[發明專利]一種地殼三維密度結構的地震全波形與重力聯合反演方法

有效

• 申請號: 201910522333.3
• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號: CN110221344B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 郭良輝
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30;G01V1/28
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

1.一種地殼三維密度結構的地震全波形與重力聯合反演方法，其特征在于，所述方法的步驟包括：

S1、獲取寬頻地震波形數據和布格重力異常數據；

S2、篩選出震相清晰度和信噪比滿足要求的寬頻地震波形數據；

S3、根據先驗信息構建地殼三維Vp、Vs速度和密度初始模型；

S4、利用布格重力異常數據和S2中篩選出的寬頻地震波形數據進行地震全波形與重力聯合反演，得到地殼三維密度精細結構模型；

所述S4的具體步驟包括：

S41、對S3中獲得的地殼三維Vp、Vs速度和密度初始模型進行地震全波形模擬和重力模擬，得到理論地震波形數據、理論重力異常數據以及對應的地震波場三維核函數和重力場三維核函數；

S42、將實際地震波形數據、實際布格重力異常數據分別與理論地震波形數據和理論重力異常數據相減，得到相應的震相走時殘差δd和重力異常殘差δg；

S43、將計算得到的地震波場三維核函數、重力場三維核函數以及震相走時殘差δd和重力異常殘差δg，進行地震全波形與重力聯合反演，得到地殼三維Vp、Vs速度和密度擾動模型；

S44、更新初始地殼三維模型，并重復S41～S43，直至震相走時殘差δd和重力異常殘差δg滿足誤差限值，得到地殼三維密度精細結構模型；

所述S43中地震全波形與重力聯合反演的公式為：

sL_ρ·δρ＝0,λ_ρI·δρ＝0

其中：

δV_p、δV_s、δρ分別為Vp、Vs速度和密度模型的擾動量；

分別為Vp、Vs速度和密度的波場三維Fréchet核函數；

為密度的重力場三維核函數；

δd為地震數據函數定義的地震觀測數據；

δg為實測布格重力異常△g_B和模型模擬重力異常△g_cal的殘差，δg＝△g_B-△g_cal；

w^s為全波形擬合的權系數；

為重力異常擬合的權系數；

L_ρ分別為Vp、Vs速度和密度模型的光滑函數；

s為光滑系數；

I為單位矩陣；

λ_ρ分別為Vp、Vs速度和密度模型的正則化約束系數。

2.根據權利要求1所述的地殼三維密度結構的地震全波形與重力聯合反演方法，其特征在于，所述方法的步驟還包括：

S5、對S4中的聯合反演的結果進行質量評價；

S6、根據所述地殼三維密度精細結構對地殼構造及深部成礦機制、孕震機制進行推斷和解釋。

3.根據權利要求1所述的地殼三維密度結構的地震全波形與重力聯合反演方法，其特征在于，所述S3的具體步驟包括：

S31、構建起伏地表的地殼模型的三維網格架構；

S32、收集先驗信息；所述先驗信息包括地表地質、物性資料以及已探測得到的殼幔結構和界面結構；

S33、根據收集的先驗信息構建地殼三維速度結構初始模型；

S34、根據波速比關系實現Vp、Vs速度結構互換，再根據速度和密度經驗式，換算出地殼三維Vp、Vs速度和密度初始模型。

4.根據權利要求1所述的地殼三維密度結構的地震全波形與重力聯合反演方法，其特征在于，所述地震全波形模擬和所述地震波場三維核函數采用空間四階、時間二階的交錯網格有限差分算法進行模擬和計算。

5.根據權利要求1所述的地殼三維密度結構的地震全波形與重力聯合反演方法，其特征在于，所述密度初始模型的重力模擬和重力場三維核函數采用直立長方體空間域解析式進行計算。

6.根據權利要求5所述的地殼三維密度結構的地震全波形與重力聯合反演方法，其特征在于，所述重力模擬和重力場三維核函數的具體計算公式為：

其中，

G為萬有引力常數；

x₀、y₀,、z₀為測點坐標；

x、y、z為直立長方體內任意一點的坐標；

(x₁,x₂)，(y₁,y₂)，(z₁,z₂)分別為直立長方體延x、y、z方向的坐標范圍。