基于图像特征的接收函数各向异性反演研究

Under the conditions of TI medium, study of anisotropic structure in crustal inversed from receiver function has been rapid development in recent years. The method can be applied to study regions with complex anisotropic feature, from which we can constrain the lateral and depth distribution of anisotropy, as well as other important parameters, including the depth of crustal velocity discontinuity, the magnitudes of anisotropy , the orientation of symmetry axis and tilt of symmetry axis. The methods of anisotropic tomography and shear-wave split lack the ability to obtain such more anisotropic parameter. The project intends to convert the receiver function from the traditional multi-channel recording to a two-dimensional image of the time and back- azimuth domain. In the case, a small data set which contains main features and eliminate the noise of receiver function caused by anisotropy, can be extracted by wavelet transform with excellent - frequency localization features and multi-resolution analysis capabilities. And then the inverse objective function constructed by the small data set.The new inverse technique based on image feature will be developed to obtain anisotropy parameters from receiver function efficiently and reliably. The newly developed inversion method will used to obtain crustal anisotropic structure of the northeastern Tibetan Plateau by receiver function response, that provides the basis and constraints for the study of crust and mantle deformation, the blocks and spheres coupling interactions.

近年来基于横向各向同性（TI）介质假设通过接收函数反演获取地壳内的各向异性结构的方法得到了快速发展，它能够获得台站下不同深度的地壳分层速度结构、各向异性强度以及对称轴方向、倾角等各向异性参数，这是层析成像和剪切波分裂等各向异性研究方法所欠缺的。本项目拟通过把接收函数从传统的多道记录转换为时间-方位域的二维图像，研究利用小波变换优异的时-频局域化特征和多分辨分析能力，在压制干扰和噪声的基础上，将接收函数响应的主要特征用少量的数据集表示，在此基础上构建非线性反演目标函数，开展基于二维图像特征的非线性反演研究，实现利用接收函数高效可靠地获取地壳各向异性结构的目的。本项目将基于新发展的反演技术，利用接收函数响应研究青藏高原东北部地壳内部各向异性结构，为研究区壳幔形变、块体间相互作用及圈层耦合关系等提供地震学依据和约束。

地震波在各向异性介质中传播规律的复杂性使得接收函数波形出现了切向分量，以及横波分裂、切向、径向分量随方位的变化等特征。随着接收函数反演获取地壳内的各向异性结构的方法的发展，我们可以获得台站下不同深度的地壳分层速度结构、各向异性强度以及对称轴方向、倾角等各向异性参数，这是层析成像和剪切波分裂等各向异性研究方法所欠缺的。本项目通过把接收函数从传统的多道记录转换为时间—方位域的二维图像，利用小波变换优异的时—频局域化特征和多分辨分析能力，在压制干扰和噪声的基础上，将接收函数响应的主要特征用少量的数据集表示，并构建目标函数，进行基于二维图像特征的非线性反演研究，实现利用接收函数获取地壳各向异性结构的目的。通过算法和并行化优化，提高了各向异性介质模型的理论接收函数计算速度；使用仿真数据和模拟退火算法，通过大量的理论数值实验明确了以新的小波域目标函数进行接收函数各向异性非线性反演的实现流程，并测试了资料完整性，目标函数的不同构建方法等对反演收敛性和收敛速度的影响。青藏高原东北部处于羌塘地块、塔里木盆地、祁连—西秦岭造山带和龙门山造山带之间，是不同构造类型块体俯冲、碰撞及汇聚的结合部，记录了青藏高原多个构造块体汇聚拼贴的历史以及新生代以来陆陆碰撞的远程效应，是研究造山运动和高原隆升等动力学过程的理想场所之一。本项目收集整理了近年来布设在青藏高原东北部的宽频带流动和固定地震台网的远震观测资料；使用转换函数方法反演了台站的分层速度结构并作为约束条件，通过提取随方位角变化的径向和切向接收函数，利用新发展的反演技术，获得了青藏高原东北部地壳内部各向异性结构，结果显示研究区地壳内不同深度广泛存在不同强度的各向异性，且快波型和慢波型各向异性常交替出现。这一特征可能反映了漫长而剧烈的构造变形过程对不同深度物质组分或局部构造的作用和影响，为研究区壳幔形变、块体间相互作用及圈层耦合关系等提供地震学依据和约束。