地面地震初至波层析反演复杂表层速度结构方法

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1、第19卷增刊地球科学进展Vol.19Suppl.2004年6月ADVANCEINEARTHSCIENCESJun.，2004文章编号：1001-8166（2004）增-0030-05地面地震初至波层析反演复杂表层速度结构方法곘罗省贤，李录明（成都理工大学，四川成都610059）摘要：针对复杂表层结构的反演问题，作者研究了一套利用地面地震初至波层析反演表层速度结构的理论、方法和软件系统。该方法利用了地面地震直达波、迥折波、折射波以及三者组合的初至波，并采用具有空间变速优势的层析反演，可获得任意介质类型的表层速度结构。该方法的优点是野外施工简单（不

2、需要在井中激发、接收），反演精度高，适应性强，反演所得到的表层速度结构可直接用于环境与工程项目的表层地质结构调查和评价。关键词：初至波；表层速度结构；层析反演；环境与工程＋中图分类号：P315.31文献标识码：A0引言1表层速度结构层析反演方法表层速度结构在环境与工程地质评价中起着重1.1方法的基本原理要的作用，它也是影响地球物理勘探精度的重要因初至波表层结构层析反演，是利用地震波射线素。因此，无论在工程勘探领域中，还是能源勘探领的走时和路径反演介质速度结构的一种高精度反演域，都需要对表层速度结构进行调查，在掌握了表层方法。这种方法的核心是如何

3、利用地面地震初至确速度结构的条件下，才能评估及消除表层的各类不定实际的表层结构，并由地震初至波的类型决定对利影响，提高工程或勘探的质量。反演模型结构的适应性。针对复杂的表层模型结构在表层速度结构调查中，最基本而简单的方法反问题，本方法对于初至波的定义是广义的，其中包是坑探和钻探，但用这样的方法显然需要很高的成括直达波、迥折波、折射波以及几种波混合后最先到本和代价。此外，在表层调查中还可使用的方法是达地表的波。由于直达波主要体现均匀介质模型，采用微测井、地震折射波法或井中透射波法研究地迥折波主要体现连续介质模型，而折射波主要体现表速度结构，这些方

4、法虽然比坑探和钻探先进，但仍层状介质模型，因此本方法通过利用初至波以及层需要打井眼，施工也比较麻烦，而且勘探范围受到限析法对介质纵、横向速度变化的适应性，用层析成像［1］制。因此，本文研究了利用地面地震初至波层析反重建算法建立一个关于走时残差与模型变化关演表层速度结构的理论、方法和软件系统，采用常规系的线性方程组，将一个非线性问题转化为一个线地面地震勘探所得到的初至波，通过层析方法来反性方程组进行迭代逼近求解，可以适应任意二、三维演表层速度结构。由于地面地震初至波中包含了与表层模型结构的反问题。表层速度结构有相应关系的直达波、迥折波或折射1.2

5、方法的实现［2］波，因此，可由初至波的初至时间来层析反演任意表在初至波表层模型结构层析反演中，主要的层速度结构的二维模型或三维空间模型。将这套方方法和技术包括初至波初至时间检测、网络法初至法和软件用于能源勘探中的表层速度模型反演，已波射线正演、反演方程组的建立、高阶线性方程组的经取得了良好的应用效果，这套方法和软件若用于快速解、迭代反演及质量控制。工程地质表层调查，也必将得到有效地应用。首先以自动与交互方式相结合的方法检测初至收稿日期：2004-04-10.곘作者简介：罗省贤（1954-），女，陕西长安人，教授，主要从事高性能计算及地球物理方法

6、和软件的研究.E-mail：elsx1＠163.com增刊罗省贤等：地面地震初至波层析反演复杂表层速度结构方法31［3］波，并对所拾取的初至进行质量监控，然后再利至时间与原始记录初至时间的吻合程度。此外，可用初至波射线走时和路径进行表层模型层析反演。以对反演结果用网络法初至波射线正演进行反演质层析反演时先给定初始模型（常速模型），用网络法量监控，在正演监控图上显示出不同记录、不同道的射线正演得到依赖模型的初至时间，求模型正演初正演初至与原始初至的吻合程度叠合曲线以及正演至时间与实际初至时间的走时残差，并根据射线轨所得的射线轨迹，这将有利于对表层

7、结构做出合理迹计算微分系数矩阵，该系数阵是一个大型稀疏矩的解释，最终获得可靠的表层速度结构。阵，最终建立起以射线轨迹微分为系数矩阵的关于2软件系统功能结构走时残差与模型变化量的线性方程组。对于已建立的高阶方程组采用带阻尼的最小平方QR分解迭代系统将数据加载、自动与交互初至波检测、层析［4］并行算法求解（该算法迭代收敛快，计算过程稳反演、模型正演、模型显示、时差计算及质量监控集定），然后根据方程组的解修改速度模型，再采用并为一体，可方便、有效地完成表层速度结构层析反演［5］行计算进行迭代直至满足反演精度。反演精度和表层影响校正量计算，系统的功能结

8、构如图1。的主要判别标准是检测由反演模型作正演所得的初图1系统功能结构Fig.1Thefunctionstructureofthesoftwaresy