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习近平总书记在视察唐山时的重要讲话:我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一,灾害种类多,分布地域广,发生频率高,造成损失重,这是一个基本国情。新中国成立以来特别是改革开放以来,我们不断探索,确立了以防为主、防抗救相结合的工作方针,国家综合防灾减灾救灾能力得到全面提升。要总结经验,进一步增强忧患意识、责任意识,坚持以防为主、防抗救相结合,坚持常态减灾和非常态救灾相统一,努力实现从注重灾后救助向注重灾前预防转变,从应对单一灾种向综合减灾转变,从减少灾害损失向减轻灾害风险转变,全面提升全社会抵御自然灾害的综合防范能力。防灾减灾救灾事关人民生命财产安全,事关社会和谐稳定,是衡量执政党领导力、检验政府执行力、评判国家动员力、体现民族凝聚力的一个重要方面。当前和今后一个时期,要着力从加强组织领导、健全体制、完善法律法规、推进重大防灾减灾工程建设、加强灾害监测预警和风险防范能力建设、提高城市建筑和基础设施抗灾能力、提高农村住房设防水平和抗灾能力、加大灾害管理培训力度、建立防灾减灾救灾宣传教育长效机制、引导社会力量有序参与等方面进行努力。

科研动态

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基于交叉梯度约束的大地电磁和面波频散资料二维联合反演研究

发布时间:2020-12-09

  不同地球物理数据因其对不同物性的反映灵敏程度不同,在解决实际问题的能力也不同。联合反演是指在反演时同时采用多种地球物理观测数据,基于物性关系或者结构关系构建同时满足多种观测数据的地质-地球物理模型,可以有效减小单方法反演多解性,提高反演精度。
  
大地电磁法是以天然交变电磁场为场源(频段范围为10-4~104Hz),以平面波形式近垂直入射地球表面,利用电磁场在地球内部激发的电磁感应现象,通过地表探测地下介质的电磁响应数据,研究地下岩层的电性结构及其分布特征。
  
面波是沿着物性分边界表面传播的波,它是由体波干涉耦合形成的,具有频散特征(不同频率传播速度不一样),周期越大,波长越大,穿透深度越深,是研究地壳上地幔大尺度结构及横向不均匀性的一种强有力的手段。
  
目前这两种方法主要以单方法反演为主,单方法反演在反演过程中,仅考虑自身数据拟合差的效果,再加上其受困于反演本身固有的多解性,不同方法反演得到的物性模型通常不一致,给综合解释造成很大的困扰。因此,如何有效的结合大地电磁和面波频散资料,获得合理的速度和电阻率模型,是本文研究的重点和难点。
  
在这两种数据资料的联合反演过程中,首先要解决的是不同模型参数的耦合问题。传统的联合反演强调的是物性之间经验关系式,对先验信息依赖性强(Heineke et al., 2006; Colombo et al., 2007),在实际应用过程中具有局限性。近几年来,基于物性之间结构耦合的联合反演因其不受困于先验信息而得到广泛的关注(Gallardo et al., 2003, 2004; Moorkamp et al., 2011b)。地球内部物理研究室吴萍萍等人基于速度和电阻率模型的结构耦合关系实现大地电磁和面波频散的联合反演,依次实现:开发同一测线上面波频散数据直接反演二维剖面速度结构的OCCAM反演算法;基于交叉梯度约束实现大地电磁和面波频散数据的二维联合反演算法。对多种理论模型合成数据进行单方法和联合反演试算,检验反演算法的稳定性和有效性,及联合反演算法的优越性。以下展示两个模型算例:

模型1
模型1 边界相同物性分布不均匀电阻率模型(a)和速度模型(b)
(c) 大地电磁单方法反演结果;(d)面波频散单方法反演结果; (e) 大地电磁联合反演结果; (f) 面波频散联合反演结果; (g)单方法反演模型和联合反演模型(h)交叉梯度分布图; 单方法反演(i)和联合反演(j)的速度和电阻率交会图


模型2


模型2 复杂速度(a)和电阻率(b)模型(根据Wang et al., 2017青藏高原东北缘剖面结果设计)
(c) 大地电磁单方法反演结果;(d) 地震面波单方法反演结果; (e) 大地电磁联合反演结果; (f) 面波频散联合反演结果; (g)单方法反演结果和联合反演结果(h)交叉梯度分布图


  通过上述两种模型验证了基于交叉梯度约束的大地电磁和面波频散资料的联合反演,可以有效实现两种方法的优势互补,克服单方法反演的局限性,提高反演精度。
  该成果已发表在2020年Geophysical Journal International 期刊上。(Wu Pingping, Tan Handong, Lin Changhong, et al., Joint inversion of two-dimensional magnetotelluric and surface wave dispersion data with cross-gradient constraints. Geophysical Journal International, 2020, 221:938-950)

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