黏弹性VTI介质中敏感度核函数:地震波复走时关于弹性模量及Q值偏导数的计算 被引量：1

1

作者 王迪 ZHOU Bing +1 位作者 白超英 李兴旺 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2564-2575,共12页

实际地层中地震波传播普遍存在速度和衰减各向异性现象,研究黏弹各向异性介质中高频地震波传播理论有助于揭示地震波的传播特征.本文针对黏弹性VTI介质,从Christoffel矩阵的解析特征值出发推导出qP、qSV和qSH波的复相速度和复射线速度... 实际地层中地震波传播普遍存在速度和衰减各向异性现象,研究黏弹各向异性介质中高频地震波传播理论有助于揭示地震波的传播特征.本文针对黏弹性VTI介质,从Christoffel矩阵的解析特征值出发推导出qP、qSV和qSH波的复相速度和复射线速度的解析表达式,并应用实射线追踪方法确定出均匀复射线速度矢量,由此计算出实射线速度和实射线衰减以及实射线品质因子.基于非均匀复相速度和均匀复射线速度的解析表达式,推导了实射线慢度和实射线衰减关于黏弹性模量(包括弹性模量和Q值)的敏感度核函数,该敏感度核函数反映各个黏弹性模量对地震波复走时的影响程度.不同岩石样本的数值计算结果显示,实走时对弹性模量更为敏感,而射线衰减(虚走时)对弹性模量和Q值的敏感程度相当.本研究可为黏弹性VTI介质中地震射线追踪和复走时层析成像提供理论基础. 展开更多

关键词 黏弹各向异性 VTI介质 复射线速度 速度敏感性 解析公式

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起伏层状介质中曲线网格有限差分法与射线法波场模拟对比研究 被引量：2

2

作者 杨尚倍 白超英 何雷宇 《地震学报》 CSCD 北大核心 2016年第6期854-868,共15页

针对处理起伏地表(或含地下不规则波阻抗界面)条件下发展起来的地震波场数值模拟算法的模拟结果与解析解(大多数情形下无法得到)无法进行对比,且其有效性和正确性难以验证的情况,本文提出了一种可以相互验证波场数值模拟结果与射线追踪... 针对处理起伏地表(或含地下不规则波阻抗界面)条件下发展起来的地震波场数值模拟算法的模拟结果与解析解(大多数情形下无法得到)无法进行对比,且其有效性和正确性难以验证的情况,本文提出了一种可以相互验证波场数值模拟结果与射线追踪数值模拟结果的正确性和有效性的佐证方法,验证了参考射线追踪法.其中,波场数值模拟中采用曲线网格DRP/opt MacCormack有限差分法,射线追踪模拟则采用分区多步三角网格最短路径算法.通过系统对比上述两种方法得到的波场快照、单炮地震记录,以及合成理论地震图的结果显示,本方法相互作证了两种方法所得结果的正确性和有效性.双层和三层起伏层状模型的对比分析结果表明,这种方法不但可以加深理解地震波在复杂介质中的传播规律,同时射线法的引入为清晰识别和标定地震波场数值模拟中各种不同震相提供了一种便捷的途径. 展开更多

关键词 分区多步三角网格最短路径法 曲线网格有限差分法 地震波传播 数值模拟 起伏层状介质

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一般各向异性介质中qS1和qS2波波前分离

3

作者 李兴旺 王迪 白超英 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2773-2784,共12页

地震波在各向异性介质中传播时存在横波分裂现象,可用于研究岩石中地震波传播特征和了解地下介质各向异性参数.一般各向异性介质中计算三种地震波(qP,qS1,qS2)相速度和群速度的研究日趋成熟,但分离qS1和qS2波的波前仍然是一项具有挑战... 地震波在各向异性介质中传播时存在横波分裂现象,可用于研究岩石中地震波传播特征和了解地下介质各向异性参数.一般各向异性介质中计算三种地震波(qP,qS1,qS2)相速度和群速度的研究日趋成熟,但分离qS1和qS2波的波前仍然是一项具有挑战性的工作.为此,本文基于新近给出的一般各向异性介质中三种波(qP,qS1,qS2)群速度的解析计算公式,依据相速度光滑连续的条件给出相邻方向上qS1和qS2波识别方法;为避免数值计算误差造成识别错误,构建了置信度函数,并借鉴快速行进法的思想逐点进行判别以分离qS1和qS2波的波前,最终得到三种波(qP,qS1,qS2)各自独立且完整的波前面.多个数值模拟试验结果表明,该算法适用于不同类型各向异性介质,且不受波前复杂程度的影响,具有较高的稳定性,可为一般各向异性介质中多次波射线追踪、多震相走时反演以及横波分裂研究等提供算法支持. 展开更多

