用一阶扰动理论计算各向异性介质中的走时

根据各向异性介质的扰动理论来计算走时。首先简述各向异性介质的扰动理论，并推导非退化和退化情况的相速度扰动公式，而走时扰动可表示为沿未扰动介质中射线路径的积分；当未扰动介质选为均匀各向同性介质时，计算就较为简化。所给的数值例子证明了相速度扰动公式和走时计算公式的正确性。

倾斜正交各向异性介质中多次反射qP波射线追踪

实际地层中常发育裂隙,表现出正交各向异性介质特征。为研究此类复杂介质中qP波的传播规律以及计算旅行时和射线路径,首先从Christoffel方程出发讨论了正交各向异性介质中qP波相速度和群速度的计算方法,并利用旋转矩阵求得倾斜正交各向异性介质的群速度分布,然后结合分区多步改进型最短路径算法,实现了在倾斜正交各向异性介质中追踪直达、反射和多次反射qP波。求取群速度分布时,引入了球面三角剖分算法确定近似均匀分布的相速度方向采样点,能够节省约一半的计算量;此外采用GPU并行计算技术可进一步提高计算效率。数值模拟结果表明,该算法旅行时计算相对误差不超过0.35%,具有较高的稳定性和计算精度,可应用于追踪复杂的多次波;效率分析结果显示,求取群速度分布是较为耗时的过程,串行程序中该过程约占总耗时的61%,采用GPU并行计算后,计算效率提高了近30倍。

颗粒材料各向异性弹性波速与微观组构CT试验研究

针对颗粒材料的各向异性力学特征,利用带有两对弯曲元波速传感器的GDS圆柱扭剪仪,从宏观上研究了不同应力条件下聚氯乙烯颗粒试样中不同方向压缩波和剪切波的波速特征及波速各向异性程度的演化规律。同时,结合X射线CT扫描技术重构试样的三维结构模型,提取了接触配位数、接触法向、颗粒长轴方向等微观组构参数,并分析了其随应力状态改变的变化规律,从微观层面揭示了宏观波速各向异性演化的内在机理。研究结果表明:等向固结应力条件下,试样中波速呈现出显著的初始各向异性,即水平向波速大于竖向波速,与颗粒长轴分布对波速的影响程度大于接触法向有关;在水平向应力不变的不等向固结应力条件下,竖向波速随竖向与水平向应力比的增加而增加,水平向波速则随应力比增加先保持不变后减小,波速的减小与接触配位数的降低有关。同时,随应力比增加,应力修正后竖向波速与水平向波速的比值先基本不变后逐渐增加并趋近于1.0,这与颗粒长轴及接触法向各向异性的演化有关。

基于射线理论的各向异性煤层地震响应

以VTI型煤层为研究对象,从介质中的地震波的射线方向、走时计算等多个方面展开讨论,分析VTI型煤层的试射法射线追踪技术,充分利用VC++的面向对象类框架泛型编程的特点和Fortran数值计算方面的优势,通过混合编程实现VTI型煤层中的地震波试射法射线追踪;通过各向同性煤层和VTI型煤层的射线追踪试算对比,论证对VTI型煤层进行各向异性射线追踪的必要性,同时验证本文VTI型煤层射线追踪方法的正确性.最后,通过计算时间成本比较,表明该方法计算速度较快,能满足地震正演模拟的要求.该方法适用于各向异性煤层的多波射线追踪.

界面的射线扰动理论(Ⅱ)

五、傍轴射线的扰动这一节中,我们考虑傍轴射线在扰动介质中传播的更为困难的问题。这些射线是在扰动射线y（τ）=y0（τ）+Δy（τ）附近传播的。如（6）所示,傍轴射线是下面线性方程组的解:δ（?）=Aδy（54）

界面的射线扰动理论(Ⅰ)

