体元结构模型在三维地震模型正演模拟研究中的应用

本文采用双三次康氏（Coons）曲面模拟地震界面,提出了用体元结构来表示复杂构造地区的三维地震模型,同时以此为基础建立了灵活的动态射线追踪过程,实现了快速的、更具实用性的三维地震模型的正演模拟．     

体元结构模型在三维地震模型正演模拟研究中的应用

本文采用双三次康氏（Coons）曲面模拟地震界面,提出了用体元结构来表示复杂构造地区的三维地震模型,同时以此为基础建立了灵活的动态射线追踪过程,实现了快速的、更具实用性的三维地震模型的正演模拟．     

地震走时层析成像方法及在陨石坑探测中的应用

地震走时层析成像是地球物理反演中成熟的方法之一,已在许多领域得到广泛应用,并取得了良好的效果。本文介绍的地震层析成像方法包括模型参数化、射线追踪和理论走时计算、非线性方程组的线性化、线性化方程组的求解以及解的评价。观测数据使用了中国地震局地球物理勘探中心在岫岩陨石坑取得的浅层地震折射资料,反演得到两条近垂直交叉剖面的P波速度结构。结果表明,该坑为一简单坑,直接撞击形成的区域为直径约1．8km、深度约700m的坑体;坑中心深度约700m周围以及向下出现的7．0km／s以上的高波速可能是陨石撞击时所产生的高温高压使表层岩石达到熔融状态,改变了围岩的性质,致使围岩速度升高。     

三维复杂速度模型中地震事件震源轨迹的计算

地球内部三维速度图像的广泛建立为进行高精度的地震定位提供了良好条件.使用震源轨迹确定震源位置不仅稳健而且直观,但三维复杂速度模型中的震源轨迹难以给出解析解.为此,本文提出了一种较准确地计算三维复杂速度模型中震源轨迹的数值方法.根据震源轨迹在残差场中的特点：（1）震源轨迹位于残差正负极性彼此不同的邻点之间;（2）绝对梯度在震源轨迹的法线方向最大;（3）在法线方向上越靠近震源轨迹残差绝对值越小,对于每个模型节点分别和残差正负极性与其不同的邻点组成的点对,将其中绝对梯度最大的点对作为震源轨迹法线点对,选取法线点对中残差绝对值较小的点（即震源轨迹所在模型单元的节点）作为震源轨迹代表点;在绝对残差场中数值较小的连通区域（可能有多个）内,利用最小走时树算法依次计算出每个连通区域中地震波从绝对残差最小点至同一连通区域内震源轨迹代表点的射线路径作为震源轨迹.算例表明：本文方法适用于三维复杂速度模型,对震源轨迹的稳定性及构成段数没有限制,计算的震源轨迹精细且较完整、可用于高精度的地震定位.

     

改进Moser方法二维初至波走时层析成像正演研究

地震层析成像是剖析地球内部结构与性质的主要手段之一。以二维初至波走时层析成像为研究方向,剖析Moser初至波走时层析成像的基本原理,指出在原始算法中走时计算误差较大和射线路径追踪存在的问题,讨论提出两种改进办法,分别是：（1）使用动态节点提高走时计算的精度;（2）使用多重链表散列改进波前节点的处理效率。通过均匀介质模型验证改进Moser方法在正演中比原始算法在计算精度上的大幅提高,其中五个动态节点模型相对误差可达0.1%,解决了原始方法存在的问题。另外实现了改进的Moser方法在Marmousi2复杂介质模型中的正演计算,从绘制的波前射线图中可以看出与理论预期的结果相符,从而证明了改进Moser方法的准确性。     

基于LTI和网格界面剖分的三维地震射线追踪算法

将二维线性走时插值射线追踪算法(LTI)推广应用至三维模型,并结合网格界面剖分方式,提出了一种三维射线追踪算法．该算法既可获得高精度的全局最小走时和射线路径,又具有快速稳定的特点．三维模型计算结果表明,在模型参数包括网格密度完全相同情况下,本文算法较传统的三维最短路径算法在计算效率、走时和射线的计算精度上均有明显改进．     

