大地电磁法和广角地震法是地球深部壳幔结构探测的两大重要方法，两者分别从电性和弹性角度反映地下介质的物理属性，探测能力相当、优势互补，可进行对比和相互验证。大量实例表明，对不同地球物理数据进行联合反演是减小反演多解性、提高结果可靠性的有效途径。近年来，交叉梯度方法由于其具有普适性，成为解决联合反演中不同物性参数间耦合问题的最佳方案之一，并得到广泛应用。目前，国际上已成功实现大地电磁和广角折射地震数据的交叉梯度二维联合反演，并提出了三维联合反演的算法架构，但并未见到有大地电磁和广角反射地震数据三维联合反演的报道。其技术难点主要体现在：（1）地壳内不连续分界面的引入使层间速度结构和界面起伏形态之间的权重选取困难，导致反演多解性增强；（2）三维联合反演的内存需求和计算量巨大，如何优化算法提高计算效率和实用性成为关键。
针对上述科学问题，我校地球物理与信息技术学院彭淼和谭捍东老师与其合作者提出了一种基于结构耦合的大地电磁和广角折射/反射地震数据三维联合反演新算法。
新算法首次考虑了包含莫霍面在内的多层速度分界面，能够同时追踪地震反射波和折射波各震相的射线。联合反演迭代过程中每一次模型更新都进行交叉梯度计算。除了反演电阻率和P波速度，同时还反演莫霍界面：利用远震接收函数进行H-κ搜索得到莫霍界面深度，然后用它来约束广角地震走时反演；利用每一次模型更新生成的速度模型计算平均P波速度，反过来约束接收函数的H-κ搜索。
设计多个理论模型合成算例检验了三维联合反演新算法的正确性和有效性。研究结果表明：（1）与单独反演相比，联合反演显著改善了成像效果；（2）在联合反演中加入远震接收函数数据，可以有效降低由于引入界面所带来的多解性问题；（3）开发的三维联合反演算法可用于实测资料的反演，同时获得研究区的三维电阻率、速度结构以及莫霍界面的几何形态，具有高效性和实用性。
大地电磁和广角折射/反射地震数据三维联合反演为综合地球物理探测地球深部壳幔三维结构提供了重要技术支撑，也有助于地球深部过程和大陆动力学研究。

图1 联合反演算法流程图

图2 西藏东南部南迦巴瓦地区模型合成数据单独反演和联合反演结果对比
上述研究成果发表于地球物理领域国际著名学术期刊《Journal of Geophysical Research-Solid Earth》上：Peng, Miao^*, Tan, Handong^*, Moorkamp, Max. 2019. Structure-coupled 3-D imaging of magnetotelluric and wide-angle seismic reflection/refraction data with interfaces. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124: 10309~10330, DOI: 10.1029/2019JB018194. 【IF2018=3.59】
全文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2019JB018194


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