地震层析成像的正演与反演初步

地震层析成像的正演与反演初步

摘要

本文通过设立一个平行层的地球模型，初始的震源位置和发震时刻，并改变震源出射角的值，求出射线到达地面的位置，以及射线到达台站的到时，获得了正演模型得走时。并将正演结果用于反演。在反演中，本文采用了赵大鹏的反演程序1，2，反演速度结构并与设立的模型比较，得到较满意的结果。 1、引言

最初用于医学造影的成像技术自从上个世纪七八十年代引入地学后已经发展成为一项成熟的技术，越来越多地用于地球动力学，地幔对流，板块俯冲带及其演化历史，以及消亡的板块的演化历史的研究，并为板块构造理论提供有力的证据。由于到达台站的地震波的到时与地震波在所穿过的物质中的波速有关，因此，分析地震波的到时数据就可以得到地下波速结构。结合其它的地学证据，层析成像揭示出地幔由集中的上升结构与下降结构组成10。高速带通常是冷的岩石圈板块在板块的会聚边界陷入地幔的区域3，6，10，11，12；集中的低速结构通常预示着热的岩浆活动3，10，例如太平洋板块与欧亚板块碰撞形成的火山岛弧下的岩浆活动3，以及东非裂谷带下大规模的岩浆活动，导致了非洲大陆的抬升10。在对地震波的各向异性的研究中，James Wookey等8根据澳大利亚地震台站接收到的来自Tonga-Kermadec和New Hebrides俯冲带的深源地震的s波分裂，揭示出在该地区地幔中部约660km深处可能存在中部地幔分界层，阻断上下地幔的对流。随着成像解析度的提高，现在已经能反演出地球深部的速度结构和异常，追述消亡的板块的演化历史5，11，12。例如Van der Voo等10在西伯利亚1500-2800km深处发现了高速异常带，揭示了大约150-200百万年前Kular-Nera洋关闭，Mongolia-North China陆块与Omolon陆块结合的演化历史。

目前层析成像技术正向着高精确性，大数据量和适用性的方向发展，正反演数值计算方法的开发，成像方法的评价，成像结果的地学解释都是目前研究的方向。本文就是对成像的正演和反演问题进行的初步研究。 2、正演

正演是利用地质和地球物理参数定义地下构造的数值模型，计算事件在模型中的理论值。正演是提高对地下构造以及物理性质的认识的重要手段。同时在反演中也包含正演过程，因此对正演方法的研究是和有必要的。本文利用正演模型求得地震走时数据，作为反演的初始数据。 2.1模型

本文选取的计算区域是北纬35-40°，东经110-115°的矩形区域，设该地区共发生20个地震，地震发生的密度大致均匀（见图1-a），每个地震的地震参数是已知的，地震深度从240km-400km。共有25个台站均匀分散在该地区（见图1-b），台站的海拔均为0km，并假设每个台站都能清晰地记录每个地震直达波的到时，记录误差为0。由于选取的区域不大，地层在选取的区域中可近似看成是水平的，为了简便，本文采用简单的平行层模型（见图2），将400km以上分为10层，其中20km深处为Conrad面，35km深处为Moho面，35km以下分为8层，每层内速度是均匀的，其中，120km-160km层是低速层。