我们构建出了类似主动源的虚拟炮集记录,并将主动源偏移成像的方法应用于被动源数据上,得到了地下反射层位的结构,精细的刻画出了地下煤层的层位,结果与已知地质资料吻合的很好。该方法具有重要的意义和应用前景,从某种程度上可以媲美主动源勘探。另一方面,本文在美国圣安德烈斯断层的帕克菲尔德地区,利用断层附近的天然小地震事件,通过自相关干涉法构建出了震源的自激自收的反射信号,得到了类似主动源的零偏移距炮集记录,通过偏移成像,得到了断层内部的反射层位。该方法消除了近地表复杂速度变化的影响,更好的刻画出了断层区域的结构信息。从成像结果中,可以推测出水平反射层位反映的是断层走滑运动造成的擦痕,这对于理解圣安德烈斯断层走滑运动及其地震活动性有着重要意义。本论文旨在基于地震干涉法的被动源地震成像研究,主要利用面波干涉进行速度成像和体波干涉进行结构成像,并将其应用于断层和煤矿区域,对于小尺度的成像研究有着重要意义和价值。在此基础上,还发展了基于四面体和泰森多边形的自适应非结构网格的面波直接反演方法,能够有效减小模型零空间,提高反演稳定性。
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