关键词 一般各向异性介质 群速度 横波分裂 波前分离

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三维复杂层状介质中多震相走时联合反演成像 被引量：21

4

作者 白超英 黄国娇 李忠生 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期182-192,共11页

采用新近提出的改进型不规则最短路径多次波射线追踪正演技术,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘最优化反演问题,讨论了三维复杂层状模型中利用多震相走时资料进行联合反演成像的技术方法.考虑到不同震相种类走时的拾取误差不同,... 采用新近提出的改进型不规则最短路径多次波射线追踪正演技术,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘最优化反演问题,讨论了三维复杂层状模型中利用多震相走时资料进行联合反演成像的技术方法.考虑到不同震相种类走时的拾取误差不同,反演算法中引入了不同震相种类数据的权系数;另外,考虑到同时反演速度模型和反射界面起伏中不同参数变化对走时影响程度的不同,Jacobi偏导矩阵元素中引入了不同种类参数的归一化因子.几种数值模拟实例表明:多震相走时的联合或同时反演成像是一种提高走时成像空间分辨率,进而降低重建速度模型失真度行之有效的方法技术. 展开更多

关键词 改进型不规则最短路径 多次波射线追踪 多震相走时 联合反演 同时反演 地震层析成像

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二维复杂层状介质中地震多波走时联合反演成像 被引量：35

5

作者 黄国娇 白超英 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期2972-2981,共10页

采用新近提出的多次波射线追踪正演算法,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘最优化反演问题,分析讨论了利用多震相走时资料进行联合反演成像的方法及技术.考虑到不同震相走时的拾取误差不同,反演算法中引入了不同震相种类数据的权... 采用新近提出的多次波射线追踪正演算法,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘最优化反演问题,分析讨论了利用多震相走时资料进行联合反演成像的方法及技术.考虑到不同震相走时的拾取误差不同,反演算法中引入了不同震相种类数据的权系数;由于同时反演速度模型和反射界面起伏中不同模型参数变化对走时影响程度的不同,Jacobi偏导矩阵元素中引入了不同参数的归一化因子;另外,为了克服射线密度过大(或过小)区域速度模型的过度(或欠)更新问题,反演算法中引入了等权射线密度的概念.几种数值模拟实例表明(含噪声敏感性试验):多波走时的联合或同时反演成像技术是一种提高走时成像空间分辨率,进而降低重建模型失真度行之有效的方法. 展开更多

关键词 多次波射线追踪 多震相走时 联合反演 同时反演 等权射线密度 地震层析成像 噪声敏感性试验

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多震相走时联合三参数同时反演成像 被引量：9

6

作者 黄国娇 白超英 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期4215-4225,共11页

采用新近研制的分区多步不规则最短路径多震相地震射线追踪正演技术,结合流行的子空间反演算法,提出了一种联合多震相走时资料进行地震三参数(速度、反射界面和震源位置)同时反演的方法技术.数值模拟反演实例、以及与双参数(速度和反射... 采用新近研制的分区多步不规则最短路径多震相地震射线追踪正演技术,结合流行的子空间反演算法,提出了一种联合多震相走时资料进行地震三参数(速度、反射界面和震源位置)同时反演的方法技术.数值模拟反演实例、以及与双参数(速度和反射界面或速度和震源位置)同时反演的对比分析表明:三参数同时反演成像结果大体接近双参数同时反演成像的结果.另外,噪声敏感性试验表明:所提算法对到时数据中可容许的随机误差并不敏感,结果说明多震相走时的联合三参数同时反演成像方法技术不失为一种提高走时成像空间分辨率、进而降低重建模型参数失真度、行之有效的方法技术. 展开更多

关键词 分区多步不规则最短路径算法 多震相射线追踪 多震相走时 三参数同时反演 地震层析成像

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起伏层状TI介质中多次波射线追踪 被引量：12

7

作者 李晓玲 白超英 胡光义 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期924-931,1016+850,共8页

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... 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。 展开更多

