岩石圈深部结构的三维地震层析成像研究

摘要

地震层析成像是通过分析穿过地球内部的地震波运动学和动力学特征,获得地震的破裂过程以及沿射线路径上介质物性信息的重要地球物理方法。本文就岩石圈深部结构的三维成像技术进行研究,充分利用天然地震临时台网资料中远震纵波震相的走时数据,对研究区域的地球深部结构进行成像。
　　首先建立射线追踪系统。依据地球内部的层状构造以及对称性,利用二维介质中的射线追踪来完成地震波在地球内部的三维的射线追踪,包括地震波在圈层介质分界面上的反射波等震相的追踪。针对宽频带地震观测系统,应用IASP91地球模型,将地球模型的界面以及速度结构进行参数化,建立台阵的理论模型;依据费马原理计算出不同远震纵波震相(P震相,PKIKP震相)的地震波传播路径以及旅行时间。
　　再次,根据其相对走时残差,建立地震波旅行时层析成像系统方程组。地震层析成像反演本身是非线性问题,经过近似处理后得到大型稀疏线性方程组,通过研究大型稀疏线性方程组的求解,选择合适的地震波旅行时层析成像反演算法,利用检测板测试分析该方法的分辨率,避免了由于某条射线的个别数据走时误差而引起的错误结果,进而提高地球深部结构的成像效果,尤其是软流圈及其以上的深部结构。
　　最后,使用2003～2004年由成都地质矿产研究所和美国麻省理工大学共同在川滇地区布置完成的25台宽频带地震仪所记录的地震数据,对该地区的地壳上地幔三维速度结构进行成像研究,阐述该地区受印度板块与欧亚板块碰撞影响的地壳结构特征。
　　本文得出如下结论:应用IASP91地球模型在进行射线追踪时,利用天然地震波多震相的相对走时残差信息进行成像,可以提高地球深部结构成像的可靠性和分辨率。但该方法在应用中依然存在很多问题,如反演的数据量不足,射线分布角度不均匀,震源定位不准确,初始参考模型引起的误差等等,这些都需要我们在今后的资料的采集、研究中不断进行改进。

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第1章 引言

1.1 研究背景、目的及意义

1.2 国内外研究现状以及存在问题

1.3 研究内容

1.4 研究技术路线

1.5 研究的创新点

第2章 IASP91地球模型中的射线追踪及方法原理

2.1 IASP91地球模型

2.2 地球内部的主要震相

2.3 地球内部的射线追踪

第3章 三维空间的地震层析成像

3.1 层析成像的理论基础

3.2层析成像的基本原理

3.3 大型稀疏矩阵线性方程的求解技术

3.4 地震层析成像流程

第4章 地震层析成像的数值模拟与应用

4.1区域概况

4.2台阵分布与远震事件

4.3 初始模型

4.4 检测板测试及分析

4.5 观测数据的层析成像

4.6 三江地区的深部结构特征

第5章 结论及存在问题

5.1 结论

5.2 地震层析成像应用中存在的主要问题及解决途径

参考文献

附 录

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