二维速度反演和合成地震记录计算

旅行时反演方法已发展到根据深部反射资料估算二维介质的速度和界面几何形状。速度构造通过有限元表示,而反演可用公式表示为一种迭代的、约速的线性最小平方问题,这个问题可以通过奇异值截断法或 Le(?)enberg-Marquardt 法得到解决。Lerenberg-Marquardt 法的阻尼因子根据模型置信区域法(model-trust region)来选择。由射线追踪计算而得旅行时和导数矩阵为解决最小平方问题所需要的。为了帮助地震解释,反演算法中还包含以渐近射线理论为基础的快速算法,用于根据推得的速度模型来计算合成地震记录。数值测试表明反演算法是有效的,还表明反演结果的精度由数据中的噪音和数据采集时应用的记录的孔径(aperture)决定的。两个实例证明新的反演算法产生的速度模型与数据吻合程度要比用其它方法估算而得的速度模型来得好。     

利用线性旅行时内插的地震射线追踪方法

本文提出一种被称为线性旅行时内插法(LTI)的射线追踪新方法。这种方法在二维速度结构中计算旅行时和射线路径比其它常用的方法更为迅速和更精确。对二维面元模型导出了LTI法的计算公式,而旅行时和射线路径的计算只在面元边界上进行。因此,所考虑的射线路径在每个具有均匀速度的面元中总被看作是直线。这种方法适用于层析成象分析。LTI算法包括两个步骤:第一步是计算所有面元边界上的旅行时;第二步是计算所有检波器和炮点对的地     

一种新的基于多模板快速推进算法和最速下降法的射线追踪方法

本文提出了一种新的射线追踪方法,该方法将射线追踪分为两个过程:首先使用多模板快速推进算法(MSFM)从源点开始计算已知速度场各网格节点的波前传播时间;然后使用最速下降方法从接收点开始向源点沿旅行时梯度最快下降方向追踪射线路径。与传统的快速推进方法(FMM)及其改进算法相比,多模板快速推进算法(MSFM)使用两个模板计算邻点旅行时,同时考虑了水平、垂直及对角线方向上的信息,能大大提高旅行时的计算精度和计算效率。为了验证新射线追踪方法的计算精度和计算效率,本文对两个速度模型进行了数值模拟,并将模拟结果与基于FMM和高精度快速推进方法(HAFMM)的最速下降射线追踪方法计算结果进行对比。对比结果表明,本文方法是一种有效的射线追踪方法,并且在计算精度和计算效率上都优于基于FMM和HAFMM的射线追踪方法。     

地面与井中联合观测的微地震定位和速度结构同时反演

为解决速度模型估计不准带来的微地震定位误差,本文推导了旅行时关于层速度、层界面深度及震源参数的偏导数,利用最短路径算法计算射线路径和旅行时,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题,发展了一种利用微地震初至旅行时数据同时进行速度结构反演和微地震定位的方法。数值模拟实验表明,该算法能够有效反演地下介质的速度结构（层速度和层界面深度）并进行微地震定位,且方法对随机噪声不敏感。     

用于地震射线追踪的旅行时线性插值法

本文提出了一种称为旅行时线性插值(LTI)的新的射线追踪法。对于二维速度结构来说,用该方法计算旅行时积追踪射线路径比其它常规方法更为快速精确。LTI 公式仅用于二维单元模型边界上旅行时和射线路径的计算。为此认为射线路径在一个匀速单元中总为直线。这种近似法在层析成像分析中较为适用。LTI 算法分两步进行。第一步计算所有单元边界上的旅行时,第二步对全部震源-接收点对射线路径进行追踪。假设单元边界上任一点的旅行时为其相邻两离散点算出的旅行时的线性插值,这时可以费马原理为准则从若干可能的情况中选定正确的旅行时和射线路径。LTI 法与激发法及程函方程有限差分法(FDM)的数值计算结果对比表明,用 LTI 法计算旅行时和射线路径其有速度快和精度高的优点。LTI 法可看作是常规的程函方程有限差分法的高级形式,因为用LTI 可以直接导出 FDM 公式。在推导过程中,从理论上可以看出 LTI 法要比 FDM 法精确。并且使用LTI 法可以避免 Vidale 法中由于速度突变产生的数值不稳定现象。     

