精细解析深部矿产资源的构造控矿条件，尤其是断层和地层界面分布，对于提高深部找矿效率和成功率至关重要。然而，传统地震层析成像方法在应用中面临两大技术瓶颈：一是依赖平滑约束的反演思路难以精确刻画速度突变界面，导致构造边界被过度平滑化，降低了对控矿地层、断裂等的识别能力(Muir et al.,2022；Tsai et al.,2023)；二是传统方法容易受到噪声干扰，特别是缺乏横向约束的逐点独立反演策略易对噪声产生过拟合，进而引入构造伪影，降低模型可靠性 (Ritzwoller and Levshin,1998；Barmin et al.,2001)。因此，如何构建一个既能清晰刻画地质界面、又能有效抑制噪声干扰的新型反演框架，是当前地球物理深部资源探测领域的关键科学问题之一。

针对上述挑战，中国科学院地质与地球物理研究所博士研究生王雨杰在王新特聘研究员的指导下，联合多位合作者提出了一种地质信息引导的背景噪声层析成像反演框架。该方法采用基于水平集的三维界面参数化策略 (Osher and Sethian,1988；Muir and Tsai,2020)，替代传统网格化模型描述方式，能够同时反演三维地质界面几何形态及界面间的不均匀速度结构（图1）。这种“地质驱动”的思路，能够将先验地质信息（如地层数量、断层展布等）作为显式约束，有助于获得更符合地质实际的模型 (Tsai et al.,2023)。研究团队将该方法应用于我国湖南沃溪金矿区的密集台阵实测数据，检验方法的可行性。

图1 不同参数化策略的成像效果示意图。(a) 真实的三维速度模型，其中包含两个界面和一个低速异常体； (b) 传统网格化参数方案的成像结果示意。该方法使用均匀网格来表达地下介质，其正则化过程在增强数值稳定性的同时，会降低对速度突变界面的精确重建能力； (c) 本文所提出的三维界面参数化方案的成像结果示意。该方法通过水平集方程()显式地控制界面形态，并用另一组方程()控制界面间的速度场

　　合成数据测试首先证实了新方法的有效性。测试表明，通过逐步增加先验模型的地质复杂度（从简单分层到加入断层和不均匀体），反演结果逐渐逼近真实模型，同时数据拟合误差也随之降低（图2）。在对沃溪金矿区的实际应用中，他们获得了一个高分辨率的三维S波速度模型。反演结果揭示了矿区清晰的三层速度结构，其形态与已知的F₁主控断层、钻孔数据揭示的矿脉走向以及区域地质剖面均表现出良好的一致性（图3）。

图2 不同先验信息对反演结果影响的合成测试。(a) 用于生成合成数据的S波速度模型；(b) 包含两层速度界面先验信息的反演结果；(c) 在图b的基础上，进一步加入断层参数作为先验信息的反演结果；(d) 在图c的基础上，再加入一个三维零水平集表面作为先验信息的反演结果。相对拟合误差（Relative Fit Error）用于量化数据拟合的改善程度，其计算方式为当前模型的残差L2范数与基准模型图b残差的比值；(e-h) 分别为图a-图d对应的二维剖面图。在图e-图g中，红线标示了断层结构

图3 沃溪金矿区L1测线的反演结果与数据拟合残差对比。图a是作为反演输入的观测频散曲线；图b-图d系统展示了水平集方法的结果，依次为：图b基于最终速度模型预测的频散曲线，图c数据拟合残差剖面，以及图d最终获得的速度模型。在图d中，红线、棕色线、绿色三角形和灰色梯形分别代表断层、已验证的金矿脉、地震台站和钻孔位置。作为对比，图e-图g展示了一维反演方法的对应结果，包括图e预测的频散曲线、图f数据拟合残差剖面和图g最终的速度模型(Deng et al.,2022)，其余符号与图d中相同

该研究提出的反演框架能够有效利用台阵数据抑制噪声影响，并显式刻画地质界面结构，为地震层析成像提供了一种兼具抗噪性与地质约束的新方法。该方法面向真实地质构造，显著提升了断裂与界面成像能力，为深部地震找矿提供了新的技术路径。

研究成果发表于国际学术期刊 GJI（王雨杰、王新^*、苏文君柳、邓宝、陈棋福、徐涛、王中兴. Geologically Guided Ambient Noise Tomography Inversion with 3D Interface Structures: Methodology and Application to a Gold Mine Region in China[J]. Geophysical Journal International,2025,243(3):ggaf376. DOI: 10.1093/gji/ggaf376.）。研究受中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队项目（YSBR-082）和地球多圈层相互作用油气富集理论项目（THEMSIE）资助。

王雨杰（博士研究生）