Optimal observables for multiparameter seismic tomography
Optimal observables for multiparameter seismic tomography
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多参数地震层析成像的最佳观测值
DOI：
10.1093/gji/ggu204
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发表时间：
2014
影响因子：
2.8
通讯作者：
Fichtner
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bernauer;Fichtner
我们提出了一种设计地震观测量的方法，对目标模型参数类具有最大灵敏度，对所有剩余参数类具有最小灵敏度。由此产生的最佳可观测量从而最大限度地减少了多参数反问题中的参数间权衡。我们的方法基于基本可观测量的线性组合，这些可观测量可以是从地震波形中提取的任何标量测量值。用一种有效的全局搜索算法确定基本观测量的最优权值。虽然大多数最优设计方法假设可变的源和/或接收器的位置，我们的方法具有灵活性，操作与一个固定的源-接收器的几何形状，使它特别有吸引力的研究中的移动性的源和接收器是limited.In一系列的例子中，我们说明了建设的最佳可观的，并评估的潜力和局限性的方法。在四个频带的瑞利波走时的组合产生一个观察到的三维密度结构的灵敏度大大增强。同时，对S速度的敏感性降低，对P速度的敏感性消除。原来的三个参数的问题，从而崩溃成一个更简单的两个参数的问题，一个占主导地位的parameter.By定义参数类，以等于地球模型的属性在特定区域内，我们的方法模仿巴科斯-吉尔伯特方法，数据相结合，集中在一个目标区域的灵敏度。使用旋转地面运动测量作为基本可观测量来说明这一概念。强迫在近接收器区域中的主导灵敏度产生对地球结构不敏感的可观测量，该可观测量在距接收器超过几个波长的距离处。虽然我们的测试示例使用了少量的基本观测值，几个参数类和径向对称的地球模型，但该方法本身并没有施加这样的限制。它可以很容易地应用到大量的基本观测量和参数类，以及3-D非均匀地球模型。
We propose a method for the design of seismic observables with maximum sensitivity to a target model parameter class, and minimum sensitivity to all remaining parameter classes. The resulting optimal observables thereby minimize interparameter trade-offs in multiparameter inverse problems.Our method is based on the linear combination of fundamental observables that can be any scalar measurement extracted from seismic waveforms. Optimal weights of the fundamental observables are determined with an efficient global search algorithm. While most optimal design methods assume variable source and/or receiver positions, our method has the flexibility to operate with a fixed source–receiver geometry, making it particularly attractive in studies where the mobility of sources and receivers is limited.In a series of examples we illustrate the construction of optimal observables, and assess the potentials and limitations of the method. The combination of Rayleigh-wave traveltimes in four frequency bands yields an observable with strongly enhanced sensitivity to 3-D density structure. Simultaneously, sensitivity toSvelocity is reduced, and sensitivity toPvelocity is eliminated. The original three-parameter problem thereby collapses into a simpler two-parameter problem with one dominant parameter.By defining parameter classes to equal earth model properties within specific regions, our approach mimics the Backus–Gilbert method where data are combined to focus sensitivity in a target region. This concept is illustrated using rotational ground motion measurements as fundamental observables. Forcing dominant sensitivity in the near-receiver region produces an observable that is insensitive to the Earth structure at more than a few wavelengths’ distance from the receiver. This observable may be used for local tomography with teleseismic data.While our test examples use a small number of well-understood fundamental observables, few parameter classes and a radially symmetric earth model, the method itself does not impose such restrictions. It can easily be applied to large numbers of fundamental observables and parameters classes, as well as to 3-D heterogeneous earth models.
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