旅行时线性插值射线追踪提高计算精度和效率的改进方法

旅行时线性插值（LTI）射线追踪算法是基于线性假设的,在向前处理过程中仅用按行或按列扫描的方法来计算节点旅行时没有考虑逆向传播射线,导致其计算精度与网格剖分大小有关,在处理复杂介质时会使得追踪出来的射线路径不一定满足最短旅行时。因此,笔者提出了两点改进措施：在向前处理时需采用全方位循环的方法来计算节点最小旅行时;在网格边界加入次生节点。模型试算结果表明：采用全方位循环的LTI法考虑了来自各个方向的射线,可提高其对复杂模型的适应能力;在节点间距相同的情况下,网格边界插入次生节点的LTI法较传统的LTI法计算精度至少可以提高一个数量级,同时,计算速度也更快;随着节点间距剖分的越精细,计算耗时下降也越明显,计算速度较传统的方法可提高n~10n倍。     

基于二维三次卷积插值算法的波前构建射线追踪

针对波前构建法在实现波前射线路径追踪过程中所遇到的速度以及速度导数的插值问题,提出一种更精确的二维三次卷积插值算法,将该算法应用到波前构建法中,得到比较精确的射线路径。实例证明,所采用的插值算法在应用到波前构建的过程中,在求解非网格节点的速度及导数时与双三次多项式插值算法相比能够更加快速准确地获得射线路径。     

基于改进的双线性旅行时插值的三维射线追踪

旅行时射线追踪的精度和效率一直是影响地震层析成像质量和效果的关键因素。这里在三维近地表速度结构层析成像应用中,结合旅行时插值算法与最短路径算法,提出了一种三维初至波射线追踪算法。通过对双线性旅行时插值算法进行改进,并运用判定条件与简化插值计算公式进行快速计算,减少了插值次数,降低了运算量,同时也保证了较高的射线精度,有效地解决了三维射线追踪算法的计算低效率,射线精度不高的问题。     

基于模拟退火法的弯曲射线追踪

提出了一种新的射线追踪方法——模拟退火法.新方法不仅较好地解决了传统射线追踪方法过分依赖初始模型的问题,而且对于复杂速度场模型也能保证在固定的发射与接收点之间构建令人满意的射线路径及其相应的走时,搜索到满足旅行时全局最小的射线路径.此外,新方法还可计算局部最小旅行时,并可方便地通过指定射线经过固定点来对射线路径进行限制...     

利用线性旅行时插值射线追踪 计算近地表模型初至波走时

利用线性旅行时插值射线追踪对近地表模型进行正演计算,可以快捷、准确地获得初至波走时和射线路径。由于该算法计算的初至波不局限于折射波,因此很好地解决了浅层折射勘探中的低速"隐蔽层"问题;而且,由于该算法是基于网格划分和线性插值,因此它不仅可以追踪任意复杂介质的初至波,而且可以使得追踪的初至波射线路径逼于真实,避免了同类算法直接连接网络节点形成射线路径的缺陷(路径过于弯折,计算走时偏大)。将LTI算法同其他几种算法的追踪结果进行的对比和分析表明,LTI算法在计算初至波走时和射线路径方面较其他算法更为精准、稳定,是一种有效的射线追踪方法。     

改进射线追踪算法的微震源反演

基于射线追踪理论,提出了一种改进的试射法路径追踪算法,可以较准确地模拟射线在层状介质中的传播,不但可计算出任意检波点能接收到的所有的反射波的旅行时及射线路径,而且具有快速、准确、适应复杂构造模型的优点。利用共扼梯度法,通过正演模型的修改迭代,研究微地震层状模型的反演算法。最后,对实际的检测资料进行反演,反演结果基本上和实际资料吻合。     

三维层状地质结构下整体迭代射线追踪法

作者在文中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Fermat原理出发，对射线路径上的旅行时，采用一阶Taylor不完全展开等办法，推出了三维情况下计算射线路径的整体迭代算法。并通过模型计算证明了本方法的稳健性以及计算的高精确度和高效率。为三维结构下地震偏移和层析成像提供了一种可行的射线追踪方法。     

三维层次地层结构下整体迭代射线追踪法

作者在文中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Fermat原理出发，对射线路径上的旅行时，采用一阶Taylor不完全展开等办法，推出了三维情况下计算射线路径的整体迭代算法。并通过模型计算证明了本方法的稳健性以及计算的高精度和高效率，为三维结构下地震偏移和层析成像提供了一种可行的射线追踪方法。     

