煤层厚度地震槽波层析成像分辨率分析

透射法地震槽波勘探技术依据不同煤厚槽波频散特征差异,利用敏感频率下槽波走时层析成像算法反演得到煤层槽波速度,进而预测煤层厚度分布.层析反演结果的准确性直接影响煤厚探测的精度,反演得到小异常体常被错误地当作高精细度的体现.槽波层析反演分辨率是衡量反演结果精细程度的重要指标,决定了反演结果的可靠程度,但对于槽波分辨率的估算缺乏有效的技术手段.通过对比分析理论模型、棋盘格模型、射线密度和统计分辨率等方法,探讨这些分辨率分析方法的优缺点.根据义马11061工作面层析成像结果以及后期实际煤厚揭露数据,验证了槽波勘探方法的合理性和准确,认为采用巷帮煤厚作为约束条件,可提高层析成像分辨率,采用统计分辨率方法对反演结果分析较为实用.     

基于伴随方法的线性台阵背景噪声面波和远震体波联合成像研究

伴随层析成像（Adjoint Tomography）通过求解全波方程来准确模拟地震波在复杂介质中的传播,并利用波形信息来反演地下结构,是新一代的高分辨率成像方法.其中3-D伴随层析成像需要庞大的计算资源,而2-D反演相对更具计算效率.面波和远震体波是研究地壳上地幔速度结构的重要方法,它们对S波速度及Moho面的敏感度不同,通过联合反演,可以得到更为准确的S波速度结构及Moho面.通过两种数据的高度互补性,本文提出基于伴随方法的线性台阵背景噪声面波和远震体波联合成像方法,同时约束台阵下方S波速度结构及Moho面形态.我们将该方法应用到符合华北克拉通岩石圈典型结构特征的理论模型上,测试结果表明联合反演方法优势明显,相比于面波伴随层析成像,能获得更高分辨率的S波速度结构,同时能精准约束Moho面形态.相比于体波伴随层析成像,联合反演能有效压制高频假象,降低波形反演过程中的非线性化程度.本研究有望提供一种更为高效精准的线性台阵成像方法,搭建联合伴随层析成像理论框架,提升岩石圈成像分辨率,并为后续其他类型波形数据的引入提供思路和方法.     

利用多次波提高地震数据分辨率方法

目前对多次波的有效利用仅围绕多次波成像技术展开,通过成像多次波试图获取更丰富的地下构造信息.不同于该思路,本文另辟蹊径,从利用多次波提高地震数据分辨率角度出发,对多次波的有效利用进行了深入挖掘.首先基于聚焦变换思想在聚焦域内实现多次波的降阶,通过理论推导得出聚焦域内多次波表现为原始数据的多维子波反褶积这一重要结论,从理论上证明了本文方法提高地震数据分辨率的可行性;然后采用引入整形正则化的非稳态回归自适应匹配滤波方法将聚焦域内由多次波构建的高分辨率数据分离出来,实现原始数据的高分辨率转换.与常规反褶积模型不同,该方法基于波动理论推导得出,可以适用于任意复杂情况;每一道输出结果中所有炮记录都参与了运算,从空间上加以约束,在提高纵向分辨率的同时可以改善数据的横向分辨率.最后通过模型试算和实际资料处理对本文方法的有效性、适应性和实用性进行了验证.     

扩展成像条件下的最小二乘逆时偏移

逆时偏移(RTM)是复杂介质条件下地震成像的重要手段.因受观测系统限制、上覆地层影响以及波场带宽有限等因素的影响,现行的常规RTM所采用的互相关成像条件通常对地下构造进行模糊成像.最小二乘逆时偏移(LSRTM)通过最小化线性Born近似正演数据和采集数据之间的波形差异,采用梯度类反演算法优化反射系数模型,获得的成像结果具有更高的分辨率和更可靠的振幅保真度.然而,基于波形拟合的LSRTM对背景速度模型的依赖性很强.误差太大的速度模型容易产生周波跳跃现象,导致LSRTM难以获得全局最优解.为了克服这一问题,本文基于扩展模型的思想,在线性Born近似下,推导得到RTM扩展成像条件.并基于最小二乘反演理论,提出扩展成像条件下的LSRTM方法.理论模型试算表明,本文方法不仅可以提供分辨率更高、振幅属性更为可靠的成像结果,而且能够在一定程度上消除速度误差对反演成像的影响.     

