基于交叉梯度交替结构约束的二维地震走时与全通道直流电阻率联合反演

在利用不同的地球物理勘探方法对地下复杂介质成像时,因观测系统的非完备性及数据本身对某些岩石物性的不敏感性,单独成像的结果存在较大的不确定性和不一致性.对于地震体波走时成像与直流电阻率成像,均面临着成像阴影区问题.对于地震走时成像,地震射线对低速区域覆盖较差形成阴影区,造成低速区域分辨率降低.对于电阻率成像,电场线在高阻区域分布较少,造成高阻区域分辨率较低.为了提高地下介质成像的精度,Gallado和Meju(2003)提出了基于交叉梯度结构约束的联合地球物理成像方法.在要求不同的物性模型拟合各自对应的数据同时,模型之间的结构要求一致,即交叉梯度趋于零.为了更有效地实现基于交叉梯度的结构约束,我们提出了一种新的交替结构约束的联合反演流程,即交替反演不同的数据而且在反演一种数据时要求对应的模型与另一个模型结构一致.新的算法能够更容易地把单独的反演系统耦合在一起,而且也更容易建立结构约束和数据拟合之间的平衡.基于新的联合反演流程,我们测试了基于交叉梯度结构约束的二维跨孔地震走时和直流电阻率联合成像.合成数据测试表明,我们提出的交替结构约束流程能够很好地实现基于交叉梯度结构约束的联合成像.与单独成像结果相比,地震走时和全通道电阻率联合成像更可靠地确定了速度和电阻率异常.     

地震体波走时层析成像方法研究综述

地球介质参数是地震深部探测的重要目标,蕴含了丰富的地球结构和演化信息.全波形反演技术由于计算量大的原因,目前阶段在实际壳幔结构成像应用中还存在较大的难度.基于P波和S波到时的体波成像仍然是壳幔精细速度结构成像的重要途径.本文主要介绍了三种具有代表性的地震体波走时层析成像方法,即基于高频近似射线理论的成像方法、基于程函方程数值解的初至波成像方法及有限频成像方法.基于射线理论的成像方法计算量小,计算效率高,长期以来是体波成像的主要方法之一;基于程函方程数值解的成像方法,在初至波走时成像方面有优势,但是要求网格节点较密,计算量大;有限频成像方法基于波动方程理论,比射线理论包含更丰富的介质信息,但是由于计算量大,目前在实现过程中引入简化的假设,成像效果还有较大的提升空间.     

密度和压缩系数的散射层析成像法

本文在速度成像的基础上研究了同时对密度和压缩系数成像的散射波层析成像法.对不同散射角度的计算可以得到一系列反演图像,拟合这些图像,从而可以有效地达到对密度和压缩系数（或速度）成像的目的.与单纯的速度成像相比,增加了反演的难度.首先是对资料的方位性要求增加;其次是对资料的利用率下降.即便如此,从对较少量的炮点和检波点资料的数值计算来看,仍取得了满意的成像结果.我们对组成字母“A”的散射体结构进行了成像计算,结果能够同时再现密度和压缩系数,成像清晰,表明了方法的可行性,并能应用于复杂结构的成像问题.     

波动方程地震偏移成像方法的现状与进展

综述了波动方程地震偏移成像方法研究的现状，指出了各种算法的问题和解决方案；给出了相空间小波分析步进算法偏移成像以及保幅保结构李群算法偏移成像的最新进展；对波动方程偏移成像发展趋势进行展望。     

基于目标区的局部角度域方向照明分析及其在偏移成像中的应用

叠前深度偏移已成为近年来地震偏移成像领域广泛应用的技术之一,其中复杂盐丘下方目标区域结构的成像始终是偏移成像中较难解决的问题.局部角度域波场分解可以提供在空间和方向上的双重局部化信息,因而这一技术被广泛地应用在方向照明分析、成像振幅校正等方面.本文在采用局部指数标架小波束进行角度域方向照明分析的基础上,研究采集系统对复杂盐丘下部层状结构成像质量的影响;同时通过分析目标区对应于相对地表采集系统分布的照明能量,确定叠前炮集数据中对盐下目标区成像起重要贡献的部分,并将这些数据用来对目标区成像,从而达到提高盐下结构成像质量的目的.本文将二维SEG-EAGE盐丘模型中盐下反射体作为目标区,分别计算其照明分析和由照明能量分布确定的炮集数据对目标区的偏移成像结果,同时通过与成像振幅校正前后的成像结果对比,说明了该方法对提高目标区结构成像质量的有效性.     

