强速度反差介质中的基尔霍夫衍射成像

在不均匀介质中进行走时计算，有限差分方法优于射线追踪方法。然而，当将这些方法应用到基尔霍夫偏移，在出现强速度反差时就会产生严重问题。如果采用有限差分走时方法计算初至，由于大量的地下信息通常由直达体波所携带，那么，就会产生不完整的图象。我们提出一个计算续至走时的新方法，解决了上述问题，并将初至和续至走时都应用到基尔霍夫衍射成像算法中。反差显示，在基尔霍夫偏移中兼用初至和续至波能够明显改善强速度反差介质的成像。     

曲线坐标系因式分解程函方程及其走时计算

地震波走时广泛应用于静校正、层析成像、Kirchhoff偏移成像、地震定位等研究.复杂地表条件是影响走时计算精度的重要因素.近年来,发展的曲线坐标系程函方程为精细刻画起伏地表条件下的地震波走时场特征提供了新的思路.然而,基于有限差分程函方程的求解方法不可避免地受到震源奇异性的影响,即震源附近波前的曲率较大,此时使用平面波近似假设的差分格式会导致较大误差.而震源误差会随着波前的传播到达整个计算区域,从而影响整个区域的求解精度.针对该问题,本文借鉴因式分解的思想,推导建立了曲线坐标系因式分解程函方程,并针对性地发展了其数值求解方法,从根源上解决了复杂模型走时计算中的震源奇异性问题.数值实例表明因式分解法能够有效降低震源误差,显著提高起伏地表走时计算的精度和效率,为起伏地表地震波走时计算提供更佳的选择,在复杂模型的地震资料处理中展现出广泛的应用前景.     

任意复杂介质中主能量法地震波走时计算

积分法叠前深度偏移及层析成像的核心是复杂介质情况下的地震波走时计算. 复杂构造的高精度地震成像需要有稳健的走时计算方法。本文把 Nichols提出的用地震波主能量计算走时的方法由二维推广到三维,并推导出三维波动方程Helmholtz形式在球坐标系下用因式分解法求解的差分表达式.三维SEG/EAGE盐丘模型的理论走时计算和积分法叠前深度偏移的实践都验证了本文方法的正确性.     

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.      

基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移

针对接收函数正演与偏移, 本文采用波动方程有限差分算法. 借鉴成熟的勘探地震学方法, 引入等效速度概念, 建立接收函数转换波与地震勘探反射波的等效走时方程, 实现了基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移. 数值计算表明, 波动方程有限差分叠后偏移方法可以对点绕射和穹隆构造模型实现高精度成像. 本文利用数值计算讨论了波动方程有限差分叠后偏移与Kirchhoff叠后偏移对于接收函数偏移的适用性, 还对偏移过程中速度模型的误差进行了分析.     

利用单频双程波动方程计算初至走时及其振幅

通过在频率域双程波动方程模拟算法中加入一个复数频率（实部表示频率,虚部表示衰减因子）压制地震波初至走时之后的能量,从而把初至走时及其振幅的计算问题转换为单一频率波场中最大能量走时和振幅的拾取问题,然后利用单一频率域波场的相位项和振幅项分别计算初至走时及其振幅.本文还提出利用参数分析方法求取最优的复数频率,并给出数值计算例子,将本方法的计算结果与有限差分程函方程初至走时和最大能量走时振幅进行比较,结果表明,该方法具有适应于任意复杂介质和多炮多接收点走时和振幅的计算.     

波动方程Maslov射线解的有限差分计算

借助于守恒型程函方程的有限差分解法，构造出一种地震波场Ｍａｓｌｏｖ渐近解的数值计算方法，并针对不同坐标系进行了讨论。文中通过不同模型分别计算了透射波和反射波的射线路径、走时及相应的合成地震记录，结果表明本算法具有快速、准确的特点。本文算法可用于叠前Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ深度偏移及非均匀介质逆散射问题中Ｇｒｅｅｎ函数的计算，并就算法本身的局限性作了讨论。     

基于走时的保幅偏移方法

振幅随偏移距变化是描述储层特征的重要方法之一，保幅偏移方法就是使偏移剖面能够反映出振幅随偏移距的变化.本论文中的保幅偏移是以走时为基础，主要的方法是采用走时的双曲线展开法，通过走时的二阶空间导数来确定波前曲率.该方法通过建立在大网格上的走时表来确定插值系数，将大网格插值成为较为精细的网格，这样就节省了数据的存储空间.对于相同的网格密度，通过插值来计算走时表比采用程函方程有限差分法直接计算走时要节省5至6倍的时间.走时的插值系数还可以用来计算几何扩散因子、权函数，不仅提高了成像质量，还大大节省了计算时间.     

