井间地震走时波形层析成像方法

提出了井间地震走时波形顺序反演方法。该方法先利用井间地震走时反演得到速度模型的低频成分 ,然后用井间地震波形反演获得速度模型的高频成分。数值模型试验和实际应用结果表明 ,该方法反演稳健 ,提高了走时成像的分辨率 ,克服了波形成像易于陷入局部极小的缺陷 ,实现了快速高分辨率成像。     

二维地层结构和速度的走时反演

介绍了在倾斜均匀各向同性层状介质情况下,根据地震反射走时反演二维地层结构和地层速度的地震射线层析成像方法——走时反演。正演模型射线追踪是根据Fermat原理实现的,即求解满足该原理的非线性方程组得到射线与界面的交点,进而计算相应的走时。反演是先假设一初始模型,用最优化方法使射线追踪走时与观察走时的残差极小。最后计算了分辨矩阵和信息密度矩阵,以评价反演结果。对有噪情形也进行了反演。     

利用Munk公式和海底反射走时反演深海水体速度:理论

为解决深海水体速度建模问题，建立了两个利用Munk公式和海底反射走时反演深海水体速度的反演理论，一个是射线走时反演理论，另一个是波动方程走时反演理论。具体地讲，是建立了地震波走时关于Munk参数的Fréchet导数和海森矩阵公式。为得到射线走时的Fréchet导数和海森矩阵，利用了3种不同的方法，即变分法、微扰法和Taylor级数展开法。这3种方法在理论上完全等价，其最终结果也完全相同。为得到波动方程走时反演理论中的Fréchet导数和海森矩阵，利用复合函数求导的链式法则对文献中的有关结果进行变换，以将其从面向速度本身的Fréchet导数和海森矩阵变换为面向Munk参数的Fréchet导数和海森矩阵。此外，还提出了实现利用Munk公式和海底反射走时构建深海水体声速剖面的5个策略，包括利用解析公式计算海底反射走时的由下至上的射线追踪策略，选用最简单的海底边界条件把数值模拟区域限定为水体的策略，用已知的深海声道轴深度和交替反演策略将四参数反演问题转简化为单参数反演问题的策略，由点到面，利用一维声速剖面公式实现深海水体的维速度建模的策略，以及用最简单的算法实现走时反演的最优化计算策略等。与常规走时反演相比，利用Munk公式进行的海底反射走时反演最多只需要反演4个参数，并可利用交替反演将四参数反演化为单参数反演，大大地减少了走时反演的计算量。     

二维地层结构和速度的走时反演

介绍了在倾斜均匀各向同性层状介质情况下，根据地震反射走时反演二维地层结构和地层一地震射线层析成像方法－走时反演。正演模型射线追踪是根据Ｆｅｒｍａｔ原理实现的，即求解满足该原理的非线性方程组得到射线与界面的交点，进而计算相应的走时。反演是先假设一初始模型，用最优化方法使射线追踪走时的残差极小。最后计算了分辨矩阵和信息密度矩阵，以评价反演结果。对有噪情形也进行了反演。     

南海含天然气水合物地层速度反演方法探讨

速度反演在水合物勘探中占有重要位置。本文讨论了精细走时速度分析、全波形速度反演方法和它们的初步试算结果。精细走时速度分析方法对叠前时间偏移数据进行构造化,尽量挖掘了数据的分辨能力;利用谱分析的方法,稳定性好;在空间上提高了分析的密度;自动拾取的速度具有较高的精度;是一种实用的精细速度分析方法。全波形速度反演利用观测数据和模拟数据的残差计算搜索方向并不断修正模型,把模拟数据和观测数据达到最佳拟合的速度模型作为反演结果,具有更高的分辨能力。文中探讨了两种方法在我国南海含水合物地层勘探中应用的可能性。     

大地电磁与地震反射波走时数据二维联合反演

由于地球物理反演存在固有的多解性问题,如何减小多解性,提高地球物理方法反演结果的可靠性和准确性是当今地球物理领域研究的热点。为了减小大地电磁与地震反射波走时资料反演的多解性,在Gallardo和Meju研究的交叉梯度理论的基础上,实现大地电磁与地震反射波走时数据的二维联合反演算法;设计理论地电模型和速度模型进行合成数据的单独反演和联合反演试算,并验证大地电磁和地震反射波走时数据二维联合反演算法的正确性和有效性。反演结果表明,利用交叉梯度方法耦合大地电磁电阻率参数和地震波速度参数能使联合反演过程中的这两个模型在更新的时候相互约束,联合反演结果比单一反演结果更接近真实模型,从而使反演结果更可靠,减少了反演解的多解性。     