本文提出了一个计算横向不均匀介质中射线轨道和振幅扰动的新方法。哈密顿方法导出了联合计算傍轴射线和扰动射线的方法。扰动射线是由于速度分布及界面形状的微小变化引起的。我们用简单明了的笛卡尔坐标代替在经典的动力学射线追踪方法中使用的射线中心坐标。其优点是傍轴射线可以非常灵活地被认为是没有被扰动的射线。首先研究初始条件的扰动或傍轴射线追踪。利用这个方法,在中心射线附近传播的射线束可以借助所谓的傍轴射线传播算子进行追踪。这个射线传播算子是本文中讨论的所有方法的基础。文中将讨论怎样有效地确定它。我们提出了一个有限元方法。在这个方法中,介质被分成具有简单速度分布的梯形元。我们认为当在每个元中采用恒定的慢度平方的梯度值时就能得出较简单单的结果。本文的第二部分将计算速度结构和界面的扰动对射线轨道、振幅和波形的影响。我们的结果可以很容易地用来计算走时、振幅和波形线性反演中的Fréchet导数。最后,给出了在有扰动界面的简单介质中计算合成地震图的一个例子,并给出了几种典型的参考介质中计算扰动射线的简化表达式。

弱各向异性介质中qP波的一阶射线追踪

本文基于扰动理论来推导qP波一阶射线追踪方程,并使用此方程计算光滑弱各向异性介质中qP波传播的路径和走时.从方程中可以看到对于弱各向异性介质中传播的qP波,其一阶射线追踪方程只依赖于15个弱各向异性参数,方程的形式比准确的射线追踪方程简单得多.当各向异性强度为零时,此方程变为标准的各向同性射线追踪方程.并通过模型实算来测试本方法的精度,对于各向异性强度为10%的VTI均匀介质和各向异性为8%的VTI非均匀介质,射线的出射角在0~40°之间时,其相对误差不超过0.05%,而对于各向异性强度为20%的VTI均匀介质,当射线的出射角在0~50°之间时,其相对误差不超过0.46%,实算结果表明本方法具有很强的适应性,在出射角不太大的范围内具有很高的精度.该研究结果对海相油气勘探有重要意义.

复杂各向异性介质初至波射线追踪

准确求取各向异性初至波走时与射线路径对偏移成像及层析反演具有重要意义,目前基于图论的最短路径方法虽然能同时得到走时与射线路径且无条件稳定,但仅适用于弱各向异性介质。利用牛顿下山法求解群相关系方程,由群角得到较为精确的相角,进而求得较为精确的群速度和走时,使得最短路径射线追踪方法可以适用于复杂各向异性介质。将此射线追踪方法应用于均匀各向异性介质及层状介质模型,并将试算结果分别与理论走时和弹性波动方程有限差分结果进行比较,验证了方法的准确性;通过复杂各向异性介质模型试算,验证了方法对复杂介质的适用性。

X射线透射法测量金属板各向异性的实验研究

具有织构的多晶体材料在宏观性能上表现为各向异性。利用X射线能够穿透金属薄板的性质,提出了一种利用X射线透射衍射法测量金属薄板材残余应力各向异性的实验方法。与常规的X射线反射衍射法相比,这种方法测量过程直观快捷、数据结果准确度高,克服了常规测量方法的一些不足,是常规X射线应力测量方法的一种有效补充。更适合学生教学实验,使学生能够深入理解织构造成材料的各向异性,掌握测量各向异性的基本表征手段。实验结果表明测量的变形纯铜板残余应力呈现各向异性分布。

四面体单元剖分下三维各向异性TI介质中多次波射线追踪

采用不规则四面体单元做模型剖分,实现了三维复杂层状各向异性TI介质中多次(透射、反射及转换)波的追踪计算,弥补了现行算法主要采用规则网格计算多次波的不足。根据介质的5个弹性参数及其对称轴倾角和走向,计算主节点上qP、qSV和qSH波群速度,由此线性插值得到次级节点的群速度值;然后采用不规则最短路径算法,并结合分区多步计算技术实现多次波追踪计算。均匀各向异性介质中计算出的数值解与解析解吻合,验证了算法的有效性。复杂层状模型数值模拟结果表明:采用不规则四面体单元可有效拟合起伏地表及地下不规则速度间断面,同时该算法适用于任意倾角的TI介质,且不受各向异性强度限制。

