基于多观测量联合反演的地壳三维速度结构成像方法研究

Crustal structure imaging is an important scientific problem in seismology. Accurate 3D crustal structure can help to understand the tectonic and geodynamic process of the study region, help to give more reliable location and source parameters of earthquakes. It is important in ground motion simulation and hazard assessment, and imaging the structure of the deep Earth. Seismic tomography with different methods have helped a lot in studying crustal structure, however, with the apply of broadband seismic array, seismic measurements of different types are gathering rapidly. And it provides plentiful data for imaging the crustal structure with jointly analysis of different seismic measurements. We aimed to develop a joint inversion tool to image crustal structure with surface wave dispersion, surface wave ellipiticity, receiver function waveform and the newly developed receiver function HV ratio. We will study the sensitivity of each seismic measurement to design the joint inversion scheme. And we select Yunnan province as the study region, since its crustal structure is well studied and there are plentiful models for comparison. Finally, we will release the joint inversion software to public for imaging the 3D crustal structure with multiple seismic measurements.

准确的地壳三维速度结构对区域构造和动力学研究、地震定位、地震参数确定、强地面震动模拟、地震灾害评估，以及地幔结构等研究具有重要意义。基于不同地震观测量的成像方法在地壳结构成像方面取得了一系列重要成果。随着地震台阵技术的广泛应用，观测数据不断积累，若将不同的地震观测量融合起来联合反演成像则可以优势互补，则可增强对速度结构的约束，对建立三维地壳速度模型具有重要的意义。本申请拟将面波频散曲线、体波接收函数波形、面波椭圆率和近期提出的体波接收函数ＨＶ比四种地震观测量融合，发展基于多观测量联合的地壳三维速度结构成像方法。选择研究成果丰富的云南地区为该方法的试验区域，对比分析多观测量联合反演成像结果与目标区域的不同速度模型的异同，进行对比研究，优化联合反演方法。最终，发展一套基于全局优化的多观测量联合反演成像方法，供国内外同行使用。

准确的地壳三维速度结构对区域构造和动力学研究、地震定位、地震参数确定、强地.面震动模拟、地震灾害评估，以及地幔结构等研究具有重要意义。随着宽频带三分量地震台阵的发展，多观测量地震观测量联合反演越来越显得重要。本项目从多种地震观测量的数据观测技术到联合反演算法及可行性分析结合成像应用开展了一系列系统性的工作。我们研究了宽频带地震仪的分量方位角偏差估算和校正算法，为提高地震观测量的精度做了保证。发展了稳定有效的面波椭圆率测量技术，并在云南地区和宁都盆地的成像中取得应用。我们发展并完善了多种观测量的联合反演，研究了各种观测量对速度结构的敏感性，证明了联合反演的可行性，并完成了整个联合反演的框架，最终发展了一套基于全局优化的面波频散、面波偏振、体波接收函数和接收函数 HV 比联合反演方法。多观测量联合反演方法在云南地区的宽频带台阵中得到了良好的应用，反演获得了该区域的三维地壳上地幔速度结构，揭示了该区域上地壳对下地壳和上地幔的动力学特征具有一定响应。基于本项目的算法获取的地壳结构在地震震电效应机理研究中取得了良好的进展，提高了模拟震电效应的准确性。关于多观测量联合反演在西非等地区的应用工作仍在开展中。综合而言，本项目在联合反演算法和应用等方面取得了一系列进展，项目研究成果将为三维地壳结构成像以及盆地资源勘察提供有力的技术支持。