混合域高分辨率抛物Radon变换及在衰减多次波中的应用

高分辨率Radon变换存在计算效率和分辨率不能兼得的困境.时间域算法可以获得很高的分辨率,但计算效率非常低;频率域算法具有良好计算效率,但分辨率不理想.为此发展了混合域高分辨率抛物Radon变换,即对频率域抛物Radon变换引入时变的稀疏权.本文给出了一种新的混合域高分辨率抛物Radon变换实现方法,并将该算法应用于叠前数据衰减多次波.文中给出了Radon变换和衰减多次波的流程.理论和实际数据算例表明本文方法既有较高的分辨率又有很高的计算效率.     

基于MF-J变换的DAS观测高阶面波提取和浅地表结构成像

分布式声波传感(DAS)技术可以将现有城市通信光缆转化为密集宽频带地震观测系统,利用城市通信光缆进行主/被动源面波成像为城市浅地表结构成像和地下空间探测提供了新手段,具有广阔的应用前景.近年来大量研究表明,充分利用高阶面波信息能显著提升面波结构成像效果.为探索DAS记录中的高阶面波提取和利用的可行性,本文推导了适用于DAS系统地震记录提取多模式面波频散曲线的 MF-J变换公式,并成功应用于白家疃光纤实验的主动源观测数据,提取了多模式频散曲线并反演构建了研究区高分辨、高精度的横波速度结构剖面.研究结果表明,MF-J方法能有效地从DAS主动源记录中提取多模态频散曲线,并能去除传统 F-J方法中的交叉假频现象;基于多模式面波频散曲线反演的速度结构分辨率和置信度都明显优于只用基阶模态的反演.本文的研究结果揭示了利用城市通信光缆实现低成本高分辨率地下结构探测的可能性.     

求解二次方程的二维VTI介质qSV波和qSH波走时快速扫描算法

地震波走时计算在观测系统设计、偏移成像、速度模型走时反演和地震定位等方面起到重要作用.各向异性广泛存在于地球介质中,影响地震波传播的振幅和走时,忽略各向异性的影响将对成像、反演以及地震定位等造成一定的误差.因此对于高分辨率成像和反演,走时计算中考虑各向异性十分重要.快速扫描法不需要存储和追踪波前面信息,在各向异性初至波...     

高分辨率Radon变换方法及其在地震信号处理中的应用

Radon变换方法在地震资料处理中广泛采用,在地震同相轴识别和估计方面具有良好效果．无论是倾斜叠加,还是广义Radon变换方法,一般采用最小二乘反演方法实现．目前,在提高反演算法的效率和分辨率方面仍值得研究．本文从倾斜叠加的定义出发,阐明Radon变换分辨率问题的来源和解决办法．采用最小二乘反演方法研究高分辨率抛物线Radon变换和双曲Radon变换时,给出稀疏约束预条件共轭梯度法求解的高分辨率Radon变换的实现方法,同阻尼最小二乘方法相比,分辨率和精度明显提高,文中给出了模型算例．根据有效波和多次波NMO后剩余时差不同,采用高分辨率抛物线和双曲Radon变换可以压制多次波,分别给出了方法原理,最后给出应用实例．研究表明,稀疏约束预条件共轭梯度法可以有效实现高分辨率Radon变换;数值算例表明,算法计算效率和精度较高,可以更好地实现多次波压制．     

基于基追踪-BI_Zoeppritz方程广义线性脆性指数直接反演方法

非常规油气资源的勘探开发在能源领域越来越受到重视.针对页岩油气、致密砂岩气储层的脆性指数预测,对突破"甜点区"、指导后续水力压裂等都具有重要的意义.针对常规叠前AVO反演技术预测脆性指数存在的问题:(1)稀疏脉冲反演垂向分辨率不高;(2)基于AVO近似公式的常规叠前反演,需要假设常背景纵横波速度比以及弱弹性参数反射率等条件,会影响到三参数反演的精度;(3)通常需要借助反演获取的纵横密三参数转换为杨氏模量和泊松比,再进一步转换才能获取脆性指数,在参数转换的过程中会将误差累积放大,影响最终的脆性指数预测精度.本文从精确Zoeppritz方程出发,通过对其进行重新推导,将其表达为脆性指数、P波速度和S波速度的函数(BI_Zoeppritz方程),并借助广义线性AVO反演,对基追踪反演获取的高分辨率角度反射系数进行迭代反演,直接提取高分辨率、高精度的脆性指数.通过模型和实际资料验证了该算法相对常规叠前反演获取的脆性指数有了进一步的改善.     