旋转轴对称弱各向异性介质模型的射线追踪方法

对我国西部复杂地表、地下进行地震波成像时,需要采用旋转轴TI介质kirchhoff偏移和层析反演技术,这些技术需要完成大量射线追踪工作.在各向异性介质中,地震波的群速度与相速度具有不同的方向,地震波按群速度的方向传播,而不是沿相速度的方向传播,群角表示了能量传播方向,在实际中很难测量与计算.但由于大多数岩石具有弱各向异性,从而大大简化了相速度的表达式.本文针对旋转轴对称弱各向异性介质,从相速度的近似公式出发,通过线性近似的方法,推导出相速度偏导数和群速度的表达式.采用四阶龙格库塔、平面插值和线性插值等算法计算得到实际计算点参数,进而给出旋转轴对称弱各向异性介质中的地震波传播路径的计算方法.通过数值模拟结果,表明所给出的射线追踪算法适应性强,对旋转轴对称弱各向异性介质计算效率和准确性高.

起伏地表条件下各向异性地震波最短路径射线追踪

在地震波正反演研究中,考虑起伏地表和地震各向异性具有非常重要的理论意义和实际应用价值.本文在前人研究的基础上,将最短路径追踪算法引入到起伏地表各向异性介质模型的地震波走时计算中.模型剖分时,整体模型划分成正方形单元,起伏边界附近以不规则网格逼近,进而采用非规则节点布置实现非规则网格处的最短路径计算.追踪计算中采用Sena群速度近似公式,得到各向异性地震波的走时,实现了复杂地表情况下各向异性介质模型中地震波的射线追踪.理论模型计算结果显示,本文方法能够可靠地应用于复杂各向异性介质模型,具有较高的计算精度.

正交各向异性材料的三维动态本构模型及其在脉冲X射线热击波模拟中的应用

基于三维应变条件下的应力-应变关系,利用Grüneisen物态方程、PUFF物态方程以及Tsai-Hill屈服准则和Johnson-Cook强度模型,建立了正交各向异性复合材料的三维动态本构模型。在此基础上,对一种碳酚醛材料在高能脉冲X射线辐照下所产生的热击波传播现象进行了三维模拟,得到了热击波模拟结果,并将各向异性本构模型与各向同性本构模型的模拟结果进行对比。分析表明,各向异性本构模型不仅反映了固体材料各向异性的特点,而且还能描述材料转变为气体后的动力学行为。模型的建立为各向异性复合材料在脉冲辐照环境下的应用打下重要的理论基础。

用射线法研究弱衰减各向异性介质中的矢量波场

射线法已被用于弱衰减层状各向异性构造中的高频矢量波场计算。本文用具有小虚部的与复频率有关的弹性参数代替完全弹性介质中的实弹性参数介绍了衰减效应。虚部被形式上看作是ω→∞时ω^(-1)的量级。在这个假设条件下,只有程函数是复数,这就有可能用实射线进行计算。建立在这种算法上近似计算速度只比完全弹性各向异性介质的算法慢百分之几。我们通过等梯度各向同性模型的射线算法与反射率法的结果比较,对弱衰减概念的适用范围进行了研究。研究表明,弱衰减概念的适用范围比期望的还要广。接着,我们研究了含各向异性衰减层的最上部地壳的三维模型中各向异性和衰减对地震波传播的综合影响。假设各向异性及衰减是由线状的部分充液裂隙带引起的,我们用赫德森公式计算复效应弹性参数。从各级液体的粘度和各级衰减度的频率响应以及VSP合成地震记录可见衰减对传播波的影响。我们从两个不同的震源井方向(沿裂缝走向及偏离裂缝走向45°的方向)计算了9分量VSP矢量波场,并对衰减模型的地震记录与相应的完全弹性模型的地震记录作了比较。

慢度平方三角网格模型VTI介质二维QP波各向异性立体层析反演

基于慢度平方三角网格剖分模型下的各向异性射线扰动理论,建立了具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质中二维QP波立体层析所需的FRECHET导数矩阵,实现了慢度平方三角网格模型的VTI介质二维QP波各向异性立体层析.考虑到各向异性参数是影响地震波运动学特征的次一级因素,制定了先反演慢度再反演各向异性参数的反演策略.由于慢度平方三角网格模型的稀疏性,使得数据空间对模型空间的FRECHET导数矩阵规模被大幅压缩,在降低了计算成本的同时也很好的保证了界面位置、背景慢度、各向异性等各个参数的反演精度.理论数据算例证实了FRECHET导数的正确性和反演策略的合理性.

