地震层析成像
第十四讲地震波层析成像
finite frequency kernels for travel time perturbations
Input
Radon Projected
Recovered (output)
Back projection of the function is a way to solve f() from p()
(“Inversion”): f ( x , y ) p ( x c y s o ) ) d i , s n 0 精品PPT
▪ Remove instrument response, de-mean, detrend, bandpass filter, time-domain normalization, spectral whitening
▪ Cross-correlation: 1 day at a time. ▪ Stack over many days. ▪ Waveform selection (SNR) for tomography
在数学方法上出现了本质上与奥地利数学家1917年提出的Rndon逆变换方 法相同的褶积投影方法，Chapman首先从理论上证明了地震学中的τ-P 变换即是Radon 变换(Chapman , 1981)。
地震波层析成像首先由Aki等提出，并给出了小尺度（Aki and Lee, 1976） 和区域尺度（Aki et al., 1977）远震体波层析成像（Teleseismic body-wave tomography）。 Dziewonski等在1977年给出了全球尺度的体波层析成像成果（Dziewonski et al., 1977）。
地震层析成像技术 ppt课件
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.1 地震波走时自动拾取问题 在地震层析成像的研究中 ,可获得的观测数据是地震 记录 .从地震记录中可以获得地震波的走时、振幅和 频率 ,其中最关键的是地震波走时 .随着数字地震技 术的发展 ,观测数据的数量迅速增加 ,准确地进行地 震波走时的拾取越来越成为一项重要且繁重的工作 . 为此 ,走时的自动拾取成为人们研究与关注的对象 .
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.2 三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题 开展非弹性介质和完全弹性介质有限差分法三维
一、地震层析成像研究发展概况
地震层析成像的研究在70年代首先以井间速度结构 调查为研究对象（Bois et al.1972）。1979年， Dines和Lytle首先对地震层析成像坐了大量数值模 拟，并公布了利用弯曲的地震射线进行地下地震波 速度成像的结果，并首先将层析成像 （ Computerized Geophysical Tomography ） 这 一 名 词 用 于 论 文 的 标 题 。 1984 年 ， 美 国 的 Anderson利用天然地震数据着手全 化、密度结构、地幔物质流动有了新的认识。
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.2 三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题 不论是天然地震还是人工地震 (即使是二维观测方 式 )的观测数据都是在三维空间介质中形成 .由于地 下地质结构的千变万化 ,理论数据的正演计算只有在 三维空间中实现才更具有实际意义 .而目前大多采用 二维计算 ,使得理论数据与观测数据之间的误差不仅 由地质模型形成而且还由计算方法的数学模型形成 . 三维波动方程的有限差分解是获取地震波三维波场 的有效方法 .
一、地震层析成像研究发展概况
20世纪60年代初期，美国科学家Cormack从数学和 实验结果证实了根据X射线的投影可以唯一地确定人 体内部结构，从而奠定了医学诊断上图像重建的理 论 基 础 ， 即 X 射 线 CT(X Ray Computer Tomography). 60年代中期和70年代中期,随着数 学图像重建方法在射电天文学和电子显微学方面的 应用和发展，在数学方法上出现了本质上与奥地利 数学家1917年提出的Rndon逆变换方法相同的褶积 投影方法，Chapman，1981）。此后，地学界借 助医学CT思想，利用地震波的传播对地壳乃至上地 幔结构开始进行半定量研究。从此，低着层析成像 成为地球物理学研究的一个新领域。
地震层析成像技术
地震层析成像技术《地震层析成像技术：探索地球内部的神奇“X光”》地震层析成像技术，听起来就像是一种很神秘又高大上的东西呢。
其实呀，咱们可以把地球想象成一个超级大的苹果，这个苹果内部有着各种各样不同的结构，就像苹果有果核、果肉、果皮一样。
而地震层析成像技术呢，就像是一种特殊的手段，能让我们看到这个大苹果内部到底是啥样的。
