叠前逆时偏移成像及不同去噪方法效果对比研究

逆时偏移成像是基于双程波波动方程,通过对波场正向和反向延拓来实现偏移的高精度成像方法.逆时偏移能有效利用全波场信息,且相对于单程波偏移方法而言,无传播方向限制,不需要对波场进行上、下行波的分离;将波场看作矢量波的叠加,避免了倾角限制,并能较好地实现回转波、多次波成像.在给定速度场足够准确的情况下,逆时偏移理论上能对任意复杂介质精准成像,是现在最为精确的偏移方法之一.但是,低频噪声是制约其发展的因素之一.本文在分析各种成像条件优缺点的基础上,选用归一化互相关成像条件,对多个典型模型进行逆时偏移成像测试,以验证程序的正确性;选取波场分离、Poynting矢量、拉普拉斯算子滤波等三种去噪方法,分别对组合模型和Marmousi2模型进行测试,对比三种去噪方法在叠前逆时偏移成像中的去噪效果,为实际地震资料处理提供方法借鉴.     

尼泊尔—喜马拉雅地区中上地壳噪声成像

本文利用HIMNT台网1年左右的宽频带连续波形记录,利用背景噪声信息的互相关函数提取了6～26 s的瑞利波相速度频散曲线,并反演得到了尼泊尔—喜马拉雅地区中上地壳横波速度结构.成像结果显示尼泊尔—喜马拉雅下方存在10 km左右厚的横波低速层(也是相对的低密度层).根据分析,我们认为这一相对低速度层对应了下插的印度地壳和上伏的喜马拉雅构造楔之间的滑脱面——MHT(Main Himalayan Thrust)附近的高温层.两大板块间沿着滑脱面MHT处摩擦产热,由于较低的热传导,热量积累导致了10 km厚的高温层,初步估算高喜马拉雅和特提斯喜马拉雅交界处下方MHT处温度高达,因此我们认为在高喜马拉雅下方MHT界面可能已经处于蠕滑状态,或者处于蠕滑-黏滑的过渡状态.这也解释了喜马拉雅地区的历史大地震为什么多发生在高喜马拉雅以南一侧.     

三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测中的应用

道路塌陷空洞一直是威胁交通安全运行的重要隐患,对道路塌陷空洞的探测方法进行研究具有重大的现实意义。研究工作通过实例探讨三维探地雷达（GPR）对道路塌陷区进行探测的方法技术及其应用效果。为查明道路塌陷空洞的空间分布特征,在塌陷区布设了共23条测线,1.0 m×0.5 m的三维测网并进行数据采集;通过对雷达数据进行处理,获得不同测线、不同方向的三维雷达剖面。结合地质情况对上述图件进行综合分析与解释,准确地查明塌陷空洞的位置、埋深及发育程度;经开挖验证,解译结果可靠。工程实践表明,三维探地雷达技术可以快速、高效地应用于道路塌陷探测中,其探测结果可为塌陷区后续施工以及安全防治提供参考。      

基于Pade逼近的Cole-Cole频散介质GPR有限元正演

针对Cole-Cole频散介质中的复介电常数是jω的分数次幂函数,传统的时域有限元法难以离散及计算时间域分数阶导数,本文采用Pade逼近算法将含有时间分数阶导数的Cole-Cole频散介质电磁波方程推导为一组整数阶辅助微分方程,提出了一种适用于Cole-Cole频散介质的GPR有限元正演模拟算法.在复数伸展坐标系下,通过在频率域Cole-Cole频散介质电磁波方程中引入2个中间变量,并将其变换到时间域,从而以变分形式将PML边界条件加载到Cole-Cole频散介质GPR有限元方程组中,并给出了详细的求解公式.在此基础上,编制了基于Pade逼近的Cole-Cole频散介质GPR有限元正演程序,利用该程序对均匀模型进行计算,并与解析解进行对比,验证了本文构建的GPR有限元正演算法的正确性和有效性.设计了一个复杂Cole-Cole频散介质GPR模型,利用本文构建的GPR有限元正演算法进行模拟并与非频散介质模型的模拟结果进行对比,分析了电磁波在Cole-Cole频散介质中传播衰减增强、子波延伸,分辨率降低等传播规律,有助于实测雷达资料更可靠、更准确的解释.模拟结果表明,基于Pade逼近的GPR有限元正演算法可用于复杂Cole-Cole频散介质结构模拟,且具有较高的计算精度.     