基于弯曲路径的混凝土超声层析成像及其改进

针对混凝土质量检测的特点,采用弯曲射线进行超声层析成像。首先建立波速分布的网格模型,并引入最短路径法进行射线追踪,然后采用联合迭代重建技术（SIRT）反演成像。为使算法适应弯曲射线,对SIRT的计算步骤进行调整,增加外层迭代,以便对修正后的路径进行下一轮反演;为提高反演精度,根据射线传播距离、幅度衰减、频率突变等信息建立和调整信号可信度系数,并依据该系数在求取网格慢度修正值时进行加权平均;为缩短计算时间,动态调整网格节点个数,并进行双向最短路径追踪。经过数值模拟及对混凝土基桩的实测,证明该方法在计算准确性和精度上有明显改进,计算速度也可以满足工程应用的需要。     

桥梁检测中非结构化网格层析正演算法研究

在桥梁检测中弹性波层析正演是关键步骤。常规的层析正演中通常采用射线追踪算法,由于受规则矩形网格的影响,存在射线不能覆盖的异常区,射线旅行时误差曲线波动较大,进而导致累积误差较大,不利于进一步数值分析与校正。这里利用自适应三角网剖分技术,结合线性插值射线旅行时算法,分别对规则匀速模型、非规则匀速和变速模型进行试算,其射线路径分布结果和旅行时误差曲线结果,表明了该算法的正确性与可靠的计算精度,印证其算法对桥梁内部缺陷的检测是可靠的。     

基于Chebyshev走时逼近的三维多次反射射线计算

在利用有限差分等基于网格的数值分析方法解地震波走时所满足的程函方程时,由于速度模型的网格化离散等原因,会使走时在各网格节点之间不具有计算射线路径所要求的光滑性,即走时在邻近网格节点之间不具有连续的一阶导数。因此,直接利用网格节点走时计算射线路径会使最终的射线路径不光滑。为解决这个问题,已有研究者提出了基于B样条插值的逆向梯度方案（法）。然而,在速度发生突变时,B样条逆向梯度法所计算出的射线路径会具有较大的误差。针对这个问题,首先采用适合于解最小零偏差逼近及最佳平方逼近问题的Chebyshev多项式取代B样条对来自于分区多级计算方案的网格节点走时进行最佳逼近,得到在最小平方意义下的最优走时公式;然后采用与B样条逆向梯度法类似的计算过程得到光滑的射线路径。数值实验表明,利用Chebyshev多项式逼近走时可以得到具有很高精度的多次反射射线路径,在多次波偏移成像研究中具有潜在的价值。     

缓倾地层微震定位算法探讨及其数值验证

倾斜层状地层中速度模型对于震源精确定位具有重要意义。基于水平层状地层两点间的快速射线追踪法,分析了应力波在倾斜地层中的传播路径及规律。结合网格搜索法,提出了针对倾斜地层的微震定位算法,并与传统的基于单一速度模型的定位算法进行对比分析;探索性地采用了颗粒流理论构建地层数值模型,通过颗粒间的相互作用模拟应力波传播进行定位算法有效性验证。研究结果表明：（1）对于倾斜地层,基于简化弹性波等速传播规律的定位算法精度较差,单一速度模型不能满足复杂介质的定位要求;（2）采用倾斜分层速度模型并改进应力波传播路径的计算方法能有效提高倾斜地层的震源定位精度,同时分析了地层倾角以及地层数对算法精度的影响,表明定位误差与倾角、地层数成正比;（3）通过减小网格搜索法的网格尺寸可在一定程度上提高定位精度,合理的尺寸大小和搜索策略有助于网格搜索法在实际工程中的应用。建立的倾斜地层震源定位及其验证方法可为进一步研究复杂地层定位监测技术提供重要的理论和技术支撑。     

基于球面波近似算法的地震射线追踪改进

射线追踪是一种重要的地震数据处理工具,而地震波旅行时的计算是射线理论的核心问题。平面波近似旅行时计算方法精度低,且对于介质速度的适用性弱,因此本文在精度较高的球面波近似旅行时计算方法的基础上,对射线追踪算法提出了改进。数值模拟结果表明了该算法的正确性,能够有效地处理速度畸变界面,在不影响计算精度的情况下提高计算效率。     

