利用模型试验研究井间地震CT成像

随着科学技术的迅速发展,对图象处理的要求越来越高,因而各种图象处理技术应运而生,CT(computcrized Tomography)技术就是其中极为有效的方法之一。在医学上的X射线CT成象技术已取得了很大的发展,而将CT成象技术应用于地球参数的反演成像只是近几年才受到人们的普遍关注,虽然利用CT直接成像进行地震反演取得了一定的成果,但是利用CT技术实现地球参数的直接成象还面临着一定的困难。本文试图应用医学上的超声CT成象技术,作数学和物理模型的地球物理CT成象,寻求地球物理CT成象提高精度和分辩率的途径,探讨关于地震层析成象应用的影响因素和限制条件,当然,由于地球物理反演的复杂性和特殊性,必须把医学CT与基本的地球物理方法结合起来这样,才能充分发挥CT技术的作用。我们对井间地震数据进行地震层析成象研究,这主要是由于井间地震学的研究目前已成为一个有意义的研究课题,与传统的反射地震学相比,它有以下特点: (1) 井中震源和井中检波器可以避免地表风化层,减少高频信号的损失,为提高分辩率打下了物理基础。 (2) 井间地震可以把震源和检波器的排列直接布置在目标层的附近,避免了波在从地面到目标标层漫长的往返传播中所受的损失。这也可以使接收到的地震信号能保留更高频率的有效成分。 (3) 井间地震是从不同的角度来探测目标,可利用直接透射波,这就有可能探测目标的低频成分,并对目标层内的速度分布进行成象,这是地表反射地震学所不能比拟的。     

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.     

井间地震数据的波动方程偏移成像

针对井间地震数据成像技术的一些缺陷并根据井间地震数据的特点,利用井间上、下行反射波信息,提出了一种基于波动方程的井间地震反射波偏移成像技术,该技术既考虑了井间地震数据的运动学特征(时间信息),又考虑了动力学特征(振幅信息).以PC机集群为计算平台,Linux为操作系统,设计了井间地震炮域波动方程偏移成像并行计算流程,并且在64位联想机群上用井间模型数据和某油田的实际数据对该技术和计算流程进行了测试和试处理,试验结果表明成像方法和并行算法正确、实用且计算效率高.     

物理模型的井间地震数据的卷积反投影成象

作为地下界面成象方法的井间地震层析成象的发展因缺乏真实资料而受到很大限制。对于深度超过数百米的钻井,井间地震资料采集技术尚欠发展,且花费昂贵。超声地震模拟系统的运用部分地弥补了这种数据的不足。由实验室的物理模型获得的超声数据,能够有效地检验井间成象软件。特别地,超声数据已被用于验证井间成象的卷积反投影算法的有效性。结果表明,此算法对噪声的敏感性不及SIRT法,计算上亦更有效。     

井间电磁波CT中的非块体分段反演算法

本文给出了用网格节点表示的介质中直射线追踪的算法。在实际工作中,我们常发现当井间CT 应用于强不均匀体存在的区域时,反演结果往往会严重失真,为了解决这一问题,我们采用对测量数据分段反演的新算法。首先利用强信号(即弱衰减)确定衰减量较小的背景介质的衰减系数,固定背景介质的衰减系数(或对其加入强约束),然后逐渐用较弱的信号确定衰减系数较大的介质在井间的分布,直至反演出整个井间的吸收系数分布。实践表明,当强不均匀体存在时,运用这一方法得到的结果明显优于不作分段时得到的结果。     

井间电磁波CT技术在溶洞探测中的应用

肇庆大桥位于西江流域,是连接肇庆和珠江三角洲地区主要干线上的大桥。５个主桥墩位于溶洞和断层破碎带上,地质情况非常复杂。为了探明墩位下方的溶洞分布状况,每个墩布置了６－８个ＣＴ探测钻孔,每两个钻孔之间进行电磁波ＣＴ探测,结合地质墩位下方溶洞的分布状况。实际钻桩结果表明电磁波ＣＴ探测结果很有成铲。     

考虑卷积完全匹配层数值色散的井间电磁三维正演

本文将以卷积完全匹配层为吸收边界条件的时域有限差分法应用到井间电磁的三维正演模拟中. 证明了卷积完全匹配层中的数值色散会因为有效延伸因子而产生,列举常规有效延伸因子和网格间距对电磁波相速度各向异性的影响,并通过波场快照验证卷积完全匹配层中数值色散的存在;进而推广三维卷积完全匹配层中最大有效延伸因子、最大网格间距与激励源主频之间的约束,以此完善卷积完全匹配层的最优参数设置方案. 在此基础上,通过正演结果中二次场的垂直磁场分量和走时来展示灵敏度分布,以此划定井间电磁勘探的优势区域,提出井间电磁正反演所需要的约束测井系列和最佳取井方案.     

