采用射线寻迹的井间层析成像

本文采用二维井间观测走时反演地震波速,用迭代射线寻迹走时成像方法进行层析成像.作者导出三次多项式插值基函数计算离散网格内的折射率分布,还给出了具有自己特点的二步扫描法,不但加快了正演计算时间,同时方便地建立走时残差与模型修正量的关系.考虑到实际应用时,震源与接收器常不位于同一平面,为此进行了校正,并给出了校正方法,提高了重建精度. 数值的与实际应用的结果表明,本文给出的层析成像算法是快速的、稳定的、适用的.     

贴体网格各向异性对坐标变换法求解起伏地表下地震初至波走时的影响

笛卡尔坐标系中的经典程函方程在静校正、叠前偏移、走时反演、地震定位、层析成像等很多地球物理工作中都有应用,然而用其计算起伏地表的地震波走时却比较困难.本文通过把曲线坐标系中的矩形网格映射到笛卡尔坐标系的贴体网格,推导出曲线坐标中的程函方程,而后,用Lax-Friedrichs快速扫描算法求解曲线坐标系的程函方程.研究表明本文方法能有效处理地表起伏的情况,得到准确稳定的计算结果.由于地表起伏,导致与之拟合的贴体网格在空间上的展布呈各向异性,且这种各向异性的强弱对坐标变换法求解地震初至波的走时具有重要影响.本文研究表明,随着贴体网格的各向异性增强,用坐标变换法求解地表起伏区域的走时计算误差增大,且计算效率降低,这在实际应用具有指导意义.     

基于相对走时计算的地面微地震监测SET定位算法

基于绝对走时计算的地面微地震监测地震发射层析成像(Seismic emission tomography,SET)定位算法的定位精度受地层速度模型的准确性影响很大,速度模型中的误差会使定位结果出现偏差.本文提出了一种基于相对走时计算的地面微地震监测SET定位算法,以克服绝对走时计算对速度模型精度的高度依赖.首先,通过分析走时误差推导了相对走时计算公式.然后,利用该公式对射孔初至进行校正,得到射孔点附近其他待监测网格点的走时.通过数值模拟和实际资料测试,结果表明在基于SET定位算法的前提下,本文提出的相对走时计算方法能得到比绝对走时计算方法更准确的定位结果.     

地震射线走时层析成像的简单数值例子

地震射线走时层析成像是研究地下深部速度结构的重要地球物理方法之一,本文通过一个地震射线走时层析成像的简单数值计算实例,结合地震射线走时层析成像的基本理论和步骤,使用数值计算,具体讲述了绝对走时层析成像和相对走时层析成像的基本原理和实施流程.与抽象的概念和公式相比,一步一步的实例计算,使读者对地震射线走时层析成像的认识更具体、更直观、更易于理解,作者也希望这个数值实例对初学者能有一定的帮助和指导作用.     

Hausdorff分数维识别地震道初至走时

地震波初至走时的识别在地震勘探、人工地震层析成像以及全球地震层析成像方法研究中起重要作用．初至走时拾取的精度在很大的程度上影响地震层析成像及演的精度．本研究以提高地震波初至走时拾取的精度及定量化程度为目标,利用计算地震道时间序列分数维的方法,实现了地震波初至走时的自动拾取．本文以分形理论为基础,进行了地震道时间序列Hausdorff分数维的计算．计算结果表明地震道时间序列的分数维在初至到达前后具有不同的数值,其变化点能够定量指示出初至走时的位置．本文还给出了利用该方法对实测数据进行初至走时拾取的实例．     

逐次线性化衰减层析成像方法研究

在时间域衰减成像的基础上,建立了一种与当前走时层析成像类似的衰减成像方法——逐次线性化衰减层析成像方法,这是一种基于射线理论的方法.文中推导了逐次线性化过程的一系列公式,给出了相应的迭代算法及实现技术,并通过数值实验验证了方法的可行性.作为走时层析成像的补充方法,实现多参数成像.工程勘察实践表明,走时与衰减联合成像方法的应用效果良好.     

利用初至波走时速度成像进行近地表静校正的方法

提出了一种利用常规地震初至波走时速度成像进行近地表静校正的方法。该方法的基础是回折波射线的走时层析成像，它能准确地求出近地表连续速度分布，用浅层速度成像结果能够得到准确的近地表静校正量。文中给出了初至波走时射线层析成像的理论模型试验结果，成像是令人满意的。     

非椭圆各向异性介质高阶优化走时计算方法及应用

随着地震勘探的深入,对勘探精度的要求越来越高,目前,提高勘探精度的主要方法之一就是提高地震波走时计算的精度,地震走时精度直接影响如动校正、静校正和偏移成像质量.根据地质模型假设条件的不同,有不同的走时计算方法,常用的有各向同性介质假设和各向异性介质假设条件下的走时计算方法,各向异性假设具有比各向同性假设更好的适用性,具有更高的走时计算精度,能够满足大偏移距和高陡构造情况下成像的要求.本文根据Alkhalifah的VTI介质中走时计算方法,以Fomel的TI介质中群速度的计算为基础,利用各向异性介质中Snell定律,提出了在非椭圆各向异性介质中的高阶优化走时计算方法,通过理论和实际数据的应用,表明该方法克服了常规各向异性走时方法中不能够计算大偏深比情况下地震波走时的缺点,具有走时计算精度高、便于实际应用等特点,对叠加和偏移成像有广阔的应用.     