根据发散波至脉冲宽度确定Q值

本文用脉冲宽度和旅行时测量值估算了发散波至的Q~(-1)值。该方法以具有常数Q值的平面波响应的参考子波为基础,其相速度和旅行时路径由实际数据确定。以参考子波与传播脉冲间的脉冲宽度差异及旅行时差异构成参考曲线,称之为Q-图。根据Q-图和测量的脉冲宽度增量求得了数据的Q~(-1)值。     

从反射波射线路径对地震波速度实施层析成像计算

沿反射波射线路径上的旅行时计算地震波传播速度时。人们必须确定反射点的深度位置.在调整分辨率和调整动态射线传播路径时,地震波的传播速度可以单独地用一个基本平滑函数的连续和来实现参数化.由一些单独的,横向不连续的反射点、或是一些重复同炮检距的反射点控制反射波的传播路径.用一种十进制共轭梯度算法进行反问投射迭代,我们就能沿算出的射线路径求出这些最佳符合原始记录时间的速度模型.用一个微分方程的有限差分解,射线就可以从震源和和检波点位置向下推算到已经算出的反射点上.用线性化了的扰动方程进行联立推算,我们就能将地面得到的旅行时及空间导数对反射点效应实现最优化.用共中心点双曲线方程所记述的三个叠加参数——速度,零炮检距时间,及导数,使之最佳符合各个炮检距的原始旅行时间.(假设一个最小平方符合。)在大炮检距和小炮检距之间引起小的相对变化时,这些参数对速度异常是很敏感的.多个炮检距上的旅行时及其导数可以用叠加参数迭代方法实现线性化,并用同一种优化方法进行反演.由于速度模型的改进.可以完善反射波的几何路径计算。从而增强基础速度函数的分辨率和窄度.     

旅行时线性内插地震射线追踪

本文提出一种称为旅行时线性内插的新的射线追踪方法，与常规的方法相比，用该方法计算二维速度结构模型的旅行时和射线路径速度快，精度高。ＬＴＩ方法的公式推导基于二维网络模型，旅行时和射线路径的计算仅在网格的边界上进行，因此，在速度不变的网格单元内其射线路径总认的是直线。该方法适用于层析成像研究。ＬＴＩ算法分为两步：首先计算所有网格单元边界上的旅行时，然后追踪所有炮检对之间的射线路径。位于网格单元边界上任     

根据反射地震资料层析地确定层速度：调节方向接收法

从反射地震学的角度来看,可以将层析成像定义为用实测的旅行时资料来确定岩石的速度。作者提出一种层析反演法,它不仅使用在震源与检波点间实测的反射波的旅行时,而且也使用了射线参数。这种射线参数(其实质是波的传播角度)是在震源点和检波点上实测的。这种方法的重大意义在于,只需假定反射面(层位)是局部连续的,且在层速度反演过程中无需确定界面的位置。借助于迭代射线跟踪技术计算拾取到的资料,以求出使非线性最小平方目标函数减至最小的层速度模型。这种目标函数是基于地面上实测的射线路径(由拾取到的资料确定)与根据速度模型计算出的射线路径之间的不吻合程度而确定的。为了消除速度模型中明显的变化,在目标函数中包含了补偿项。该层析反演法应用于合成资料及海上反射地震勘探资料时,都得出了很好的结果。     

近地表速度的约束层析反演

本文采用程函议程有限差分法计算通过速度模型的初至旅行时射线路径,然后引入先验地质信息和正则约束条件,用约束最小二乘交分解法（CLSQR）进行走时反演,获得近地表速度结构,这种层析反演方法以块体为基本单元,可以模拟和反演复杂速度结构,它不必识别波形,计算速度快,实际数据的反演结果表明,在复杂地表条件区表层速度存在强烈的横向变化,经层析反演获得的叠加剖面成像更加清晰。     

