复杂构造区域的初至波走时计算

有限差分法初至波走时计算是一种十分快速、有效及实用的方法,而且不会碰到传统射线法的阴影区、焦散面等问题．文中指出了ＶａｎＴｒｉｅｒ方法存在的问题,并提出了解决的办法．计算结果表明,方法是有效可行的．对速度变化很大的介质模型,仍能得到较精确的解．     

复杂构造区域的初至波走时计算

有限差分法初至波走时计算是一种十分快速、有效及实用的方法，而且不会碰到传统射线法的阴影区、焦散面等问题．文中指出了ＶａｎＴｒｉｅｒ方法存在的问题，并提出了解决的办法．计算结果表明，方法是有效可行的．对速度变化很大的介质模型，仍能得到较精确的解．     

基于矩形网格的有限差分走时计算方法

对于大多数速度场，地震波沿射线传播的初至波走时，可以用有限差分外推的方法在二维或三维数值网格上计算出来. 在保证精度的条件下，为提高计算效率和适应性，本文推导了基于任意矩形网格和局部平面波前近似的有限差分初至波走时计算方法. 另外，该方法对首波和散射波做了合适的处理，而且不会碰到传统射线法存在的阴影区和焦散区等问题. 简单模型和复杂的Marmousi模型试算的结果表明，该方法精度较高并适用于强纵、横向变速的复杂介质. 基于该方法的Kirchhoff叠前深度偏移, 在主要构造和目的层位置的成像效果上基本达到了波动方程法叠前深度偏移的位置成像效果. 由于未考虑续至波等有效能量，在成像的保幅性上不如波动方程法叠前深度偏移的效果，但其计算效率则明显高于全格林函数法和波动方程法.      

基于MSFM的复杂近地表模型走时计算

地震走时层析成像方法是解决复杂近地表模型速度建模问题的重要技术.该方法是一种迭代反演方法,在反演过程中需要反复计算地震射线走时.故而,高效高精度且能适应复杂模型的走时计算方法是地震走时层析成像实用化的关键技术之一.本文引入医学成像领域研究的MSFM(Multi-stencils Fast Marching Methods)用于地震层析反演中的走时计算.该方法在标准FMM(Fast Marching Methods)基础上利用坐标旋转生成新的FMM计算模板,使计算网格点对角方向邻点参与计算,改善了标准FMM存在对角方向误差大的缺陷.本文分析对比了MSFM和标准FMM的计算精度和计算效率;针对地震层析成像技术解决的起伏地表模型建模问题,研究了起伏地表模型地震走时计算的MSFM实现方法;采用炮点邻近区域局部细分网格技术只需增加很少的计算量即可大幅提高计算精度.理论分析和模型试算表明MSFM算法明显改善了FMM的计算精度,同时保持了FMM算法的高效性.文章通过对崎岖地表模型的正演和层析反演试算,验证了基于MSFM的地震走时计算方法对复杂模型有很强的适应能力.研究表明该方法作为地震走时层析反演中高效高精度的正演算法,有很好的应用价值.     

基于射线追踪的成像域走时层析反演及其应用

层析成像是现今地震勘探开发处理中的常用手段,针对传统走时层析反演中角度覆盖问题,利用正则化约束加以解决,利用角道集的拾取拟合来判断实验模型的准确性,同时,不再利用原始炮记录拾取剩余时差,利用深度残差与走时残差的线性关系提高走时残差的拾取精度。以三层洼陷模型和实际资料进行试算,结果表明:本方法可以较好地反演更新偏移速度场,得到更精确的偏移成像结果,对于小尺度地质构造可以精细刻画。      

神经网络反演双侧向电阻率测井曲线的物理约束

以一种新型高分辨率双侧向测井仪器在二维轴对称地层模型中的模拟响应为训练集训练BP神经网络，得到了针对该双侧向测井仪的反演网络模型。在训练中，神经网络结构的确定一般采用交叉验证法，但这种验证法经验性的成分偏重，不能完全解决网络结构的范化问题。为此，本文在模型的训练中，在交叉验证的基础上，根据双侧向测井的原理和仪器响应特性，提出了一种新的物理约束方法；反演地层电阻率的误差应随着侵入半径的增加而加大，违反此规律的模型不予采纳。理论研究结果表明，由此得到的神经网络模型具有很好的范化能力。     

