对旅行时进行抛物型插值的地震射线追踪方法

提出一种对旅行时进行抛物线插值的地震射线追踪方法（简称PTI方法）,它比基于旅行时线性插值方法（简称LTI方法）计算结果更准确.PTI和LTI方法都是基于2D网格单元模型,用于计算地震波的旅行时和射线路径.首先介绍了相关方法的一些基本概念.旅行时和射线路径都是在网格边界上进行计算的,因此,射线路径在同一恒速网格内是直线.其计算过程有两步.第一步,计算旅行时,第二步追踪射线路径.然后给出了LTI算法的基本公式.因为在炮点网格内可能存在折射波,文章也相应导出了其公式.最后详细推导了PTI 方法的公式.通过模型试算对比说明,用PTI方法较LTI算法更精确、更有效,PTI方法是一种很有发展前途的地震射线追踪算法.     

有序波前重建法的射线追踪

建立了一种新的计算最小走时和射线路径的方法——有序波前重建法. 文中算法按照波前面的实际扩展顺序外推计算走时，采用以计算点为中心的走时计算策略，直接记录计算点获取最小走时的前一节点坐标，同步计算最小走时和射线路径，得到一种全局算法. 该方法具有原理简单、易于实现、不受介质速度差异大小限制、计算速度快等优点. 数值实验表明有序波前重建法具有较高的计算精度和运行效率.     

水平层状VTI介质高效射线追踪计算方法

准确、快速计算水平层状VTI (vertical transverse isotropic)介质的走时和射线路径是实现VTI介质地震叠前时间偏移和微地震监测速度建模的基础.水平层状VTI介质射线追踪的常用算法包括打靶法和最短路径法.打靶法原理简单、实现容易,但在长偏移距时存在微小初射角度变化导致射线路径巨大扰动的问题;最短路径法原理直观,但需要沿射线群速度方向(群角)计算走时,计算特定群角对应的群速度值需要先搜索对应的相速度角度(相角),显著降低了计算效率.本文综合打靶法和最短路径法的优点,从震源同时出射一系列射线,以这些射线到达界面的交点构成稀疏的网格节点,自适应加密实现检波点周围网格节点间距高于精度要求,采用插值算法获得检波点的走时和动态网格方法获得不位于网格节点上的检波点的射线路径.本文方法严格计算已知相角对应的群角和群速度,未使用弱各向异性群速度近似公式,适用于任意强度各向异性VTI介质qP、qSV和qSH直达波和反射波射线追踪;以相角确定震源出射射线,不用遍历群角和群速度对应关系.同传统最短路径方法的数值实验对比表明本文方法具有高精度和高效性,非常适合于需要多次正演计算的地震叠前时间偏移和微地震实时监测问题.

     

基于LTI和网格界面剖分的三维地震射线追踪算法

将二维线性走时插值射线追踪算法(LTI)推广应用至三维模型,并结合网格界面剖分方式,提出了一种三维射线追踪算法．该算法既可获得高精度的全局最小走时和射线路径,又具有快速稳定的特点．三维模型计算结果表明,在模型参数包括网格密度完全相同情况下,本文算法较传统的三维最短路径算法在计算效率、走时和射线的计算精度上均有明显改进．     

波路径偏移压制层间多次波的理论与应用

消除层间多次波是地震勘探资料处理研究领域的难题,尤其对于实际资料的处理,到目前为止还很难找到一种完全有效的方法. 本文给出了仅对一次波成像既波路径偏移方法压制层间多次波方法,在共炮道集和共检波点道集分别计算炮点射线的入射角和检波点射线的出射角,由此计算的角度作为射线追踪的初始角度,计算地震波射线的传播路径. 结合由程函方程计算的走时表,判断偏移范围是反射波还是多次波. 在前期偏移过程压制多次波的理论研究基础上,本文主要研究波路径偏移消除多次波的应用部分. 为了进一步说明效果的有效性,计算了在单炮和共成像点道集压制层间多次波,给出了实际资料的压制多次波的偏移结果.     

基于双线性插值的三维横向各向同性介质初至波射线追踪

给出了基于旅行时双线性插值(LTI)的三维横向各向同性(VTI)介质中的地震初至波旅行时计算及射线追踪方法,通过三维均匀及水平层状VTI介质模型的试算,证实了该方法的准确性及适应性.该方法可用于三维VTI介质中的深度偏移及层析成像.     

