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。     

孔—巷联合随采地震相关时差层析成像

煤矿井下回采工作面随采地震技术将采煤机作为震源,实现了动态精准、绿色智能探测的技术构想,可用于工作面内部静态地质异常体与开采动力地质灾害的超前探测。针对常规随采地震观测系统存在的成像盲区问题,提出孔–巷联合的随采地震观测系统设计方案,有效提高成像范围;基于地震干涉原理,采用频率域相关算法,对随采地震信号进行脉冲化处理,获得随采地震等效炮集;为解决随采地震CT层析成像中绝对走时难以获取的问题,提出直接利用相关时差进行CT层析成像的方法,求解过程中无需计算发震时刻,降低对初始速度的依赖。理论模型和实际资料测试结果表明:孔–巷联合观测系统有效扩大了成像范围;基于相关时差的随采地震层析成像方法可以对工作面内部进行速度成像,实现对静态地质异常体的探测;利用随采地震连续监测、动态成像的特点,还可实现对工作面内由于采动引起的应力集中区的实时动态监测,对工作面安全监测更有意义。      

用地震和电法联合成像方法探测地下洞穴

虽然大地的地震特性与电学物性之间无并直接关系,但它都与同一些地质构造有关。为了找出大地中这两种物理参数间存在最大构造相关性的解,我们发展了一种地震和电法联合成像方法,综合利用三种物探处理技术同时重现地震波速与电阻率,现已证实这种联合方法尤其适用于地下洞穴成像,这三种技术包括,非线性折射走时层析成像,折射走时偏移和直流电阻率层析成像,彼此同时地,地震层析成像通过迭代恢复出偏移所需的速度场,而偏移定出     

井间地震层析成像分辨率研究

通过大量数值模型试验,并根据射线密度、射线正交性和点扩散函数,对井间地震层析成像的分辨率问题进行了研究。结果表明,井间地震层析成像的分辨率在空间上是可能性变的,垂直方向的分辨率好于水平方向,而且高速异常体和低速异常体的图像形态和分辨率是非一致的。高速异常体波形CT的图像水平方向最小分辨率距离为1/2波长,垂直分辨率最小分辨率距离为3/10波长;而低速异常体的波形CT图像的水平方向的最小分辨率约为2/5波长,垂向最小分辨率约1/5个波长;走时CT的图像水平方向最小分辨率为3个像元,垂直方向的最小分辨率距离为2个像元;当井深与井间距之比为2时,图像分辨率最高。     

改进模型的层析成像算法

井间地震层析成像技术能够提供钻孔之间地质体的高分辨图像.LTI法与SIRT法相结合是目前使用较广的一种层析成像算法,在此基础上考虑到一个较好的初始模型能提高算法的准确性及效率性,以及在SIRT算法当中如何分配残差能使反演的结果更好,提出了改进模型的层析成像算法.此方法基于LTI法进行射线追踪得到每个接收点在初始模型上的理论走时后,就利用这个理论走时与实际拾取走时的差值以及射线追踪所得到的射线路径,对初始模型进行修正.通过数值模拟实验发现,该算法的效果较原始算法有一定的提高.     

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。      

体波走时层析成像方法及其在中国壳幔结构研究中的应用评述

文中对地震体波走时层析成像技术近30年的发展进行回顾和评述,并对该方法所存在的问题进行了分析和探讨以及给出应对策略。在壳幔速度结构的横向不均匀性、强震发生的深部构造环境、活火山区的深部结构和起源,以及造山带、板块碰撞带区域深部结构等4个方面对应用地震层析成像技术所取得的主要成果做了分类总结和探讨。研究证明,利用地震层析成像技术所获得的高分辨率地球内部结构为探索岩石圈的演化和板块运动规律及地震、火山活动发生的深部构造环境等提供了十分重要的科学依据。     

铜陵矿集区地壳浅表结构的地震层析研究

为了给铜陵矿集区成矿理论研究提供更多的地壳浅表结构信息 ,以及试验地震层析成像方法在金属成矿区的应用效果 ,利用高精度反射地震资料中的初至波走时数据 ,对铜陵矿集区地壳浅表结构进行了层析成像试验研究。结果显示 :矿集区浅表地壳的速度分布存在着丰富的结构变化特征 ,层析结果给出的速度变化特征与地表观察到的地质、构造、岩体和矿体分布存在着良好的对应关系。研究结果表明 ,初至波走时层析成像方法可以为深部隐伏矿床的勘探研究提供丰富的地壳浅表结构信息。笔者认为 ,今后还应考虑同时采用初至波和反射波走时 (甚至波形 )资料进行层析反演的方法 ,来进一步提高较深部 (>5 0 0m)地质目标的分辨能力。     