基于双差的波动方程反射波旅行时反演方法

当模拟数据与观测数据振幅、波形相差较大时,动态时差矫正(Dynamic Image Warping,DIW)方法拾取的旅行时时差精度较低,易导致目标泛函收敛失败。为此,本文通过修改目标泛函,提出了一种基于双差的波动方程反射波旅行时反演(Double difference Wave Equation Reflection Traveltime Inversion,DWERTI)方法,并对传统的DIW方法进行正则化约束以提高时差估计的稳定性。在编程实现算法的基础上对Sigsbee 2A模型进行反演测试。计算结果表明:基于双差的波动方程反射波旅行时反演方法能够有效提高旅行时信息反演的稳定性,为后续常规全波形反演提供更为可靠的初始速度场。     

Geophysics,No.1,1992论文文摘

广义旅行时反演 G.C.Herman 本文介绍的非线性反演法,对确定整体速度模型尤为适用.在某种意义上,可以认为该方法是基于反射旅行时的广义反演法,在主要目的反射(或复合反射)层附近,定义时窗的要求(非苛刻和人为的要求)可代替精确确定旅行时的要求。该反演法以与波场相位有关的误差标准为基础直接根据波场测量来计算。因此,可以避免解释波至以及测量波至时间的烦琐步骤.应用该方法可根据一组平面波响应重建     

抛物旅行时插值最短路径射线追踪

以最短路径射线追踪为基础,受动态网络最短路径射线追踪的启发,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。其关键在于对某一计算节点不但利用Dijkstra算法计算旅行时,而且利用已知旅行时的节点形成的插值段进行抛物旅行时插值(PTI),并将两部分得到的最小旅行时作为该计算节点的最终时间,射线路径追踪利用抛物旅行时插值从接收点到炮点反向追踪。模型试算证明了该方法的正确性、有效性和适用性。     

运用阻尼最小二乘法的广角地震反射时间反演

在深部地震测深调查中,超过临界角的广角地震反射已被广泛应用于地壳结构的成象。层速度和层厚度的计算通常是基于Dix的双曲线方程,该方程需要零偏移距旅行时和均方根速度的先验数据。由于广角反射时间是用非双曲的泰勒和Koehler级数表示的,使其强行与双曲方程确立的那套数据相匹配,在层速度估算中就会引起很大的误差。我们提出一种快速而简便的方法来确定广角反射时的层速度。它是运用阻尼最小二乘技术使观测旅行时和正响应之间的均方根误差最小来实现的。通过切比雪夫(正交的)多项式近似计算,可计算出正响应,这种响应中含有高次项的反射级数。针对给定的含有某些随机误差的速度模型,可用这一方法反演合成反射时,它由不同的初始模型开始,最后产生一个与真实模型相吻合的模型。模拟结果证实了估算参数的可靠性。此外,利用该方法还可测量估算参数的不确定性和分辨率。     

一种改进的三维旅行时梯度射线追踪方法

最大旅行时梯度射线追踪（The Maximum Traveltime Gradient Ray Tracing,MTG）法利用三次B样条插值计算旅行时场的最大旅行时梯度,从而追踪初至波射线路径。但由于三次B样条插值是连续光滑的插值函数,在射线通过速度突变区域时,计算次级源点的旅行时和梯度会产生一定的误差。在分析MTG算法计算误差来源的基础上,提出了一种改进的B样条/线性联合插值的三维射线追踪（The Modified Maximum Traveltime Gradient Ray Tracing,简称MMTG）算法,即在速度均匀变化的区域采用B样条插值计算旅行时梯度确定下一个次级源点,在速度变化剧烈的区域利用线性插值法在网格界面上找出旅行时最小的入射点作为次级源点,从而保证射线在速度分界面上折射产生的不连续性。数值实验结果表明,MMTG算法在保持MTG算法优点的同时进一步提高了射线路径的计算精度,能够适应更复杂的速度介质模型。     