全球非均匀模型中的远震走时层析成像

远震走时层析成像是研究地球内部结构的重要工具. 通常, 远震走时层析成像使用一维地球参考模型计算研究区域外地震射线. 由于地球存在广泛非均匀结构, 传统远震走时层析成像在计算射线时忽略了研究区域外非均匀结构对射线的影响, 最终导致对研究区域内的成像结果产生影响. 为了减小模型外地球非均匀结构对远震走时层析成像的影响, 本文利用迎风差分格式数值求解程函方程, 得到全球非均匀模型中的远震射线, 以此为基础发展了基于全球非均匀模型的远震走时成像方法. 为了检验本文成像方法提升成像精度的有效性, 选取青藏高原东北缘为研究对象. 合成测试和实际数据成像结果显示, 在考虑地球非均匀结构以后, 成像结果更精确, 结果展现更多成像细节.

     

井间地震层析成像初始速度模型

地震直达波走时层析成像可归结为求解一个大型的、稀疏的、常常是病态的线性方程组.求解方程组常用的迭代法,需要一个比较合理的初始猜测解,也即是初始速度模型.初始模型关系到反演的效率甚至成像的正确性.本文在前人研究基础上提出一种生成模型网格节点初始速度方法,假定震源到检波点路径为直线,记录每条射线穿过的单元和统计每个网格单元穿过的射线数目、自动拾取网格节点所在单元的数目等.实例中,由原始数学模型的正演旅行时资料生成节点初始速度模型,效果可以.最后,分别采用均匀模型和本文方法生成的初始模型进行迭代反演,通过比较,证实该自动生成节点初始模型的可行性和可靠性,并对存在的问题进行讨论和解释.     

地震层析成像研究方法综述

国际上对地震层析成像的研究始于上世纪70年代末,经过30多年的发展,地震层析成像方法逐渐成熟,并越来越广泛地被运用到地球物理各个领域中.以地震层析成像方法的发展作为主线,主要介绍了地震层析成像方法和所用地震数据的发展.     

井间地震数据直达波走时层析成像

本文利用矢量射线追踪正演模拟技术计算地震波直达波传播的路径及走时,进而利用射线走时及路径的内插,发展了弯曲射线迭代反演技术.该方法可用来重建井间地层的速度图像.基于所发展的方法,我们对较为复杂的典型地质模型进行了井间速度重建.结果表明该方法是一项快速、高精度的走时层析成像技术.     

地震层析成像方法综述

对各种地震层析成像方法进行了分类比较。以层析成像技术各个部分的各种方法为重点,分别阐述了地震层析成像技术的4个主要方面（模型的参数化、正演计算、反演及图像重建、反演结果的评价）具体方法的发展现状和进展,并对地震层析成像技术未来的发展方向做了展望。     

三维地质模型中地震波共轭梯度非线性走时反演

地震体波走时层析成像是探测地球内部速度结构的重要方法之一。基于三维块状建模以及三角形拼接的界面描述方式,结合快速高效的逐段迭代射线追踪方法,获得三维复杂地质模型中的地震射线路径与走时信息,采用共轭梯度非线性反演算法,进行地震波走时反演。实验结果表明共轭梯度反演算法在三维层状模型中具有较高的有效性。     

Modeling,ray tracing,and block nonlinear travel-time inversion in 3D

We describe an integrated forward and inverse three-dimensional modeling system that can deal with complex geological structures. The system has been designed to handle large-scale problems by using a distributed approach. It uses seismic ray tracing for forward simulation, time-to-depth mapping, and nonlinear travel-time inversion.A novel decomposition method is our tool to attack large-scale problems in a parallel approach. The system is fully implemented and we demonstrate its performance with synthetic examples.This research was partially supported by the National Science Foundation under SBIR Grant III-9300992.     