基于面波走时的三维结构面波直接成像：方法综述与应用

利用面波频散数据进行各向同性和各向异性横波速度结构成像是研究全球和区域构造变形、获取地壳上地幔和近地表精细结构的一种非常有效的方法.传统的基于频散数据的面波成像通常采用两步法,即首先反演二维相速度或群速度分布图,然后再基于格点的纯路径频散反演格点下方的一维横波速度模型,之后再拼合成三维速度模型.在本文中我们较为详细地综述新发展的基于面波频散走时的三维面波直接成像方法体系,即面波一步法成像.该方法体系包括通过所有路径、不同频率的面波频散走时直接反演三维各向同性横波速度结构的方法（DSurfTomo）、直接反演三维方位各向异性横波速度结构的方法（DAzimSurfTomo）,以及直接反演三维径向各向异性横波速度结构的方法（DRadiSurfTomo）.新的面波直接成像方法计算不同周期的面波射线路径,从而更好地考虑复杂结构下面波射线路径弯曲对成像精度的影响.随后我们介绍面波直接成像方法的应用实例,包括地壳上地幔及地壳浅部的多尺度各向同性和各向异性横波速度结构的成像,这些成像研究为认识区域构造演化、孕震构造、断裂带浅部结构、成矿构造、城市地下结构等提供了重要的约束.最后我们讨论面波直接成像方法...     

超短时线性台阵背景噪声成像技术在浅层地质结构探测中的应用

背景噪声地震成像方法已被广泛应用于探测壳幔深部结构;近些年来,该方法在浅地表结构成像中的应用研究也在蓬勃发展,然而近地表场源不均匀等因素导致高频面波信号往往难以准确恢复,以牺牲时间来提高信噪比的观测方式会极大限制其在工程勘查中的应用.本文尝试讨论超短时背景噪声成像技术在浅层地质结构探测中的应用效果.笔者利用湖北应城地区超短时(1 h)线性台阵地震背景噪声记录,使用被动源面波多道分析法从虚拟炮集中提取相速度频散曲线,通过反演获取了浅地表二维横波速度结构.结果表明,利用本文方案可以恢复高信噪比面波信号、获取高信噪比的频散能量以及拾取高精度相速度;反演速度结构与实际测井数据吻合度好,成像结果有效揭示了测区150 m以浅的地层结构,证明了超短时背景噪声成像技术在浅层地质结构调查中具有很大的应用潜力．     

井间地震波衰减成像的几种方法

在井间走时成像的基础上，进行衰减成像，可以克服单一物性反演的局限性，从而更全面地认识井间研究区的地质结构与物性分布，本文列了四种具有代表性的井间地震波衰减成像方法，并就各种方法的稳定性及其在井间成像中的适用情况进行了讨论。     

基于染色算法的宽频带地震照明及分辨率分析（英文）

偏移成像是将由地下目标产生的地震数据归位到反射界面从而产生地下结构的像。但由于受到采集系统孔径、复杂上覆介质和成像目标倾角等因素的影响,成像结果常常是地下结构的畸变了的像。地震照明和分辨率分析为上述因素对地震成像结果的影响提供了定量的描述方法。点弥散函数中包含地震照明和分辨率分析的全部信息。染色算法建立地下某一特定结构与地震波场和地震数据之间的对应关系。本文利用染色算法计算点弥散函数并进一步获得角度域照明信息,同时通过点弥散函数与原始成像结果反卷积的方法对成像结果予以校正。展示了SEG盐丘模型的相关计算结果。染色算法为点弥散函数的计算及进行宽频带地震照明与分辨率分析提供了一种高效的计算工具。     

密集台阵背景噪声双聚束成像化龙断裂精细结构

双聚束成像法(Double beamforming,简称DBF)是利用地震背景噪声进行地下速度结构成像的新方法,该方法通过对环境噪声场中能量相干部分的叠加达到提高信号信噪比的目的,识别和提取不同类型的地震波信号及其入射方位角(微弱体波、反射面波等),从而进行地下速度结构成像研究等.特别是进行背景噪声面波成像时,DBF能...     