角度域各向异性高斯束逆时偏移

通过引入经典弹性参数表征的各向异性介质运动学和动力学射线追踪体系,结合高斯束传播过程中角度信息的计算提出了基于格林函数的角度域各向异性高斯束逆时偏移方法。通过对国际通用模型数据及实际资料进行测试表明:本文方法具有对各向异性介质进行精确成像的能力,在低信噪比及复杂构造地区成像效果明显优于Kirchhoff叠前深度偏移。

VTI介质各向异性参数层析反演策略与应用

随着宽方位和全方位采集方法的广泛应用,地震数据处理中更多地使用大炮检距数据,而地下介质的各向异性往往对大炮检距数据影响较大,导致成像精度降低。此外,现阶段各向异性偏移算法发展迅速,但是各向异性参数建模技术还相对滞后。为此,在前人研究的基础上,采用P-SV波分离的射线追踪方法,为层析反演提供准确的旅行时和射线路径等信息,通过推导VTI介质层析矩阵的形式,介绍同时迭代重建方法,重点分析VTI介质的三个各向异性参数对不同角度的敏感性,并制定基于角度约束的三参数顺序反演策略。模型试算和实际资料处理结果表明,成像深度恢复到真实位置,提高了与井数据的匹配度,能较好地适应复杂构造。

各向异性介质共炮域高斯束偏移

在Zhu等提出的基于相速度的各向异性高斯束偏移方法的基础上,修改了运动学和动力学射线追踪方程,并且通过对射线追踪方程中的系数进行近似,简化了动力学射线追踪方程,实现了基于相速度的各向异性介质共炮域高斯束叠前深度偏移成像。通过各向异性水平层状模型分析了各向异性参数对本文研究方法的影响,证明各向异性介质偏移成像需要获得准确的速度场和各向异性参数场,这是实现各向异性偏移成像的关键。二维Hess VTI模型试算结果表明,本文方法能够对复杂的各向异性地质构造进行有效成像,充分证明了方法的有效性。与传统的基于弹性参数的各向异性介质高斯束偏移成像方法相比,本文方法在计算效率和适应性方面具有更多优势,更适合处理实际地震资料。

各向异性克希霍夫叠前深度偏移

随着地震勘探精度的提高,各向异性对于常规克希霍夫叠前深度偏移效果的影响已不容忽视。研究了利用P波非双曲旅行时求取各向异性参数的方法,当道集的排列长度远大于勘探目的层深度时,P波走时资料包含的信息可以用来确定VTI介质的各向异性参数。利用VTI介质的CMP道集,研究了二步法提取η参数的方法,即先利用短排列地震数据求取均方根动校正速度,再利用长排列数据和水平速度扫描法得到水平速度,通过转换得到各向异性η参数;采用基于声学近似的VTI介质程函方程,通过各向异性射线追踪计算旅行时。模型及实际资料处理结果表明,利用上述方法提取各向异性参数,进行VTI介质各向异性克希霍夫叠前深度偏移,使成像精度和质量得到了明显提高。

各向异性弹性波有限元叠前逆时偏移

利用有限元法和最小走时射线追踪的界面点法 ,实现了各向异性弹性波的叠前逆时偏移 .理论模型资料的偏移结果清晰准确 ,证实了该系统的可靠性 .通过对各向异性模型资料的各向同性偏移处理 ,发现常规偏移剖面存在较大误差 ,地质体的垂向深度和横向位置与实际模型有偏离 .