复杂地表条件下基于线性插值和窄带技术的地震波走时计算

为了在复杂地表条件下实现地震波走时计算,提出了一种基于线性插值和窄带技术的走时计算新方法.其中,线性插值用于局部走时计算,窄带技术用于局部波前捕获和追踪.为了逼近起伏地表,采用三角网和矩形网相结合的方法对速度模型进行剖分.为了得到局部走时计算公式,利用费马（Fermat）原理和关于入射点位置的限定条件.有关编程实践和数值试验表明：新方法不仅可以有效、灵活地处理地表高程的剧烈变化,而且还具有很好的适应性和稳定性,得到的计算结果满足波前传播规律.     

论地震波初至走时的计算方法

本文主要论述了近来出现的计算地震波初至走时的一些新方法。这些方法可以分为两大类,一类是利用基于解决最短路径问题的方法来求解地震学中任意两点间的射线路径及走时;另一类是直接求解程函方程。这些方法不仅适用于任意几何位置的源点-检波点排列,而且适用于介质速度的任意变化,其计算精度和效率也比通常使用的射线追踪方法如试射法和弯曲法要高。     

地震波正演问题的物理信息神经网络算法研究进展

偏微分方程作为一种描述客观物理规律的重要工具,可应用于解决大多数科学问题和工程问题.在地球物理学中,求解波动方程是地震波场数值模拟的重要步骤,对于偏移成像和反演起着至关重要的作用.随着勘探目标复杂化,地震波方程的数学描述也更加复杂,现有的经典地震波数值模拟方法存在一些待完善之处,需要一些新型正演算法的应用.物理信息神经网络(Physics-Informed Neural Network,简称PINN)是一种利用神经网络求解偏微分方程近似解的有效手段,通过自动微分将偏微分方程及其定解条件引入损失函数中,在最小化数据驱动误差的同时,使其满足方程的物理约束条件.本文在分析PINN原理并总结其研究现状的基础上,对其在波动方程正演中已有成果进行归纳和分析,展望了其未来可能的研究方向,并对PINN在一维声波方程正演中的应用进行了探究.     

地震波初至走时的计算方法综述

在地震波场中,初至波到时信息由于初至震相可追踪、易识别性,在地震学领域占有重要的位置,广泛地应用于叠前偏移、叠前速度分析、地震走时层析成像及地震定位等.本文主要介绍了四类具有代表性的计算初至波走时的方法:(1)基于高频近似射线理论方法,如最短路径方法(SPM),及修正后的最短路径方法(MSPM);(2)基于程函方程的数值解方法,如有限差分方法(FD)、快速推进法(FMM)和快速扫描法(FSM);(3)基于惠更斯原理的波前构建法(WFC);(4)基于频率域波动方程数值解法(FWQ).最短路径方法计算精度较高,稳定性较好,但其需要采用更多的网格节点,因此计算效率低;程函方程数值解法无需计算射线路径,具有计算效率高、稳定性较好、易于实现等优势,但其计算精度较低,可以通过引入高阶差分格式得到提高;波前构建法计算精度高,稳定性好,但其需要在射线网格和规则网格之间做网格转换,因此计算效率较低;频率域波动方程方法能适应任意复杂介质,但其计算精度和计算效率较低.     

