一种最短路径射线追踪的快速算法

为提高最短路径射线追踪的精度,需要增加模型的剖分网格和离散节点,并增加子波传播方向,或者采用其他方法改善计算结果,这些处理会带来大量的额外计算.本文的快速算法改进了波前点的管理和子波传播的计算这两项耗时的工作,较大幅度地提高了传统算法的效率.在波前点的管理上,采用按时间步划分区间的方法,实现了波前点的桶排序管理,其效率高于传统方法中常用的堆排序算法.在子波传播的计算上,利用斯奈尔定律,同时参考来自邻近节点的波的走时,来限定当前子波传播的有效区域,排除大量不需要计算的子波传播方向.模型实算表明,本文快速算法的计算速度是传统方法的几倍至十多倍.

一种基于质因数分解法的最短路径射线追踪节点自动搜索函数

综述了质因数分解法的基本原理,利用质因数分解法建立了最短路径射线追踪节点自动搜索函数。在最短路径射线追踪程序中,调用该节点自动搜索函数,能够完成复杂介质模型射线追踪模拟。这里列举了利用该函数进行模型模拟的实例,证明了最短路径射线追踪节点自动搜索函数的正确性。

基于单纯形-最短路径射线追踪的微震震源混合定位算法

震源定位精度是评价微震监测效果的最重要指标。最短路径射线追踪法是一种求解复杂速度模型下地震波走时场及检源路径的算法,是一种重要的地震波走时正演方法。本文将该方法引入到矿山微震监测领域,与基于平均速度模型的常规单纯形定位方法相结合,建立了单纯形-最短路径射线追踪混合定位算法。首先采用最短路径射线追踪方法,计算观测系统中每个检波点到潜在震源点的反向射线路径及走时;然后基于均匀速度模型,采用单纯形算法计算得到一个初始解;最后在初始解的一个小区间内,计算各节点“走时-到时”差之和,取求和值最小值对应的节点作为震源点。层状速度模型和空区速度模型正演模拟实验表明,最短路径射线追踪方法计算得到的检源路径符合地震波传播基本规律。基于神东某矿31101工作面坚硬顶板压裂案例,以标定炮为参考,新方法定位误差4.35 m,常规单纯形方法定位误差为19.63 m;该方法可为层状及含空区等复杂地层微震监测等提供重要的理论支撑和技术支撑。

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.

层析成像最短路径法地震波射线路径追踪研究

地震勘探中,层析成像射线追踪技术不对地表高差和低速带速度做任何假设与限制,在使用地震初至波的到达时,不需分清波的类型,得到的结果是地下不同深度的速度值,更加符合低速带速度并非严格成层的实际情况。因此,该技术在浅部速度分布方面显示出良好的发展和应用前景。本文重点介绍了层析成像技术中最短路径法射线追踪的理论基础与编程实现,并对编程过程中的重点步骤进行了详细的探讨,提出了一些新的观点和方法。

楔块耦合的碳纤维增强复合材料褶皱缺陷全聚焦成像

褶皱是碳纤维增强复合材料中最主要的缺陷类型之一,当使用超声相控阵对复合材料薄板进行检测时,由于采集系统非线性效应和电子串扰等干扰会引发盲区现象,掩盖了薄板内的褶皱信息。为削弱盲区影响,考虑在相控阵与复合材料薄板(小于10 mm)之间增加楔块,提出楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法。基于费马原理与斯涅耳定律,建立楔块耦合的多层介质超声波传播模型;制备含褶皱缺陷的碳纤维增强复合材料试样,搭建超声相控阵数据采集系统,采集全矩阵数据;将楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法和传统全聚焦方法的成像效果进行对比。结果表明,基于楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法能减小试样表面盲区深度,修正声时偏差,削弱盲区影响,恢复出试样内的褶皱缺陷。相比传统全聚焦方法,纤维褶皱长度、褶皱顶部高度、褶皱角度这3个参数表征的精准程度分别提高了5.9%、4.1%、4.2%。该文为碳纤维增强复合材料薄板褶皱缺陷的检测提供了新思路。

界面二次源波前扩展法全局最小走时射线追踪技术

以Moser方法为代表的最短路径射线追踪算法可以快速稳定地获得整个追踪区域的全局最小走时和路径,但它存在两个缺陷:一是射线大多由折线呈锯齿状相连,长度和位置偏离真实射线路径;二是在低变速区容易出现射线路径多值现象.本文提出的界面二次源波前扩展法全局最小走时射线追踪技术(以下简称界面源法)旨在解决上述两个问题.不同于Moser方法,界面源法只在物性分界面上设置子波源点,子波出射射线可以到达任何不穿越物性界面而直接到达的空间点和界面离散点,在均匀块体内或层内地震波以精确的射线路径传播.显然,界面源法的子波出射方向数远远大于传统方法,算法的追踪误差主要由界面离散引起的,因此,界面源法很好地解决了Moser法存在的问题,大大提高了追踪的精度.同时,由于界面源法的子波源点数远远小于Moser法,因而效率也很高.模型实算证实了该算法的高效性.

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。

浅析地震走时层析成像计算中的问题

基于Dijkstra最短路径算法射线追踪是地震走时CT常用的一种算法。指出了该方法高速背景中的低速异常问题,即可能会出现“暗区”现象:基于最短路径算法的CT反演可能无法确定低速异常的真实速度。给出了理论分析和模型试算。在进行射线追踪时,速度单元边插入节点的数量对反演结果有较大影响,通过理论模型探讨了这一问题,并给出了比较实用的节点插入数量。在实际工作中,该两方面因素对资料处理和地质异常的分析具有较重要的指导作用。

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。

一种用于波速测试的正演和反演算法

波速测试的正演和反演算法是通过地表或井间观测到的地震波走时,推算地下或井间的介质速度结构和地震波的传播路径。其步骤如下:(1)数据采集。(2)将地下介质离散成一定大小的网格并初始化慢度(速度的倒数)场,采用射线追踪技术推导各网格节点的射线路径和最小旅行时。(3)建立线性方程组。(4)反演求解线性方程组,并修正初始慢度模型。(5)重复(2)-(4)步骤,不断修正慢度场,直到满足精度要求为止。本文采用最短路径射线追踪正演算法和同时迭代重建(SIRT)反演算法在二维平面上进行求解计算,并且把得到的结果与传统单孔法比较,从而了解本文所采用的波速测试方法的可靠性、实用性及其精度情况。