[发明专利]一种接收函数和重力联合反演地壳厚度和波速比的方法

说明书

技术领域

本发明属于地球动力学研究技术领域，具体涉及一种接收函数和重力反演地壳厚度和波速比的方法。

背景技术

地壳厚度和波速比等参数是研究地壳结构和物质组成的重要参数,对研究地球动力学过程具有重要意义。20世纪80年代以来，随着宽频带地震台网观测技术的不断完善和发展，远震体波接收函数方法的发展与应用使地壳上地幔速度结构的认识得到了空前的提升。

接收函数是由远震径向分量和垂直分量反褶积得到的时间序列，由于扣除了震源效应和传播路径的影响，因此更适合用来研究地壳和上地幔间断面的结构信息。接收函数的H-κ叠加法,用于估计地壳厚度与波速比参数，通过波速比与泊松比的关系式可换算地壳泊松比参数。该方法不用人工挑选震相走时,对间断面上的速度差敏感，简单快速，近年来已广泛用于研究全球多个地区的地壳厚度和波速比，是目前获取地壳厚度(H)和波速比(κ)参数的常用方法。

然而实际应用中，有些地区往往会由于台基不稳定、地震数据质量差、台站下方构造复杂等问题，造成接收函数的多次反射震相不清晰、拾取困难，从而导致无法或很难从H-κ叠加图中拾取出合理的H和κ参数值。如图1(a)中最大值所在是一个区域，无法确定出相对应的H和κ，图1(b)中置信区间有三个，同样无法确定出合理的H和κ值。其中，台站下方构造复杂包括较厚沉积层、壳内低速层和倾斜地层等地质情况。沉积层和基底之间存在明显的速度界面，这在接收函数中会出现介于初至P波和转换Ps波之间的一个波峰，从而对H-κ叠加结果产生较大影响，且沉积层越厚，这种影响就越大。

目前减少沉积层影响的方法有固定值域模拟搜索技术、添加沉积层速度结构等。壳内低速层引起的问题在接收函数的H-κ叠加中主要表现为出现双Ps波峰，这种情况下就会出现叠加结果的严重偏差。

重力方法是研究地质结构和区域地质构造的重要方法之一，水平分辨率高。布格重力异常通常包含了地壳内部物质成分密度不均匀引起的重力异常(即地壳重力异常)，也包括了莫霍面起伏引起的重力异常(即莫霍面重力异常)。地壳厚度参数可描述莫霍面起伏变化，波速比参数则可描述地壳内部物质成分并与地壳密度参数相关，也即它可描述地壳内部密度分布的不均匀性。因此,布格重力异常除了与地壳密度和厚度直接相关外，还与地壳波速比密切相关，通过布格重力异常反演理论上可以获取这些参数。但是仅仅依靠重力反演一种方法不能获得较为可信的地壳厚度与波速比。

总体来讲，在地壳结构复杂的情况下接收函数与重力反演任何一种方法单方面都不能获得较为可信的地壳厚度与波速比。而重力可以为接收函数H-κ叠加法提供约束信息，降低反演的不确定性或多解性。

发明内容

为了解决由于台基不稳定、地震数据质量差、台站下方构造复杂等问题造成接收函数的多次反射震相不清晰、拾取困难而无法拾取出合理地壳厚度H和波速比κ的技术问题。本发明提供一种接收函数和重力联合反演获得地壳厚度及波速比的方法；本发明通过利用布格重力异常反演莫霍面深度并转换成地壳厚度，在接收函数H-k叠加图中拾取地壳厚度相对应的波速比，以区域内所有台站的H和κ作为初值，计算密度参数与噪声参数，然后在H和κ的参数空间内扫面H和κ，并用该H和κ替换窗口中心台站的H和κ，计算相应的重力似然图，然后将该重力似然图与接收函数H-κ叠加图归一化并点乘即可得到联合反演的最优H和κ。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种准确获取地壳厚度和波速比的方法，所述方法用于降低接收函数H-κ叠加法的不确定性，提高获取地壳厚度H和波速比κ的精度和效率，所述方法基于接收函数和重力进行联合反演，所述方法首先利用布格重力异常反演获取地壳厚度H初值，进而获得波速比κ初值；然后，对选择的任意一个待反演地震台站为中心进行单一台站联合反演，得到单一台站的联合反演的H-κ图，从而获取该地震台站的最佳估计的地壳厚度H和波速比κ值；最后，对研究区域内所有待反演站台进行上述单一台站联合反演过程，以获得研究区域内所有待反演地震台站的地壳厚度H和波速比κ；所述联合反演的H-κ图中地壳厚度H和波速比κ拾取简单；所述方法能够为地壳增厚和地壳变形机制模式的研究提供高精度的地壳厚度和波速比数值。

进一步地，所述方法包括如下步骤：

利用布格重力异常反演研究区域内的莫霍面深度并转换成地壳厚度H，提取待反演台站位置所对应的H作为联合反演的地壳厚度H初值；

以所述地壳厚度H为引导，在接收函数H-κ叠加图中拾取与所有待反演地震台站的地壳厚度相对应的波速比κ，作为联合反演的波速比κ初值；