多震相菲涅耳体射线走时同时反演成像

高频假设下的地震射线理论以及相应的地震成像理论表明,在射线稀疏条件下,不可能得到较高分辨率的构造成像;而有限频射线理论更符合实际地震的传播规律,即地震波的走时不仅与中心射线(传统的几何射线)上的速度分布有关,而且与中心射线附近一定范围(称其为第一菲涅耳体)内的速度异常分布有关.鉴于此,本文提出了计算多震相地震波菲涅耳体有限频射线的方法,并定义了走时敏感核函数,同时给出了利用多震相菲涅耳体有限频射线进行速度模型和反射界面同时反演成像的公式.利用多震相走时资料,使用传统射线层析成像方法与有限频射线层析成像方法进行了速度和界面的同时反演成像.结果表明,当射线密度较小时,无论是对速度模型的重建还是对反射界面几何形状的更新,有限频射线层析成像方法均优于传统射线层析成像方法, 而变频有限频射线层析成像则是实际地震层析成像的首选反演算法.      

初至波菲涅尔体地震层析成像

根据地震波传播的有限频理论,对于某个特定震相的观测信息,不仅射线路径上的点对该信息具有影响,射线领域上的其他点对接收信息也具有影响,这种影响可以用核函数来表达.本文基于波动方程的Born近似与Rytov近似,给出了非均匀介质情况下初至地震波振幅与走时菲涅尔体层析成像单频、带限层析核函数的计算方法.通过对均匀介质情况下初至地震波菲涅尔体层析成像核函数解析表达式的理论模型实验与分析,给出了不同维度振幅、走时单频菲涅尔体的空间分布范围,进而给出了带限菲涅尔体边界的确定方法.将本文的走时菲涅尔体层析成像理论应用于表层速度结构反演中,理论模型试验与实际资料处理结果表明,初至波菲涅尔体地震层析成像方法比传统的初至波射线层析成像理论具有更高的反演精度.     

Automating adjoint wave-equation travel-time tomography using scientific workflow

Recent advances in commodity high-performance computing technology have dramatically reduced the computational cost for solving the seismic wave equation in complex earth structure models. As a consequence, wave-equation-based seismic tomography techniques are being actively developed and gradually adopted in routine subsurface seismic imaging practices. Wave-equation travel-time tomography is a seismic tomography technique that inverts cross-correlation travel-time misfits using full-wave Fréchet kernels computed by solving the wave equation. This technique can be implemented very efficiently using the adjoint method, in which the misfits are back-propagated from the receivers (i.e., seismometers) to produce the adjoint wave-field and the interaction between the adjoint wave-field and the forward wave-field from the seismic source gives the gradient of the objective function. Once the gradient is available, a gradient-based optimization algorithm can then be adopted to produce an optimal earth structure model that minimizes the objective function. This methodology is conceptually straightforward, but its implementation in practical situations is highly complex, error-prone and computationally demanding. In this study, we demonstrate the feasibility of automating wave-equation travel-time tomography based on the adjoint method using Kepler, an open-source software package for designing, managing and executing scientific workflows. The workflow technology allows us to abstract away much of the complexity involved in the implementation in a manner that is both robust and scalable. Our automated adjoint wave-equation travel-time tomography package has been successfully applied on a real active-source seismic dataset.     

衍射地震CT技术的数值研究

本文首先解决了声波方程的非Born近似的正演计算问题,从而获得理论上不带近似的正演数据;然后,推导了井间（CBP）、垂直地震剖面（VSP）和地面反射（SRP）三种不同的数据采集方式下的衍射CT的重建公式;利用这些重建算法和正演数据,系统地研究了影响到地球物理CT成象质量的三种因素,即:（1）数据采集方式,（2）异常程度和（3）成象区域的尺寸,对重建图象的影响;并比较了衍射地震CT和射线地震CT的成象质量。     

TIME-TO-DEPTH MIGRATION USING WAVEFRONT CURVATURE*

A well-known technique for the migration of normal-incidence two-way travel-time maps is extended to common-source-point travel-time data. The travel time and the travel-time gradient are used to compute the parameters defining the tangent plane of the reflecting interface. It is also shown how the curvature matrix of the received wavefront can be used to compute the curvature of the reflecting interface. The method is initially derived for common-source-point data and then extended to common-midpoint data. In a three-dimensional medium the wavefront curvature matrix is computed by solving a 2 × 2 symmetric matrix Riccati equation. In a two-dimensional medium and in a medium with constant velocity gradient, the wavefront curvature matrix is computed by solving a scalar Riccati equation and two linear equations. The migration procedures are also simplified. When the velocity function is unknown, the migration procedures cannot be used. An inverse modeling algorithm which simultaneously performs the migration and estimates the velocity function must then be applied. Two different inversion schemes are discussed briefly.     

