地震波参数反演及其可信度分析

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1、同济大学海洋与地球科学学院博士学位论文地震波参数反演及其可信度分析姓名：张宝金申请学位级别：博士专业：固体地球物理学指导教师：马在田;曹景忠20030610地震文参美反演及其可信友分析摘要地震波参数反演具有重要的理论意义和实践意义。本文对基于波动理论的地震波参数反演方法和应用进行了系统研究，并在此基础上对地震波反演的可信度进行了探讨，指出了在反演的过程中加入控制对提高反演稳定性、可靠性和实用性具有重要意义。在反射地震中，观测数据主要来自散射。因此研究逆散射反演理论对揭示反演的本质和把握反演问题的总的特征具有非常重要的

2、意义。本文首先针对声介质叠后逆散射反演，利用新的推导方式对积分道与速度扰动的关系进行了理论推导，随后进行了模型试算。在推导上与传统方法的主要区别是：从齐次方程出发，引入满足单程波方程的子波和散射场构造声波方程的边界条件代替无限空间辐射边界条件和脉冲震源项；没有显式地应用格林函数和格林公式。最终结果更直观地揭示了速度扰动与积分道的正比关系。进一步把速度反演与阻抗反演进行了结合，深入讨论了利用积分道计算波阻抗的方法，并给出了实用的公式。把该方法应用于电火花震源地震浅剖面资料，取得了一定效果。参数反演的非线性拟合法是地震波

3、参数反演的另一个重要分支。水平层状弹性介质的叠前波形拟合反演是本文的重点研究内容。文中利用传播矩阵法进行平面波正演模拟，并利用该方法计算的格林函数及其导数计算弹性参数的灵敏度矩阵，最后利用非线性反演方法对弹性参数反演进行了模型试验和海上实际资料处理。文中提出的方法既适合P波反演也适合多分量数据的反演。其中针对平面波(二维问题)，对Kennett体系的传播矩阵法正演和基于传播矩阵法的灵敏度计算给出了更具体的公式。在离散参数灵敏度的解析和数值计算方面对传统方法均作了改进，扩展了参数采样率低时该方法的应用范围，也减少了模型

4、空间的维数，这对方法的应用有重要意义。通过对反演过程的分析，文中给出了在非线性反演中应用分频分段技术的具体的理由。文中把目标函数对参数的负梯度分配到对应的慢度，形成负梯度面板，利用其进行过程控制，提高了非线性反演的可控性。论文中还给出了一种对多波资料进行振幅保持叠前P(射线参数)道集反射系数成像的方法，即把灵敏度计算中的弹性参数用不同的反射系数替换，对反射系数第i页摘要进行成像。这种利用精确的格林函数进行反射系数成像的方法对弹性参数的研究很有意义。虽然水平层状介质反演在实际中得到较多的应用，但显然一般的二维模型更符合

5、实际情况。文中在频率一空间域对仅含有速度参数的2D标量波模型问题进行了初步研究。试验中我们从实用角度出发，研究了线性参数成像的方法。文中实现了频率一空间域的有限差分正演和叠前深度域的反射系数和速度参数的成像。采用衰减结合单程波方程充当吸收边界条件，很好地处理了边界反射。文中对逆散射反演法、非线性拟合反演法和线性参数成像等方法进行了统一的分析。在Born近似和线性反演的统一框架下，指出参数成像、线性反演和非线性拟合反演是反演的三个层次。应用中可以首先进行稳定性较高的线性参数成像，因为线性反演和非线性拟合反演必须以线性成

6、像为基础。参数成像相当于线性最小二乘反演迭代解的第一步迭代结果。可信度是反演中无法回避的问题，通常的反演需要做很多的试验才能获得可用的结果。通过试验认为，一般反演的可靠成分与不可靠成分并存，没有井等的标定，可以认为一般可信度不高。文中对可信度进行了分级的尝试，并从客观条件和可控性的角度进行了具体分析，强调了反演的可控性对反演可信度的贡献。从不同角度对反演的控制作用进行了研究，同时也指出对反演过程的质量控制是反演成败的关键。作为弹性参数反演的延伸和补充，文中提出并详细讨论了用非零偏p-p波、P—SV波合成弹性参数的等效

7、反射系数的方法，为利用多波数据研究弹性参数提供了一个新的思路，还可以把弹性波的叠前反演转化到叠后进行。另外文中也探讨了用p-p波的AVO效应计算泊松比的等效反射系数问题。地震数据的预处理是参数反演的重要环节，文中深入分析了多道滤波算子以及去噪效率、去噪强度与振幅保真的关系，给出了保证去噪效率的F-X域和T-X域非线性保真去噪方法，结果表明处理效果良好。主题词：地震波参数反演可信度逆散射反演波形拟合反演反演过程控制第ii页地震文参簸反演及其可信皮分析Parameterinversionofseismicwaveisim

8、portantnotonlyintheory,butalsoinpractice．Inthispaper,theauthorsystematicallyresearchedmethodsofparameterinversionofseismicwavebasedonwavetheoryandtheirapplications，discussed