近日，中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室联合同济大学在海底多分量地震反射波探测技术方面取得重要研究进展，研究成果以“Eikonal equation-based elastic velocities reconstruction for multi-component seismic reflection data” 为题，在国际地球物理知名期刊《Geophysics》上发表。

海底地震仪（Ocean Bottom Seismometer，OBS）已成为海底地质构造研究、海洋灾害监测预警和海上油气资源勘探等领域的重要地球物理仪器。基于程函方程的伴随状态法走时层析成像（Adjoint-State Traveltime Tomography，AST）方法因其高效实用的特点，近年来吸引了中国、美国、欧洲、加拿大、新加坡等国家和地区众多知名高校及科研机构的高度关注。在固体地球物理和勘探地球物理领域都发展迅猛，在利用地震初至波走时的近地表参数建模和地球速度及各向异性参数反演中取得了显著进展。然而，在利用地震反射波进行中深层速度建模方面，程函方程伴随状态法反射波走时层析（Adjoint-State Reflection Traveltime Tomography，ASRT）技术尚处于初步发展阶段，现有应用主要基于声波假设，且集中在海面拖缆的单一压力分量反射波数据中。

本研究提出一套针对海底地震仪（OBS）多分量地震数据的ASRT方法（技术路线如图1所示），从而更加高效地利用OBS采集的海底多分量地震反射波数据中的纵横波成分，实现中深层纵横波速度的高效反演。这为海底地质构造研究、海上油气资源勘探等领域提供高效、高精度的新技术手段。

图1. 提出的面向海底多分量地震数据的程函方程伴随反射走时层析成像方法技术路线图。

将提出的多分量ASRT纵横波速度建模新方法应用于中国东海秋月工区海底地震仪(OBS)采集的多分量地震数据中。结合标志层位层剥离的反演策略，纵波速度的反演结果与 X = 17.5 km 处的声波速度测井曲线趋势的拟合度达到 94.7%(图2b)；横波速度的反演结果与测井曲线的拟合度达到 88.6%(图2d)。反演后,PP 波和PS波的成像质量得到显著的提高(图3),反射同相轴的连续性加强，能量更加集中，且PP和PS波成像信息互相补充(图3，虚线区域)。说明了ASCRT 反演的纵横波速度反演结果的可靠性。

图2. 纵波速度(a)和横波速度(c)反演结果(红线)与测井位置处纵波速度(b)和横波速度(d)(黑线)的匹配。(a)和(c)中的虚线表示标志反射层位。

图3. 反演前后PP波和PS波的偏移成像剖面。反演前(a)PP波和(b) PS波成像与反演后(a)PP波和(b) PS波成像。虚线圈定区域表示PP波和PS波的成像信息互补区域。

该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室博士后张建明为论文的第一作者，同济大学董良国教授为通讯作者，实验室邢会林教授为共同通讯作者。共同作者还包括同济大学刘玉柱教授、黄超副教授和汪燚林博士。

论文信息：Zhang J., L. Dong*, Y. Liu, C. Huang, Y. Wang and H. Xing*, 2025. Eikonal-equation-based elastic velocities reconstruction for multi-component seismic reflection data. Geophysics, 90(4), U47–U58.

文章链接：https://library.seg.org/doi/10.1190/geo2024-0120.1