基于二次Wasserstein度量的弹性波全波形层析成像及其应用
结题报告
批准号:
42004077
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
董兴朋
依托单位:
学科分类:
油气地球物理学
结题年份:
2023
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
董兴朋
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中文摘要
全波形层析成像能充分利用地震波的相位和振幅信息约束地下结构,给出高分辨率的成像结果。然而,传统的基于L2范数的波形反演往往伴随有非线性强、不适定性显著等特点,因此改善最优化问题目标函数的凸性、避免局部极小值是全波形反演研究的关键。本项目拟从最优输运理论出发,提出新的目标函数,提升反问题的稳定性与凸性,扩大反问题的收敛半径。首先,鉴于谱元法的高精度与高效率,拟发展球坐标系下的逐元并行谱元法,用于模拟3D地震波场传播;其次,利用接收函数方法获得Moho面和岩石圈界面参数,为全波形层析成像提供有效的初始模型;然后,基于二次Wasserstein度量理论构建一种全新的目标函数,以解决传统波形反演无法克服的周期跳跃问题;最后,采用L-BFGS优化方法和线搜索策略进行迭代反演,并尝试应用于川滇地区,获得该区高分辨率岩石圈结构,为青藏高原东缘变形和扩展机制提供深部结构约束。
英文摘要
Full waveform tomography can make full use of phase and amplitude information of seismic waves to constrain subsurface structures and obtain high-resolution tomographic results. However, the traditional waveform inversion based on the L2-norm is often accompanied by strong non-linearity and significant ill-posedness. Therefore, improving the convexity of the objective function of the optimization problem and avoiding local minimums are the key to full waveform inversion. Based on the optimal transport theory, this project proposes a new objective function to improve the stability and convexity of the inverse problem and expand the convergence radius of the inverse problem. Firstly, to efficiently and accurately simulate the 3D seismic wave propagation, we will develop an element-by-element parallel spectral element method in spherical coordinates; Secondly, the Moho and lithosphere parameters are obtained by receiver function, which provides an effective initial model for full waveform tomography; Next, we will develop the new objective function based on the quadratic Wasserstein metric to solve the cycle skipping problem, which can not be overcomed in the traditional L2 norm; Finally, L-BFGS optimization method and line search strategy are used for iterative inversion. We try to apply this method to Sichuan-Yunnan area to obtain high resolution lithosphere structures, which provides deep structural constraints for the deformation and extension mechanism of the eastern Tibetan Plateau.
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DOI:https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.09.019
发表时间:2022
期刊:Science Bulletin
影响因子:18.9
作者:Xingpeng Dong;Dinghui Yang
通讯作者:Dinghui Yang
DOI:10.1360/tb-2023-0015
发表时间:2023
期刊:科学通报
影响因子:--
作者:董兴朋;杨顶辉;蒙伟娟
通讯作者:蒙伟娟
Geometry-preserving full-waveform tomography and its application in the Longmen Shan area
保形全波形层析成像及其在龙门山地区的应用
DOI:10.1007/s11430-021-9849-5
发表时间:2022-01
期刊:Science China-Earth Sciences
影响因子:5.7
作者:Xingpeng Dong;Dinghui Yang;Hejun Zhu;Yun Chen
通讯作者:Yun Chen
DOI:DOI:10.6038/cjg2024R0751
发表时间:2024
期刊:地球物理学报
影响因子:--
作者:董兴朋;杨顶辉;蒙伟娟
通讯作者:蒙伟娟
DOI:10.1360/sste-2021-0016
发表时间:2022
期刊:中国科学. 地球科学
影响因子:--
作者:董兴朋;杨顶辉;祝贺君;陈赟
通讯作者:陈赟
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