[發(fā)明專利]一種地殼三維密度結(jié)構(gòu)的地震全波形與重力聯(lián)合反演方法

有效

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• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號: CN110221344B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭良輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

本發(fā)明提供了一種地殼三維密度結(jié)構(gòu)的地震全波形與重力聯(lián)合反演方法，涉及區(qū)域地殼三維結(jié)構(gòu)成像技術(shù)領(lǐng)域，能夠充分發(fā)揮重力與地震各自優(yōu)勢，降低重力方法反演多解性，有效提高密度成像分辨率；該方法獲取寬頻地震波形數(shù)據(jù)和布格重力異常數(shù)據(jù)；構(gòu)建地殼三維Vp、Vs速度和密度初始模型；利用布格重力異常數(shù)據(jù)和寬頻地震波形數(shù)據(jù)進(jìn)行地震全波形與重力聯(lián)合反演，得到地殼三維密度精細(xì)結(jié)構(gòu)模型。本發(fā)明提供的技術(shù)方案適用于地殼三維結(jié)構(gòu)成像的過程中。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及區(qū)域地殼三維結(jié)構(gòu)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地殼三維密度結(jié)構(gòu)的地震全波形與重力聯(lián)合反演方法。

【背景技術(shù)】

重力方法是深部結(jié)構(gòu)與區(qū)域構(gòu)造研究的重要方法之一，容易實(shí)現(xiàn)區(qū)域高分辨率覆蓋，水平分辨率高。重力反演是獲取殼幔密度結(jié)構(gòu)的主要手段，但重力反演存在固有的多解性且深度分辨率低，需要引入先驗(yàn)信息約束以降低多解性、提高深度分辨率。地震層析成像是獲取殼幔速度結(jié)構(gòu)的主要手段，深度分辨率高。因此，發(fā)展地震與重力聯(lián)合反演技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地震與重力相互約束、優(yōu)勢互補(bǔ)，降低單一方法反演多解性，提高成像分辨率，成為殼幔結(jié)構(gòu)反演的研究熱點(diǎn)之一。

當(dāng)前國際上地震與重力聯(lián)合反演技術(shù)較多，反演殼幔結(jié)構(gòu)的主要有體波走時(shí)與重力聯(lián)合反演、面波與重力聯(lián)合反演、體波走時(shí)、面波與重力聯(lián)合反演等，反演形式有序貫反演和同步反演兩類。然而，上述聯(lián)合反演技術(shù)大都需要已知速度與密度的關(guān)聯(lián)式作速度和密度的互換，而此關(guān)聯(lián)式在很多地區(qū)往往未知且呈非均勻性，制約了其實(shí)際應(yīng)用與推廣。

全波形反演利用地震波場運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)信息重建地下復(fù)雜結(jié)構(gòu)、揭示復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造細(xì)節(jié)，有效提高速度成像分辨率，為區(qū)域深部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造精細(xì)成像等提供有力支撐，已成為當(dāng)前地震層析成像發(fā)展的新趨勢之一。天然地震全波形反演方法主要有伴隨場法(Tromp et al.,2005)和散射積分法(Zhao et al.,2005)兩種，后者計(jì)算需求相對小、效率高，適用于區(qū)域殼幔結(jié)構(gòu)成像，但數(shù)據(jù)存儲需求大。近年來，國內(nèi)外學(xué)者通過全波形反演獲得了美國南加州、西華盛頓州和中國東北的地殼三維速度精細(xì)結(jié)構(gòu)，通過全波形反演獲得了歐洲大陸、美國西北部和東亞的殼幔三維速度結(jié)構(gòu)，這些成果分辨率比常規(guī)地震成像技術(shù)有明顯提高，充分展現(xiàn)全波形反演的優(yōu)越性和應(yīng)用前景。

全波形反演雖然可以有效提高速度成像分辨率但并沒有很好提高密度成像分辨率，主要由于地震波場對密度的敏感度低，需要引入重力約束改善密度成像。因此，發(fā)展全波形與重力聯(lián)合反演技術(shù)，在全波形反演提高速度成像分辨率的同時(shí)有效提高密度成像分辨率，這具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種新的地殼三維密度結(jié)構(gòu)的地震全波形與重力聯(lián)合反演方法，以解決或減輕上述一個或多個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種地殼三維密度結(jié)構(gòu)的地震全波形與重力聯(lián)合反演方法，能夠利用研究區(qū)內(nèi)地震臺站寬頻地震波形數(shù)據(jù)和區(qū)域高精度布格重力異常數(shù)據(jù)，通過對其進(jìn)行全波形與重力聯(lián)合反演，從而獲得地殼三維密度精細(xì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到對研究區(qū)內(nèi)的地殼構(gòu)造及深部成礦機(jī)制、孕震機(jī)制等進(jìn)行推斷解釋的目的。

一方面，本發(fā)明提供一種地殼三維密度結(jié)構(gòu)的地震全波形與重力聯(lián)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(shù)據(jù)和布格重力異常數(shù)據(jù)；

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(shù)據(jù)；

S3、根據(jù)先驗(yàn)信息構(gòu)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(shù)據(jù)和S2中篩選出的寬頻地震波形數(shù)據(jù)進(jìn)行地震全波形與重力聯(lián)合反演，得到地殼三維密度精細(xì)結(jié)構(gòu)模型。

如上所述的方面和任一可能的實(shí)現(xiàn)方式，進(jìn)一步提供一種實(shí)現(xiàn)方式，所述方法的步驟還包括：

S5、對S4中的聯(lián)合反演的結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)；