叠前逆时深度偏移中的激发时间成像条件

与其他偏移方法相比,逆时偏移基于精确的波动方程而不是对其近似,用时间外推来代替深度外推.因此,它具有良好的精度,不受地下构造倾角和介质横向速度变化的限制.激发时间成像条件的求取是叠前逆时偏移的难点之一,本文采用求解程函方程的方法得到地下各点的初至波走时,以此作为叠前逆时偏移的成像条件.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精度较高并适用于强纵横向变速的复杂介质.试算结果表明,在复杂介质模型中利用叠前逆时深度偏移收到了很好的成像效果.     

基于分区多步快速行进法下3D起伏层状介质中多震相射线追踪

快速行进法(FMM)是一种求解程函方程数值解计算网格节点走时,然后向后处理进行射线追踪的方法.为了求取任意起伏界面下高精度多震相的地震走时与相应的射线路径,本文采用任意起伏地表条件下的的三维不等距上行差分公式结合分区多步计算技术实现了三维复杂层状起伏介质中多震相(透射、反射、转换波)地震走时的计算,利用上行有限差分公式逐次进行射线路径的追踪,并且通过与较为成熟的不规则最短路径法(ISPM)对比,验证了本算法的计算精度和有效性.数值模拟实例和对比结果表明该算法具有较高的计算精度,数值计算稳健,能灵活处理含任意三维起伏界面模型中多震相地震走时及相应射线路径的追踪问题.     

A hybrid approach to compute seismic travel times in three-dimensional tetrahedral meshes

We propose an optimized method to compute travel times for seismic inversion problems. It is a hybrid method combining several approaches to deal with travel time computation accuracy in unstructured meshes based on tetrahedral elementary cells. As in the linear travel time interpolation method, the proposed approach computes travel times using seismic ray paths. The method operates in two sequential steps: At a first stage, travel times are computed for all nodes of the mesh using a modified version of the shortest path method. The difference with the standard version is that additional secondary nodes (called tertiary nodes) are added temporarily around seismic sources in order to improve accuracy with a reasonable increase in computational cost. During the second step, the steepest travel time gradient method is used to trace back ray paths for each source–receiver pair. Travel times at each receiver are then recomputed using slowness values at the intersection points between the ray path and the traversed cells. A number of numerical tests with an array of different velocity models, mesh resolutions and mesh topologies have been carried out. These tests showed that an average relative error in the order of 0.1% can be achieved at a computational cost that is suitable for travel time inversion.     

基于有效邻域波场近似的起伏地表保幅高斯束偏移

随着我国陆上地震勘探向复杂地表探区的转移,高精度、适应性强的地震成像方法在地震资料的处理、解释及后续属性分析、储层预测中具有重要意义.本文基于有效邻域波场近似理论发展了一种成像精度更高且适用于复杂起伏地表条件的叠前保幅高斯束偏移方法.在传统水平地表高斯束偏移的基础上,本文根据中心射线附近有效邻域内高斯束表征的近似波场,导出了起伏地表条件下具有相对振幅保持的高斯束偏移公式,并给出了一种精度更高的旁轴射线传播角度计算方法.同现有的高斯束偏移方法相比,本文方法不仅考虑了起伏地表对高斯束走时的线性影响,而且首次引入了由地表高程差异和近地表速度变化引起的二次时差校正项和振幅校正项,使得成像结果更加准确可靠.两个典型模型算例验证了本文方法的正确性和有效性.     

山地地震资料叠前时间偏移方法及其GPU实现

山地地区地下地质结构复杂,地表高差大,变化剧烈.目前该类地区地震勘探中主要的成像手段依然是Kirchhoff叠前时间偏移.但地表高程的剧烈变化使叠前时间偏移的基准面很难选择.本文在传统方法的基础上,提出了一种在浮动基准面上修正常规叠前时间偏移走时计算的叠前时间偏移方法,该方法能够很大程度上提高山地地区、特别是地表高差变化大地区的成像效果.本文还介绍了GPU 在叠前时间偏移上的应用,通过GPU 对〖JP2〗叠前时间偏移的优化和实现,得出如下结论：应用单颗NVIDIA Tesla C1060 GPU 进行叠前时间偏移,相比应用主频2.5 GHz〖JP〗的单核CPU计算效率可提高70倍以上.     

