傳統(tǒng)全波形反演方法常常因為初始速度模型不準確而引發(fā)周期跳變的現(xiàn)象，從而擬合非對應的震相而陷入局部最優(yōu)解中，反演無法得到很好的收斂及數(shù)據(jù)擬合效果。針對上述問題，中國地震局地球物理研究所王偉濤研究員團隊結(jié)合了動態(tài)時間規(guī)整（DTW）的概念與全波形反演框架，發(fā)展了新的三維地震全波形反演方法。在反演測試中，針對因初始速度模型不準確而引發(fā)的較大到時差并造成周期跳變問題，新方法可以有效改善模型參數(shù)的恢復和數(shù)據(jù)的擬合效果。

研究采用了動態(tài)時間規(guī)整（DTW）算法，這一方法能夠靈活地比較兩個波形在不同時間點的差異，從而測量它們之間的殘差。結(jié)合反演技術(shù)，能夠全面搜索相應的震相，有效減少局部最優(yōu)解的影響。此外，將形狀描述符的概念引入DTW算法，以降低噪聲對波形擬合的干擾。研究基于DTW構(gòu)建了新的目標函數(shù)及相應的伴隨源，利用伴隨方法計算了敏感核矩陣，通過迭代過程更新了速度模型。

本研究將發(fā)展的方法應用于實際地震數(shù)據(jù)的反演，這些數(shù)據(jù)來源于2011至2013年在云南西部地區(qū)部署的喜馬拉雅一期流動地震臺陣和當?shù)毓潭ㄅ_陣記錄的地震波形。應用基于連續(xù)小波變換的信噪分離技術(shù)提高波形數(shù)據(jù)的質(zhì)量，通過gCAP波形反演方法得到地震事件的震源機制解，這些解與先前的研究結(jié)果相吻合。在模型構(gòu)建過程中，還考慮了云南地區(qū)復雜的地形變化，通過設(shè)置起伏的自由地表來更精確地模擬地震波場。全波形反演的結(jié)果表明，本研究發(fā)展的方法能夠很好地擬合高頻地震波形的形態(tài)和振幅（圖1），得到的三維速度模型與當?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)，如騰沖火山巖漿囊等，存在一定的對應關(guān)系（圖2）。為驗證反演結(jié)果的可靠性，對一個未參與反演的地震事件進行了正演測試。測試結(jié)果顯示，合成波形與實際觀測到的地震波形擬合度較高，這進一步證明了反演結(jié)果的可靠性。

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圖1? 實際資料反演的數(shù)據(jù)擬合效果（藍：觀測數(shù)據(jù)，紅：合成波形，左：初始模型，右：反演獲得的模型）

圖2? 實際資料反演獲得的地表位置的速度分布

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該研究發(fā)展了基于動態(tài)時間規(guī)整的地震全波形反演方法，應用到實際資料反演并獲得了三維速度模型?？梢杂行У亟Y(jié)合其它數(shù)據(jù)并應用到未來的層析成像反演工作中，獲得可靠的速度模型。成果2024年發(fā)表于學術(shù)期刊《Journal of Geophysical Search：Solid Earth》（Tan, J., Wang, W., & Langston, C. (2024). Full waveform inversion based on dynamic time warping and application to reveal the crustal structure of western Yunnan, southwest China. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 129, e2024JB029303.），受國家自然科學基金（42304054）和中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務專項（DQJB22K47）共同資助。

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【作者簡介】

譚嘉言，助理研究員，主要從事地下速度結(jié)構(gòu)層析成像研究工作。

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