大地电磁与地震宽角反射/折射数据二维联合反演及应用研究

The scale of magnetotelluric sounding and wide-angle seismic reflection/refraction method on the deep earth structure is similar and they can complement each other's advantages well. In order to consider the earth curvature, reduce the inversion solution and enhance reliability of inversions, we will develop a two-dimensional magnetotelluric forward and inversion algorithm in spherical coordinate and a two-dimensional joint inversion algorithm in spherical coordinate based on magnetotelluric and wide-angle seismic reflection/refraction data. In the joint inversion algorithm, we will add cross-gradients in the framework so as to realize effective correlation and constraints of resistivity and velocity, use a mesh matching scheme to solve the problem of the difference of inversion grids and the scale between them, use MPI parallel algorithm to improve calculating speed, and perform synthetic tests by theoretical models with generated data to check the robustness and effectiveness; the algorithm will be applied in the Lingshan earthquake zone in Guangxi province with observed data to test the practicability. This will form a pratical two-dimensional joint inversion method based on magnetotelluric and wide-angle seismic reflection/refraction data, and provide critical technical support for the comprehensive geophysical exploration in the deep structure of the crust.

大地电磁法和地震宽角反射/折射法探测地下深部结构的尺度相当，优势互补。为了有效解决长剖面探测受地球曲率影响问题，同时提高这两种方法联合探测结果的可靠性和一致性，本项目将在球坐标系下依次开展大地电磁二维正反演算法以及大地电磁和地震宽角反射/折射数据二维联合反演算法研究。在联合反演中，采用交叉梯度实现电阻率和波速的有效关联和相互制约；采用网格分类匹配方案解决两种方法在网格和尺度方面的差异性问题；利用MPI并行算法提高正反演运算效率；通过理论模型合成数据试算检验联合反演算法的可靠性和有效性；对广西灵山地震区实测数据进行联合反演检验算法的实用性。项目研究将形成实用的大地电磁与地震宽角反射/折射资料二维联合反演方法技术，为地壳深部结构的地球物理综合探测提供重要技术支撑。

大地电磁法和地震宽角反射/折射法探测地下深部结构的尺度相当，优势互补。为了有效解决长剖面探测受地球曲率影响问题，同时提高这两种方法联合探测结果的可靠性和一致性，本项目在球坐标系下依次开展大地电磁二维正反演算法以及大地电磁和地震宽角反射/折射数据二维联合反演算法研究。在联合反演中，采用交叉梯度实现电阻率和波速的有效关联和相互制约；采用网格分类匹配方案解决两种方法在网格和尺度方面的差异性问题；利用MPI并行算法提高正反演运算效率；通过理论模型合成数据试算检验联合反演算法的可靠性和有效性；对龙门山断裂带南段的实测数据进行联合反演检验了算法的实用性。结果表明，联合反演后P波速度模型和电阻率模型的相似性更好，说明交叉梯度在实测数据的联合反演中发挥了积极作用。松潘-甘孜地体下方中上地壳可见显著低速异常，并有相互连通趋势。东侧低阻体相对变浅，向东逐渐延伸至高阻异常体之上，具有向扬子板块逆冲推覆的趋势。龙门山构造带薄皮盖层下方大规模高阻异常体厚约50km，以Moho界面为底界，该高阻块体呈现北西倾向的特征，与人工地震资料中龙门山三条主断裂的深部延伸的产状一致，可能更加符合真实地质情况。此外，还开发了基于结构耦合的大地电磁和宽角折射/反射地震数据三维联合反演算法。结果表明：联合反演相比单独反演显著改善了成像效果；在联合反演中加入远震接收函数数据可以有效降低由于引入界面所带来的多解性问题；开发的三维联合反演算法可用于实测资料的反演，同时获得研究区的三维电阻率、速度结构以及莫霍界面的几何形态，具有高效性和实用性。项目研究形成了实用的大地电磁与地震宽角反射/折射资料联合反演方法技术，为地壳深部结构的地球物理综合探测提供了重要技术支撑。