多震相走时菲涅尔体射线同时反演方法研究

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1、分类号:P3110710-2014026005博士学位论文多震相走时菲涅尔体射线同时反演方法研究李兴旺导师姓名职称白超英教授申请学位类别工学博士学科专业名称地球探测与信息技术论文提交日期2018年03月20日论文答辩日期2018年05月31日学位授予单位长安大学SimultaneousTraveltimeInversionUsingMulti-phaseFresnelVolumeRaysADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：LiXingwangSupe

2、rvisor：Prof.BaiChaoyingChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：年月日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公

3、开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：年月日导师签名：年月日摘要地震走时层析成像技术以其稳定、高效、计算资源需求较少等诸多优点而得到广泛应用，现已成为认识和研究地球内部结构、构造的主要方法之一。然而，不容忽视的现实问题是天然地震数量不多且多发于特定构造区带内，加之地震台站的布设受到诸多限制，这种情况下射线的数量较少且分布不均，走时成像的分辨率也就受到限制，难以满足日益精细的勘探要求。针对

4、这一情况，本文将具有一定宽度的菲涅尔体射线引入走时成像中，拟在现有数据条件下提高成像分辨率。地震射线理论基于地震波无限高频假设，仅射线上的速度结构影响地震波走时。然而，实际地震波并不是无限高频的，其频率分布于特定范围内，射线临域内的速度结构也将影响地震波走时。采用具有一定空间范围的菲涅尔体射线代替无限高频假设下的传统射线，更加符合实际情况，同时可提高射线对模型空间的覆盖程度、降低解的非唯一性，从而提高成像质量。本文基于分区多步最短路径算法，提出了走时场分段叠加的思想，实现了直角坐标系下多震相菲涅尔体射线的正演计算。为

5、适应不同尺度范围下的正演计算，结合地球本身的非球特点，提出了椭球坐标系下多震相地震射线追踪算法。该算法适用于任意椭球体（或球体）模型，可计算多种复杂震相，且具有较高的计算精度。进一步，将上述直角和椭球坐标系下的算法推广至各向异性TI介质中。将各向同性介质中多震相菲涅尔体射线应用于层析成像，分别于直角坐标系和椭球坐标系下实现了速度和反射界面同时反演。数值模拟结果表明：不管是在直角坐标系下还是在椭球坐标系下，选择合适频率或频率范围的菲涅尔体射线层析成像方法对速度和反射界面的恢复均优于传统射线成像方法。实际地震资料成像结果

6、显示：椭球坐标系下菲涅尔体射线层析成像方法能够较好地适应实际数据，且具有稳定、可靠的成像质量。论文的创新性成果主要包括：（1）考虑到地球的实际形状，提出了椭球坐标系下多震相地震射线追踪算法，该方法可用于各向同性和各向异性介质中全球走时计算及椭球校正；（2）实现了多种坐标系下复杂（含各向异性）介质中多震相菲涅尔体地震射线的追踪计算；（3）利用多震相菲涅尔体射线实现了不同（直角、椭球）坐标系下双参数（速度和界面）同时反演。关键词：走时层析成像,同时反演,椭球坐标系,射线追踪,多震相菲涅尔体射线,各向异性TI介质IAbst

7、ractSeismictraveltimetomographyhasbeenwidelyusedforitsadvantagesofstability,highefficiencyandlesscomputingresourcerequirement.Ithasbecomeoneofthemainmethodstodeduceandstudytheinternalstructureofearth.However,therealisticproblemsthatcannotbeignoredarethesmallnum

8、berofnaturalearthquakesandtheirfrequentoccurrenceatthespecifictectoniczones.Inaddition,therehavenoenoughseismicstationstorecordthem.Inthiscase,thenumberofraysissmallanduneve