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.

有序波前重建法的射线追踪

建立了一种新的计算最小走时和射线路径的方法———有序波前重建法 .文中算法按照波前面的实际扩展顺序外推计算走时 ,采用以计算点为中心的走时计算策略 ,直接记录计算点获取最小走时的前一节点坐标 ,同步计算最小走时和射线路径 ,得到一种全局算法 .该方法具有原理简单、易于实现、不受介质速度差异大小限制、计算速度快等优点 .数值实验表明有序波前重建法具有较高的计算精度和运行效率 .

基于C++语言实现波前构建射线追踪

针对波前构建法射线追踪在实现波前路径计算过程中存在的困难,本文提出一种基于C++语言的实现方法。C++实现避免了由于射线插值(新射线的插入)和网格变换(由射线网格到矩形网格之间的变换)所造成的数据重排和标记等问题,在程序的计算过程中,可以随时对数据进行插入而不必考虑其定位。从运动学射线追踪系统出发,首先对波前构建法的基本方程、数值计算方法进行简要回顾;然后介绍C++实现中用到的类和函数,给出程序的设计思想和实现步骤。实例分析表明,用C++语言实现波前构建法射线追踪能够在很大程度上降低工作难度,而且计算速度快、效率高,在程序实现中所用到的所有类和函数都是独立的子函数和程序,不依赖于任何平台和库函数,具有很好的移植性。

基于波前面三角形网格剖分的波前重建法三维射线追踪

在许多地震反演和偏移成像方法中,都要涉及到射线路径和旅行时的计算.本文将波前面三角形网格剖分和三维波前重建法射线追踪技术结合使用,实现了射线路径和旅行时的准确快速计算.三维波前重建法射线追踪过程中可以保证稳定合理的射线密度,克服了常规射线追踪方法存在阴影区的问题.波前面三角形网格剖分在描述和拆分波前面时更加准确有效,而且不需太多的网格数目,从而提高了射线追踪的精度和效率.该方法在三维复杂构造成像方面有独特的优势,目前在实际的Kirchhoff偏移中的已经有相关应用.

基于波前构建法的TTI介质射线追踪

射线(群速度)方向与旅行时梯度(相速度)方向不一致,使得TTI介质的射线追踪变得非常困难。传统的以弹性参数表示的各向异性射线追踪系统比各向同性条件下要复杂得多,而且在每一步都要求通过解特征值问题来计算极化矢量,使得整个射线追踪过程相当耗时。鉴于此,本文引入一种用相速度和群速度重构的射线追踪系统,该射线追踪系统与各向同性条件下的完全相似,从而简化了TTI介质的射线追踪问题。在综合考虑多种走时计算方法的优劣后,选择波前构建法进行射线追踪和波前传播的计算。将简化的射线追踪系统与波前构建法的优势相结合,得到了简单、高效的TTI介质射线追踪方法,并通过模型试算验证了此法的可行性。

不同插值算法在波前构建射线追踪中的应用与对比

针对波前构建法射线追踪中遇到的波前非网格节点处速度及速度导数的插值问题,对比分析目前在数字地形、数字导航中常用的几种插值算法(邻近域、双线性、分片线性、二维三次卷积)的插值误差.并结合波前构建法的特征,针对不同的插值算法,采取合理的程序设计思想,对同一模型应用不同的插值算法进行射线路径和计算效率的对比.通过对比分析可以得出,在波前构建法射线追踪中应用二维三次卷积插值,不但提高了射线路径的准确度,而且提高了射线追踪的效率,为下一步做偏移成像提供了精确的数据.

复杂介质中地震波前及射线追踪综述

本文较为系统综述了国内外在不均匀介质中各种主要和实用的射线追踪方法,例如:基于射线理论的打靶法、弯曲法(伪弯曲法)、高斯射线束算法等;基于网格单元扩展的有限差分解程函方程法(FD)、最短路径算法(SPM);以及结合射线和网格单元扩展的波前构造法等.同时对目前出现的多次波射线追踪技术、以及多值波前追踪技术(如:相空间算法、水平集算法)也进行了分析讨论.同时对基于网格单元扩展算法的优缺点进行了评述,其基本结论是:基于单元模型的SPM要优于FD算法,而基于网格的SPM算法则次之.就传统的射线追踪算法(如:打靶法和弯曲法)而言,其未来的发展方向是实现完全非线性的相应算法,而基于网格单元的算法则主要是扩展功能(如:后续波、多值波前的追踪).射线追踪方法技术未来需要解决的问题主要有:块状模型中多次波的追踪;多值波前及多值射线追踪;走时与振幅的同时追踪计算;以及其它领域新方法的引入.

