波动方程数值模拟的三种方法及对比

波动方程数值模拟方法是研究地震波场传播的一种重要手段,本文采用交错网格高阶有限差分方法分别对双程声波方程和双程弹性波方程进行了波场数值模拟,并且根据定位原理采用傅立叶有限差分算子进行了单程波方程数值模拟,在分析定位原理的基础上,对其计算过程稍作修改,将延拓到地面的波场直接由每个检波点接收,无需横向叠加过程,得到了单程声波方程共炮记录.基于不同波动方程的数值模拟结果表明,双程波方程结果包含直达波、多次波等干扰波,信噪比低;单程波数值模拟结果只包含了介质分界面的一次反射波,信噪比高,但对于大角度入射波误差较大,并且对于同一个地质模型而言,双程弹性波方程计算速度最慢,双程声波方程次之,单程声波方程计算速度最快.因此对于复杂地质模型,三种模拟方法可以取长补短,综合应用.     

基于单程波波动方程的起伏地表叠前深度偏移技术

直接从起伏地表开始进行叠前深度偏移的波场初始化时,应用了同步边界处理策略和深度误差校正策略。前者可以消除起伏地表非波场传播区域的成像,后者可以消除起伏地表规则采样时深度误差对地下构造成像带来的影响。利用以上处理策略,优化了常规基于单程波波动方程延拓算子的起伏地表叠前深度偏移算法,从而更好实现了复杂条件下的构造成像。基于FFD延拓算子的波场下延法,用SEG起伏地表模型数据验证了该方法的有效性。该方法同样适用于各种基于频率域波动方程深度延拓算子的起伏地表深度偏移方法。      

两种类型共炮点域相关型叠前深度偏移方法分析

研究不同偏移方法的成像机理是实现复杂构造高精度成像的前提,研究了两类共炮点域的相关型叠前深度偏移成像方法：基于单程波动方程的叠前深度成像方法和基于双程波动方程的叠前深度成像方法,同时对比了它们在计算效率、数据存储量、成像精度、成像机理、速度敏感性等方面的差异及其共性。以复杂构造模型为例,采用了傅里叶有限差分法（FFD）和逆时成像法（RTM）,这两种方法实现了121个共炮点道集的叠前深度偏移成像处理。计算结果表明,当速度准确时,两种深度域波动方程成像方法均可以恢复出各个地质反射界面,其中逆时偏移对陡倾角成像效果显著,当速度存在百分比误差和随机扰动情况时,逆时成像结果要差于单程波方法,因此,逆时偏移方法对速度的敏感性较大,且低频噪声较为严重。     

基于单程波方程的角度域照明分析

试图运用波场动力学途径,旨在增强观测系统分析评估,本文提出基于单程波方程的角度域照明分析方法.本文方法不仅可用于观测系统设计,对叠前成像资料的考量、叠前振幅补偿和AVA（Amplitude Versus Angle,振幅随角度变化）反演也必具重要的意义.文中通过目的层邻域单个绕射点的正、反传波场分析,给出地下目标的水平和倾斜界面随角度变化的成像照明强度.单程波方法可用于模拟地震波在复杂速度构造下的传播,并得到较准确的幅值和多次到达的波场,用以对绕射点正、反传分析时可在照明分析中简明地利用幅值信息和多次到达的波场.本文方法可显现复杂盖层下目标的照明情况.本文中也对照明能量随传播距离的几何扩散进行补偿,突显了角度域的照明均匀度和范围,从而使得所分析的结果可直接应用于AVA的分析及补偿.针对照明分析的特点,文中建议可用一种快速的单程波波场延拓策略——频率速度相关变步长波场深度延拓.数值实验结果表明了本文方法是可行且有效的.     

退化的Fourier偏移算子及其在复杂断块成像中的应用

波动方程宽角抛物逼近得到的通常是非常系数的单程波传播算子,其系数是速度横向变化的函数,因此需要利用有限差分(FD)进行数值实施. 通过对Lippmann Schwinger单程波动积分方程的退化核逼近,本文研究了一类宽角退化算子的偏移成像. 这种退化偏移算子只用快速Fourier变换进行波场延拓,将常规的Fourier分裂步地震偏移方法(SSF)推广适应强速度横向变化介质和大角度传播波场. 退化的Fourier偏移算子通过在两个分裂步项之间作波数域线性插值来实现波场延拓,每延拓一层需要比常规的SSF地震偏移方法多一次快速Fourier变换(FFT). 通过SEG/EAGE盐丘模型和实际地震资料的应用表明,退化Fourier偏移算子能很好地对盐下的陡倾角断层和实际地震剖面上的复杂小断块和大断裂地质构造成像.     