咱们知道地震会产生地震波，这些地震波就像一个个小信使，在地球内部跑来跑去。
地震层析成像技术就是抓住这些小信使，从它们身上挖掘地球内部的秘密。
不同的物质对地震波的传播速度、方向等会有不同的影响。
比如说，坚硬的岩石可能就会让地震波跑得比较快，而那些软软的、像岩浆一样的物质可能就会让地震波的速度变慢。
这就好比在不同的路况下开车，在平坦的高速公路上汽车就能开得快，在坑坑洼洼的土路上汽车就只能慢慢开。
科学家们在地球的不同地方放置很多的监测仪器，就像在苹果周围放了好多小耳朵。
当地震发生的时候，这些小耳朵就能听到地震波的动静。
然后通过收集到的这些地震波的信息，利用复杂的数学计算和算法，就能构建出地球内部的图像。
这图像就像是地球内部的一张大地图，能告诉我们哪里是高山的根基在地下的延伸，哪里可能藏着神秘的地下洞穴，又或者哪里有大片的岩浆在涌动。
这技术在很多方面都超级有用呢。
比如说寻找石油。
石油就像地球这个大仓库里的宝藏，藏得很深。
以前找石油就像在黑夜里摸瞎，现在有了地震层析成像技术，就像是给找石油的人戴上了夜视镜。
通过这个技术看到地下的结构，就能大概知道哪里可能有石油的踪迹，这样就能更有针对性地去钻探，节省很多的人力、物力和时间。
还有在研究板块运动方面。
地球的板块就像漂浮在大锅里的几块大饼，一直在动来动去。
地震层析成像技术能让我们看到板块在地下是怎么相互作用的。
是紧紧地挤压在一起，还是有一部分已经插到另一个板块下面去了。
这就像看大饼之间是怎么碰撞、叠加的一样。
通过这个技术，我们就能更好地预测地震的发生。
地震层析成像原理
地震层析成像原理地震层析成像（Seismic Tomography）是利用地震波在地下传播的波速变化，通过对地震波数据的观测和处理，反演出地下介质的速度结构和构造特征的一种方法。
它是地球物理学中的一项重要研究领域，可以帮助我们深入了解地球内部的构造和演化过程。
地震层析成像的原理基于地震波在不同介质中传播速度不同的特性。
地震波在地下传播时，会受到地下结构的影响，传播速度会发生变化。
当地震波经过不同介质时，它们的传播速度会发生改变，这种改变可以通过对地震波的观测和分析来反演出地下介质的速度结构。
1.数据采集：首先需要在地表布置一定数量的地震台站，用于记录地震波的传播情况。
这些地震台站会同时记录到来的P波（纵波）和S波（横波）的到达时间。
2. 数据处理：利用地震波到达的时间信息，可以通过计算波传播路径的长度来估计地下介质的速度。
传统方法中常使用迭代法（如Gauss-Newton算法）来求解速度模型。
3.反演：根据数据处理得到的波速数据，通过数学反演的方法建立地下速度模型和构造特征。
其中常用的方法包括射线追踪、线性反演、全耦合反演等。
4.分辨率评价：为了评价反演结果的可靠性，需要进行分辨率评价，判断反演结果的可信程度。
常见的评价方法包括主分量分析、模拟能力谱等。
地震层析成像的应用范围非常广泛。
在地质勘探中，通过层析成像可以直接观测到地下的速度结构变化，识别地下的构造和岩性界面，并预测可能存在的矿床等重要资源；在地震地质学中，层析成像可以用来研究地壳的构造和演化过程，例如地震断层的产生和活动等；在地球科学中，利用层析成像可以研究地球内部的动力学过程，了解地球的内部结构和演化历史。
总结起来，地震层析成像通过对地震波传播速度的观测和处理，能够反演出地下介质的速度结构和构造特征。
它是地球物理学中的重要研究方法，对于深入了解地球内部的构造和演化过程具有重要的意义。
地震波层析成像和电磁波层析成像
地震波层析成像和电磁波层析成像地震波层析成像和电磁波层析成像1.地震波CT地震层析成像的主要目标是确定地球内部的精细结构和局部不均匀性。
这不仅可以促进地球科学的发展，而且还可以解决许多地质勘探和矿产资源开发中的难题。
第一个原因是岩石地震波与岩性性质有比较稳定的相关性，易于对地球内部成像，反之，对找水活确定流体性质时，电磁波层析成像较好。
第二个原因是对于主要频段的电磁波，其衰减比地震波大。
对于地址勘探、采矿工程、勘察工程等来说目标提一般为几米到几百米，对应波长为几十米，频率为数十赫兹。
这种的地震波在不松散的岩石中传播为几公里后耍贱一般不超过120dB，接收起来不费力。
反而相应波长的电磁波在岩石中传播几十米后就可能衰减100dB，难以穿透几百米的岩层。
第三个原因是电磁波速度太快，反映波速的到时参数难以测量。
地震波波速为每秒几千米，振幅、到时都易于测量，而且在地震记录上可以区分不同的震相，从而得到丰富地质信息。
1.井间地震波数据的采集方法一般地层观测排列均匀布置在风化层一下，以使提高成像分辨率。
一般采集方法及对应的观测方式有：1.共激发点道集数据采集方法单点激发，多点接收的观测方式采集地震数据。
这种方法比较适用于在震源连续性能较差且接收为多道检波系统的情况下使用。
这种方法有采集快，效率高的特点。
但要求至少有一口井的井深超过目的层且满足目的层覆盖要求。
2.共接收点道集数据采集方法这种方法以移动式多点源激发，单点接收的观测方式采集地震数据。
