[论文解读] On the retrieval of attenuation from the azimuthally averaged coherency of a diffuse field

Richard L. Weaver|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2012

Seismic Waves and Analysis参考文献 9被引用 7

一句话总结

本文挑战了地震衰减可从背景噪声的方位平均相干性中反演的普遍假设，通过与衰减贝塞尔函数对比，表明方向性噪声场会导致相干性与衰减无关，且空间/方位平均可能引入模拟衰减效应的相位抵消，从而破坏此类反演方法的可靠性。

ABSTRACT

It has been suggested that seismic attenuation αcan be inferred from comparisons of empirical coherencies (the cross spectra of pre-whitened ambient seismic noise records) with attenuated Bessel functions Jo(ωr/c) exp(-αr). Analysis shows here, however, that coherency depends strongly on the directionality of ambient noise intensity. Even if coherency is azimuthally averaged, the suggested attenuation dependence exp(-αr) does not apply. Indeed in highly directional noise fields, coherency is independent of attenuation. It is also argued that spatial and azimuthal averages of coherency can incur phase cancellations related to variations in wavespeed that may mimic factors like exp(-αr). Inference of attenuation from comparison of empirical coherencies to Jo(ωr/c) exp(-αr) is problematic.

研究动机与目标

• 研究地震衰减是否可从背景地震噪声的经验相干性中可靠反演。
• 评估将经验相干性与形式为 Jo(ωr/c) exp(−αr) 的模型进行比较以反演衰减的有效性。
• 考察方向性噪声强度对相干性及衰减反演的影响。
• 评估相干性在空间和方位上的平均是否引入模拟衰减效应的伪影。
• 挑战方位平均可消除相干性测量中方向依赖性的假设。

提出的方法

• 对具有方向性噪声强度分布的扩散场中相干性的理论分析。
• 在各种噪声方向性假设下推导相干性表达式，包括高度方向性场。
• 将经验相干性与标准衰减贝塞尔函数模型 Jo(ωr/c) exp(−αr) 进行比较。
• 研究空间和方位平均相干性引起的相位抵消。
• 利用波速变化作为可能被误认为衰减的相位偏移的来源。
• 对不同噪声场几何结构和衰减条件下相干性行为的数学建模。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否从背景噪声的方位平均相干性中可靠反演地震衰减？
• RQ2 方向性噪声强度如何影响相干性对衰减的依赖性？
• RQ3 空间和方位平均相干性在多大程度上引入模拟衰减的相位抵消？
• RQ4 为何标准模型 Jo(ωr/c) exp(−αr) 无法准确描述真实方向性噪声场中的相干性？
• RQ5 波速变化对将相干性解释为衰减代理有何影响？

主要发现

• 在高度方向性噪声场中，相干性与衰减无关，这使得 exp(−αr) 作为反演模型无效。
• 方位平均无法消除相干性中的方向依赖性，尤其是在噪声分布非各向同性时。
• 空间和方位平均可能因波速变化而引起相位抵消，这些抵消可能被误认为是衰减效应。
• 标准模型 Jo(ωr/c) exp(−αr) 无法准确表示真实背景噪声场景下的相干性。
• 由于这些物理和数学上的不一致，使用该模型从经验相干性中反演衰减在本质上存在问题。
• 本文结论认为，基于相干性的衰减反演方法必须在方向性噪声和平均伪影的背景下进行重大重新评估。