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基于深度学习的远震P波接收函数与面波频散数据联合反演方法研究

批准号:
42104051
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
胡景
依托单位:
学科分类:
地球内部物理和地球动力学(含地热学)
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡景

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
大量研究表明深度学习技术在地球物理反演问题上具有巨大的价值,但目前基于深度学习的地球物理联合反演研究较少。本申请将针对远震P波接收函数与面波频散数据联合反演开展研究,拟发展一种基于深度学习的联合反演新方法,快速可靠地获取地壳上地幔速度结构。相比于传统的联合反演方法,新方法的优点是不依赖初始模型的选取,同时能快速地联合反演两种数据,特别适合大量的接收函数与面波频散数据反演,如密集台阵得到的地震数据。另外,新方法计划采用基于物理信息引导以及数据增强的训练策略,在很大程度上可以提高网络的泛化性能。本项目计划将新方法应用到华南地区的实际远震P波接收函数和面波频散数据中,反演得到华南地区地壳和上地幔三维横波速度结构,并对反演结果进行评估以及结合其他研究进行综合地质解释。
英文摘要
Numerous studies have shown that deep learning techniques have great potentials in geophysical inversion problems. However, there are very few studies on application of deep learning on geophysical joint inversion problems. This proposal aims at developing joint inversion of teleseismic P-wave receiver function and surface wave dispersion data via deep learning to efficiently and reliably determine seismic velocity structure for the crust and upper mantle. Compared to conventional joint inversion methods of receiver function and surface wave dispersion data, the proposed method does not depend on the selection of initial models, and meanwhile it is more efficient, which is extremely suitable for inverting large amounts of receiver function and surface wave dispersion data such as for the case of dense seismic arrays. In addition, the new method adopts strategies of physical model constraints and data augmentation during the neural network training process, which can greatly improve the generalization ability of the neural network. The new joint inversion method will be applied to real teleseismic P-wave receiver function and surface wave dispersion data in South China to obtain S-wave velocity structure of crust and upper mantle, which will be evaluated and interpreted jointly with other geophysical and geological results in this region.
对地壳上地幔波速结构的探测一直是地震学研究的热点。一个好的地壳上地幔波速模型是了解地球内部物理和组成成分、地质构造演化以及地质自然灾害评估的基础信息。地震学中的接收函数以及面波频散数据对地下横波速度结构具有不同的敏感性,联合两者数据能够降低对横波结构求取的不确定性,同时能够提高地下速度模型的分辨率。然而,传统的联合反演方法存在一定的局限性,如依赖于初始速度模型以及两者数据权重系数的线性反演方法、依赖大量正演计算导致计算效率低下的非线性反演方法。近十年来,大量研究表明深度学习技术在地球物理反演问题中具有巨大的价值。基于此,本项目发展了一种基于深度学习的远震P波接收函数与面波频散数据联合反演的新方法,该方法构建了一个深度神经网络,同时接收两者数据作为输入并预测对应的横波速度结构。新方法可以不依赖初始模型的选取,同时能快速地联合反演两种数据,极其适合大量的接收函数与面波频散数据反演,如密集台阵得到的地震数据。新方法被应用到华南地区的实际远震P波接收和面波频散数据,反演得到华南地区的地壳上地幔(0-150km)三维横波速度结构,该成像结果可与体波、面波、接收函数三者数据联合反演的结果媲美。此外,在该项目的支撑下,还发展了一种小尺度三维面波走时成像算法以及面波频散成像工具,为地震成像提供了一种新的选择方案。
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