一种层析成像的正演和反演方法

作者在本文中提出了一种层析成像的正演和反演方法，首先对求解区作网络划分，由给定的正演速度模型在网格点上双线性插值，获得整个网格节点的速度分布，然后，对波阵面作一近似，在此基础上，用最小走时最短路径射线追踪法完成正演，反演则是通过正演的方法实现的，理论模型算例表明，本方法效果较好。     

浅海海底表层速度建模技术及其应用研究

浅海海底起伏和速度变化对OBC资料成像质量产生较大影响。建立浅海海底表层速度模型不仅能够解决OBC资料的静校正问题,也可用于海底反射系数计算、双检资料合并、多次波压制等,但是,目前针对浅海海底表层速度建模的研究还不多。文中提出了针对浅海地区OBC资料的海底表层速度建模的三维初至走时反演技术,主要包括:(1)震源位置校正技术。根据地震波在海水中传播特征,把在海水中激发的震源位置校正至海底,使震源和接收点都位于海底,利于初至走时反演计算;(2)快速三维初至走时反演方法。利用回折波走时和射线方程,形成了高效率初至走时反演方法。将该技术应用于胜利油田莱州湾浅海区海底OBC资料的处理中,建立了三维海底表层速度模型,用此速度模型进行静校正,取得了良好的应用效果。     

基于程函方程快速行进法的地震走时层析成像法

地震走时层析成像法是一种利用不同地震台站连续接收到的地震事件,利用地震走时断层扫描反演地球内部速度分布的方法,主要分为正演(射线追踪)和反演两个环节。首先正演利用基于程函方程的快速行进法,实现了对入射波走时场和反射波走时场的计算,接着进行了射线追踪与走时灵敏度矩阵的计算,最后反演采用了子空间算法实现了反射波走时反演,反演成像结果可以分辨出异常体的形状和位置。     

有限差分法精确计算地震走时

快速精确计算走时在层析成像反演中起重要作用，本文采用有限差分法来计算。首先通过变换，将程函方程化成一守恒形式；然后再差分离散，得到一阶和二阶精度的差分格式，并证明了差分格式条件稳定。模型试算表明：本文算法简明稳定，能快速高精度地计算地震走时，是一种值得注意和采用的走时计算方法。     

基于数字图像分割法的跨孔雷达走时层析成像

跨孔雷达走时层析成像主要利用雷达波的走时进行反演,走时提取的正确与否将直接影响到层析成像的效果。数字图像分割法基于凸集投影（POCS）方法,使用能量比彩色图像分割技术准确提取走时。数字图像分割法提取走时首先应用在折射地震波的数据处理中。笔者首次将数字图像分割法提取走时的方法应用到跨孔雷达走时层析成像中,使用迭代线性反演算法重建了雷达波速度场。反演过程中,使用最小二乘QR分解法（LSQR）求解线性方程组,利用弯曲射线追踪技术构建雅可比矩阵,走时的计算值则由多模板快速推进算法（MSFM）得到。为了验证数字图像分割法在走时层析成像中的效果,使用一组合成数据及一组实测数据分别对比了基于数字图像分割法和基于传统能量比法获得的层析成像反演结果。对比结果表明,使用数字图像分割法得到的层析成像结果更为精确,误差更小,能为判断地下雷达波速度场提供更为有力的帮助。     

加利福尼亚帕克菲尔德地区P波速度变化的层析成像

我们将层析成像技术应用于八个台的井下测震网的P波资料，确定了加利福尼亚州帕克菲尔德附近地区的三维速度模型，根据初始的一维参考模型，按照利斯和克罗森的层析成像的反演方法，应用P渡走时的线性反演计算一阶、三维慢度扰动量，得到的图像与以前的伊斯顿(1970)、米尔韩等人(1989)的研究结果一致，     

层析反演静校正

表层模型层析反演是一种非线性模型反演技术,它利用地震初至波射线的走时和路径反演介质速度结构,不受地表及近地表结构纵横向变化的约束。根据正演初至时间与实际初至时间的误差,修正速度模型,经反复迭代,最终达到要求的误差精度。求取静校正时采用射线法计算炮点到检波点的旅行时,从而得到基准面校正量。     

基于总变分(TV)正则化约束的微地震井下速度模型校正

利用均匀细层速度模型代替声波测井模型作为初始速度模型,利用射孔信号数据对微地震井下监测速度模型进行校正,将不同检波器的P波走时差、S波走时差以及同一检波器的P/S波走时差作为观测数据,反演每层速度值。同时由于采用细层模型作为初始模型,未知数个数远远多于数据个数,采用总变分(total variation)正则化约束反演模型,以获得具有最少等效层位的反演模型。合成数据和真实数据测试显示,利用该方法获取的速度模型,能够对射孔信号和微地震事件进行良好地定位。     