地震逆散射波场和算子的谱分解

本文对地震逆散射的研究,旨在于为抑制层间多次波和地震波场多重散射对一次反射干扰效应提供理论依据.这对薄互层地层滤波的高频恢复、保幅弹性反演、衍射地震勘探及海洋地震勘探中的干扰消除皆具重要意义.本文基于上下行波分解及弹性波互易定理,导出横向变速介质条件下线性预测算子的表达式和反射数据的广义谱分解方程. 文中先由上覆地层广义反射透射矩阵的元素定义线性预测算子,并将其表示成一系列单程波算子的线性组合,之后将横向变速介质条件下线性预测方程表达为反射数据与线性预测算子及其逆的乘积. 对该方程的求解可获得上覆地层的线性预测算子,从而可借以求出相应的反射透射算子. 本文先将水平层状介质条件下垂直入射的一维线性预测方程推广到斜入射的情况,以此为参照,导出横向非均匀介质条件下反射数据的地震逆散射广义谱分解方程.文中也揭示了单程波地震逆散射算子、反射透射算子的性态.本文还针对水平层状介质条件,给出斜入射的数值结果.     

基于时空局域化dreamlet单程波算子的观测系统沉降法偏移

Dreamlet偏移成像目的是探索一类能够对地震波场和单程波传播算子同时分解和压缩的理论和方法,也即实现在压缩域的传播与成像、地震数据在时间和空间的非平稳性质,决定了要实现地震数据的有效稀疏表示,分解方法必须在时间和空间上同时具有局域化性质.Dreamlet由时间和空间局部分解原子的张量积构成,可以看作一种脉冲-小波束形式的波场分解原子.时空局域化的dreamlet单程波传播算子在对波场沿深度方向延拓时,地震数据在时间轴上总是向同一方向流动.随着深度的增加,部分用于成像浅层结构的数据归位至其空间位置后被dreamlet算子丢弃,波场的有效记录时间变短,每一步用于波场延拓的计算量也相应下降.为了充分发挥这一优势,本文介绍dreamlet传播算子与观测系统沉降法偏移相结合的理论与方法.观测系统沉降法偏移每一步都将记录到的所有数据向下延拓,沉降后的波场等效于把源和检波器都放置在目标深度所能接收的反射数据.Dreamlet观测系统沉降过程只保留用于成像观测系统下部地质结构的有效数据,自动丢弃已经用于成像观测系统上部而对下部成像没有贡献的信号.本文通过二维SEG/EAGE叠后和Marmousi叠前数据算例展示了dreamlet传播算子应用于观测系统沉降法偏移的这一特点.数值算例结果显示,在不影响成像质量的前提下,该偏移方法能够有效减少传播数据量,为发展一种快速高效的偏移方法提供了新的思路.     

星间单程伪距联合监测站数据确定北斗三号卫星轨道和钟差

提出利用原始单程星间伪距数据联合地面监测站载波相位和伪距数据同时确定北斗卫星轨道和钟差的方法。该方法引入时间窗概念,用多项式表示卫星钟差,从而能够直接对非同时观测的原始单程伪距数据进行平差处理。收集中国境内的6个iGMAS监测站和星间测距数据对北斗三号卫星进行轨道和钟差确定试验。结果表明,轨道重叠段互差在R、T和N方向的RMS分别为0.078、0.321和0.375 m,钟差重叠段互差的RMS和STD分别达到0.589和0.519 ns。相比于仅用国内监测站数据的结果,轨道和钟差的改进幅度分别超过80%和60%。星间链路单程伪距残差的平均RMS为0.083 m,星间链路信号发射和接收设备时延偏差估值的平均稳定度分别为0.53和0.72 ns。     

三维各向异性介质中的波动方程叠前深度偏移方法

基于三维VTI各向异性介质的频散关系,构建波数项和空间项分离的单程波算子表达式,以优化算法,确定算子的待定系数,实现广角逼近三维VTI介质的广义相移算子,发展了可灵活处理强或弱各向异性介质的波动方程叠前深度偏移方法.文中同时也针对其工业应用建议了三维VTI各向异性介质中可提高计算效率的频率相关变步长波场深度延拓算法及稀...     

轨道高程控制网的优化设计

针对常规水准测量存在效率不高、高程点精度不均匀等问题,该文分析了《高速铁路工程测量规范》(TB10601—2009)中介绍的两种CPⅢ高程控制网测量方法——德国中视法和中国矩形法的特点及其在实践中的应用,在此基础上提出了外业测量效率更高的新矩形法、单程矩形法和双程矩形法,通过对3种方法的相邻点高差中误差和每千米高差全中误差的估算以及实验验证了这3种方法不仅能满足现有的高铁规范要求,而且效率更高,可以成为CPⅢ高程控制网的建网方法;证实双程矩形法更适合用于工期较为宽松的CPⅢ高程网的建网测量,新矩形法和单程矩形法适用于工期紧张的CPⅢ高程网的复测。