共反射元弧叠加方法在火山岩成像中的应用

常规叠加方法假设叠加的地震道集的反射波来自地下同一个反射点,而地表观测到 的反射波场在空间上小于菲涅尔体范围是不可分辨的. 本文根据火山岩体特征,用元弧描述 火山岩的反射界面. 将来自菲涅尔体范围内的反射波沿着元弧界面求和,进而扩大叠加次数 ,达到增加反射信号能量提高地震反射波的叠加成像质量的目的. 文中给出了反射波走时参 数与地下元弧反射界面之间的联系和叠加实现的步骤. 计算结果表明,元弧叠加方法能够提 高剖面的信噪比,增加反射波同相轴的连续性.     

多频段组合菲涅尔带走时层析成像方法研究

针对传统射线层析存在的种种局限性,菲涅尔带走时层析成像摒弃了传统的数学射线,考虑到地震信号具有一定的频带宽度,中央射线附近的介质对地震波的传播产生不同程度的影响。本文提出了多频段组合菲涅尔带走时层析成像方法。该方法以频率域波动方程Born和Rytov近似为基础,推导出建立在带限地震波理论基础上的波动方程 Rytov 近似走时敏感核函数,实现第一菲涅尔带约束下的波动方程走时层析反演方法。同时由于多个频段的引入,充分利用低频段和高频段的特有优势,从而兼顾菲涅尔带层析的计算效率与分辨率。模型试算结果证明了本方法的有效性和稳定性。     

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.     

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.      

基于菲涅尔高斯束正演的观测系统优化方法及应用

基于正演模拟的观测系统优化是提高地震采集资料品质和降低采集成本的重要手段.在常规高斯射线束正演模拟理论的基础上,提出了基于菲涅尔带约束的高斯射线束(菲涅尔高斯束)正演模拟理论,相对于常规高斯射线束正演,菲涅尔高斯束在传播路径上由第一菲涅尔带约束,具有较小的有效半宽度,使得中心射线附近波场的走时和振幅计算更加准确.在中心射线终点处,提取目的层面元接收能量,建立能量均方差和平均能量分析函数,定量化分析评价不同观测系统下各目的层能量分布情况,预测后期偏移成像效果.基于目的层接收能量优化炮点加密方案,进而实现面向复杂地质目标的观测系统优化设计.该方法在胜利探区G94北区块应用,有效弥补了陡坡带上照明阴影区能量,改善了采集资料偏移成像效果.     

分区多步最短路径极值法多值多次反射波追踪

基于网格单元扩展的射线追踪算法,如:较为流行的有限差分解程函方程法和最短路径法均是建立在费马(最小走时)原理基础上的射线追踪算法,只能进行单值(最小走时)的多次反射波的追踪.然而当介质速度反差较大或存在复杂反射界面(如:常见的向斜、背斜、透镜体、塌陷构造等)时,将出现波前的自相缠绕(即蝴蝶结现象),相应的地震射线则为多...     

复杂地表条件下叠前菲涅尔束偏移方法

高斯束偏移虽然克服了Kirchhoff偏移不能处理多波至和单程波动方程偏移不能对陡倾构造准确成像的问题,但在复杂地表条件下其偏移精度取决于所选择的初始束宽度,即当初始宽度较小时,近地表成像精度较高,但此时中深层成像质量较差;反之当初始宽度较大时,中深层成像质量提高,但近地表成像精度降低.针对高斯束偏移中深层和浅层成像精度的矛盾,本文发展了一种适用于陆地复杂地表条件的叠前菲涅尔束偏移方法.基于惠更斯-菲涅尔原理,本文首先给出了菲涅尔束的概念及其表征的格林函数,并采用有效邻域波场近似理论和反褶积成像条件,导出了复杂地表条件下叠前保幅深度偏移公式.最后,针对常规旁轴射线追踪中的数值噪音,给出了一种压制策略.同高斯束偏移相比,本文方法不仅解决了中深层和浅层成像精度的矛盾,而且提高了复杂地表条件下平面波的分解精度,使得偏移结果更加准确可靠.典型的模型算例验证了本文方法的有效性和稳健性.     

