用散射体波随机反演研究长白山火山区介质非均匀性

范小平

（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

用散射体波随机反演研究长白山火山区介质非均匀性

范小平

（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

观测和研究表明，地球内部存在着不同程度的介质非均匀性，由地震波所揭示的介质非均匀尺度可达8个数量级。根据散射体与地震波长之间的大小关系，将地球内部介质非均匀性分为两类：即大尺度非均匀性（长波长非均匀性）和小尺度非均匀性（短波长非均匀性）。在当代地震学中，用确定性方法研究大尺度非均匀性已是众所共知的事情，目前技术方法也已比较成熟；对小尺度非均匀性的研究则是一个全新的研究领域，其理论探索和方法研究还处于起步阶段，本文重点对3D小尺度介质非均匀性进行了研究。

介质非均匀性往往是地质构造运动的产物。研究地球内部介质的非均匀性，对于了解地球内部非均匀结构，特别是非均匀结构边界的产生过程、受力、变形及运动状态等，对于研究地球动力学、资源勘探、火山、地震观测预报均有重要的意义。

论文主要研究内容及结论如下：

（1）利用统计学方法对随机介质模型进行了论述。论述了随机介质模型的建立方法、随机介质模型的类型及其特点；探讨了描述随机介质模型的两个主要参数（模型相关长度a、b和扰动标准差ε）并对随机介质中的非均匀体之间的关系进行了讨论。

（2）论述了von Kármán型随机介质中S波包络展宽理论。基于双曲抛物线近似法研究了von Kármán型随机介质中S波包络展宽现象；探讨了von Kármán型随机介质非均匀性能量谱估计方法；分析了S波传播距离、激发源频率等对S波包络展宽的影响。

（3）论述了多层非均匀介质（非均衡随机介质）S波包络延时与随机介质模型参数之间的关系。通过等效传播长度将多层随机介质（各层具有不同的速度扰动率）转换为等效单层随机介质模型，建立了S波包络延时与随机介质模型参数之间的关系，为定量或定性描述介质非均匀性奠定了基础。

（4）采用有限差分法对二维von Kármán型随机介质中S波波场进行正演模拟，分析von Kármán型随机介质中S波包络线展宽现象，探讨了激发源的频率、介质速度扰动率及波传播的距离对S波包络线展宽的影响。

（5）采用S波包络峰值延时定性研究了长白山天池火山区3D介质非均匀性。研究结果表明：长白山天池火山口地区地壳介质呈现强烈的横向和纵向非均匀性；天池火山口地区介质非均匀性具有多尺度特性或频率特性；介质非均匀性梯度带，是地震频发地带。

（6）采用S波包络延时定量研究了长白山天池火山区3D介质非均匀性。用Hurst指数κ和log（）（因模型速度扰动率ε和模型特征尺度相关距离a并不解耦）对介质非均匀性进行了定量描述。研究结果表明：天池火山口地区地壳介质呈现强烈的非均匀性；天池火山口地区介质非均匀性具有明显的多尺度特性；非均匀性梯度带，是地震可能频发地带。

随机介质；3D介质非均匀性；散射波S波；S波包络展宽；S波包络延时；长白山天池火山区

（作者电子信箱，范小平：nj＿fxp＠163.com）

P315；

： A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2010.02.016