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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

浅论真振幅权函数的数值计算

真振幅权函数是Kirchhoff 偏移的核函数,数值计算方案与其表达形式有关。为探讨Kirchhoff 型真振幅加权函数的最优计算方案,对出现在文献中典型的3 种表达形式的权函数的数值实现流程进行了对比分析。结果表明: 基于格林函数振幅的计算方案需要进行动力学射线追踪,最为耗时; 基于旅行时和基于坐标与慢度的计算方案仅需运动学射线追踪; 基于旅行时的计算方案把权函数完全表述成旅行时导数的形式,方便易行,但算法的稳定性对旅行时的依赖度很高; 而基于坐标与慢度的计算方案对复杂模型有很好地适应性。此外,文中还特别讨论了2. 5D 介质下基于旅行时的权函数数值计算方案并进行了实现。     

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。     

二维非均匀介质移动网格的射线追踪算法

１９８５年Ｌａｎｇａｎ等人提出的方法是一个非均匀介质射线追踪的有效算法，它广泛用于地震层析成像的正演过程中。计算时它需要对非均匀介质进行网格划分，射线追踪时需要确定追踪的下一个网格的编号，这使程序复杂化且耗费机时。在Ｌａｎｇａｎ方法的基础上，本文提出了一种移动网格的射线追踪算法，这种方法实际上不需要对介质进行网格划分，理论和实算均表明，该方法程序简单，节约计算机内存，在保证计算精度的条件下，提高了计算效率。     

一种快速建立层析反演初始模型的方法

建立近地表层析反演模型时,通常利用射线追踪方法来计算模型初至旅行时,再与观测的初至实际旅行时进行比较,反复修改模型直到计算值与观测值的误差达到最小。因此,初始模型建立的质量直接影响到层析反演的精度、收敛速度和迭代次数。通过模拟近地表模型,利用时间项反演方法快速建立初始模型,提高了层析反演的精度,加快了收敛速度,减少了迭代次数。      

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...     

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。     

旅行时差值曲线方法在时间项反演中的应用

因对初至旅行时层数的确定和拐点拾取存存不确定性．导致时间项反演方法在近地表复杂区建立的速度模型精度不高,静校正效果不理想。对此提出了利刚旅行时差值曲线方法进行层数确定和拐点拾取。理论分析认为,运用旅行时差值曲线方法时,应尽餐选择相邻的激发点。通过对三层近地表速度模型进行射线追踪。得到初至旅行时,根据其旅行时曲线初步判定层数,再运用旅行时差值曲线进一步确定层数。观察时间项反演速度模型,其与近地表速度模型较接近,经计算反演速度模型与设计的近地表速度模型之间的均方根误差仅为0．95m,可见该方法可有效提高时间项反演的精度。     

井间地震速度反演的遗传算法

井间地震速度反演具有重要的意义,不仅对于准确圈定地下构造的传统地震勘探是重要的,而且速度的变化可以指示非背斜型的地层岩性圈闭.传统的射线追踪方法一般是先给出入射角,然后根据折射定律修改入射角以达到反演的目的.该方法对每条射线均需通过扫描确定入射角,计算量较大,对初始地质模型的要求较高.遗传算法具有全局收敛性,是一种不用梯度信息的优化方法,特别适用于大型的组合优化问题.采用多项式展开表示界面深度和速度,通过弯曲射线追踪算法来计算射线的旅行时间,利用遗传算法进行迭代优化,可以同时反演出地下复杂构造的界面形态和速度变化.该方法与网格化速度反演相比,减少了未知参数,较好地克服了多解性问题,试验结果表明,该方法可以达到较高的反演精度.     

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。     

高精度波前追踪旅行时计算

常规初至计算的射线追踪算法的不足之处是：（１）不能保证在多条路径中找到旅行时最小的路径。（２）存在盲区，而且难以找出含有折射或绕射能量的最短旅行时路径。而波前追踪算法可避免这些问题，它的基础是在顶点和沿着边缘带有节点的变速三角网格组成的地层模型其节点位于初至波前（传播方向和到达时间）轨迹聚集的地方。此算法是波前（节点处采样）通过整个模型从震源向外传播，它们是局部传播的绕射波、直达波或沿固有最小时间     

斜井三维VSP多波射线正演方法

基于费马原理和 Snell 定理,对三维 VSP两点射线追踪问题作了研究,给出了三维逐段迭代射线追踪算法的计算公式;同时考虑射线入射到界面时能量分配问题,探讨了三维介质条件下射线追踪计算方法。对斜井VSP三维任意起伏层状介质中多波进行正演模拟,结果表明:该方法可行性和有效性较高,计算速度快,且计算精度高。      

斜井三维VSP动校叠加处理方法

针对三维VSP目的层成像问题,在反射点计算、道集抽取、动校正和叠加等处理方法上进行了研究和总结。采用等效连续速度模型折射线算法计算反射点位置,以反射点面元抽出共反射点道集,然后进行动校正。这里采用扫描的办法计算出正确的双程垂直旅行时,再进行变叠加次数的叠加处理,得到叠加剖面。最后对射线追踪方法得到的斜井三维VSP理论记录进行了处理,验证了方法的正确性。     

复杂介质的三维块状模型快速射线追踪

三维复杂介质的射线追踪,是目前在生产实际中应用最广泛的正演模拟技术。这里采用了块状结构的建模方法构造复杂三维地质体,以试射法作为射线追踪的基本算法。在试射过程中,引入了聚类的基本思想进行聚类加密,提高了射线追踪的效率。为了得到光滑连续的地层曲面,采用基于方位角的平滑处理对曲面进行平滑,可以进一步提高三维射线追踪的计算速度。同时,通过对迭代算法的改进,能够保证复杂模型的快速射线追踪。实际地质模型的射线追踪结果证明,改进后的射线追踪方法能够有效地提高复杂介质三维模型的射线追踪速度。     

一种层状介质条件下射线的全路径迭代追踪法

从射线在整条路径上满足Fermat原理出发,采用一阶Taylor展开等办法,推出一个适用于任意层状地质结构下近似求解射线路径的对称正定三对角矩阵方程,通过求解该方程并结合迭代技术,从而实现对整条射线路径的全路径迭代计算。模型计算表明,本方法对于任意复杂结构和随机速度分布情况,其计算速度比传统的打靶法快,精度可根据需要预先确定,为复杂结构的地震偏移和层析成像提供了一种有效的射线追踪方法。