基于射线追踪的微地震多波场正演模拟

对于微地震正演模拟,本文以射线追踪的原理为基础,对两点间的射线追踪问题进行了研究,应用二分算法、改进二分算法和微变网格算法对水平层状匀速模型、弯曲层状匀速模型和复杂地质模型进行射线追踪,使得计算效率和适用范围都得到了很大的改善.文中对每种算法误差范围和计算效率进行了对比验证,对于不同的地质模型,选用合适的算法才能在计算速度和精度上得到双重保证,最后正演模拟了多波三分量记录.在模型建立上引入了超薄层概念,并在前人模拟的直达波、透射波、反射波基础上拟了折射波,使正演模拟的多波场信息更丰富.文中的应用实例及模型结果表明:与二分法相比,改进二分法能够对弯曲界面进行射线追踪,并能保证结果的精度.弯曲层状模型中,改进二分法与微变网格法相比计算速度有显著提高,能够应用到资料的反演中.     

地震层析成像方法综述

本文从地震层析成像的模型参数化、正演、反演、解评估四个方面回顾了地震层析成像方法近期发展历程以及各时段地震层析成像方法的优、缺点。     

澜沧江流域重大水电工程地区地震层析成像

根据云南区域地震台网记录的地震观测资料,使用澜沧江流域周边40个地震台记录到的3600多个地震的近25000条P波和S波波形数据,采用层析成像理论,反演了云南澜沧江流域地区的三维速度结构图,结果表明,上地壳速度异常分布与地表地质断裂构造有关。以澜沧江断裂为界,西侧大部分地区表现为速度负异常,扰动值在-2．0％～-4．0％;东侧大部地区为速度正异常。在30km深的剖面上,澜沧江流域西南出现一条近北东走向的负速度异常带,这可能与南汀河深大断裂有关;在45km和65km深度以下的剖面上,同样出现与澜沧江断裂和红河断裂有关的速度负异常带,并且澜沧江断裂北段与南段速度异常不同,北段总体表现为负异常,南段则表现为正异常。腾冲火山地热区从地表至地幔均出现低速异常,表明地幔热物质参与了腾冲火山的活动。研究区域层析成像三维速度异常分布揭示了谰沧江流域地球内部状态的某些特征,为澜沧江流域重大梯级电站的水库诱发地震机理研究与地震预测提供了地球内部介质结构的深部背景。     

谱比法地震衰减层析反演方法研究

由于地下介质对地震波能量有强烈的吸收作用,降低了地震资料的分辨率以及地震资料处理、解释的精度,因此选择合适的参数对地层吸收衰减情况进行有效描述是对地下构造进行高分辨率、高精度处理及解释的有效途径。目前品质因子Q是对岩石弹性参数进行有效描述的重要参数之一。用品质因子Q来衡量地震波能量在介质中传播的吸收衰减情况,是目前提高地震资料分辨率的有效方法,同时也是提高含油气地层解释精度的有效途径。近些年,许多学者提出了多种计算Q值的方法,其中谱比法是在实际中应用最为广泛的Q值估计方法。本文在前人方法的基础上,对谱比法进行了改进,并结合走时层析方法反演Q值,充分利用谱比法在精度、稳定性等方面的优势以及走时层析方法计算效率高的优点,不仅可以提高反演的精度而且能够保证反演的稳定性,提高计算效率。通过模型试算证明谱比法衰减层析方法能有效估计Q值变化情况,具有较好的发展前景。     

基于GPU计算的地震波场高阶有限差分正演研究

本文介绍地震波场高阶有限差分正演及其GPU计算问题,通过数值模拟技术实现地震波正演。对于声波方程,利用泰勒级数展开式得出波动方程的高阶有限差分格式及其离散表达式。运用C++语言和CUDA编写二维和三维GPU正演程序,使用共享存储器提升GPU线程间通信传输速度,并且改善了三维模型情况下共享存储器容量对有限差分阶数的限制问题。建立不同尺度模型针对二维和三维GPU正演程序和CPU正演程序进行计算测试,比较两个程序的计算效率。测试结果表明,无论是在二维和三维的模型下,GPU正演程序的计算耗时都远远小于CPU正演程序的计算耗时,且随着计算数据量的增大,加速效果越来越显著,测试结果可以很好地证明GPU程序相对于单CPU程序计算的高效性。