相空间波前构造法地震多值射线追踪的改进

当存在低速异常体或弯曲界面时,地震波前出现的自相缠绕(或地震多值)现象是地震波在介质中传播的自然现象,但在以往的研究中时常被忽略。而这些后续波有可能携带低速区或不规则反射界面的有用信息,可以弥补射线覆盖不足等问题。本文在相空间方法的基础上,对波前构造法进行了改进,其中包括反射界面处理过程中采用连续波前映射法和射线追踪过程中采用检波器精确定位算法等。几种简单模型的数值模拟结果表明,改进后的波前构造法是一种计算地震多值射线路径行之有效的算法。

球面波近似快速波前射线追踪

射线追踪是叠前深度偏移中十分重要的环节。提出一种全局扫描与局部扫描相结合的算法 ,根据地震波前在各向同性介质中按球面波前扩散的原理 ,改进了Schneider方法中不合理的成分 ,将地下复杂介质离散化后 ,可看成局部各向同性介质。采用平面波扫描和球面波扫描两种形式 ,来获得地震波初至旅行时。数值模拟表明 ,该算法具有速度快 ,精度高 ,适合任意复杂地层的特点 ,是叠前深度偏移求取成像旅行时表较理想的方法。

基于波前最小走时单元的三角网射线追踪全局算法

为克服矩形网速度间断面及边界描述精度差的缺点,本文提出了一种基于波前最小走时单元的三角网射线追踪算法.该算法用三角单元剖分速度模型,把与波前面相邻、处于振动状态的三角单元称为波前单元,从源点所在单元开始构造由波前单元组成的波前单元域;1)选域中最小走时三角单元为当前单元;2)它先与相邻三角单元振动传递,再进行相邻单元各自内部节点的传递、并将处于振动状态的相邻单元扩展为波前单元;3)然后确认当前单元的振动状态、决定其在波前单元域中的去留,以此三步循环进行波前单元域的扩展及节点的最小走时和次级源搜索,直至波前单元域在剖分区域的消亡;最后利用各节点最小走时和次级源,通过最小走时搜索,拾取从接收点到源点的射线路径.数值模拟表明,该算法的模型剖分灵活性强,对速度间断面的描述准确,追踪结果精度高.

起伏层状TI介质中多次波射线追踪

现有的TI介质中的射线追踪算法很少涉及多次波的追踪计算,加之大多数算法又是建立在规则网格(或单元)模型划分的基础上,不利于追踪不规则界面下的多次波射线路径和相应走时。本文在模型参数化时引入不规则网格(或单元)划分,在主节点上对TI介质的6个参数(五个弹性参数,外加介质对称轴倾角)进行采样,计算得到三种类型(qP,qSV,qSH)波的群速度,通过单元主节点的群速度值线性插值得到次级节点上的群速度值。然后采用网格(或单元)波前扩展的方法进行分区波前扫描(射线追踪),实现了起伏层状TI介质中多次(透射、反射、及转换)波的追踪计算。均匀各向异性介质中的计算结果表明,数值解与解析解吻合,验证了算法的有效性;模型数值模拟结果表明,该算法可以有效地模拟起伏地表和速度间断面,具有较高的计算精度和较快的CPU运行时间,能够适用于任意倾角的TI介质中的多次波射线追踪。

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。

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 .

波前构建法研究现状

波前构建法是一种能够快速计算地震波走时、射线路径及振幅的算法,该算法考虑从整个波场发出的射线族的追踪计算,为几何射线理论在勘探地震学中的应用带来了决定性的变化,使得能够同时计算成千上万条射线以及附在上面的走时和振幅成为可能.本文在收集、整理国内外研究现状的基础上,对波前构建法目前的应用介质模型、求解射线追踪方程组的算法、速度模型的光滑处理对地震波走时、路径及振幅的影响、新射线的插入标准、速度模型中非网格节点处速度及导数的插值算法以及波前非规则的四边形与规则的矩形网格节点之间相对定位及转换等6个方面来详细的讨论了波前构建法的研究现状.