二维复杂介质中地震波走时和射线的计算方法及其应用

将Podvin和Lecomte的精确局部格点走时计算方法和Schneider等人的动态规划方法结合起来,可得到一种快速、有效的有限差分波前计算方法。使用该方法对各种类型地震波的走时和射线的计算进行了讨论,并给出了这种有限差分走时计算在叠前深度偏移中的应用实例。     

基于一种反余切紧凑约束的电磁波走时层析研究

电磁波走时层析可用于空洞和孤石等离散块体异常的探测中.在传统电磁波走时层析中,通常采用一个低阶差分泛函来稳定反演过程,而这类泛函都具有光滑约束的性质,在成像结果中难以对此类离散块体异常进行准确的解释.本文基于Tikhonov正则化思想,提出了一种反余切泛函,该泛函具有紧凑约束的性质且无需选择一个聚焦因子.结合弯曲胖射线层析理论和重加权正则化共轭梯度反演算法,对两个理论模型进行了成像效果研究.与低阶差分泛函和最小支撑泛函的成像结果相比,该方法能够更好地突出异常的边界,成像结果中的虚假异常也要更少.同时,还分析讨论了激发电磁波的中心频率以及数据噪音对成像结果的影响.此外,针对一个地下连续墙墙体内部缺陷的现场模型,利用该方法取得了理想的成像结果,良好地揭示了缺陷的形态和位置.

     

基于局部一维模型与走时标定的区域 三维速度模型构建技术研究

构建区域介质三维速度模型并以之获得准确的区域震相走时, 是提高区域地震定位精度的重要手段之一. 为充分利用已有的一维模型、 GT事件、 地质资料等实现三维模型构建, 尝试基于目标区域内已有的部分局部一维模型, 通过克里金空间插值建立初始三维模型, 然后利用GT事件走时数据并参考其它地震地质资料对其不断进行修正, 使得其走时偏差图与GT事件走时偏差图一致, 进而获得能够提高区域地震定位精度的三维模型. 使用不同模型进行的地震定位实验表明, 以此方法建立的三维模型的定位偏差较初始模型减少约20%, 较好地起到了减小区域震相走时残差, 提高区域地震定位精度的作用.     

基于初至走时层析的弱全变差约束波场重构反演（英文）

全波形反演的目标泛函是一个强非线性函数,反演过程非唯一性强,容易陷入局部极值。本文首先在波场重构过程中将波动方程作为惩罚项引入到目标函数构建中,拓宽了解的搜索空间降低陷入局部极小值的风险,且反演过程不需要计算伴随波场,可显著提升计算效率;其次,考虑到全变差约束可以有效重构速度模型中的不连续界面,本文引入弱全变差约束来避免强全变差约束下的模型过度平滑估计,该策略的缺点是对初始模型的依赖性较强。鉴于此,本文将初至走时层析获取长波长初始模型作为一种先验模型约束,提出了基于初至走时层析的弱全变差约束波场重构反演方法。数值实验结果表明：新方法降低了对初始模型的依赖性,界面刻画更为准确误差降低,迭代收敛效率也得到了显著提升。     

基于局部一维模型与走时标定的区域三维速度模型构建技术研究

构建区域介质三维速度模型并以之获得准确的区域震相走时,是提高区域地震定位精度的重要手段之一.为充分利用已有的一维模型、GT事件、地质资料等实现三维模型构建,尝试基于目标区域内已有的部分局部一维模型,通过克里金空间插值建立初始三维模型,然后利用GT事件走时数据并参考其它地震地质资料对其不断进行修正,使得其走时偏差图与GT事件走时偏差图一致,进而获得能够提高区域地震定位精度的三维模型.使用不同模型进行的地震定位实验表明,以此方法建立的三维模型的定位偏差较初始模型减少约20％,较好地起到了减小区域震相走时残差,提高区域地震定位精度的作用.     

三维复杂速度模型的交切法地震定位

地震定位是地震监测与减灾研究重要基础.基于均匀或横向均匀介质模型,利用震源轨迹确定震源位置的交切法具有稳健和效率高的优点,但定位精度较低,特别是震源深度.为提高震源定位精度,我们提出适用于三维复杂速度模型的地震定位交切法.将地壳速度模型由均匀或横向均匀介质模型扩展为三维复杂速度模型;均匀或横向均匀介质模型对应的原假设为球面或双曲面的震源轨迹通过最小走时树射线追踪技术予以确定.确定震源位置的震源轨迹以到时差作为约束条件;将震源定位于震源轨迹交汇最密集的点处,即总的到时差残差(RDT)最小的点处.定位结果的不确定性可通过RDT值较小节点的空间分布予以定性表示.考察了准确速度模型、扰动速度模型、扰动观测到时及地震在台网外等4种情况下改进方法的地震定位效果,结果表明改进的交切法可用于三维复杂速度模型的地震定位;综合利用P波与S波的到时差信息,可明显改善震源位置约束;使用多条震源轨迹进行定位,有助于减少由随机因素导致的定位误差.     