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(五)——利用阻抗张量成像识别大地线性构造

大地线性构造往往与块体或物性的边界、断裂的几何延伸相关联,是地学研究的重要目标构造.在大地电磁法中,传统的方法是通过反演得到的电性结构的差异来解译线性构造,是一种间接分析方法.由于线性构造发育处走向和倾向明显,二维性较其他地方一般会更强,故而在阻抗张量成像分析中,相应的二维有效因子就会比较大,最佳主轴统计分布会更加明显.据此,本文利用大地电磁阻抗张量成像(包括最佳主轴统计成像、构造维性成像)来探测识别大地线性构造.本文首先通过三维理论模型的研究结果来验证这一技术在线性结构探测中的有效性,然后将其应用于郯庐断裂带南段实测剖面的具体分析中,展示了这一技术在线性构造探测中的实用性及其数据处理与分析过程.本文研究表明,大地电磁阻抗张量成像技术可独立于反演为地质解释尤其是线性构造的解释提供诸多参考信息.     

基于剩余异常相关成像的重磁物性反演方法

将场源区剖分成长方体单元,通过采集的重磁数据反演出这些单元的密度或者磁化率变化,勾画出场源的分布图像,这种方式是重磁三维反演的重要方向.重磁相关成像通过计算测量的重磁异常与地下各点在测区上的重磁异常的归一化相关,显示出异常地质体的空间赋存状态和等效剩余重磁物性.该方法计算速度快,方法简单、稳定,但是反演的结果只是在-1到+1之间的等效物性,不能够直接反演剩余密度或者磁化率,并且无法引入已知的地质约束.本文通过对物性模型的正演和实测结果的残差进行相关成像,迭代更新物性模型实现对物性参数的反演过程.模型实验证明该方法相对相关成像不仅能提高分辨率,还能够得到真正的物性参数.     

黄海及邻区莫霍面起伏特征

针对地壳构造形成的动力学机制,在广泛收集区域地质、地质构造和地球物理等资料的基础上,着重对重力数据进行了数字化、坐标、重力公式、投影方式和比例尺的统一化处理,进而进行了网格化处理.为将区域异常和局部异常分离开来,以便以对深部构造的系统研究,笔者选取趋势分析法分别对研究区内预处理后的布格重力异常数据(Δg)进行了三维多项式迭代拟合计算,得到了区域布格重力异常二阶、五阶、十阶趋势分析结果.继而,利用二级近似公式迭代法对布格重力异常五阶趋势分析区域异常数据进行了三维运算处理,得到了黄海及周边地区的莫霍面埋深值.分析了黄海及邻区莫霍面起伏特征,并进行了深部构造区划,探讨了深部断裂构造与莫霍面起伏间的成因联系,为深部构造和活动断裂演化的地球动力学研究提供了依据.     

Quantitative evaluation of crosshole seismic reflection images using physical model data1

Physical models give us a known geometry with which to compare our processed reflection images and therefore our imaging techniques. We show how this comparison may be quantified in order to evaluate processed images properly. A crosshole data set was acquired through a model interrogated at ultrasonic frequencies using Durham University's physical modelling system. Various reflectivity images were obtained using processing sequences which include deconvolution, wavefield separation and migration. An error-energy scheme was used to assess the quality of these images, by comparing them against a best-fit depth model. A synthetic data set was also used to evaluate the imaging capability of the crosshole geometry and the effectiveness of the different processing schemes.     

Application of first-arrival tomography to characterize a quick clay landslide site in Southwest Sweden

First-arrival traveltime tomography was applied to high-resolution seismic data acquired over a known quick-clay landslide scar near the Göta River in southwest Sweden in order to reveal the geometry and physical properties of clay-related normally consolidated sediments. Investigated area proved to be a challenging environment for tomographic imaging because of large P-wave velocity variations, ranging from 500 to 6000 m/s, and relatively steeply-dipping bedrock. Despite these challenges, P-wave velocity models were obtained down to ca. 150 m for two key 2D seismic profiles (each about 500-m long) intersecting over the landslide scar. The models portrait the sandwich-like structure of marine clays and coarse-grained consolidated sediments, but the estimated resolution (20 m) is too small to distinguish thin layers within this structure. Modelled velocity structures match well the results of reflection seismic processing and resistivity tomography available along the same profiles.     

