地震层析成像方法综述

第29卷 第4期

2006年10月

地震研究

JOURNALOFSEISMOLOGICALRESEARCH

Vol129,No14

Oct1,2006

地震层析成像方法综述

雷 栋

1,2

*

胡祥云

2

(1.南方石油勘探开发公司,广州510240;

2.中国地质大学地球物理与空间信息学院,武汉430074)

摘要:对各种地震层析成像方法进行了分类比较。以层析成像技术各个部分的各种方法为重点,分别阐述了地震层析成像技术的4个主要方面(模型的参数化、正演计算、反演及图像重建、反演结果的评价)具体方法的发展现状和进展,并对地震层析成像技术未来的发展方向做了展望。关键词:地震层析成像;射线追踪;波场模拟;解的评价;方法中图分类号:

P31513+1 文献标识码:A 文章编号:

1000-0666-(2006)04-0418-09

0 前言

地学层析成像是用医学X射线CT的理论详细调查地下物性参数分布状况的物探技术。分为地震

层析成像、电磁波层析成像和电阻率层析成像(常旭等,2001)。地震层析成像就是用地震数据来反演地下结构的物质属性,并逐层剖析绘制其图像的技术。其主要目的是确定地球内部的精细结构和局部不均匀性(杨文采,1993)。相对来说,地震层析成像较其他两种方法应用更加广泛,这是因为地震波的速度与岩石性质有比较稳定的相关性,地震波衰减程度比电磁波小,且电磁波速度快,不易测量。

地震层析成像按研究区域的尺度可分为全球层析成像、区域层析成像、局部层析成像;按所用资料的来源可分为天然地震层析成像(大尺度深部横向不均匀性研究)、人工地震测深(主要研究浅部界面分布)。按所依据的理论基础一般分为基于射线方程的层析成像和基于波动方程的层析成像。前者按射线追踪时所用的地震波资料的不同又可分为体波(反射波、折射波)和面波层析成像;按反演的物性参数区分,可分为利用地震波走时反演地震波速度的波速层析成像以及利用地震波振幅衰减反演地震波衰减系数的层析成像。基于射线理论,地震波走时层析成像方法由于走时具有较高信噪比、无论是柱面波还是球面波走时的规律都相同等优点,相对来说发展较早,技术方法比较成熟,

是目前地震层析成像的主要方法。但是射线理论只适用于波速在一个波长范围内变化很小的场合,是波动方程的高频近似,因此它有一定的局限性。而基于波动方程的层析成像方法由于需要超大规模的三维数值计算,目前还有许多问题没有解决。但波动方程包含了地震波场的全部信息,比仅利用走时资料的射线追踪层析成像更能客观地反映地下结构的信息,因此是未来地震层析成像的主要发展方向。

层析成像技术能以图像的方式直观清晰地显示地下物质结构的属性,所以这种方法一产生就受到了极大关注,被广泛应用于内部地球物理和地球动力学、能源勘探开发、工程和灾害地质、金属矿勘探等领域(杨文采,1993)。地震层析成像技术起源于20世纪30年代,自该技术应用以来,已取得了很多重大的成果。如以美国哈佛大学和加州理工学院为代表所做的全球三维层析成像工作,首次为人类提供了地球内部的三维结构影像图,其中最重要的结果是地震波速度成像结果与大地水准面的相关性,地球动力学对其给出了很好的解释,为板块运动的热对流学说提供了证据。再如,用层析成像方法人们首次发现非洲超级地幔柱等大型地幔柱均起源于核幔边界。在大洋洋脊、板块消减带、克拉通地区,地壳和上地幔中的火山、地壳和地幔顶部、造山带、断裂区和震源区等地方层析成像技术也都有大量的应用成果。无论是能源和矿产等资源勘探,还是地球内部结构及地球动力学研究,地震层析成像技术都是有效的、重要的技术之一。