复杂地质层面的网格化模型及两点射线追踪方法

本文针对三维复杂介质的两点射线追踪的适用性和有效性,提出了网格模型和层状模型相结合的建模方式,文中利用规则网格化的层状模型对复杂地质单元进行数值描述,一方面避免了用纯粹复杂地质网格体描述时需要的大量内存,另一方面结合运用规则化的层状模型,必有利于提高计算效率,在计算单元自动生成的射线追踪方法基础上,本文结合波前法提出一种快速、有效的两点射线追踪方法,利用反射波波前在地表形成的射线方位角和倾角坐标体系,能快速、准确地收敛到所有从源点到接收点的射线路径,亦可有效地解决射线路径的多值解难题,从而可适用于复杂地质模型的特点.     

基于三角网格模型剖分的高斯束正演数值模拟

高斯束射线追踪方法克服了渐近射线法在复杂焦散区等非正则区域无法传播的困难,无需考虑两点射线追踪,使得适用于更加复杂的地质模型．本文将三角网格模型剖分方法与高斯束方法相结合,推导了射线方程的解析解,实现了三角网格剖分的复杂构造高斯束正演数值模拟．模型试算表明,该方法具有波动方程法正演模拟的计算精度以及射线类正演模拟的计算效率,同时可将复杂构造波场传播问题转化成三角网格内部常慢度梯度模型射线追踪,为复杂构造波场正演模拟提供新思路．     

初至波走时层析速度建模方法研究

层析反演的核心是敏感核函数的求取和旅行时反演方程的建立.在射线理论下,射线追踪技术是计算敏感核函数和旅行时的主要方法,因此初至层析的实现需要有一种可以准确追踪初至波路径的射线追踪方法.本文推导了抛物旅行时插值射线追踪公式,提出了基于抛物旅行时插值的最短路径射线追踪方法.理论模型和实际资料处理结果表明,利用该方法实现初至层析速度建模可行.     

面向盐下成像的基于波前构建法的高斯波束偏移

高斯波束偏移是目前工业上应用最广泛的偏移成像技术之一.但是当处理盐下成像问题时,由于盐体上界面起伏剧烈且盐体与围岩速度差异较大,只有小角度入射的射线才能穿过盐体,从而导致了盐下区域照明较差.通常,采用加密初始射线的方式来缓解这个问题,但这会导致计算时间的剧烈增加.由此,本文提出了基于波前构建法的高斯波束偏移,以保持波前传播过程中射线密度近似恒定.相较于加密初始射线的方式,本文提出的方法是自适应的,对于提高射线的覆盖范围更加有效.此外,本文采用高精度的波前初始化射线追踪技术作为波前构建的方法.Sigsbee2A模型下的应用实例表明,相较于常规高斯波束偏移加密初始射线的方式,本文提出的方法不仅能够获得更好的盐下照明效果,且对计算效率的影响也更小.     

复杂介质中地震波前及射线追踪综述

本文较为系统综述了国内外在不均匀介质中各种主要和实用的射线追踪方法,例如:基于射线理论的打靶法、弯曲法(伪弯曲法)、高斯射线束算法等;基于网格单元扩展的有限差分解程函方程法(FD)、最短路径算法(SPM);以及结合射线和网格单元扩展的波前构造法等.同时对目前出现的多次波射线追踪技术、以及多值波前追踪技术(如:相空间算法、水平集算法)也进行了分析讨论.同时对基于网格单元扩展算法的优缺点进行了评述,其基本结论是:基于单元模型的SPM要优于FD算法,而基于网格的SPM算法则次之.就传统的射线追踪算法(如:打靶法和弯曲法)而言,其未来的发展方向是实现完全非线性的相应算法,而基于网格单元的算法则主要是扩展功能(如:后续波、多值波前的追踪).射线追踪方法技术未来需要解决的问题主要有:块状模型中多次波的追踪;多值波前及多值射线追踪;走时与振幅的同时追踪计算;以及其它领域新方法的引入.     