复杂地质层面的网格化模型及两点射线追踪方法

本文针对三维复杂介质的两点射线追踪的适用性和有效性,提出了网格模型和层状模型相结合的建模方式.文中利用规则网格化的层状模型对复杂地质单元进行数值描述,一方面避免了用纯粹复杂地质网格体描述时需要的大量内存,另一方面结合运用规则化的层状模型,必有利于提高计算效率.在计算单元自动生成的射线追踪方法基础上,本文结合波前法提出一种快速、有效的两点射线追踪方法.利用反射波波前在地表形成的射线方位角和倾角坐标体系,能快速、准确地收敛到所有从源点到接收点的射线路径,亦可有效地解决射线路径的多值解难题,从而可适用于复杂地质模型的特点.

纵波和转换波AVO联合反演技术

纵波和转换波AVO联合反演,增加了反演问题的约束条件,因而使反演方程的稳定性得到了提高,而密度参数作为未知数与波阻抗一起参与反演,则增加了一个重要的岩性参数。应用射线追踪法来确定共角度道集旅行时,所采用的混合射线追踪法是在矩形网格三点扰动法基础上的一种改进,取矩形网格的3个点,在Fermat最小旅行时原则下求取中间点的位置,而不是任意扰动,因此计算速度比扰动法快。数值模拟结果证明了P波和PS波AVO联合反演的可行性。

一种线性走时插值射线追踪改进算法

针对线性走时插值算法(LTI)不能正确追踪逆向传播射线的问题,目前已提出多种改进算法,如扩张收缩LTI算法、循环计算LTI算法、动态网络最短路径射线追踪算法等,但这些算法的计算效率普遍偏低.在分析各种改进LTI算法的优劣后,本文提出了改进动态网络最短路径射线追踪算法.该改进算法依据波的传播规律以及LTI算法的基本方程,排除动态网络最短路径射线追踪算法中大量冗余节点计算,并采用传统的二叉树堆排序算法对波前阵列节点进行管理.数值算例表明,本文提出的改进算法具有较高的计算效率,其计算效率是动态网络最短路径射线追踪算法的4.5—30倍,是原始LTI算法的2—6.5倍;当动态网络最短路径射线追踪算法采用堆排序算法时,改进算法的计算效率是其3.5—15倍.

基于快速步进法的三维反射波追踪

引入了一种改进的快速步进算法,对三维复杂介质中反射波进行波前追踪,并利用QT和OpenGL相结合的方法对速度场以及射线路径进行可视化模拟。通过模型仿真,验证了该方法的效率、精度以及可靠性。

地震射线追踪的线性走时扰动插值法

线性走时插值(LTI)方法假设离散模型单元边界上地震波走时呈线性变化,则单元边界上任意点的走时可通过相邻离散网格节点上走时的线性插值表示。而实际上,走时沿单元边界并非线性变化,当离散单元较大时,线性假设会导致较大计算误差。针对此问题,本文采用线性走时扰动插值方法(LTPI),将单元边界点的实际走时分解为等效匀速介质中的参考走时和走时扰动(后者远小于前者);在离散单元边界上,假设走时扰动线性变化,同时参考走时保持非线性变化,避免了LTI方法的弊端。文中将复杂介质离散成不规则单元,推导了适用于二维不规则单元的线性走时扰动插值公式,形成一种基于LTPI方法的透射波射线追踪方法。不同模型的测试结果表明,相比LTI方法,LTPI方法对复杂介质具有更强的适应性,计算的波前走时和射线路径具有更高计算精度和更强稳定性,在满足一定精度要求的情况下具有更高计算效率。

射线追踪数值模拟方法研究及效果分析

地震波数值模拟方法是和地震波传播理论紧密结合在一起的。由于可以用射线理论、积分方程、微分方程来描叙地震波的传播,模拟方法也相应地有射线追踪方法、积分方程数值求解方法及微分方程数值求解方法。射线追踪方法通过求解程函方程计算地震波旅行时,通过求解传输方程计算地震波振幅。是以高频近似为前提,适合于物性缓变模型中地震波传播模拟,但不适合物性变化较大的模型中。其突出优点是模型简单,计算速度快。