新型二进制走时表文件的编制与查询

为将新型二进制结构走时表文件实际应用到测震分析软件,利用Matlab软件编写二进制结构综合走时表文件的通用程序,给出查询震相走时的算法,并成功配置到地震分析软件中用于地震定位.使用者只要仿照该通用程序的结构框架,根据需要适当修改程序,就能快速生成适合地震台站定位的走时表文件.     

华北地区上地幔速度结构

本文选用了北京台网记录的来自不同方位并通过华北地区的140个地震,使用平滑法和dT/d△法,得到P波慢度曲线;采取走时和慢度结合使用的方法,得到走时曲线;从Gerver-Markushevich公式出发,导出一个易于计算的简捷形式,并由此反演初始速度模型;通过模型理论走时曲线的计算,选出与实测数据符合得较好的模型。平均模型中,低速层出现的深度较浅,约60公里;在360-420公里和660-680公里深处,存在两个速度急剧增加的梯度层;500公里处可能还有一个较小的梯度层。华北的东南和西南方向上,相当于660公里梯度层的深度的差异还较为显著。     

两类服务于反投影滤波算法的有限希尔伯特变换的实现及其稳定性分析

在计算机断层成像（CT）、磁共振成像（MRI）及电子顺磁共振成像（EPRI）中,反投影滤波（BPF）算法是一种重要的解析式重建算法。BPF算法的一个重要步骤是有限希尔伯特变换。该变换可以从一个有限紧支集信号的有限支撑上的反希尔伯特变换恢复该信号。两种简单而实用的实现方法被提出,以分别服务CT和MRI或EPRI,用三种典型的信号验证这两种实现方法。一个抛物线函数被用在数值实验中验证边界稳定性。实验结果表明：这两种方法用比有限紧支集信号的支撑间隔稍大的合适的间隔,可以得到足够精确的结果;不包含定积分的实现方法不稳定,即对间隔的选取敏感,而包含定积分的实现方法是稳定的,且只要求间隔稍稍大于待求有限紧支集信号的支撑间隔,即可实现精确变换。包含定积分的实现方法适合于CT重建;不包含定积分的实现方法适合于MRI和EPRI.     

数字化地震记录震相自动识别的方法研究

针对目前震相自动识别方法不能自动给出震相识别区间,以及不能确定识别出震相名称的问题,运用震相的运动学特征,由平均速度模型和J-B走时表数据,自动计算近震、远震和极远震的震相走时及震中距。对多尺度小波分解进行单支重构作为识别不同震相的分析信号。先求出初至震相和最大面波到时,估算出震中距,然后找到S波或PP波到时,求出准确的震中距,即可自动给出各震相的识别区间,采用线性偏振法在给定区间中识别出震相的初至时刻。由于该方法采用的是先明确要找什么震相,再由该震相的走时确定寻找区间,所以找出的初至就是要寻找的震相,自然解决了识别出震相的名称问题,从而实现了对震相的全程自动识别。     

地震层析成象的-变换

由Radon变换出发给出了地震走时问题的——变换.定义模型坐标(x,z)与震源位置()和射线斜率()间的线性关系为x=+z.文中给出了-正反变换的理论公式,并分析了-变换与富氏变换的关系。理论表明,连续函数的-变换可得到走时反演问题的唯一解。 在地震学非完全层析成象中,欲提高图象质量必须压制假频和提高分辨.作者对重建图象的分辨进行了详细讨论,最后通过数值模拟讨论了观测系统和滤波处理的影响。      

基于Matlab平台GUI的地震走时层析成像快速实现

地震走时层析成像是地球物理反演中的成熟方法之一,已在许多领域得到广泛应用,并取得了良好的效果。本文围绕地震走时层析成像GUI的快速实现,首先简要介绍了地震走时成像方法的原理和方法,并基于Matlab软件平台,利用GUI开发环境编写了二维横向非均匀地震走时层析成像图形用户界面（GUI）,实现了方便快捷地反演地震测深资料的速度结构并以人机交互方式快捷灵活地将图像显示出来;结合实际观测资料处理结果表明,本文编制的GUI软件能够有效地实现地震走时层析成像结果的窗口化、图像化和快捷化。