基于逐减随机震源采样法的频率域二维黏滞声波方程全波形反演

全波形反演方法利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下速度结构,具有揭示复杂地质背景下构造与岩性细节信息的潜力。然而,巨大的计算量是阻碍其发展的一个瓶颈问题。为此,研究者们提出了震源编码技术来减少计算量,但是此方法在模型更新过程中会引进随机串扰噪声,降低反演结果准确性。所以,在保证计算精度的情况下,本文提出了采用逐减随机震源采样的方法来高效计算全波形反演问题。笔者将此方法应用于频率域二维黏滞声波波动方程全波形反演,开始了在频率域进行随机震源采样类方法的研究,计算过程中共使用了依次增大的8个频率段;并应用Overthrust模型来验证此类随机震源采样法的正确性。实验结果表明:基于逐减随机震源采样法的反演结果与实际Overthrust模型的拟合误差为0.065 65,而应用基于全部震源的全波形反演方法得到的反演结果与实际Overthrust模型的拟合误差为0.064 64,两者差别不大;但计算用时由740min减少到291.2min,即计算效率提高了2.54倍。为了更好地确定方法的有效性,将其应用于Marmousi模型进行试算。模型试算结果表明:基于逐减随机震源和基于全部震源得到的反演结果与实际Marmousi模型的拟合误差分别为0.080 12和0.078 97,相差不大;但计算用时由1 218.9min减少到274.4min,计算效率提高了4.44倍。综上,在保证反演精度的情况下,基于逐减随机震源采样法的频率域全波形反演方法大大减少了计算量,具有不可替代的计算优势,并且没有引进随机串扰噪声。

宁河断裂伪随机震源地震勘探

宁河断裂位于天津市宁河区北部,断裂走向近东西,倾向南,全长约26 km,调查发现宁河断裂浅部存在一系列隐伏断裂带。第四系内部地层上更新统、中更新统、下更新统及第四系和第三系地质界面存在明显波阻抗差异,具备开展伪随机震源地震勘探的条件。经现场地震波速测试,第四系松散沉积地层地震纵波波速1300~1500 m/s,基岩波速超过2000 m/s。伪随机震源组合、实时噪声压制、F-K滤波3项关键技术,成功解决了高干扰环境下地震勘探难题。宁河断裂由5条正断层组成,断裂带近东西向平行展布。钻探揭示宁河断裂上断点已经断至上更新统内部,距地表66.9 m。

基于二维随机震源的地震波全波形反演研究

全波形反演利用全部的波场信息做反演求解,兼顾了地震波的运动学特征和动力学特征,是一种直接基于波动方程描述地震波在地下介质中的传播过程,能够获得地质结构和岩性资料的方法.但是作为一种非线性反演算法,如何提高全波形反演的计算速度和成像精度是目前优化反演的难点和重点.针对全波形反演的效率问题,采用分层和模块化的matlab工具箱,开展了基于随机震源的全波形反演数值计算,由于采用的方法可以给定计算节点上的多线程资源,易于编程,无需矩阵,有效的减少了外部krylov迭代的数量,并将提出的方法与常规全波形反演方法进行对比分析,证明了基于随机震源全波形反演更加高效.

伪随机震源面波法频谱特征及其勘探深度分析

多道面波分析勘探法在工程场地安全评价中应用广泛,主要有人工源和天然源两种方法,但人工源法具有勘探深度相对较小的缺陷;天然源法其数据采集周期长现场操作便捷性差.文章通过引入伪随机震源作为面波勘探震源,希望能够在较短的采样周期内获取质量较高的频散能量谱.对获得的面波数据记录分别使用适合主动源法的F-K法以及适用于被动源法的SPAC法获取相应频散谱,并将伪随机震源的频散谱与同场地、同排列条件下人工源和天然源面波数据结果对比,认为:(1)运用SPAC法进行伪随机震源面波法频散分析所得到的频散谱收敛性较高;(2)伪随机震源面波法能够弥补人工源面波法勘探深度较小的缺点,相对于天然源面波法能够兼顾浅层高频区域,且现场操作简单、工作效率更高,适宜于不同地质条件的场地应用评价.

北京断陷黄庄-高丽营断层伪随机可控震源地震剖面

位于北京断陷西北边界的黄庄—高丽营断层是区域新构造运动中的一条重要的隐伏断层,本研究利用伪随机可控震源及其高精度反射地震方法,调查了该断层在北京奥林匹克公园段的特征.研究工作首先从理论上分析了可控震源解码原理和抗噪声能力,然后利用三分量波动方程正演指导了黄庄—高丽营断层的野外地震观测,在城市强噪声环境下采集了高精度的地震数据,经过数据处理在该地区第一次得到地震偏移深度剖面.获得的地震偏移深度剖面清晰地显示了黄庄—高丽营断层的位置,地质解释结果为进一步明确剖面上断层两侧新生代地层的厚度提供了依据.

基于GPU/CPU和震源随机编码技术的混合域全波形反演

传统的全波形反演利用普通炮集进行反演,反演计算量过大;且利用传统的相位编码技术进行全波形反演,会产生炮间串扰问题,因此,提出了基于GPU/CPU和震源随机编码技术的混合域全波形反演。该方法将参与反演的多个炮集随机组合并分成炮集数相同的组,各组炮集叠加形成多个组合炮集,然后将组合炮集代替普通炮集进行反演。与传统的相位编码反演方法相比,震源随机编码技术在反演效率和收敛速度方面均有优势,且减少了炮间串扰噪声;并且在GPU的加速下,计算效率会再次提升。Marmousi模型数据测试结果表明:组合炮集方法得到了与普通炮集方法相同的反演效果,但计算效率却比普通炮集方法明显提高,且相较于传统的相位编码技术,组合炮集方法有效抑制了串扰噪声。

三维背景噪声数值模拟及频散曲线验证

近年来,以人类生产活动产生的振动和天然振动作为震源的背景噪声成像技术逐渐成为研究热点。无论是基于已知模型对背景噪声成像方法以及频散曲线提取方法的有效性进行验证,还是对背景噪声数据采集方式进行参数优化,均需通过波场数值模拟手段获取所需的背景噪声理论合成数据。三维数值模拟是背景噪声成像中的一项重要研究内容。针对背景噪声在时间域和空间域上具有随机性的特点,将随机震源引入三维瑞雷波波场有限差分数值模拟,实现背景噪声数据的有效计算,将模拟得到的噪声记录用基于Aki公式的两道法提取频散曲线并与理论频散曲线对比,以验证噪声模拟的可行性和有效性。理论模型测试结果表明:当震源参数处于合理范围时,合成背景噪声数据频散曲线与理论频散曲线拟合效果良好;同时三维模拟数据提取的频散曲线比二维模拟数据提取精度更高。

浅谈瑞雷面波工程勘探的装置问题

文章简要介绍了瞬态瑞雷面波勘探的原理和开发的数据采集系统,探讨了对于坚硬路面及直立挡土墙,如何安放检波器,以及如何通过改变激震方式加大探测深度,实践证明合理地选择检波器装置及激震源,可拓宽面波勘探的应用领域,提高勘探效率.

工程地震勘探技术的进展

本文简要论述了工程地震勘探技术发展现状，介绍了夯击震源、非线性层析成像和瑞雷波解析技术，并提出了全波勘探理念．