抛物线Radon变换方法在压制地震多次波中的应用

多次波的存在会降低地震资料的信噪比,影响地震资料处理效果和后续的地质解释精度,压制多次波干扰是地震资料处理中的一个重要环节。利用有限差分方法正演模拟几个典型地质模型的地震波场,之后进行动校正,再通过抛物线Radon变换方法把t-x域一次反射波和多次波变换到τ-q域,由于存在速度的差异,Radon域记录中的一次反射波和多次波的能量互相分开,在Radon域对多次波的能量切除,保留反射波的有效信息,达到压制多次波的效果,提高资料的信噪比。通过对实际地震数据进行抛物线Radon变换结果也进一步验证了该方法在压制多次波中的应用效果。      

背景噪声提取体波方法研究进展

地球深部结构探测是地球物理学的核心领域,而地震体波可以深入地球内部且分辨率较高,是研究地球内部结构不可或缺的技术手段。基于背景噪声提取高信噪比体波信号技术的迅速发展,极大地促进了地震学的发展和应用范围,使其在地球深部结构成像、城市浅层空间探测等领域日益发挥出重要作用。本文详细综述了如何利用地震干涉法及台阵处理技术提取出用于研究不同探测尺度（局部、区域、全球）的各类体波信号。其中,地震干涉法通过对地震台站记录到的波形信号进行互相关,抵消掉重合的射线路径,最后得到台站对之间的地震记录;而台阵处理方法是基于接收器台阵发展起来的数据处理手段,该技术不仅能够进一步提高信噪比（SNR）,而且能够获得方位信息。一般来讲,背景噪声中包含的体波信号能量远低于面波信号能量,提取难度大。本文着重介绍了Bin-叠加法、双波束方法（DBF）以及相位加权叠加法（PWS）,并对3种方法的适用条件进行了总结。      

逆时偏移在探地雷达数据处理中的应用

探地雷达(GPR)作为一种浅部地球物理探测技术,在工程检测中得到广泛应用。为提高雷达资料的解译精度,本文将逆时偏移算法应用于实测数据处理和解释。首先,从Maxwell方程组出发推导了二维TM模式下电磁波时域有限差分(FDTD)方程、给出了CFL数值稳定性条件和数值频散关系。在此基础上,阐述了GPR逆时偏移成像原理及零时刻成像条件公式,并编制了相应GPR逆时偏移程序。为验证逆时偏移对提高成像精度的有效性,设置了两个典型空洞模型,将逆时偏移程序应用于空洞模型GPR正演数据的处理,并与克希霍夫偏移结果进行对比分析。结果表明:相比于克希霍夫偏移结果,逆时偏移剖面中反射波归位更加准确,绕射波收敛更加完全。最后,将逆时偏移算法应用于实测数据处理中,精确圈定了地下管线的空间位置,为道路的后续施工与处置提供了科学依据。     

基于激发振幅成像条件的探地雷达逆时偏移成像

针对基于互相关成像条件的探地雷达（GPR）逆时偏移计算效率低、存储量大及易产生低频假象的不足,本文将激发振幅成像条件应用于GPR逆时偏移成像中.通过在源点电磁波场正向传播过程计算每个网格点的能量密度,并保存最大能量密度的时刻和相应的电磁波场值;在接收点电磁波场逆向传播过程提取每个网格点最大能量密度时刻及对应的电磁波场值,并利用保存的最大能量源点电磁波场及走时做归一化,从而获得了依赖反射系数成像剖面,避免了源点正向传播电磁波场的存储和重建.此外,为了提高电磁波场的模拟精度,采用了基于三角形剖分的时间域有限单元法（FETD）计算电磁波正向和逆向传播过程.最后通过模型试算表明：激发振幅成像条件相比于归一化互相关成像条件,成像结果低频噪声更弱,空间分辨率更高,计算效率提高了近2倍.     

随机介质中的探地雷达叠前逆时偏移成像

为了更好地分析探地雷达(GPR)叠前逆时偏移算法对实际地下随机分布介质的成像效果,采用随机过程的谱分解和混合型自相关函数理论构建了不同自相关长度的GPR随机介质模型。基于时域有限差分法(FDTD)构建了GPR叠前逆时偏移成像算法,其中FDTD用于计算正传和反传电磁波场,归一化互相关成像条件用于获取逆时偏移成像剖面。在此基础上,利用该算法对两个随机介质模型的多偏移距正演数据进行计算,并与相应背景介质为均匀介质的逆时偏移结果进行对比。结果表明:电磁波在随机介质中散射强烈,反射波扭曲变形、不连续,形成了明显的随机扰动,致使逆时偏移成像剖面的空间分辨率更低,低频噪声更强;自相关长度是影响随机介质中异常体成像效果的主要因素,自相关长度越小,异常体的成像越清晰,自相关长度越大,异常体的成像效果越差,且不易被识别。     

井中震源的远场波场特征研究

井中震源在逆VSP、随钻地震和采矿地球物理研究中都有广泛应用.满足"小井孔"(井孔半径远小于特征波长)及"远场"(炮检距大于特征波长)假设时,井中震源的远场波场存在解析解.为了检验解析解在不同情况下的适用性,本文使用最速下降积分计算了不满足上述假设时井中震源远场波场的合成地震记录,即半解析解.模型试验表明,解析解只能在同时满足"小井孔"和"远场"假设时使用;当这两个假设条件不满足时,解析解的振幅和波形相对于半解析解会有明显的偏差.随着假设不满足程度的增加,偏差会逐渐增加,并会逐渐影响走时的准确拾取;这种条件下,采用半解析解才能获得准确的井中震源波场.