三维复杂地质模型中的地震精定位与速度结构成像及应用

Rapid and accurate determination of the source location and time of earthquake is the premise and foundation of earthquake fast report and early warning, and can also provide scientific basis for the earthquake emergency, post-earthquake relief and earthquake tendency prediction. Traditional earthquake location methods are usually based on simple earth models, which cause relative larger location errors, especially in the areas with complex structures. In view of this, we intend to adopt block modeling and use a set of blocks to describe 3D complex geological models, and develop a corresponding segmentally iterative ray tracing method to calculate the ray paths and travel times. A damped least squares method is to be employed in the inversion procedure, and the partial derivatives of travel times with respect to the location of the earthquake source in the x, y, z directions and the velocity distributions are to be derived. The research is aimed at the simultaneous inversion of earthquake location and velocity structure in the 3D heterogeneous models. Then we try to apply our method to the research of the Ludian Ms6.5 earthquake. We intend to utilize the first arrivals recorded by the regional stations to invert the locations and velocity structure in the earthquake region, and provide a deep structure model for the mechanism study of the earthquake preparation.

快速精确地确定震源位置和发震时刻是地震速报及地震预警的前提和基础，可以为地震应急、震后救援及地震趋势预测等提供科学依据。传统的定位方法通常基于简单地球模型，对复杂构造域定位误差较大。为此，本研究拟采用块状结构建模方案来描述三维复杂地质体，发展相应的逐段迭代射线追踪方法实现走时的快速正演计算；采用阻尼最小二乘方法，计算走时对震源位置和速度结构的偏导数，以实现对震源位置和速度结构联合成像，并尝试将其应用于鲁甸Ms6.5级地震的研究中；利用区域台站的近震初至走时数据，对震区的地震重定位并反演速度结构，为该区地震孕育机制研究提供深部结构模型。

高精度的地震定位研究是地震速报及地震预警的前提和基础，可以为地震应急、震后救援及地震趋势预测等提供重要科学依据。然而传统的定位方法通常基于简单地球模型，对复杂构造域定位误差较大。鉴于此，本项目基于块状建模的模型参数化方法，发展了三维复杂模型中的逐段迭代快速射线追踪方法；采用阻尼最小二乘反演算法，推导获得了地震射线计算走时对震源空间位置的偏导数，以及走时对三维块状模型中非均匀速度分布的偏导数公式，为三维模型中的地震精定位方法研究奠定了理论基础。. 为减少地下速度结构对地震定位精度的影响，采用模拟退火、共轭梯度等非线性反演算法进行了三维复杂模型中的地震波走时反演方法研究，并进行了一系列的模型试验，模型测试结果表明了我们使用的正演射线追踪和走时反演算法的有效性。. 采用块状建模方法并参考前人相关研究成果建立了鲁甸地区的三维速度结构模型，为震区的地震重定位研究提供了可供参考的深部速度结构模型；搜集整理了2014年鲁甸Ms6.5级地震震中距150km范围内的近震Pg波震相数据，采用射线追踪正演走时拟合方法对鲁甸地震进行了重定位研究，重点对主震震源深度问题进行了探讨，为震区的地震重定位和孕震机制研究提供了有益参考。