迭代法在三维网络模型最短路径射线追踪中的应用

目前有许多基于二维网格模型的射线追踪算法,但应用与三维网格模型的射线追踪算法较少,主要是因为三维网格射线追踪算法在算法实现、编程以及图形显示方面都有一定难度.本文提出了一种适用于三维网格射线追踪的迭代算法,并应用于几种理论模型,同时实现了三维绘图显示,通过研究证明迭代算法能在一定程度上提高三维网格射线追踪的精度和速度.     

一种改进的线性走时插值射线追踪算法

线性走时插值法（LTI）在走时的计算中,由于射线方向考虑不全,计算得到的节点走时不一定最小,导致追踪的射线路径无法满足最小走时.针对这一问题,本文提出了一种改进的射线追踪算法,通过采用多方向的循环计算,得到所有计算节点的最小走时,使追踪到的射线路径能真正满足最小走时,以确保射线追踪的精度.模拟实验结果表明,在介质速度变化剧烈的结构中,该算法与传统的LTI算法相比,有效地提高了射线追踪的精度.     

初至波走时层析速度建模方法研究

层析反演的核心是敏感核函数的求取和旅行时反演方程的建立.在射线理论下,射线追踪技术是计算敏感核函数和旅行时的主要方法,因此初至层析的实现需要有一种可以准确追踪初至波路径的射线追踪方法.本文推导了抛物旅行时插值射线追踪公式,提出了基于抛物旅行时插值的最短路径射线追踪方法.理论模型和实际资料处理结果表明,利用该方法实现初至层析速度建模可行.     

迭代优化的网络最短路径射线追踪方法研究

网络最短路径射线追踪算法,用预先设置的网格节点的连线表示地震波传播路径,当网格节点稀疏时,获得的射线路径呈Z字形,计算的走时比实际走时偏差大.本文在网络最短路径射线追踪算法的基础上,提出了迭代法与网络最短路径相结合的射线追踪算法,运用迭代法优化计算由网络最短路径算法得到的射线路径,并对迭代法进行修正,从而克服了最短路径射线追踪算法的缺陷,大大提高了最小走时和射线路径的计算精度.     

基于三维模型中的射线追踪方法测定鲁甸M_s6.5地震震源深度

2014年8月3日云南鲁甸发生M_S6.5地震,造成重大人员伤亡和财产损失。此次地震发震构造复杂,引起了地震学界的广泛关注。本文基于三维建模方法,建立鲁甸地区三维层状非均匀速度模型,采用逐段迭代射线追踪方法对鲁甸M_S6.5地震进行三维射线追踪走时计算;利用震中距150km范围内的近震Pg波震相走时数据,通过射线追踪走时拟合获得鲁甸地震的震源深度约为12km,与前人研究成果基本一致,表明了本文采用的三维建模和射线追踪方法的有效性。     

合成三维横向非均匀介质远震体波接收函数的Maslov方法

三维横向非均匀介质远震体波接收函数的合成算法对于三维介质远震体波接收函数研究至关重要．本文发展了基于Ｍａｓｌｏｖ理论的横向非均匀介质接收函数合成算法,针对远震体波接收函数计算的特点,利用遗传算法完成三维动力学射线追踪,并采用递归算法组织射线的追踪过程,从而在保证追踪精度的同时提高了射线追踪的效率,并可完全避免传统射线追踪过程中的射线编码问题．正演计算结果表明,此法是一种高效、实用的三维横向非均匀介质接收函数计算方法．     

合成三维横向非均匀介质远震体波接收函数的Maslov方法

三维横向非均匀介质远震体波接收函数的合成算法对于三维介质远震体波接收函数研究至关重要．本文发展了基于Ｍａｓｌｏｖ理论的横向非均匀介质接收函数合成算法,针对远震体波接收函数计算的特点,利用遗传算法完成三维动力学射线追踪,并采用递归算法组织射线的追踪过程,从而在保证追踪精度的同时提高了射线追踪的效率,并可完全避免传统射线追踪过程中的射线编码问题．正演计算结果表明,此法是一种高效、实用的三维横向非均匀介质接收函数计算方法．     

基于二维三次卷积插值算法的辛几何射线追踪

射线追踪是地震波走时层析成像的基础,射线空间位置的准确性及射线走时的精度决定了层析成像的可靠性.本文根据哈密尔顿系统可以有效提高程函方程解稳定性的特性,采用辛几何算法（SAM-Symplectic Algorithm Method）及二维三次卷积插值技术进行地震波射线追踪.由于采用了SAM算法,保证了地震波波前精度,提高了射线空间位置的准确性.数值模拟结果表明SAM既能保证哈密尔顿系统的稳定性又具有运算速度快的特点,提高了射线追踪的计算精度.     