面波频散谱多模式高分辨率成像的多道信号比较法

高分辨率的面波频散谱成像是浅层地震勘探领域基于频散性质反演横波速度结构中的一个关键步骤.在天然地震探测领域,仅利用两个台站记录的线性信号比较法(LSC),被广泛用来计算面波的频散谱,并用于大尺度的面波层析成像.然而互相关的成像方式会造成频散谱在低频端较低的分辨率.非线性信号比较法(NLSC)利用指数函数克服了这个问题,同时极大地提高了频散谱的成像分辨率.然而,在研究中我们发现,仅利用两个台站的地震记录,并不能将面波的频散特性完整地考虑在内,导致LSC和NLSC方法对高阶模式的成像存在较大的误差.由于主动源面波勘探多道采集的方式,基于信号比较理论的多道信号比较法(MSC)充分利用多道地震信号,可以获得准确的多模式成像,然而该方法需要计算任意两道的频散谱并叠加,存在冗余的计算,导致计算效率较低.因此,本研究对MSC方法进行了相应的改进,通过追踪炮集记录上的面波波组提高了原方法的计算效率,同时,利用理论频散曲线进行叠加分析,验证了改进的MSC方法的正确性和有效性.通过与相移法、LSC和NLSC方法的对比分析,展示了MSC方法是一种准确的、高分辨率的面波多模式频散谱成像方法.实际地震资料的应用...     

变阻尼约束层析成像及其在VSP资料中的应用(英文)

初至波走时层析成像已经取得了广泛的应用,然而,由于观测系统的限制,射线在模型中分布不均匀,导致层析结果的分辨能力不足。变阻尼约束方法应用不均匀的先验信息来匹配不均匀的数据分布,可以减小速度模型校正量与射线覆盖程度的相关性。本文将变阻尼约束方法应用于初至波旅行时层析成像中,并将平滑约束方法加入正则化方程组中来避免单独使用变阻尼约束带来的不稳定性,利用阿尔法滤波器对反演中间迭代结果进行平滑和去噪,采用LSQR算法求解线性方程组来提高收敛速度和压制误差传递。本文应用上述层析成像算法对VSP观测系统进行速度反演,分别应用于检测板速度模型数据和实际VSP资料速度反演中,结果表咀变阻尼约束层析成像可以改善射线不均匀覆盖带来的影响,从而提高速度反演结果的质量;VSP资料检波点附近的速度反演结果可靠性高。     

地震层析成像反演中解的定量评价及其应用

对地震层析成像非线性问题线性化处理之后,各种反演算法归纳成为对不适定方 程的求解．地震层析成像反演算法的解的物理意义是给出地质结构,因此对于解的可靠性及 分辨率研究非常重要．然而许多反演算法不能给出解的评价方法,因而对解的可信度产生怀 疑．本研究根据解估计的分辨率矩阵的原理,提出ＬＳＱＲ（Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ ＱＲ）算法解协方差矩 阵的评价算法,用相关分析可以为那些在求解过程中得不到分辨率矩阵的反演方法提供解的 定量评价．并用本文提出的解的定量评价方法试评了一个实际地壳模型的地震层析成像的 速度重建结果．     

地球构造反演问题的新途径

本文讨论地球内部构造反演问题的某些新途径.其内容如下:地球构造反问题与固有值反问题;反散射问题中介质间断性的成象与因果广义Radon变换,包含地球构造反问题的新提法,反散射问题的线性化,古典Radon变换与广义Radon变换,线性化反问题的渐近解,渐近解和偏移格式.     