一种基于频域外推的不完全角度CT重建算法

不完全角度重建问题一直是CT图像重建领域研究的重点和难点。目前,通常的不完全角度重建方法是基于空域的迭代方法,但由于正反投影的高计算复杂度,空域迭代方法存在计算耗时,对硬件资源需求大等问题。本文提出了一种基于外推的邻近网格迭代算法(INNG-TV)。首先,平行束采样的数据通过傅里叶变换和样条插值到频域空间,然后在迭代的过程中,傅立叶空间投影已知部分的数据始终不变,缺失部分数据通过对重建图像进行INNG外推得到,同时在图像空间对重建图像做非负、最小化总变分等先验及优化约束。     

井间电磁波CT技术在长江大堤岩溶探测中的应用

地下井间电磁波法层析技术(CT)是一门新技术,它将医学CT的原理成功地运用于地学中,依照电磁波在地下有耗介质中传播规律及一定的物理和数学关系,反演透视剖面上的物理参数的分布,最后以图像的形式表现出来。长江大堤武汉段附近的碳酸盐岩地区,由于地势较低和长江水位动态变化,使地下水长期作用于灰岩裂隙,往往使岩溶或破碎带更加发育,形成地下溶洞,给长江大堤和附近的工农业生产、居民生活带来极大的隐患和危险。通过井间电磁波法层析技术共90个电磁波CT剖面测试,发现有28个CT剖面出现异常。此次的探测,为长江大堤周边安全的防治提供可靠精确的地下地质资料。     

井间电磁波CT技术及其在岩溶勘察中的应用

井间电磁波层析成像技术是将医学CT应用于地球物理学中的一项新技术,它主要依据电磁波在不同介质中传播时的吸收差异,重建井间介质吸收系数的分布图像,形象及直观地展现研究区域的地质结构。本文详细地研究了井间电磁波层析成像技术的基本原理,对具有高低吸收电磁异常体的理论模型,根据一定的观测系统对电磁波的场强进行了数值模拟,并采用SIRT反演技术对吸收异常体的图像进行了重建;同时将该方法应用于广西某地拟建桥址的岩溶勘查之中,取得了良好的应用效果。     

基于声波方程的井间地震数据快速WTW反演方法

WTW(Wave equation traveltime+Waveform inversion)反演是基于波动方程的走时反演（WT反演）和波形反演的联合反演方法.WT反演利用波动方程计算走时和走时关于速度的导数,和传统以射线为基础的走时反演相比,具有不必射线追踪、不必拾取初至、不必高频假设以及初始模型和实际模型差别较大时也能较好收敛等优点,但WT反演与波形反演相比其结果分辨率低.与之互补的是,波形反演的反演结果分辨率高,但是当所给初始模型和实际模型相差太大时,波形反演迭代算法容易陷入局部极小点.可见结合两种方法的WTW反演是一种比较好的联合反演方法.常规WTW迭代算法是首先以WT反演为主反演得到地质模型的整体特征,然后再以波形反演为主反演模型细节,该算法耗时和占用计算机存储空间接近WT反演或波形反演的两倍.为了节省运算耗时和计算机存储空间,往往采取首先单独利用WT反演然后再单独利用波形反演的算法.这样做的缺点是不能紧密结合两种反演方法,使得它们的优缺点在每一次迭代中无法得到互补,从而影响了最终的反演结果.针对以上事实,本文提出一种新的方法实现WTW,使得WTW运算速度和存储空间在任何情况下等同于WT反演或波形反演.模型计算表明新的算法具有更好的收敛性.     

