APPLICATION OF GAUSS-MARQUARDT-LEVENBERG METHOD IN THE INVERSION OF RECEIVER FUNCTION IN CENTRAL BRAZIL

Abstract

Receiver Function studies contribute to the understanding of crustal structure and its evolution by characterizing the internal physical properties of the Earth, such as seismic wave velocity and Poisson ratio. The data inversion technique enables to modeling of crustal structure, seeking a geologically consistent model that provides a quantitative analysis of the related process. The linearized inversion of Gauss-Marquardt-Levenberg method was applied to the Receiver Function synthetic and real data, obtained by geophysical surveys in Central Brazil, using the Parameter Estimation (PEST) software. The Receiver Function inversion was performed varying only S wave velocity parameter. Synthetic data inversion converged and data fitting was optimal when the initial velocity models used were close to the reference model. The inversion results of Receiver Function data, obtained from nine seismographic stations, using models of crustal structure and velocity distribution based on studies of seismic refraction and Receiver Function were deemed reasonable. Crustal mean velocities are compatible with velocity estimates obtained by previous geophysical studies. The inversion method used here is promising for crustal structure investigations, while PEST software proved to be very efficient, enabling inversion control parameter configuration and monitoring of the process by statistical results.

Keywords: data inversion, Receiver Function, Central Brazil.

RESUMO. Estudos geofísicos de Função do Receptor contribuem para a compreensão da estrutura e evolução crustal por meio da caracterização das propriedades físicas do interior da Terra, como velocidade da onda sísmica e razão de Poisson. A técnica de inversão de dados possibilita a modelagem da estrutura crustal, buscando um modelo geologicamente consistente e que forneça uma análise quantitativa desse processo. Aplicou-se o método de inversão linearizada Gauss-Marquardt-Levenberg a dados de Função do Receptor sintéticos e reais, obtidos em levantamentos realizados no Brasil Central, utilizando o programa Parameter Estimation (PEST). A inversão da Função do Receptor foi realizada com variação apenas no parâmetro de velocidade da onda S. A inversão de dados sintéticos apresentou convergência, além de ótimo ajuste dos dados quando utilizou-se modelos de velocidades iniciais próximos do modelo de referência. Os resultados das inversões dos dados de Função do Receptor, obtidos a partir de nove estações sismográficas, utilizando modelos de estrutura crustal e distribuição de velocidades baseados em estudos de Função do Receptor e sísmica de refração, mostraram-se razoáveis. As velocidades médias crustais são compatíveis com as estimativas de velocidade obtidas por estudos geofísicos anteriores. O método de inversão adotado mostrou-se promissor para estudos da estrutura crustal, e o programa utilizado para executar a inversão dos dados revelou-se bastante eficiente, possibilitando a configuração dos parâmetros de controle da inversão e o acompanhamento desse processo por meio dos resultados estatísticos.

Palavras-chave: inversão de dados, Função do Receptor, Brasil Central