Tomography and the Herglotz-Wiechert inverse formulation

In this paper, linearized tomography and the Herglotz-Wiechert inverse formulation are compared. Tomographic inversions for 2-D or 3-D velocity structure use line integrals along rays and can be written in terms of Radon transforms. For radially concentric structures, Radon transforms are shown to reduce to Abel transforms. Therefore, for straight ray paths, the Abel transform of travel-time is a tomographic algorithm specialized to a one-dimensional radially concentric medium. The Herglotz-Wiechert formulation uses seismic travel-time data to invert for one-dimensional earth structure and is derived using exact ray trajectories by applying an Abel transform. This is of historical interest since it would imply that a specialized tomographic-like algorithm has been used in seismology since the early part of the century (seeHerglotz, 1907;Wiechert, 1910). Numerical examples are performed comparing the Herglotz-Wiechert algorithm and linearized tomography along straight rays. Since the Herglotz-Wiechert algorithm is applicable under specific conditions, (the absence of low velocity zones) to non-straight ray paths, the association with tomography may prove to be useful in assessing the uniqueness of tomographic results generalized to curved ray geometries.     

PARAMETRIZATION OF GRT INVERSION FOR ACOUSTIC AND P–P SCATTERING1

The generalized Radon transform (GRT) inversion contains an explicit relationship between seismic amplitude variations, the reflection angle and the physical parameters which can be used to describe the earth efficiently for inversion purposes. Using this relationship, we have derived parametrizations for acoustic and P–P scattering so that the variations in seismic amplitude with reflection angle for each parameter are sufficiently independent. These parametrizations show that small offset and large offset amplitudes are related to different physical parameters. In the case of acoustic scattering, the small-offset amplitudes are related to impedance variations while large-offset amplitudes are related to velocity variations. A similar result has been established for P–P scattering. The Born approximation (which is used to derive the GRT inversion) does not correctly predict the amplitude due to velocity variations at large offsets, and thus the inversion of velocity is not as satisfactory as the inversion of impedance.     

地震层析成象的-变换

由Radon变换出发给出了地震走时问题的——变换.定义模型坐标(x,z)与震源位置()和射线斜率()间的线性关系为x=+z.文中给出了-正反变换的理论公式,并分析了-变换与富氏变换的关系。理论表明,连续函数的-变换可得到走时反演问题的唯一解。 在地震学非完全层析成象中,欲提高图象质量必须压制假频和提高分辨.作者对重建图象的分辨进行了详细讨论,最后通过数值模拟讨论了观测系统和滤波处理的影响。      

3D adaptive tomography using Delaunay triangles and Voronoi polygons

The solutions of traveltime inversion problems are often not unique because of the poor match between the raypath distribution and the tomographic grid. However, by adapting the local resolution iteratively, by means of a singular value analysis of the tomographic matrix, we can reduce or eliminate the null space influence on our earth image: in this way, we get a much more reliable estimate of the velocity field of seismic waves. We describe an algorithm for an automatic regridding, able to fit the local resolution to the available raypaths, which is based on Delaunay triangulation and Voronoi tessellation. It increases the local pixel density where the null space energy is low or the velocity gradient is large, and reduces it elsewhere. Consequently, the tomographic image can reveal the boundaries of complex objects, but is not affected by the ambiguities that occur when the grid resolution is not adequately supported by the available raypaths.     

关于区域性的地震面波层析反演方法的讨论

讨论了在地球表面局部区域进行面波层析反演时所用的各种反演方法，指出各种方法用于区域性层析反演时的优缺点，并就由面波资料对区域性的地壳和上地幔结构进行反演的方法──分块反演方法、本征函数展开法、球面雷当变换方法、Ｔａｒａｎｔｏｌａ概率方法和波形反演的方法进行了讨论。指出了各种方法的优缺点及适用范围，并对一些方法进行了数值模拟，给出了计算实例。关键词     

地震层析成像反演中3种广义解的误差分析与评价

在地震波速度和地震波　值层析成像中,对于非线性反演问题解的可靠性研究非常重要．为了讨论ＡＲＴ（ＡｌｇｅｂｒａｉｃＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、ＳＶＤ（Ｓｉｎｇｕｌａｒ　ＶａｌｕｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＬＳＱＷ（ＬｅａｓｔＳｕａｒｅ）３种方法的算法稳定性以及反演效果,本研究将这３种算法用于求解非常病态问题和一般稳定问题,根据数值计算结果,分别给出了在非常病态问题和一般稳定问题中３种算法的相对误差及其算法稳定性评价．进而针对３种算法在同一地质模型上的速度成像结果进行了比较,为地震层析成像反演效果分析提供了定量参数．