屈曲约束支撑滞回曲线模型和刚度方程的建立

针对屈曲约束支撑,本文根据其反复荷载作用下的滞回特征,提出了一种滞回模型,并建立了屈曲约束支撑的弹塑性刚度方程。根据这种模型编制程序模拟绘制了屈曲约束支撑的滞回曲线,将模拟计算曲线与试验所得曲线进行对比,对比结果表明本文所提模型是准确、有效的。     

三维复杂速度模型中地震事件震源轨迹的计算

地球内部三维速度图像的广泛建立为进行高精度的地震定位提供了良好条件.使用震源轨迹确定震源位置不仅稳健而且直观,但三维复杂速度模型中的震源轨迹难以给出解析解.为此,本文提出了一种较准确地计算三维复杂速度模型中震源轨迹的数值方法.根据震源轨迹在残差场中的特点：（1）震源轨迹位于残差正负极性彼此不同的邻点之间;（2）绝对梯度在震源轨迹的法线方向最大;（3）在法线方向上越靠近震源轨迹残差绝对值越小,对于每个模型节点分别和残差正负极性与其不同的邻点组成的点对,将其中绝对梯度最大的点对作为震源轨迹法线点对,选取法线点对中残差绝对值较小的点（即震源轨迹所在模型单元的节点）作为震源轨迹代表点;在绝对残差场中数值较小的连通区域（可能有多个）内,利用最小走时树算法依次计算出每个连通区域中地震波从绝对残差最小点至同一连通区域内震源轨迹代表点的射线路径作为震源轨迹.算例表明：本文方法适用于三维复杂速度模型,对震源轨迹的稳定性及构成段数没有限制,计算的震源轨迹精细且较完整、可用于高精度的地震定位.

     

基于Viterbi算法的复杂地质体速度约束化自动拾取

对于复杂地质体而言,由于各种因素的影响,速度信息中往往会包含一些假的速度信息(如速度异常值)．因此,如何在速度谱能量团(由所定义目标函数——相似系数法等得到)中拾取有效的叠加速度,是地震数据处理中一个重要的环节．本文,所引入的Viterbi算法具有约束化自动搜寻并获取最优解的功能,将其应用于速度的自动拾取中,它能向前做最大“能量团”的积分并向后递归计算最优解——叠加速度,是一种实现速度自动优化拾取的便利工具．     

一种高效的基于交叉梯度结构约束的三维地震走时与直流电阻率联合反演策略

基于交叉梯度结构约束的不同数据的联合反演可以提高地球物理成像的可靠度,但是由于不同观测数据对地下介质的灵敏度不同以及不同反演系统灵敏度矩阵元素的数值可能存在较大的差异,导致构建和求解联合反演系统存在很大的挑战.针对以上问题,本文提出一种新的基于单独反演模型更新量与交叉梯度结构约束相结合的联合反演策略.该策略利用单独反演系统分别确定出各个模型的更新量,然后利用它们约束交叉梯度系统的反演,得出新的模型更新量.通过这样的方式,有效实现了数据拟合与结构约束的平衡,实现了基于交叉梯度联合反演的目标.新的联合反演策略不需要对原来单独反演程序修改即可实现联合反演,减小了联合反演实现的难度,极大地提高了联合反演的易实现性,而且避免了联合反演矩阵存储及结构过于复杂难以求解的问题.基于新的策略,本文首次实现了基于交叉梯度结构约束的三维地震走时与直流电阻率联合反演.合成模型测试表明,与单一成像相比,联合成像减少了地震走时反演中出现的干扰异常并提高了电阻率反演的分辨率.