横向各向同性介质中群速度的计算

各向异性走时计算和走时反演常需计算群速度，群速度的表达式通常在弱各向异性假设下给出。本文就横向各向同性介质中几种常见的群速度表示法进行了研究，给出了相应的计算方法，用数值例子讨论了它们所能近的各向异性强度，并比较了相互的优劣，这对各向异性人是质走时计算和走时反演无疑很有意义。     

基于分段波形互相关的井下随采地震数据成像

随采地震勘探是以采煤机为震源的被动地震探测技术，由于采煤机是不断移动的、且其激发的是一种连续信号，因此常规数据处理方法无法直接应用。提出分段波形互相关方法，通过将采煤机产生的数据分段，采用互相关方法提取有效信号的走时，然后利用速度层析成像方法对工作面内部和切眼前方进行速度成像。利用波动方程对含异常体的工作面模型进行随采地震数值模拟，反演得到的成像结果和速度模型基本吻合；实际随采地震数据测试中，利用该方法对采煤机震源数据反演得到采动过程中地震波传播速度的成像结果，实现了对工作面内应力异常变化区域的实时动态监测。研究结果表明:基于分段互相关成像方法能解决采煤机震源信号处理问题，满足随采地震勘探技术实时性和稳定性的要求。      

基于快速匹配法的VTI介质走时计算

地震波全波形反演是当今地质构造反演的潮流。在层析成像等为其提供初始模型的预处理中,地震波初至走时是一个非常重要的物理量。因而,高效高精度且稳定的走时计算方法对于各向异性建模具有重要的研究意义。为实现高效高精度且稳定的走时计算,首先利用扰动理论及泰勒公式将具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质程函方程展开,得到走时解;然后引入各向同性快速推进法（fast marching method,FMM）,运用改进后的迎风差分格式求取差分格式黏滞解获取单点走时。结合窄带推进技术,得到了一种新的基于快速匹配法的VTI介质走时计算方法。通过对均匀弱各向异性模型计算结果和解析值的对比,评估了其误差,相对误差稳定于0.5%以下。针对该方法的有效性和稳定性,对层状介质模型和盐丘模型反射波走时进行了试算,取得了较好的效果。理论分析和模型试算表明,该方法对VTI介质走时计算具有较高的精度,能够应用于各向异性层析成像和全波场偏移等研究中。     

基于CMP域的山地表层速度模型构建

对于山地地震勘探而言,地形起伏,不能直接使用Herglotz-Wiechert公式反演近地表速度模型,这里采用不同于前人在炮域处理的思路,而是在CMP域建立了一组基于CMP浮动基准面对起伏地表上的炮检对走时和偏移距进行校正的公式,首先用本文提出的公式去除起伏地表对初至波的影响,然后应用Herglotz-Wiechert公式快速反演地形起伏地区近地表速度模型。该方法采用地震反射波的CMP浮动基准面校正思路,包含三个关键步骤:①产生CMP浮动基准面;②实测时距曲线的校正;③计算射线参数和速度-深度函数的计算。此方法无需射线追踪,无需初始模型,计算速度快,反演得到的模型具有和地震数据相同的水平分辨率,该模型可用于计算基准面静校正量,或用于叠前深度偏移速度场的表层建模,也可以作为回转初至波层析反演或全波形反演的初始模型。     

半航空瞬变电磁L1范数自适应正则化反演

长导线源半航空瞬变电磁正则化反演正则项通常采用L2范数,其拟合结果较光滑,不能有效刻画层界面信息。针对层状介质陡变模型实现正则项为L1范数的反演算法,采用迭代重加权最小二乘法将原问题转化为L2正则化子问题求解,解决L1范数存在不可导问题;采用OpenMP技术对雅可比矩阵并行计算,提高了反演速度;对自适应正则化因子分段迭代法的调整策略进行分析并改进,改进后的自适应正则化因子调整策略更适合半航空瞬变电磁L1正则反演算法。最后对电阻率进行反演并与Occam反演结果作比较,结果表明L1正则反演充分迭代后能够突出符合真实模型的电性界面,反演电阻率与模型真实值更接近。     

一种基于L_1-L_1范数稀疏表示的地震反演方法

高分辨率地震反演面临着:①地震反演是一个不适定问题,存在多解性;②采集和处理流程产生噪声和畸变降低反演算法的稳定性,针对这两个问题,提出一种基于L_1-L_1范数稀疏表示的地震反射系数反演方法。该方法利用L_1范数正则化项降低反演多解性和L_1范数拟合项增加噪声鲁棒性。通过井震联合提取子波构建过完备楔形子波字典,然后用L_1-L_1范数稀疏表示对地震信号进行稀疏分解,实现高分辨率反射系数反演。楔形模型和实际地震资料试算结果表明,该反演算法稳定,具有良好的噪声鲁棒性,通过测井资料标定检验,其反演结果准确可信。