反射波走时及其梯度层析成像方法研究

论文摘要

常规反射走时层析成像需要拾取连续反射同相轴的走时,并建立同相轴与反射界面之间的对应关系,但对于低信噪比资料,这往往是极其困难的工作。为了克服这个难题,在走时层析成像中引入同相轴梯度是当前的一种发展方向。因此,我们研究了利用走时及其梯度进行联合层析成像的方法。主要的研究工作有:研究了基于局部倾斜叠加原理的反射走时和梯度的自动拾取方法;研究了基于三次B样条函数的光滑速度模型的建模方法;研究了基于标准射线方程的非均匀介质的射线追踪方法;研究了利用旁轴射线理论计算层析反演方程系数矩阵的方法;研究了多类型数据和模型参量的先验信息约束的联合反演方法。在以上研究基础上,研制了反射走时及其梯度层析成像的计算程序。主要功能包括走时及其梯度的自动拾取,连续介质模型的射线追踪和走时及其梯度的计算,以及走时及其梯度的联合层析反演。拾取模块通过寻找反射记录的局部相关同相轴,自动快速地拾取走时、梯度,还可以通过人机交互界面对拾取数据进行人工修正和质量控制。反演模块利用拾取的走时、梯度等数据,结合多参量优化反演算法和多尺度策略,实现了稳定和高效的反演过程。本文方法的最大特色之处在于同时使用了反射走时和梯度,从而不需要在较大偏移距范围内拾取连续同相轴走时,而只拾取容易识别的较少的局部相关同相轴的走时和梯度,也不需要人为地确定局部同相轴对应的反射层位,这对于低信噪比资料的处理具有重要实用价值。同时,增加了走时梯度信息,还可以增强对模型参量的约束,降低了反演问题的多解性,提高了反演结果的可靠性。对合成资料和实际资料的试验表明,本文的反射走时及其梯度层析成像方法快速稳定,能获得较好的宏观速度模型,为偏移成像提供基础资料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 层析成像的基本概念
• 1.2 地震层析成像简介
• 1.2.1 地震层析成像发展概况
• 1.2.2 地震层析成像的基本原理
• 1.2.3 地震层析成像的分类
• 1.3 地震反射层析成像的现状及本文研究意义
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 取得的主要成果
• 第2章 反射波走时及梯度层析成像方法原理
• 2.1 引言
• 2.2 走时梯度的含义
• 2.3 基本原理
• 2.4 数据空间和模型空间
• 2.4.1 数据空间
• 2.4.2 模型空间
• 2.5 本文层析成像方法的基本步骤
• 第3章 速度模型和射线追踪方法
• 3.1 引言
• 3.2 速度模型的样条表示方法
• 3.2.1 三次B样条函数
• 3.2.2 基于三次B样条的速度表示
• 3.3 基于射线方程的射线追踪方法
• 3.3.1 标准射线方程
• 3.3.2 射线路径模拟结果
• 第4章 反射波走时及梯度层析反演方法
• 4.1 引言
• 4.2 反演问题的线性化
• 4.3 基于旁轴射线法的反演系数矩阵计算方法
• 4.3.1 旁轴射线法原理
• 4.3.2 反演系数矩阵的计算
• 4.4 初始模型的建立
• 4.4.1 速度模型的初始化
• 4.4.2 反射射线的初始化
• 4.5 SVD局部优化反演算法
• 4.6 LSQR联合反演算法
• 4.6.1 LSQR算法原理
• 4.6.2 迭代停止准则和多尺度策略
• 4.7 先验信息约束及正则化技术
• 4.7.1 本文方法的混定特定
• D'>4.7.2 数据空间的协方差矩阵C_D
• M'>4.7.3 模型空间的协方差矩阵C_M
• 4.7.4 正则化过程
• 第5章 走时和梯度拾取方法及实现
• 5.1 引言
• 5.2 RADON变换,TAU-P变换和倾斜叠加原理
• 5.3 梯度自动拾取的局部倾斜叠加原理
• 5.4 梯度拾取的实现
• 第6章 资料测试及分析
• 6.1 实验的基本步骤
• 6.2 合成资料试验
• 6.2.1 实例一:Marmousi简化资料
• 6.2.2 实例二:DQ合成资料
• 6.2.3 实例三:SL合成资料
• 6.3 实际资料试验
• 6.3.1 实例一:YL实际资料
• 6.3.2 实例二:CB实际资料
• 第7章 结论与建议
• 参考文献
• 硕士在读期间发表的论文
• 致谢