在随机噪音背景下地震反射信号的增强

提高地震资料的信噪比，增强反射波同相轴连续性是地震勘探的基本问题之一。本文针对因存在噪音和信号比较弱，致使正常时差（NMO）校正加方法难以奏效的问题，提出提高信噪比和增强反射信号同相轴连续性的共反射面元（CRS）迭加方法，该方法将来自菲涅尔带的信息经校正迭加在一起，计算结果表明，该方法能有效提高信噪比，增强反射信号同相同的连续性。     

菲涅耳体地震层析成像分辨率研究

层析成像分辨率的研究,不仅可以帮助分析层析方法的反演能力,评价层析反演的效果,还可以帮助指导层析参数设置,优化观测系统设计等.本文对比研究了前人提出的两种菲涅耳体层析成像分辨率的计算方法,并针对其存在的问题进行了优化.文中通过对二维理论模型的定量计算,总结了菲涅耳体地震层析成像分辨率的一些规律,并将其与射线层析的分辨率...     

初至波相位走时层析

近地表速度结构通常是利用射线走时层析或菲涅尔体走时层析等反演方法得到的,但它们的目标函数仍利用射线走时残差构建,导致反演精度不高.为此,本文提出了基于散射积分算法的初至波相位走时层析成像方法.该方法的核心是:(1)提出了依赖于频率的相位走时概念;(2)利用依赖于频率的相位走时信息,而非单一的无限频率射线走时;(3)发展了一种改进的相位展开方法,即通过监测相位不连续性和2π周期判定来消除相位折叠现象;(4)考虑了地震波传播的有限频特征,即基于波动理论而非传统的射线路径或有限空间的菲涅尔体构建核函数.通过利用Overthrust模型的数值实验及与传统射线走时层析和菲涅尔体走时层析的对比表明:本文提出的方法是一种有效的初至波走时反演方法.同时,基于Overthrust模型的数值试验还证明了下列结论,即通过挖掘更多的走时信息的确可以获得更高的反演精度和分辨率.     

三维起伏地表条件下地震波走时计算的不等距迎风差分法

三维起伏地表条件下的地震波走时计算技术是研究三维起伏地表地区很多地震数据处理技术的基础性工具.为了获得适应于任意三维起伏地表且计算精度高的走时算法,提出三维不等距迎风差分法.该方法采用不等距网格剖分三维起伏地表模型,通过在迎风差分格式中引入不等距差分格式、Huygens原理及Fermat原理来建立地表附近的局部走时计算公式,并通过在窄带技术中设定新的网格节点类型来获得三维起伏地表条件下算法的整体实现步骤.精度及算例分析表明:三维不等距迎风差分法具有很高的计算精度且能够适应于任意三维起伏地表模型.     

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.     

复杂地表条件下基于线性插值和窄带技术的地震波走时计算

为了在复杂地表条件下实现地震波走时计算,提出了一种基于线性插值和窄带技术的走时计算新方法.其中,线性插值用于局部走时计算,窄带技术用于局部波前捕获和追踪.为了逼近起伏地表,采用三角网和矩形网相结合的方法对速度模型进行剖分.为了得到局部走时计算公式,利用费马（Fermat）原理和关于入射点位置的限定条件.有关编程实践和数值试验表明：新方法不仅可以有效、灵活地处理地表高程的剧烈变化,而且还具有很好的适应性和稳定性,得到的计算结果满足波前传播规律.     