Finite-difference solution of the transport equation: First results

The ray-theoretical transport equation for inhomogeneous isotropic media (2D-SH case) is solved by the method of finite differences on a rectangular grid, both for an incident plane wave (explicit scheme) and a line source (implicit scheme). Results for homogeneous models and for heterogeneous models with structural discontinuities are discussed. First-arrival travel times calculated by various techniques serve as input for the solution of the transport equation and the computation of amplitudes of first arrivals. To obtain correct amplitudes the travel times must be highly accurate and the discontinuities must be smoothed out; the reason is that the spatial second derivatives of the travel time field enter the transport equation. In the simple cases studied, finite differences provide a fast and efficient tool for the computation of first-arrival amplitudes.     

基于Chebyshev多项式的非对称走时Kirchhoff叠前时间偏移角道集求取

地震射线走时的求取方法是叠前时间偏移研究的核心问题之一,也是影响计算时间域角道集角度精确性的关键因素之一.本文基于Kirchhoff叠前时间偏移,应用第一类切比雪夫多项式,对弯曲射线对称走时加以改进,引进非对称项,优化后得到切比雪夫非对称走时方程,与高精度走时进行比较和误差分析,再将该走时求取方法应用于时间域角道集的求取中,得到地下较真实的入射角.通过模型计算和实际地震资料处理证明,此种非对称走时及其角道集的求取方法具有精度高、计算量少的优点.     

利用DE算法反演地壳速度模型和地震定位

利用差异演化（Differential Evolution）非线性全局优化算法，设计了一种反演地壳速度模型和进行地震定位的方法，并给出了反演结果的具体分析.利用有限差分算法计算速度模型的走时场，可以节省大量的计算量，加快计算过程.反演得到的地壳速度模型和地震的震源参数可以直接用于地震层析成像研究，还可以利用地震层析成像得到的三维速度结构对地震重新定位，从而得到较为精确的震源参数.地壳速度模型的反演方法也可以用于三维速度结构的反演.     

Joint analysis of seismological data by the USSO and DSS stations in the Caucasus region

This paper deals with a procedure of a joint analysis of seismic data from earthquakes and those obtained by DSS. The DSS data are used as a first approximation to construct a two-dimensional model of the medium made up of individual blocks. These models serve as a basis when constructing specific three-dimensional travel-time curves. These travel-time curves are further used for the calculation of hypocenter parameters in a laterally inhomogeneous block medium.The hypocenter field and the travel times obtained are input data for the computation of three-dimensional fields of velocities in earthquake focal zones. Results of applying the proposed procedure to the Caucasus region are presented.     

Grid travel-time tracing: Second-order method for the first arrivals in smooth media

A new computational scheme for calculating the first-arrival travel times on a rectangular grid of points is proposed. The new proposed method is of second-order accuracy. This means that the error of the calculated travel time is proportional to the second power of the grid spacing. The method should be sufficiently accurate for all applications in smooth seismic models. On the other hand, the method is not, in its present form, proposed for models with structural interfaces which make the method unstable and generate travel-time errors of the first order. Equations are also presented for the appropriate evaluation of the errors of calculated travel times to check their accuracy, and the proposed method is compared with other numerical methods. The method is developed, described and demonstrated in 2-D, but may also be extended to 3-D models and to general models with structural interfaces.     

探测受压岩样破裂区域的CT试验方法

本文对应用SYC 系列声波仪探测室内受压岩样破裂区域的试验技术进行了分析,提出了一种在稳压阶段及卸荷后测量声波走时的试验方法,并通过试验对时间因素及卸荷产生的走时误差进行了初步探讨,证明这种试验方法是可行的。     

利用单程波算子进行叠前时间偏移走时计算(英文)

传统的叠前时间偏移公式都是基于水平层状模型的假设而推导而来,在速度横向变化剧烈的介质中则不能够达到理想的聚焦效果。本文基于李代数积分方程以及拟微分算子等理论推导了非对称走时公式,计算公式由于包含有速度横向导数项,在速度横向变化大的介质中,也能有较高的聚焦效果,而且也为走时计算提供了精确的相对振幅保持权系数。本文对推导的方法进行模型测试并进行实际数据的试算,其结果证明非对称走时方法的成像精度远高于对称走时计算方法。