层状弹性介质全波射线追踪技术研究

射线追踪法是一种有效的地震波场数值模拟方法,在层析成像、叠前深度偏移及正演模拟等研究领域均占据重要地位.但相较于波动方程数值模拟方法,射线追踪法在获取较高运算速度的同时损失掉了地震波场的动力学信息,对于整个地震波场的地震波衰减以及转换波等问题都没有进行考虑.为了能够得到较为完整的合成地震记录并对地震资料做出更合理解释,本文在使用射线追踪法进行波场数值模拟的同时考虑了衰减信息,追踪转换波以弥补射线追踪法在动力学上的缺陷.在全波射线追踪过程中,通过追踪同类波和转换波,并计算该段射线的能量衰减,在保证高速计算的同时获得了较为完整的合成地震记录,取得较好的效果.     

三维场地波动传播的快速射线追踪法

本文基于Snell定律和Fermat原理对三维任意界面情况下的两点间射线追踪问题进行了研究，从同一条射线满足相同的射线参数出发，推得一个适用于任意界面情况下计算反（折）射点的一阶近似公式。结合迭代技术，给出了三维场地条件下射线追踪迭代算法的计算格式，并进行了三维场地射线追踪模拟计算。计算表明：计算速度相当快，且其计算精度可以根据需要满足要求。     

二维速度随机分布逐步迭代射线追踪方法

基于Ｓｎｅｌｌ定理，研究一种新的射线追踪方法──逐步迭代射线追踪法。首先，从一端出发，根据射线路径上任意连续三点均满足Ｓｎｅｌｌ定律，利用一个近似公式逐段迭代，求取中间折射点，从而实现逐步迭代计算。该方法的追踪路径结果符合射线追踪要求，计算速度快，方法精度高，可以克服射线追踪的路径非唯一性；并且在追踪过程中可以给出透射走时，为层析成像方法提供了一种有效的射线追踪过程。     

基于波前面三角形网格剖分的波前重建法三维射线追踪

在许多地震反演和偏移成像方法中,都要涉及到射线路径和旅行时的计算.本文将波前面三角形网格剖分和三维波前重建法射线追踪技术结合使用,实现了射线路径和旅行时的准确快速计算.三维波前重建法射线追踪过程中可以保证稳定合理的射线密度,克服了常规射线追踪方法存在阴影区的问题.波前面三角形网格剖分在描述和拆分波前面时更加准确有效,而且不需太多的网格数目,从而提高了射线追踪的精度和效率.该方法在三维复杂构造成像方面有独特的优势,目前在实际的Kirchhoff 偏移中的已经有相关应用.     

改进的非均匀介质射线追踪算法

本文对1985年Langan提出的非均匀介质常速度梯度射线追踪方法进行了改进以提高精确度.常速度梯度射线追踪法利用Taylor展开将复杂的射线方程简化大量提高了运算效率,但也由于网格化造成精度降低的不足.本文对每个网格中的射线追踪结果进行了校正,减小误差的相互累积来提高原方法的精确度.利用理论模型对改进的方法进行了试算,将试算结果与原始的方法进行了对比,改进后算法得到的射线路径与原始方法得到的射线路径有明显的差别,并将原始方法和改进方法得到的结果与理论上的结果进行了对比.同时,将两种方法应用于某一地区的微地震资料中,将两种方法得到的微地震事件走时正演数据与实际的走时数据进行了对比分析.本文从理论模型和实际资料上同时验证了改进的方法提高了射线追踪的精确度.     

用于图像重建的波前法射线追踪

本文给出一种基于Huygens-Fresnel原理的射线追踪方法--波前法.该方法精度高、计算速度快,不仅可给出波从源点传播到接收点的透射走时和射线路径,而且可给出任何时刻的波阵面,为层析成像提供了一种有效的射线追踪方法.     