适合在震源连续激发性能较好且接收器为单级检波器系统情况下使用。
但施工效率不高，也有井深要求。
3.YO-YO道集数据采集这种方法采用激发点和接收点反向移动的观测方式采集地震数据。
要求震源系统具有良好的连续激发性能，获得道集多用于反射波成像。
适合井深不符合透射层析成像要求的目的层成像问题。
4.井间地震连续测井方法这种方法采用激发点和接收点等间距同向移动的观测方式采集地震数据。
地球内部结构的地震层析成像技术及其应用
地球内部结构的地震层析成像技术及其应用地球内部结构是地球科学中非常重要的研究领域，了解地球内部结构可以帮助我们更好地理解地球的演化历史、地壳运动以及地球上发生的地震等现象。
在地球内部结构的研究中，地震层析成像技术是一种重要的手段，它可以通过地震波的传播路径来推断地下结构的性质和分布。
本文将对地震层析成像技术及其应用进行详细介绍。
地震层析成像技术是基于地震波传播的原理，通过解析地震波经过地球内部不同材料介质时的传播特性，推断出地球内部结构的性质和分布。
在地震层析成像中，地震波是一种机械波，它在地球内部的传播受到不同材料介质的密度、弹性参数等因素的影响。
当地震波经过地球内部的不同材料边界时，会发生折射、反射和散射等现象，这些现象提供了用于成像的可靠信息。
地震层析成像技术的基本原理是通过测量地震波的到达时间和振幅，进行逆问题的求解，从而推断出地球内部的结构信息。
具体而言，地震层析成像分为正问题和逆问题两个步骤。
正问题是指通过给定的地下结构模型，模拟地震波的传播路径和到达时间，计算出地震数据；逆问题则是根据观测到的地震数据和初始地下结构模型，通过反演算法来确定最优的地下结构模型，从而实现地震波的成像。
地震层析成像技术在地球科学研究中有着广泛的应用。
首先，地震层析成像技术可以提供地球内部的三维地质结构信息，帮助我们了解地球的构造和演化历史。
通过地震层析成像，我们可以获得地球内部岩石的密度、速度等物理参数，从而推断出地球内部的物质组成和结构分布。
例如，地震层析成像揭示了地球的外核和内核之间存在着衰减带，这对理解地球内部的热运动和地磁场的生成机制具有重要意义。
其次，地震层析成像技术在勘探地球资源方面也有着重要的应用。
地震勘探是一种常用的地球资源勘探方法，通过地震波的传播和反射特性来探测地球内部岩石层的性质和分布，从而确定储层的位置和特征。
地震层析成像技术可以提供高分辨率的地下成像结果，帮助勘探者准确定位储层，并评估其储量和可采性，从而指导油气勘探开发工作。
地震层析成像
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四、应用
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。 如：地震层析成像结果从三个方面展示出 地球内部横向不均匀结构（参考文献：地震层 析成像板块构造及地幔演化动力学，2001）
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四、应用
首次发现非洲超级地慢柱等大型地慢柱均起源 于核慢边界。 还有一个最重要的结力学对其给出 了很好的解释, 为板块运动的热对流学说提供了 证据。在大洋洋脊、板块消减带、克拉通地区, 地壳和上地慢中的火山、地壳和地慢顶部、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。
结构以及其它物 性参数
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二、分类
研究区域的尺度：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：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)； 反演的物性参数：利用地震波走时反演地震波速 度的波速层析成像、利用地震波振幅衰减反演地 震波衰减系数的层析成像；
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二、分类
所依据的 理论基础
基于射线方程 的层析成像 基于波动方程 的层析成像
体波(反射波 、折射波)层 析成像
面波层析成 像
射线追踪时所用的地 震波资料的不同
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二、分类
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；
地震层析成像方法及其应用研究
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2、环境监测：地震层析成像方法也可以应用于环境监测领域。例如，通过 观测地震波在地壳中的传播特征，可以评估地球表面的沉降和隆起状况，监测地 壳运动和地震活动，为环境预警和减灾提供支持。
