井间地震层析成像

第16卷 第1期 CT理论与应用研究

2007年3月（35-48） CT Theory and Applications

文章编号：1004-4140（2007）01-0035-14 Vol. 16 No. 1 Mar., 2007

地震层析成像方法综述

和锐，杨建思，张翼

1.中国地震局地球物理研究所，北京100081

2.新疆维吾尔自治区地震局，乌鲁木齐830011

摘要：本文从地震层析成像的模型参数化、正演、反演、解评估四个方面回顾了地震层析成像方

法近期发展历程以及各时段地震层析成像方法的优、缺点。

关键词：地震层析成像；模型参数化；正演；反演；解的评估；综述

中图分类号：P315.3+1 文献标识码：A １１２

前言

地震层析成像（seismic tomography）是指利用大量地震观测数据反演研究区域三维结

构的一种方法。地震层析成像从其诞生到现在已经30多年了，它的英文（tomography）源

[1]于希腊语tomos，本意是断面或切片，但现在使用的术语“tomography”却普遍指获取三

[2]维图像的过程。其原理类似于医学上的CT，但地震层析成像比医学上的CT技术更复杂。

地震观测技术的迅速发展为地震层析成像提供了大批高质量的地震观测数据。1975年

左右，地震学家们开始讨论由大量数据以及其他许多不定因素，包括存在多种数据误差、解

[3][4]的不唯一性在内的地球内部成像问题。Aki和Lee以及Aki等利用区域台阵的三维成像，

[5][6]以及Dziewonski等对全球大尺度上地幔速度结构的勾画成为成像研究中开拓性的工作。

[7]过去30年中，各类层析成像方法及技术的发展异常迅猛，取得了一系列重大进展。近年

来，国际上利用地震层析成像技术在孕震机制、火山活动、板块动力学、地幔柱、洋中脊、

[8]地幔流等研究中，都取得了许多重要成果。

地震层析成像是典型的地球物理反演问题，大多数地震层析成像问题都涉及到以下几个

方面：①模型参数化，②正演（射线追踪），③反演，④解的评价。本文力图综述地震层析

成像方法上述4个方面及其发展。

1 模型参数化

成像的目的就是要获得接近实际地下结构的模型，所以在成像前必需要建立模型来描述

[9]地层结构，而且选取模型的好坏决定了获得地层结构信息能力的好坏。过于简化的模型可

能使结构中有意义的信息被忽略，复杂的模型可能使反演的不确定性增强，同时可能引入虚

[10][11]假信息。早期的几种地震层析成像技术的主要差别就在于模型参数化的方法不同。

[12-14][15]模型参数化可分为两类。一类是Tarantola和Nercessian等提出了“不分块”的

参数化。不对模型进行离散化，反演完全在泛函空间中进行，只是在最后计算想要的截面时

采取离散化。由于反演在泛函空间中进行，理论上可以计算空间任何位置上的速度，结果不