地震波走时和射线的有限差分计算

以往都是采用射线追踪的方法计算地震波的走时和射线，但是当速度模型复杂时这种方法存在一些问题。本文提出另一种计算地震波走时和射线的方法。该方法从程函方程出发，利用互换原理和Ｆｅｒｍａｔ原理计算出各种波的到时和射线。解决了射线追踪方法存在的问题。为地震波走时和射线的计算以及地震波走时反演开辟了一条新途径。     

一种线性走时插值射线追踪改进算法

针对线性走时插值算法(LTI)不能正确追踪逆向传播射线的问题, 目前已提出多种改进算法, 如扩张收缩LTI算法、 循环计算LTI算法、 动态网络最短路径射线追踪算法等, 但这些算法的计算效率普遍偏低. 在分析各种改进LTI算法的优劣后, 本文提出了改进动态网络最短路径射线追踪算法. 该改进算法依据波的传播规律以及LTI算法的基本方程, 排除动态网络最短路径射线追踪算法中大量冗余节点计算, 并采用传统的二叉树堆排序算法对波前阵列节点进行管理. 数值算例表明, 本文提出的改进算法具有较高的计算效率, 其计算效率是动态网络最短路径射线追踪算法的4.5—30倍, 是原始LTI算法的2—6.5倍; 当动态网络最短路径射线追踪算法采用堆排序算法时, 改进算法的计算效率是其3.5—15倍.      

PS转换波界面二次源法射线追踪

界面二次源法是最近提出的一种最小走时射线追踪方法,尤其适合层状介质中走时和射线路径的计算.该方法相对于传统的最小走时树方法（如Moser法）,仅在物性界面上设置二次源,射线路径的方向只在层界面处发生改变,该方法最大程度地消除了射线路径的锯齿状现象,同时也避免了低变速区的射线路径多值现象,因此,它具有更高的追踪精度和效率.本文采用界面二次源法在各向同性介质中实现了PS转换波射线追踪,理论模型的计算证实了界面二次源法追踪PS转换波的准确性和高效性,同时该方法在各向异性介质中也很好地追踪出分离的PSV波和PSH波,因此该方法有利于横波分裂在地震勘探中的研究和应用     

FMM射线追踪方法在地震学正演和反演中的应用

FMM(Fast Marching Method)射线追踪方法是一种求解非线性程函方程数值解的射线追踪方法.本文在FMM射线追踪算法流程的基础上引入一个数据链表,方便求解射线路径,另外还引入一个与解精度有关的方向参数,可以更好的控制解的精度.然后在一些理论模型中对FMM方法的正演和反演计算做了若干验证,结果表明,FMM方法可以较快而且稳定地得到令人满意的结果.     

复杂介质中地震波前及射线追踪综述

本文较为系统综述了国内外在不均匀介质中各种主要和实用的射线追踪方法,例如:基于射线理论的打靶法、弯曲法(伪弯曲法)、高斯射线束算法等;基于网格单元扩展的有限差分解程函方程法(FD)、最短路径算法(SPM);以及结合射线和网格单元扩展的波前构造法等.同时对目前出现的多次波射线追踪技术、以及多值波前追踪技术(如:相空间算法、水平集算法)也进行了分析讨论.同时对基于网格单元扩展算法的优缺点进行了评述,其基本结论是:基于单元模型的SPM要优于FD算法,而基于网格的SPM算法则次之.就传统的射线追踪算法(如:打靶法和弯曲法)而言,其未来的发展方向是实现完全非线性的相应算法,而基于网格单元的算法则主要是扩展功能(如:后续波、多值波前的追踪).射线追踪方法技术未来需要解决的问题主要有:块状模型中多次波的追踪;多值波前及多值射线追踪;走时与振幅的同时追踪计算;以及其它领域新方法的引入.     

快速射线追踪及其在地震层析中的应用

在地震层析研究中,常常涉及地震波在非均匀介质中的传播路径问题,故快速射线追踪是不可缺少的工具。本文讨论了一种以三点法为基础的逐步逼近的射线追踪方法,其优点是计算速度快、精度高,适合地震层析研究的计算要求。