三维各向异性介质地震波走时计算与地震定位的方法研究

论文摘要

地球内部普遍存在各向异性。近几十年来,随着台站数据的海量增加和流动台站的建设、地震学方法的完善以及计算机技术的发展,科学家们对地球内部结构的研究日趋细致和深入,其中对地球各向异性的研究是至关重要的一部分。以往对地震的观测到时、射线路径以及波形的处理大都基于各向同性假设。前人的实验室结果表明大部分的地球岩石是各向异性的。地震波经过很长的传播路径后叠加效果会强化各向异性的影响,而忽略各向异性的影响将会对地球内部结构的反演以及地震定位结果造成或大或小的误差。本文首先介绍了探索各向异性介质中高效的走时计算方法以及地震定位方法的意义,然后总结、分析了国内外计算各向异性介质地震波走时计算和地震定位的主要方法及其特点。对于横向各向同性介质给定射线角的地震波速度,我们不再使用基于弱各向异性假设的群速度近似公式而是以二分法准确地求取,从而高精度地计算地震波传播过程中的走时和射线路径。随后我们重点研究了稳健性好的最小走时树射线追踪方法,并将其应用于三维各向异性介质。为了在不降低精确度的情况下提高计算地震波走时的速度,我们对子波传播区域随地震波传播动态调整的最小走时树射线追踪方法进行了改进:对算法中最为费时的子波传播走时计算部分,进行多核多线程并行化处理;使用效率更高的最小堆排序方式管理波前点以进一步减小计算量。分别使用均匀以及复杂的各向异性模型进行测试,算例表明,该方法可快速、精确地计算对称轴任意倾斜的三维复杂横向各向同性介质中的地震波走时和射线路径;和传统算法相比,使用4核8线程计算速度可提高6倍。之后,我们将改进的最小走时树走时计算方法应用于各向异性介质的地震定位中。地震定位方法选用的是稳健性较强的交切法。复杂各向异性介质模型的定位试验结果表明:在速度模型和到时准确时,地震定位结果准确;到时存在扰动时,定位结果有偏差。同时数值模型定位实验表明:不同台站P波到时差约束的震源轨迹对震源位置约束不是很强,特别是当地震在台网之外时;利用相同台站不同类型波的到时差约束的震源轨迹可以显著增强对震源位置的约束,尤其是震源深度。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 毛元彤

导师: 赵爱华

关键词: 各向异性介质,最小走时树算法,最小堆排序,地震定位,交切法

来源: 中国地震局地球物理研究所

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 中国地震局地球物理研究所

分类号: P631.4

总页数: 56

文件大小: 2731K

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