On the physical geometry concept at the basis of space/time geostatistical hydrology

The objective of this paper is to show that the structure of the spatiotemporal continuum has important implications in practical stochastic hydrology (e.g., geostatistical analysis of hydrologic sites) and is not merely an abstract mathematical concept. We propose that the concept of physical geometry as a spatiotemporal continuum with properties that are empirically defined is important in hydrologic analyses, and that the elements of the spatiotemporal geometry (e.g., coordinate system and space/time metric) should be selected based on the physical properties of the hydrologic processes. We investigate the concept of space/time distance (metric) in various physical spaces, and its implications for hydrologic modeling. More specifically, we demonstrate that physical geometry plays a crucial role in the determination of appropriate spatiotemporal covariance models, and it can affect the results of geostatistical operations involved in spatiotemporal hydrologic mapping.     

南海南部深部结构的复杂构造地震成像

南海南部海底崎岖、地下构造复杂、二维地震资料中多次波非常发育,在地震数据处理中很难获得令人满意的成像效果,为此本文采用了预测反褶积后F-K域滤波及叠前时间偏移后Radon变换去除多次波的组合方案,有效地衰减了多次波,突出了有效信号能量;采用速度分析点加密法获取了更为准确的速度,实现了陡倾角构造与海山的准确成像;采用百分...     

反馈迭代法压制表面多次波效果分析

地震数据处理通常假定反射数据仅由一次波组成,地震勘探资料中的表面多次波通常被视为相干噪音予以压制.基于波动方程预测的反馈迭代法为数据驱动的方法,可有效压制复杂地下介质的表面多次波,通常可由级数展开法和迭代法两种方法实现.文中分别从理论阐述以及应用效果分析方面对基于波动方程预测的反馈迭代法的两种实现途径进行研究,并采用GPU/CPU协同并行加速计算预测表面多次波,改善以往CPU计算效率低的状况.文中对含表面多次波的炮数据和复杂的SMAART模型进行了计算,并将利用级数展开法与迭代法压制表面多次波的效果进行对比分析,结果表明,迭代形式反馈迭代法压制表面多次波的方法效果更佳.由于实现迭代法和级数展开法需要完成的自适应匹配相减的次数不同,迭代法的计算成本略高于级数展开法.     

Source location using time‐reverse imaging

We present the chain of time‐reverse modeling, image space wavefield decomposition and several imaging conditions as a migration‐like algorithm called time‐reverse imaging. The algorithm locates subsurface sources in passive seismic data and diffractors in active data. We use elastic propagators to capitalize on the full waveforms available in multicomponent data, although an acoustic example is presented as well. For the elastic case, we perform wavefield decomposition in the image domain with spatial derivatives to calculate P and S potentials. To locate sources, the time axis is collapsed by extracting the zero‐lag of auto and cross‐correlations to return images in physical space. The impulse response of the algorithm is very dependent on acquisition geometry and needs to be evaluated with point sources before processing field data. Band‐limited data processed with these techniques image the radiation pattern of the source rather than just the location. We present several imaging conditions but we imagine others could be designed to investigate specific hypotheses concerning the nature of the source mechanism. We illustrate the flexible technique with synthetic 2D passive data examples and surface acquisition geometry specifically designed to investigate tremor type signals that are not easily identified or interpreted in the time domain.     

控制照明与面向目标成像的观测系统设计

常规地震观测系统设计方法基于地下水平层 状介质的假设,通常不能适应复杂构造情况。我们 从控制照明的思想出发,提出了一种面向目标成像 的地震观测系统设计方法,该方法需要一个由初步 地震解释得到的速度模型。利用单程傅立叶有限差 分波场传播算子将目标层的平面源延拓到地表,通 过分析从目标层延拓到地表的波场能量的分布,可 以确定目标层成像所需要的炮点或者检波点的位置。 利用SEG-EAGE盐丘模型数值试算结果表明,该方法 用于设计面向目标成像的特定地震采集系统。