折射初至波射线追踪方法研究

 在复杂地表区采用传统的射线追踪算法得到的近地表速度结构与微测井测量结果偏差较大,造成这种情况的主要原因是求取射线路径的精度较低。采用常规的基于旅行时平方的非线性插值法虽然提高了射线路径和旅行时间的计算精度,但是不适用于速度变化剧烈地区。本文在分析此类非线性插值法误差来源的基础上对该方法进行改进,在充分考虑各种可能射线路径的基础上,采用非线性旅行时插值方法计算地震初至波的射线路径和旅行时。数值计算结果表明：本方法在保证地震波旅行时计算精度的前提下,可以采用较粗的计算网格提高射线追踪的效率,并能够适应各种复杂的速度结构。     

VTI介质起伏界面混合网格旅行时线性插值计算方法

为了计算起伏地表(界面)VTI介质中地震波旅行时,采用矩形网格与不规则四边形网格组成的混合网格对模型进行剖分,以提高网格对起伏地表(界面)的拟合程度。在混合网格中把群速度与群角的关系式转换成群速度与插值点坐标的关系式,进而结合分区多步计算技术,将旅行时线性插值射线追踪算法推广到VTI介质中,实现了VTI介质中多种类型(初至、反射、多次反射、多次透射转换以及多次反射转换)地震波旅行时的计算。通过与有限差分算法、分区多步快速步进算法和分区多步不规则网格最短路径算法的计算结果对比,以及复杂构造模型的试算,说明方法比较精确,且对复杂构造模型有良好的适应能力。     

三维转换波叠前时间偏移方法研究与应用

三维转换波叠前时间偏移是在变速介质中的一种转换波偏移方法。影响转换波叠前偏移成像的主要因素有两个:一是旅行时;二是偏移算法。三维转换波叠前时间偏移的旅行时受偏移孔径、速度模型及双程垂向旅行时等诸多因素的影响,转换波旅行时由从激发点到成像点的纵波旅行时和成像点到接受点的转换波旅行时两部分构成。通过研究,提出了一种合理切实的转换波速度模型建立方法和旅行时计算方法,并通过理论计算和实际资料处理的结果表明,三维转换波速度模型建立方法和旅行时计算方法是非常可信和实用的技术。     

复杂构造的反射迭加

对实际野外记录在一台计算机上使用简单的射线追踪和使用流行的处理技术进行分析,产生共深度点的地震反射数据。用具有弯曲界面的恒速层来模拟复杂的地质形态。选择两个模型说明由弯曲的地质界面引起的问题,所谓弯曲界面即在深部以非线性方式横向变化的界面,它产生迭加速度明显而大的空间变化。使用具有深部构造且不带风化层的三层模型作为控制模型。为了进行比较,在靠近控制模型的表面放上一层厚度有变化的低速风化层。该低速层比普通薄风化层厚,所谓普通薄风化层系指现实可用的静校正技术能很好工作的风化层。对这两种模型都计算旅行时、时差、视均方根速度和层速度。风化层对均方根速度和旅行时引入误差,这里描述了补偿这些误差的方法。对旅行时应用的静校正会减小视均方根速度的起伏,而对厚风化层模型的数值却是“过校正”,以致使表层和深层的向斜(背斜)变成了错误的背斜(向斜)。可以作出这样的结论,对于分析共深度点地震数据处理的特殊问题,如在复盖层中大的横向变化所引起的推算速度的误差来说,采用计算机模拟是一种有用的工具。     

加拿大阿萨巴斯卡焦油砂岩加热区带的地震速度模型

最新的研究表明，由于蒸汽的注入，加拿大阿萨巴斯卡地区焦油砂岩中的声波速度随着温度的升高而降低。在本次工作中，时变速度的模型是从反射层和井孔数据的地震旅行时中获取的。模型层的深度是根据使用蒸汽注入前旅行时的反射射线模型来建立的。由于速度在蒸汽注入后产生了变化，可在蒸汽注入后通过监视器勘测的旅行时数据来模型化，这些速度模型基本是由反射旅行时来决定的。地面到井孔之间的施行时数据表示了蒸汽注入后的期望延迟，但没有有效地改变反射旅行时产生的速度映象。低速带与注汽井位期望的温度增高带相互间有较好的关系。结果表明，利用从地震旅行时获得的速度模型探测焦油砂岩中蒸汽的前沿是有效的。