[发明专利]基于天然地震波形的活跃断层结构成像方法

说明书

一种基于天然地震波形的活跃断层结构成像方法，包括：对地震波弹性波场进行逆时重构；对地震波弹性波场进行纵波场和横波场解耦分离；以及对解耦的纵波场和横波场实施零延时互相关成像条件，将四维的反传波场转化成介质中不连续结构的成像。该方法利用逆时传播的地震波场在介质中不连续结构处的相干性，对地下的断层结构进行成像，无需震源函数、震源位置和发震时刻这些震源信息，减小了计算难度，可以经济有效地刻画活跃断层带的三维精细结构，研究地震孕震和地震破裂分布。同时采用分组成像条件来提高弹性波逆时成像的能量聚焦度提高了空间分辨率，减小数据噪声和成像噪声，提高成像信噪比。

技术领域

本发明涉及活跃断层结构成像技术领域，尤其涉及一种基于天然地震波形的活跃断层结构成像方法。

背景技术

活跃断层地区地震频发，面临很高的地震灾害风险。获得高分辨率、高精度的活跃断层三维结构，有助于建立活跃断裂几何结构与地震破裂分段之间的成因联系，为地震灾害评估提供可靠模型，推动地震科学发展。

目前，研究断层结构的地震类方法包括天然地震成像方法和主动震源地震勘探方法。利用天然地震数据研究地下介质的方法主要包括地震走时成像和背景噪声成像方法。然而，地震走时成像方法和背景噪声成像方法只能得到平滑的地下结构信息，缺乏对断层三维结构的精细刻画。

主动源地震勘探广泛运用于地下结构成像，基于地震偏移成像方法可以得到高精度高分辨率的人工地震剖面。主动源地震成像方法主要包括人工爆炸源偏移成像和气枪震源探测方法等。然而部署大规模的主动震源地震勘探的成本比被动源地震监测要昂贵许多，以及大剂量炸药震源在使用上存在较多限制，并且主动源地震勘探通常是以线状的形式进行布设，很难获得断层沿着走向上的变化，因此利用主动源地震成像方法研究地下断层结构具有一定的局限性。

Artman et al.(2010)提出了逆时成像方法。该方法根据天然地震的台站记录逆时传播地震波场，利用波场在震源处具有相干性，对波场施互相关成像条件来定位震源。

地下介质中的断层等不连续结构可以被视为二次震源，在地震波传播中激发散射波。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于天然地震波形的活跃断层结构成像方法，以有效地刻画活跃断层带的三维精细结构，研究地震孕震和地震破裂分布。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于天然地震波形的活跃断层结构成像方法，包括：对地震波弹性波场进行逆时重构；对地震波弹性波场进行纵波场和横波场解耦分离；以及对解耦的纵波场和横波场实施零延时互相关成像条件，将四维的反传波场转化成介质中不连续结构的成像。

上述方案中，所述对地震波弹性波场进行逆时重构包括：地震波场D为：D(X_r，t)＝S(X_s，t)G(X_r，X_s，t)

其中，t表示时间，S表示震源时间函数，G表示格林函数，X_r表示地震台站在三维介质中的位置，X_r＝(x_r，y_r，z_r)，x_r和y_r表示地震台站在水平方向的坐标，单位为米，z_r表示地震台站在深度方向的坐标，单位为米，X_s表示地震事件在三维介质中的位置，X_s＝(x_s，y_s，z_s)，x_s和y_s表示地震事件在水平方向的坐标，单位为米，z_s表示地震事件在深度方向的坐标，单位为米；