Wave equation tomographic velocity inversion method based on the Born/Rytov approximation

This paper discusses Born/Rytov approximation tomographic velocity inversion methods constrained by the Fresnel zone. Calculations of the sensitivity kernel function and traveltime residuals are critical in tomographic velocity inversion. Based on the Born/Rytov approximation of the frequency-domain wave equation, we derive the traveltime sensitivity kernels of the wave equation on the band-limited wave field and simultaneously obtain the traveltime residuals based on the Rytov approximation. In contrast to single-ray tomography, the modified velocity inversion method improves the inversion stability. Tests of the near-surface velocity model and field data prove that the proposed method has higher accuracy and Computational efficiency than ray theory tomography and full waveform inversion methods.     

PARABOLIC AND HYPERBOLIC PARAXIAL TWO-POINT TRAVELTIMES IN 3D MEDIA1

The 4 × 4 T -propagator matrix of a 3D central ray determines, among other important seismic quantities, second-order (parabolic or hyperbolic) two-point traveltime approximations of certain paraxial rays in the vicinity of the known central ray through a 3D medium consisting of inhomogeneous isotropic velocity layers. These rays result from perturbing the start and endpoints of the central ray on smoothly curved anterior and posterior surfaces. The perturbation of each ray endpoint is described only by a two-component vector. Here, we provide parabolic and hyperbolic paraxial two-point traveltime approximations using the T -propagator to feature a number of useful 3D seismic models, putting particular emphasis on expressing the traveltimes for paraxial primary reflected rays in terms of hyperbolic approximations. These are of use in solving several forward and inverse seismic problems. Our results simplify those in which the perturbation of the ray endpoints upon a curved interface is described by a three-component vector. In order to emphasize the importance of the hyperbolic expression, we show that the hyperbolic paraxial-ray traveltime (in terms of four independent variables) is exact for the case of a primary ray reflected from a planar dipping interface below a homogeneous velocity medium.     

Triplications for the converted wave in transversely isotropic media with a tilted symmetry axis

In seismic data processing, serious problems could be caused by the existence of triplication and need to be treated properly for tomography and other inversion methods. The triplication in transversely isotropic medium with a vertical symmetry axis has been well studied and concluded that the triplicated traveltime only occurs for S wave and there is no triplication for P and converted PS waves since the P wave convexity slowness always compensates the S wave slowness concavity. Compared with the vertical symmetry axis model, the research of the triplication in transversely isotropic medium with a tilted symmetry axis is still keeping blank. In order to analyse the triplication for the converted wave in the tilted symmetry axis model, we examine the traveltime of the triplication from the curvature of averaged P and S wave slowness. Three models are defined and tested in the numerical examples to illustrate the behaviour of the tilted symmetry axis model for the triplicated traveltime with the change of the rotation angle. Since the orientation of an interface is related to the orientation of the symmetry axis, the triplicated traveltime is encountered for the converted wave in the tilted symmetry axis model assuming interfaces to be planar and horizontal. The triplicated region is influenced by the place and level of the concave curvature of the P and S wave slowness.     

基于图形结构的三维射线追踪方法

在地震层析成像研究中,为了克服最小走时射线路径追踪方法存在的问题,对该方法计算过程中的关键步骤进行了改进．在节点走时的计算中引入Ｂｒｅｓｅｎｈａｍ画线算法;在最小走时节点查寻中,结合使用快速排序算法与插入排序算法,替代以往方法中多采用的堆排序算法;所采用的节点设置方式,可以引入速度界面,还可以实现反射波射线追踪．模型计算证明,改进的最小走时射线路径方法具有精度高,速度快的特点,所提出的三维空间反射波射线追踪算法简便易行。     

Fresnel volumes corresponding to PKP waves in the IASP91 model

Fresnel volumes provide a suitable tool for estimating the resolution limits or accuracy of tomographic methods based only on the arrival times of these seismic waves, which penetrate the deep interior of the Earth. The standard definition of the Fresnel volume was modified to include effects of multipathing, i.e., multivalued travel times. Computations were performed in the IASP91 model for three representative epicentral distances and two prevailing signal periods. Preliminary results have been obtained. They place a rather strong restriction on the resolution limits of tomographic methods, depending on the prevailing period, due to the relatively large fatness of PKP Fresnel volumes.