用于图像重建的波前法射线追踪

本文给出一种基于Huygens-Fresnel原理的射线追踪方法——波前法.该方法精度高、计算速度快,不仅可给出波从源点传播到接收点的透射走时和射线路径,而且可给出任何时刻的波阵面,为层析成像提供了一种有效的射线追踪方法.     

Wave front construction in smooth media for prestack depth migration

We implemented a wave front construction algorithm specifically designed for smooth media for application to prestack depth migration. The highest priority was given to maximum computational speed to allow an extension of the techniques to 3D media. A simple grid-based model representation in combination with fast bilinear interpolation is used. It is shown that this procedure has no distorting effects on the ray tracing results for smooth media. In our implementation, wave front construction (WFC) has proven to be as fast as some of the recently developed methods for travel time computations. WFC has advantages over these methods, since amplitudes and other ray theoretical quantities are available, and it is not restricted to the calculation of only first arrivals. Thus, it meets the requirements for migration in complex media. Furthermore, WFC allows for introduction of a perturbation scheme for computing travel times for slightly varying models simultaneously. This has applications for, e.g., prestack velocity estimation techniques. The importance of later arrivals for migration in complex media is demonstrated by prestack images of the Marmousi data set.     

波前构建法中网格点相对定位及属性计算研究

针对波前构建法射线追踪中非规则的波前四边形网格与规则的矩形网格节点之间的相对定位问题,采用矢量叉积判断方法从四个方面较详细的讨论了规则的矩形网格节点与非规则的波前四边形的相对位置关系,并针对四种不同的位置关系采用不同的插值算法进行其属性的转换计算,误差分析及计算实例表明本文所采用的网格定位方法以及属性转换的插值算法从理论到实际应用都是正确的、切实可行的.     

用于图像重建的波前法射线追踪

本文给出一种基于Huygens-Fresnel原理的射线追踪方法--波前法.该方法精度高、计算速度快,不仅可给出波从源点传播到接收点的透射走时和射线路径,而且可给出任何时刻的波阵面,为层析成像提供了一种有效的射线追踪方法.     

Estimation of multivalued arrivals in 3D models using wavefront construction—Part I1

A new 3D wavefield modelling approach based on dynamic ray tracing is presented. This approach is called wavefront construction, and it can be used in 3D models with constant or smoothly varying material properties (S- and P-velocity and density) separated by smooth interfaces. Wavefronts consisting of rays arranged in a triangular network are propagated stepwise through the model. At each time step, the differences in a number of parameters are checked between each pair of rays on the wavefront. New rays are interpolated whenever this difference between pairs of rays exceeds some predefined maximum value. A controlled sampling of the wavefront at all time steps is thus obtained. Receivers are given multiple-event values by interpolation when the wavefronts pass them. The strength of the wavefront construction method is that it is robust and efficient.     

多步法快速射线追踪与圆台型高精度走时外插计算

为更好地适应复杂构造的地震偏移成像,本文提出了一套快速射线追踪算法和一种高精度的走时外插计算方法.采用线性多步法的预测-校正公式求解射线追踪方程组,与传统的四阶Runge-Kutta法相比,提高了计算效率.在网格节点上的走时计算中,应用一种基于圆台的外插方法,该方法以射线的方向为轴确定圆台,将轴上的走时外插到圆台内的网格节点上.与传统的矩形体外插方法相比,圆台走时外插方法提高了计算精度,且具有更好的稳定性.另外,该方法利用稀疏分布的射线即可获得高精度的走时表,节省计算量,对复杂构造的偏移成像非常有利,尤其是三维偏移.最后通过逆散射偏移成像算例,验证了算法的有效性和适用性.

     

起伏地表条件下各向异性地震波最短路径射线追踪

在地震波正反演研究中,考虑起伏地表和地震各向异性具有非常重要的理论意义和实际应用价值.本文在前人研究的基础上,将最短路径追踪算法引入到起伏地表各向异性介质模型的地震波走时计算中.模型剖分时,整体模型划分成正方形单元,起伏边界附近以不规则网格逼近,进而采用非规则节点布置实现非规则网格处的最短路径计算.追踪计算中采用Sena群速度近似公式,得到各向异性地震波的走时,实现了复杂地表情况下各向异性介质模型中地震波的射线追踪.理论模型计算结果显示,本文方法能够可靠地应用于复杂各向异性介质模型,具有较高的计算精度.