初至波地震层析技术及其在四川复杂地区的应用

近地表速度场的重建是获得准确静校正量的关键。根据实际地震数据的初至波时间建立初始速度模型;采用改进的最短路径射线追踪算法进行正演;利用改进的约束带阻尼联合迭代重建技术(CDSIRT)求解大型、稀疏的方程组来反演近地表的速度场。理论模型和实际资料的反演结果表明,该方法能稳定、快速、准确地重建复杂地区的近地表速度场,建立准确的近地表速度场,从而可计算准确的静校正量,保证复杂地区的构造成像。     

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.     

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.     

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。      

改进模型的层析成像算法

井间地震层析成像技术能够提供钻孔之间地质体的高分辨图像.LTI法与SIRT法相结合是目前使用较广的一种层析成像算法,在此基础上考虑到一个较好的初始模型能提高算法的准确性及效率性,以及在SIRT算法当中如何分配残差能使反演的结果更好,提出了改进模型的层析成像算法.此方法基于LTI法进行射线追踪得到每个接收点在初始模型上的理论走时后,就利用这个理论走时与实际拾取走时的差值以及射线追踪所得到的射线路径,对初始模型进行修正.通过数值模拟实验发现,该算法的效果较原始算法有一定的提高.     

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。      

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。     

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。     

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。     

声波速度-频移衰减联合层析成像检测技术

混凝土构件中存在的诸如松散、空洞、缝隙夹层等缺陷,不仅造成声波速度的变化,而且对声波具有较强的吸收衰减作用,利用声波速度CT和衰减CT联合检测技术是检测混凝土构件工程质量的有效方法。介绍了声波速度CT检测原理和SIRT算法、接收波信号频移与介质衰减吸收系数的关系,导出了适用于CT成像反演算法的介质吸收因数沿射线路径的积分与频移参数的关系表达式。对存在松散和空洞缺陷的两种混凝土构件模型的声波检测结果,分别进行了速度CT和频移衰减CT处理,处理结果表明,声波速度和频移衰减联合层析成像检测技术能够获得更加准确可靠的检测效果。     

基于大炮初至的近地表层析反演方法研究及应用

详细研究了射线追踪、层析反演方法原理以及层析反演数值求解算法,提出了利用大炮初至直接建立初始地震模型,由小折射和微测井进行约束的层析反演近地表速度模型的处理流程,提出了基于多次回溯的高精度快速射线追踪算法和层析反演数值求解算法。采用双重网格技术提高正演模拟计算精度和层析反演的成像质量,另外,充分考虑多种质量控制方案,确保最终的反演速度模型精确。设计了10种不同地表地质条件的理论模型,进行模型试算,并在实际生产中应用,理论模型试算和实际资料反演结果证明了本文方法的正确性。     

井间地震层析成像技术的应用

阐述了井间地震层析成像的正反演技术——基于最短路径法的射线追踪正演技术和基于LSQR算法的反演技术的原理,并且通过数值模型对正反演算法进行了较细致的研究,重建了地下构造原像,效果较好。结合工程应用实例,进一步表明井间地震层析成像技术能够更清晰、更客观地反映出地下构造情况,为地质结构研究和后期施工提供更详实的资料。最后,对层析成像的分辨率进行了探讨,指出了层析成像质量的影响因素。     

二分法在上地幔温度模拟中的应用

为提高上地幔温度模拟的计算效率,使用Arrhenius方程和Hashin-Shtrikman边界条件模拟上地幔温度,提出了基于二分法的上地幔温度模拟方法。验证结果表明,该方法拥有良好的模拟精度及较快的运算速度,计算的误差系数可以根据上地幔温度模拟需求进行调节。在选用模型网格2 000 m×2 000 m时,计算速度较快,且能较好地体现出异常的轮廓信息;在选用模型网格200 m×200 m时,计算耗时增加,但异常体轮廓更清晰,模拟结果更精确。该计算方法在上地幔地温模拟研究中有良好的前景,为上地幔的温度模拟提供了一种新的思路。     

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。     

井间地震时频域联合速度和衰减系数同步层析反演

井间地震资料中蕴含丰富的地下储层岩性和物性信息,利用井间地震直达波初至信息,通过层析反演可以得到两井之间的速度剖面。通过对井间地震直达波振幅衰减信息的处理,可以实现井间的吸收衰减层析成像。基于井间地震直达波射线路径的一致性,提出了井间地震时域直达波走时层析反演和频域质心频率衰减层析同步反演方法,增加了约束条件,增强了抗干扰能力。对模型和实际资料的处理结果表明,速度和吸收衰减同步反演方法,提高了速度层析反演精度,得到了对油气更为敏感的衰减属性,增强了井间地震在储层描述和油气预测中的应用能力。     

A grid-search inversion method looking for the best classification of polyphase fault/slip data

A novel, grid search-based stress inversion method is developed in this paper to find the global minima in the solution region for the classification of fault/slip data into many single-phase subsets. Exhaustively repetitious grid searches are taken to deal with possible local minima, in a departure from existing grid search-based inversion methods. Two stopping rules, to stop at the abrupt change of the objective function or at the least change of the classification, are adopted in the method to look for the best classification. Much calculation time is saved by using a modified version of conventional grid search. The feasibility of this proposed method is demonstrated by applying it to two artificial examples and two real examples. However, enormous time in calculation is still needed in the case of a data set either with a large number of data or for a large number of assigned subsets.     

3-D P-wave velocity structure of the crust beneath the Loess Plateau and surrounding regions of China

The crustal P-wave velocity structure beneath the Loess Plateau and surrounding regions, which is a transition zone between the Tibetan Plateau and the Huabei and Huanan Blocks of China, was tomographically imaged for the first time down to the depth of 80 km. The seismic sources comprised both local and regional earthquakes and the reconstruction was accomplished using a newly developed simultaneous inversion procedure, which solves for both the earthquake hypocentres and the 3-D velocity field. Special features of the procedure include a modified shortest path algorithm for the bent ray tracing, an analytic Jacobian matrix for solution updating, and a damped, minimum norm, constrained non-linear solver based on a CG approach. The velocity structure obtained is more complex than previously thought. The lateral velocity variations are consistent with the U-shaped seismic ring structure but the vertical variations along the Fenwei seismic belt are consistent with the mechanism of the Mountain-Basin generalized system formation. The velocity images of Loess Plateau, the transition zone may help to build a geodynamic mechanism for inland China, to explain the formation of ground fissures so prevalent in the Loess Plateau.