基于非线性插值的地震波旅行时计算

地震波旅行时计算是射线追踪方法的核心问题,其精度直接影响着路径的精度和正演模拟的准确程度。在简要分析目前最典型的几种地震波旅行时计算方法(如有限差分法、线性插值法等)局限性的基础上,提出了一种基于非线性插值的地震波旅行时计算方法,并推导了其计算公式。通过模型的对比试算,不仅验证了所提出的旅行时非线性插值算法的正确性,而且还表明本算法计算旅行时的精度,比Asakawa[5]提出的线性插值算法的精度更高。     

波前扩展有限差分地震波走时算法的C++语言描述

回顾了波前扩展有限差分地震波走时算法及其主要优缺点,分析了该算法在程序实现过程中存在的一些问题。针对这些问题,给出了波前扩展有限差分地震波走时算法的C⁺⁺语言描述。目的是:（1）确保程序的稳定性。使用体波、首波、散射波相结合的走时算法,在保证走时计算精度的同时,较好地解决了前述算法在局部速度差异较大的情况下可能会出现负数开平方问题;（2）提高程序的执行效率。给出一种波前点的“列队”式存储方法,有效提高了波前最小走时点的查找效率;（3）为波前扩展有限差分地震波走时算法构建一个方便、可行的程序框架。对原始速度模型增加了边界,不仅方便了程序实现,而且省去了程序用于判断和处理模型边界所花费的时间。     

三维介质中探地雷达(GPR)波传播逐段迭代射线追踪方法研究和应用

基于F erm at原理和Sne ll定理对三维任意界面情况下的两点间GPR波传播射线追踪问题进行了研究,采用了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,从任意给定的初始路径出发进行逐段迭代计算,给出了三维逐段迭代射线追踪算法的计算格式,并进行了三维介质下射线追踪计算。结果表明计算速度相当快,且其计算精度可以根据需要达到任意要求。在此基础上,根据雷达波传播规律,考虑每一段的能量损失。根据地质雷达的发射子波,最终获得三维介质中雷达波传播和接收记录。并将结果应用于实际剖面拟合中,提高了解释的精度。     

一种层析成像的正演和反演方法

作者在本文中提出了一种层析成像的正演和反演方法，首先对求解区作网络划分，由给定的正演速度模型在网格点上双线性插值，获得整个网格节点的速度分布，然后，对波阵面作一近似，在此基础上，用最小走时最短路径射线追踪法完成正演，反演则是通过正演的方法实现的，理论模型算例表明，本方法效果较好。     

VSP初至逐层递推反演层速度

介绍了根据VSP资料逐层递推反演地层速度的一种方法,其主要特点是将直达波射线的传播路径分为直线传播和折线传播,利用VSP资料从上到下反演出各个地层的层速度。通过matlab程序设计五层水平介质模型,然后运用射线追踪法分别对三种井源距（300、1500、3 000 m）合成VSP记录。将两种方法的反演结果与模型数据比较,发现直线法适用于小井源距,折线法适用于小、中、大各种井源距;同时折线法的运行时间相比直线法长,但折线法受初至拾取误差影响较小,抗干扰能力强。     

一种基于质因数分解法的最短路径射线追踪节点自动搜索函数

综述了质因数分解法的基本原理,利用质因数分解法建立了最短路径射线追踪节点自动搜索函数.在最短路径射线追踪程序中,调用该节点自动搜索函数,能够完成复杂介质模型射线追踪模拟.这里列举了利用该函数进行模型模拟的实例,证明了最短路径射线追踪节点自动搜索函数的正确性.     

基于f-x EMD波场分离的绕射多次波压制方法

自由表面多次波压制（SRME）方法是海洋地震数据处理中的关键步骤。当存在崎岖海底条件时,绕射波十分发育,常规SRME算法很难将复杂绕射多次波有效消除。对压制效果较差的多次波进行成因分析,首先基于f-x EMD波场分离算法,将全数据分解为反射部分和绕射部分,再对其进行多次波预测,获得绕射预测多次波子集：反射-绕射预测多次波、绕射-反射预测多次波和绕射-绕射预测多次波。然后,改进常规SRME算法的迭代过程,在SRME的迭代过程中使用与原数据中多次波更加匹配的绕射多次波子集进行多次波压制。与常规SRME算法的对比结果表明,改进的SRME算法在理论数据和实际数据处理中对多次波的压制都取得更好的效果。