影响跨孔雷达层析成像效果的几个因素

利用合成数据研究并讨论了影响基于射线的跨孔雷达走时层析成像的几个重要因素,包括射线覆盖角度、正则化因子以及测量装置排布等。对比不同射线覆盖角度下层析成像的结果表明,40°~70°为跨孔雷达层析成像的最佳角度。对比不同正则化因子情况下层析成像的结果表明,正则化因子太小或太大,都会导致反演结果与实际模型差别较大,因此选择合适的正则化因子对反演成像极其重要。通过研究水平和不同倾斜异常体的层析成像结果以及波场快照发现,由于发射和接收装置通常放置在2个平行的钻孔中,使得射线主要在近水平方向上传播,因此横向异常体的反演效果好,而纵向或高角度异常体的反演效果不佳,且反演出的异常范围要比实际尺度大。     

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。     

井间地震层析成象高精度算法及其在环境工程勘探中的应用

井间地震层要成象在环境工程勘探中的应用前景广阔，走时层析成象的射线追踪方法和在型稀疏矩阵的方法的方法是其中的关键。文中讨论了ＬＳＱＲ算法系列，数值模拟证明了它的优越性，最后应用于鹏飞大厦场地，取得了良好的效果。     

地质灾害井间地震层析成像研究

地质灾害体如岩溶、陷落柱、软弱层等的井间地震层析成像属于复杂模型或大扰动异常体的非线性成像，该文首次将小波多尺度思想纺入到蟛间层析成像，建立了小波多尺度井间地震层析成像方法，很好地解决了非线性成像的难题，大大地提高了图像的质量和分辨率，数值模型试验和实际工程应用证实了该方法的实用性和良好效果。     

基于S变换和瞬时旅行时属性的自动初至拾取方法研究

地震波走时拾取是地震资料前期处理过程中的一个重要步骤,同时也是后期层析成像方法中计算速度的重要依据。本文提出了一种新的自动初至拾取的方法,利用地震信号的瞬时旅行时属性进行地震波自动初至拾取,瞬时旅行时属性的计算包括两个独立但相关联的部分,首先通过S变换将地震信号转换到时频域,然后利用映射算子将时频域表征映像回时间域得到瞬时旅行时,从而实现自动拾取初至。理论模型和实际地震资料处理的结果表明,该方法可以有效地拾取地震波初至时间。     

井中声波全波列信息人工网络模型的自动拾取

层析成像的分辨率取决于对地震(声波)全波列记录信息提取的精度,本文阐述了从地震(声波)全波列记录提取特征信息,建立三层神经元网络模型,利用神经元网络对地震(声波)全波列记录的信息提取,如初至波走时拾取。本文讨论了神经元网络模型的建立和神经元网络模型的学习。侧重讨论了初至波出现时的特征并对它进行了定量化描述,用它对地震(声波)全波列记录信息提取,取得了很高的精度。     

A Simple Algorithm for Sequentially Incorporating Gravity Observations in Seismic Traveltime Tomography

The geologic structure of the Earth's upper crust can be revealed by modeling variation in seismic arrival times and in potential field measurements. We demonstrate a simple method for sequentially satisfying seismic traveltime and observed gravity residuals in an iterative 3-D inversion. The algorithm is portable to any seismic analysis method that uses a gridded representation of velocity structure. Our technique calculates the gravity anomaly resulting from a velocity model by converting to density with Gardner's rule. The residual between calculated and observed gravity is minimized by weighted adjustments to the model velocity-depth gradient where the gradient is steepest and where seismic coverage is least. The adjustments are scaled by the sign and magnitude of the gravity residuals, and a smoothing step is performed to minimize vertical streaking. The adjusted model is then used as a starting model in the next seismic traveltime iteration. The process is repeated until one velocity model can simultaneously satisfy both the gravity anomaly and seismic traveltime observations within acceptable misfits. We test our algorithm with data gathered in the Puget Lowland of Washington state, USA (Seismic Hazards Investigation in Puget Sound [SHIPS] experiment). We perform resolution tests with synthetic traveltime and gravity observations calculated with a checkerboard velocity model using the SHIPS experiment geometry, and show that the addition of gravity significantly enhances resolution. We calculate a new velocity model for the region using SHIPS traveltimes and observed gravity, and show examples where correlation between surface geology and modeled subsurface velocity structure is enhanced.     

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。     

应用井间地震CT探测某桥墩基础断裂

介绍了井间地震CT技术原理及野外工作方法,以应用井间地震CT技术解决桥墩基础断裂的一个应用为例,指出依据经验获取高质量的井间地震CT原始资料以及利用现有钻孔的地质资料做联合反演,才能获取好的解释效果。