复杂介质的三维块状模型快速射线追踪

三维复杂介质的射线追踪,是目前在生产实际中应用最广泛的正演模拟技术。这里采用了块状结构的建模方法构造复杂三维地质体,以试射法作为射线追踪的基本算法。在试射过程中,引入了聚类的基本思想进行聚类加密,提高了射线追踪的效率。为了得到光滑连续的地层曲面,采用基于方位角的平滑处理对曲面进行平滑,可以进一步提高三维射线追踪的计算速度。同时,通过对迭代算法的改进,能够保证复杂模型的快速射线追踪。实际地质模型的射线追踪结果证明,改进后的射线追踪方法能够有效地提高复杂介质三维模型的射线追踪速度。     

地震射线追踪法的模型研究与应用

论述了用数字方法设计出地层弹性波速度模型的原理和方法,阐述了地震射线追踪法的算法并用其对数字模型的反射、折射波时距曲线做了计算,通过实例分析了复杂速度结构与地震剖面的对应关系,可指导解释人员根据实际地质情况任意设计地层模型进行计算,很快得出结果。     

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。     

速度结构误差对双差地震定位法的影响

在采用双差法获取地震相对位置时,需要对研究区域的速度结构有准确的认识,以防止在定位时得到人为的震源相对位置。速度结构决定震源和台站之间的射线路径,射线路径以及震源处离源角决定走时相对于震源坐标系的偏导数,这是反演过程的核心,即将双差映射     

缓倾地层微震定位算法探讨及其数值验证

倾斜层状地层中速度模型对于震源精确定位具有重要意义。基于水平层状地层两点间的快速射线追踪法,分析了应力波在倾斜地层中的传播路径及规律。结合网格搜索法,提出了针对倾斜地层的微震定位算法,并与传统的基于单一速度模型的定位算法进行对比分析;探索性地采用了颗粒流理论构建地层数值模型,通过颗粒间的相互作用模拟应力波传播进行定位算法有效性验证。研究结果表明：（1）对于倾斜地层,基于简化弹性波等速传播规律的定位算法精度较差,单一速度模型不能满足复杂介质的定位要求;（2）采用倾斜分层速度模型并改进应力波传播路径的计算方法能有效提高倾斜地层的震源定位精度,同时分析了地层倾角以及地层数对算法精度的影响,表明定位误差与倾角、地层数成正比;（3）通过减小网格搜索法的网格尺寸可在一定程度上提高定位精度,合理的尺寸大小和搜索策略有助于网格搜索法在实际工程中的应用。建立的倾斜地层震源定位及其验证方法可为进一步研究复杂地层定位监测技术提供重要的理论和技术支撑。     

改进的地震模型初值射线追踪方法

初值射线追踪方法是现代射线追踪方法中的一个很重要的理论,它克服了两点法射线追踪方法耗时的计算效率问题。以程函方程为基础,对初值射线追踪方法进行改进,即利用平方慢度来替换模型中的速度参数,使得程函方程产生解析解,从而进一步导出当射线遇到界面时的反射和透射慢度向量的计算表达式,以及反射、透射系数的函数表达式。通过对简单的两层界面向斜模型及复杂的多层盐丘模型的射线追踪,表明该初值射线追踪方法的改进相比于以往的龙格库塔离散数值解法,不但使射线追踪效率得到了大幅度提高（10倍左右）,且也扩大了射线法使用范围。     

基于快速行进迎风线性插值的微震定位算法研究

准确的微震定位方法是微震监测技术进行岩体稳定性分析的基础,而初至波走时计算方法是决定微震定位精度重要因素之一。引入一种由快速行进法(fast marching methods, FMM)与线性插值射线追踪法(LTI ray tracing)改进而来的线性插值算法,实现了在复杂岩体中相对准确的微震初至走时计算,并在均一速度模型和Marmousi模型中得到了验证。在此基础上,采用常微分方程数值算法中的单步高精度Runge-Kutta法,得到了震源点和传感器之间的射线路径,并在分层和带空洞的岩体模型中验证了其合理性。选取最小二乘法为目标函数,通过寻找目标函数值最小的方式来获得最优节点实现微震定位。在所建立的加入地下硐室的Marmousi岩体模型中,对于预设震源点的定位结果误差分别为1.41、1.00、2.83、1.41、1.41m,验证了所提方法在复杂岩体速度模型中能够实现较准确的微震定位,为进一步提高工程岩体的微震定位精度提供了新思路。     

2013年吉林松原震群重定位及其发震构造

为探讨2013年松原震群的发震构造,本研究采用中国地震台网中心提供的2013年10月31日至2014年7月13日的观测数据,利用双差定位法对吉林松原震群序列进行了重定位,并使用不同速度模型考查重定位结果的稳定性。研究结果表明:由不同速度模型获得的震群序列空间分布形态较为一致,速度模型对震群序列的震源深度存在一定的影响。本次地震序列的优势分布为NW-SE向,呈条带状分布,长度约10km。震群深度分布为7~11km,厚度约4km的一个较小深度范围内。结合已有的震源机制解研究结果,我们推断此次震群序列的发震构造是震源区基底深部一条与长岭—大山子断裂近似正交的NW-SE向隐伏逆断层上。     

