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《中国地质大学(北京)》 2012年
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大地电磁与天然地震数据联合反演研究

彭淼  
【摘要】:联合反演,是指在反演时同时采用多种地球物理观测数据,通过地质体的某种先验岩石物性关系或结构性的耦合关系求得统一的地球物理模型。不同地球物理方法的反演对地下结构的岩石物理性质表达不同,每种方法只是从一种物性参数的角度来看待地质体,从而只能反映地质体的一个侧面。联合反演不仅能克服单一方法的局限性,减少地球物理反演的多解性,甚至还能降低环境噪音的影响,成为今后地球物理反演发展的必然趋势。 鉴于对近年来国际上较为流行的地球物理联合反演方法的跟踪和学习,本文围绕天然地震和大地电磁测深这两种方法开展了联合反演的研究。 首先,分别对天然地震的主要方法和大地电磁三维反演做了基础性的研究工作。在天然地震方面,阐述了接收函数的时间域迭代反褶积技术以及对相近反方位角和震中距的接收函数求平均的迭代方法,使之能够运用于接收函数的反演中;同时探讨了地震走时资料的FMTOMO三维层析成像方法,本文尤其对子空间反演法进行了深入研究。在大地电磁方面,研究了数据空间三维反演方法。而且,对于地震FMTOMO三维层析和大地电磁数据空间三维反演,本文都分别进行了理论模型合成数据的反演研究,并对单方法反演结果做了具体分析。 其次,本文采用Moorkamp提出的接收函数和大地电磁数据联合反演方法对西藏南迦巴瓦东构造结进行了应用性研究。通过时间域迭代反褶积技术处理得到接收函数,对大地电磁数据做Rhoplus分析获得视电阻率和相位曲线。利用单台接收函数和相同位置的大地电磁视电阻率和相位联合反演地下一维壳幔结构。联合反演采用遗传算法,并通过权衡图分析大地电磁和地震数据的兼容性。理论值和实测值的对比显示两种数据能同时得到较好拟合。联合反演结果表明:(1)中上地壳为9至14km厚的高阻高速层覆盖于低阻低速层之上的结构,中地壳低速高导体可能与深部流体和局部熔融共同作用有关;(2)下地壳存在最厚达20km的高导的壳幔过渡层,波速在4km/s左右;上地幔约130km至150km以下存在软流圈。(3)上地壳的高阻高速层解释为多雄拉组混合岩化角闪岩相变质岩,而直白台所显示的低阻低速层与高压麻粒岩的少量部分熔融有关,可能源于壳幔过渡带镁铁质岩石的相变或更深处幔源岩浆底侵作用的产物。 最后,基于地震FMTOMO三维层析和大地电磁数据空间三维反演,研究了在交叉梯度耦合下的大地电磁与地震走时资料的三维联合反演算法。文中从交叉梯度参数耦合方法、联合反演目标函数的推导、大地电磁与地震层析之间的反演网格匹配问题以及联合反演的算法流程这四个方面进行了具体阐述。在Linux下采用Fortran语言成功实现了大地电磁与地震走时资料的三维联合反演算法。为了检验算法的有效性和可靠性,同时对比联合反演结果与单方法反演的差别,进行了理论模型合成数据的反演研究。分别设计了单棱柱体模型和双棱柱体模型对联合反演程序进行了理论模型测试,联合反演结果表明,无论是单棱柱体模型还是双棱柱体模型,大地电磁联合反演结果比单独反演对异常体的空间形态都有更好的恢复,其中单棱柱体模型反演的异常体电阻率更接近于真实电阻率,双棱柱体模型的联合反演消除了围岩的部分假异常;同时,地震层析联合反演结果增强了对异常体深部特征恢复程度。联合反演还能同时改善电阻率和速度反向变化异常体的单独反演结果,说明交叉梯度耦合不依赖于物性关系,具有更广泛的适用性。
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P631.4;P631.325

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