井间电磁波CT在昆明地铁岩溶区地质勘察中的应用

井间电磁波CT技术是利用地层间介质的物性差异,不同性质的物质对电磁波的反射和吸收能力是不同的。井间电磁波CT技术在探测岩溶裂缝等方面有较好效果,本文利用井间电磁波CT技术,对昆明地铁四号线苏家塘站岩溶专项线路工程地下岩溶发育地段进行测试,通过对工区岩石电磁波吸收系数差异的研究,依据吸收系数特征,探测到地铁线路工程地下岩溶及裂缝发育,划分出4个层次的岩溶区,经与钻孔岩心资料对比,证实探测结果的正确性。且对工程设计和施工提供了必要的基础资料。     

基于图像分割的双能CT不完备数据重建算法优化研究

本文针对基于图像分割的双能CT不完备数据重建算法,提出了图像分割过程和方程组求解环节是优化算法的两个关键点,同时给出了初步优化方法。初步实验结果表明这两方面因素选取的优劣将直接影响重建图像质量。因此,根据实际应用需求,如能改善这两方面因素,基于图像分割的双能CT不完备数据重建算法的重建性能将会进一步提高。     

关于不充分投影数据下的二维扇形束CT重建

在医学和其他的很多CT应用中,一个重要问题是如何从不充分的投影数据中重建出断层图像。近年来由于新兴的压缩传感理论,Total Variation最小化方法在求解这一问题中重新获得了重视。本文将该方法推广成一类更一般的不充分投影CT重建算法。这一类重建算法同样基于压缩传感理论,但是更加灵活,能适用于不同的应用背景。针对该类算法中的一个特例进行的理论分析和算法仿真展现了该算法的应用潜力。     

井间弹性波CT中初至波自动提取转换及后处理优化应用

CT技术在地球物理主要应用中分为电磁波CT和弹性波CT,基于射线追踪理论的弹性波层析成像技术是重要的工程物探方法之一,在工程质量检测、工程勘察等领域得到了广泛的应用。该研究经过实践总结了一整套较为高效的后处理流程,开发了数据预处理软件,使得后处理工作量得到降低,给其他研究人员提供一种处理思路和方法。     

井间电磁波 CT 技术在武汉地区三叠系大冶组岩溶勘察中的应用研究?

电磁波 CT 在岩溶勘察中有着广泛的应用,本文结合钻孔资料对三叠系大冶组(T1d)岩溶特征进行统计分析,确定划定该地层岩溶的视吸收系数值,将该参数值用于电磁波 CT 资料的解译,并通过验证孔对解译结果进行验证。该项研究解决了电磁波 CT 在岩溶勘察中异常识别的重要问题,为武汉地区三叠系大冶组(T1d)岩溶勘察提供了重要的指导依据。     

体积CT投影数据的模拟方法

体积CT是目前研究的热点,也是医疗CT和工业CT的发展方向。在研究体积CT重建算法的过程中,模拟投影数据是必不可少的一部分。本文提出一种体积CT投影数据的模拟方法。这种方法的特点是准确、适用性广,模拟得到的投影数据能够准确反映各断层的细节信息,一方面可以为后继体积CT重建算法提供可靠的投影数据,另一方面也可以根据需要有选择地模拟失真的投影数据。我们利用此方法对人脑部及某工件的CT投影数据进行了模拟,并对模拟得到的数据采用滤波反投影算法进行重建,将重建后的断层图像与原始图像进行比较,得到了很好的重建结果,进一步验证了该投影数据模拟方法的可行性。     

井间电磁成像的迭代反演算法

提出一种基于逐次逼近解法的选代反演算法,对并间地层电导率的构造进行成像．该方法用一阶Ｂｏｒｎ近似将积分方程线性化,得到对电导率分布的初始估计,在选代反演中用高阶Ｂｏｒｎ近似对井间地层电导率构造进行更精确的估计．应用该方法还可以对井间电子率分布进行二次成像,从而使成像分辨率更为准确．数值计算结果表明,这种迭代反演算法与基于Ｂｏｒｎ近似、二阶Ｂｏｒｎ近似和扩展Ｂｏｒｎ近似的反演算法相比提高了成像分辨率,且计算效率相当．     

井间电阻率层析成象的某些进展

用有限元法作电阻率层析成象的核心问题是Ｊａｃｏｂｉ矩阵的求取和反演成象算法的研究。本文主要论述了这两方面的最新进展，即求取Ｊａｃｏｂｉ矩阵的格林函数法，用于反演成象计算的平滑度约束反演。文中通过理论模型的成象计算，比较了两种反演算法的成象效果。