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。     

浅海海底表层速度建模技术及其应用研究

浅海海底起伏和速度变化对OBC资料成像质量产生较大影响。建立浅海海底表层速度模型不仅能够解决OBC资料的静校正问题,也可用于海底反射系数计算、双检资料合并、多次波压制等,但是,目前针对浅海海底表层速度建模的研究还不多。文中提出了针对浅海地区OBC资料的海底表层速度建模的三维初至走时反演技术,主要包括:(1)震源位置校正技术。根据地震波在海水中传播特征,把在海水中激发的震源位置校正至海底,使震源和接收点都位于海底,利于初至走时反演计算;(2)快速三维初至走时反演方法。利用回折波走时和射线方程,形成了高效率初至走时反演方法。将该技术应用于胜利油田莱州湾浅海区海底OBC资料的处理中,建立了三维海底表层速度模型,用此速度模型进行静校正,取得了良好的应用效果。     

粘弹介质中高斯束二维理论地震记录的合成

本文对无限空间二维变化粘弹介质中的高斯束及有关过界面的情况进行了讨论。在讨论中发现,利用高斯束法既可不用定点射线追踪,还可保证处处规则,较近年来发展较快的标准射线方法有很大的灵活性,适于处理各种复杂地质情况。并对理论地震记录的合成方法作了简要介绍。     

压缩三维走时表提高克希霍夫偏移计算效率

地震波走时是克希霍夫叠前深度偏移的重要参数。三维克希霍夫偏移成像由于需频繁读取大数据量的走时表文件,所以计算效率不高。这里提出一种通过压缩三维射线追踪走时表,来提高克希霍夫偏移计算效率的方法：首先规划一个具有规则网格控制点并覆盖所有走时表点集的最小长方体区域,然后以三维三次B样条函数为插值基函数进行最小二乘法曲面体拟合,求出规则网格控制点的数值并以数组形式存储入内存,采用稀疏化存储进一步节省了内存空间。在偏移成像时,再由这些规则网格控制点的数值,使用线性插值公式解编出走时表。实际资料算例验证了该走时表压缩方法不仅近似精度高,计算稳定度高,计算效率高,而且由于省去了频繁进行大数据量走时表文件的读写操作,所以克希霍夫偏移的计算效率提高了二倍以上。     

辽宁海城及其邻区地震b值空间分布特征

震级-频度分布（FMD）是地震学研究中最重要的经验公式之一,相关系数b是构造学和地震危险性评估的重要因子,具有表征前震和余震的特性。辽宁省地震多发生在金州断裂附近,自1975年海城7.3级地震发生后,与金州断裂交汇的海城河—大洋河断裂开启活跃模式,其东南端岫岩附近在1999年又发生5.6级地震。近年来盖州附近地震活动也在增强。因此,本文利用b值空间分布特征对海城及其邻区的应力分布特点进行研究。震源定位准确与否直接影响b值计算,双差定位后的数据与常规目录相比具有更高的精度,但是完整性有一定下降。本文收集了中国地震台网1981—2005年的辽宁省地震目录,并进行双差定位,比较分析了常规目录数据和双差数据的b值分布差异,认为在地震密集区,双差定位后的数据可以被用来获得更准确的b值。对主要研究区进行网格划分,使用双差数据,得到b值的水平和垂直分布特征。结果表明：b值为0.6~1.8,随深度增加而降低;岫岩和盖州震区具有较低的b值,意味着具有较高的地震危险性;浑河震区与海城河—大洋河断裂东南方向具有较高的b值,说明该区域未来发生大地震的概率很低;与金州断裂交汇区域的b值在1.0附近,说明该地区应力暂时处于稳定状态,未来具有较低的地震危险性。     

川滇地区三维P波速度结构反演与构造分析

根据205个区域台站记录的近60000条地震初至P波走时资料, 采用层析成像理论与伪弯曲射线追踪方法, 反演了川滇地区地壳上地幔的三维P波速度结构.结合区域地质构造以及地球物理背景, 分析和解释了三维速度结构图像反映的川滇地区不同深度的介质结构与构造特征.结果表明: (1) 沉积盆地、高山山地等主要表现出速度负异常的特征, 有的高山山体负异常可深达下地壳与上地幔, 反映了新造山带的强烈构造隆升与相伴的重力均衡作用; (2) 川滇块体周缘大型活动断裂带附近的中下地壳内普遍存在低速层, 它们的存在为调节断裂和块体运动提供了深部解耦条件; (3) 根据对P波速度结构图像的分析, 识别和推断出川滇地区若干主要活动断裂的深部构造特征及它们倾向与下延深度.      

球坐标系下三维射线追踪的方法和应用

作者在文中详细地论述了适用于任意曲线坐标系的射线追踪系统的建立和重要公式的推导,并给出了该追踪系统在球坐标系下的具体应用,讨论了理论模型和实际三维模型下的射线追踪效果,球坐标三维射球追踪结果表明,该方法和弯曲法相比能更精确地反映介质的速度分布情况以及地震波在介质中的传播情况。     

垂向不均匀介质中射线追踪及等时线构造的VC实现

作为一种模拟地震波走时的传统途径，射线追踪不仅对地震波理论研究具有重要意义。而且也可直接应用于地震波反演及偏移成像等过程。在一般条件下，射线追踪只能用数值方法来实现，但当介质上具有垂向不均匀性时，射线路径及其走时可以由解析式给出。根据适当的解析公式，可建立反射点和射线路径以及走时之间的关系，并用VC^ 6．0编制了基于图形界面的计算程序。这些工作对于逐步开发地震波的偏移和反偏移程序具有基础性的意义。     

三维层状地质结构下整体迭代射线追踪法

作者在文中对三维任意界面情况下的两点间射线追踪问题进行了研究，从Fermat原理出发，对射线路径上的旅行时，采用一阶Taylor不完全展开等办法，推出了三维情况下计算射线路径的整体迭代算法。并通过模型计算证明了本方法的稳健性以及计算的高精确度和高效率。为三维结构下地震偏移和层析成像提供了一种可行的射线追踪方法。