3、地球科学：地震层析成像方法在地球科学领域的研究中也具有重要意义。 它可以帮助科学家了解地球的内部结构和动力学过程，深化对地球演化历史的认 识。
电阻率法层析成像的原理与方法
电阻率法层析成像基于电阻抗测量技术，通过施加激励信号于研究对象，测 量其内部电学特征，如电阻抗等，并将测量结果转化为图像。具体实验设计包括 选择合适的激励信号、设计测量电路、采集数据及图像处理等步骤。
在物理学领域，电阻率法层析成像被广泛应用于研率的变化，可以推断出材料内部的 导电性能与微观结构。
地震层析成像方法的应用与发展
地震层析成像方法在地球物理领域的应用广泛，主要包括以下几个方面：
1、资源勘探与开发：地震层析成像方法在石油、天然气和地热等资源的勘 探与开发中具有重要作用。通过对地震数据的分析和处理，可以获取地下岩层的 分布、厚度、结构和属性等信息，为资源勘探和开发提供可靠的地质依据。
结论
电阻率法层析成像作为一种无损、非侵入性的成像方法，在物理学、化学、 生物医学等多个领域具有广泛的应用前景。本次演示详细介绍了电阻率法层析成 像的原理、方法及其在各领域的应用，并展望了其未来发展方向。随着技术的不 断进步和应用领域的拓展，电阻率法层析成像将在未来发挥更加重要的作用，为 科学研究与实际应用提供有力支持。
在应用前景方面，地震层析成像方法仍然有很大的发展空间。例如，利用该 方法进行深部矿产资源勘探、地下水污染监测以及地壳运动和地质灾害预警等领 域的应用研究，都具有重要的现实意义和社会价值。
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三、技术
3 个方面：数据采集、数据处理(数据正反演 计算和图像重建)、成像结果解释。 4个部分; 模型的参数化、正演计算地下介质 属性的理论值(射线追踪、波形拟和)、反演及图 像重建、反演结果的评价(分辨率分析)。
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二、分类
所依据的 理论基础
基于射线方程 的层析成像 基于波动方程 的层析成像
体波(反射波 、折射波)层 析成像
面波层析成 像
射线追踪时所用的地 震波资料的不同
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二、分类
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；
目录
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概念
分类
技术 应用
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一、念
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。 相对来说, 地震层析成像较其他两种方法 应用更加广泛。
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四、应用 首次发现非洲超级地慢柱等大型地慢柱均起源 于核慢边界。 还有一个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。 在大洋洋脊、板块消减带、克拉通地区, 地壳和上 地慢中的火山、地壳和地慢顶部、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。
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四、应用
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四、应用
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。 如：地震层析成像结果从三个方面展示出地 球内部横向不均匀结构（参考文献：地震层析 成像板块构造及地幔演化动力学，2001）
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一、概念
通过地震波观测到的 各种震相的动力学和 运动学特征
层析成像技术能以图像的方式直观清晰地显示 地震数据 地震层析成像就是用地震数据来反演地下 地下物质结构的属性、 确定地球内部的精细结构 结构的物质属性, 并逐层剖析绘制其图像的技 和局部不均匀性。 术。 地下介质的速度、
结构以及其它物 性参数
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二、分类
研究区域的尺度：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：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)； 反演的物性参数：利用地震波走时反演地震波速 度的波速层析成像、利用地震波振幅衰减反演地 震波衰减系数的层析成像；