关键词 TI介质 最短路径算法 多次波射线追踪 不规则网格 分区多步计算技术

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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 被引量：5

8

作者 李兴旺 白超英 李晓玲 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期48-55,共8页

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... 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。 展开更多

关键词 三维各向异性TI介质 改进型最短路径算法 多次波射线追踪 四面体单元 分区多步计算技术

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椭球坐标系下多震相地震射线追踪 被引量：2

9

作者 李兴旺 白超英 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期3368-3377,共10页

地震射线追踪方法技术在地震学领域有着较为广泛的应用,然而大多数算法建立在直角坐标系或球坐标系下,实际地球并非完美的球体,而是两极略扁的椭球体,因此,球坐标系下计算结果与真实情况存在一定误差.传统的做法一般是在球坐标系下进行... 地震射线追踪方法技术在地震学领域有着较为广泛的应用,然而大多数算法建立在直角坐标系或球坐标系下,实际地球并非完美的球体,而是两极略扁的椭球体,因此,球坐标系下计算结果与真实情况存在一定误差.传统的做法一般是在球坐标系下进行计算,而后进行椭球校正.本文提出了一种直接在椭球体模型中采用分区多步最短路径算法进行多震相地震射线追踪的方法技术,实现了椭球坐标系下多震相地震波射线路径追踪和走时计算.与解析解的对比表明:该算法具有较高的计算精度,适用于任意形状的椭球体,且不需要进行额外的走时校正.数值模拟结果表明,计算所得P波和PcP反射波的走时与AK135走时表的误差小于0.1 s.当震中距较大时,使用球对称模型和椭球体模型计算所得的走时差异显著,说明采用椭球坐标系的必要性. 展开更多

关键词 椭球坐标系 最短路径算法 分区多步 多震相射线追踪

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多震相菲涅耳体射线走时同时反演成像

10

作者 李兴旺 白超英 黄国娇 《地震学报》 CSCD 北大核心 2014年第5期895-909,981,共15页

高频假设下的地震射线理论以及相应的地震成像理论表明,在射线稀疏条件下,不可能得到较高分辨率的构造成像;而有限频射线理论更符合实际地震的传播规律,即地震波的走时不仅与中心射线(传统的几何射线)上的速度分布有关,而且与中心射线... 高频假设下的地震射线理论以及相应的地震成像理论表明,在射线稀疏条件下,不可能得到较高分辨率的构造成像;而有限频射线理论更符合实际地震的传播规律,即地震波的走时不仅与中心射线(传统的几何射线)上的速度分布有关,而且与中心射线附近一定范围(称其为第一菲涅耳体)内的速度异常分布有关.鉴于此,本文提出了计算多震相地震波菲涅耳体有限频射线的方法,并定义了走时敏感核函数,同时给出了利用多震相菲涅耳体有限频射线进行速度模型和反射界面同时反演成像的公式.利用多震相走时资料,使用传统射线层析成像方法与有限频射线层析成像方法进行了速度和界面的同时反演成像.结果表明,当射线密度较小时,无论是对速度模型的重建还是对反射界面几何形状的更新,有限频射线层析成像方法均优于传统射线层析成像方法,而变频有限频射线层析成像则是实际地震层析成像的首选反演算法. 展开更多

关键词 第一菲涅耳体 有限频射线 走时敏感核函数 多震相走时 同时反演 菲涅耳体射线成像

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倾斜正交各向异性介质中多次反射qP波射线追踪 被引量：3

11

作者 王迪 吴翔 +1 位作者 白超英 李兴旺 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期632-640,共9页

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... 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。 展开更多

关键词 倾斜正交各向异性 分区多步 改进型最短路径算法 地震射线追踪

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相空间波前构造法地震多值射线追踪的改进 被引量：3

12

作者 王庆林 白超英 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2013年第1期15-21,4-5,共7页

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... 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。 展开更多

关键词 波前构造法 射线追踪 波前追踪 多值波前 多值射线 相空间

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起伏地表下基于改进BISQ模型双相介质中曲线网格有限差分法波场模拟 被引量：5

13

作者 杨尚倍 白超英 周兵 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期3356-3373,共18页

本文以基于改进BISQ模型的二维双相各向同性介质一阶速度-应力方程为基础,推导出了曲线坐标系下对应的方程,然后采用低频散、低耗散的同位网格MacCormack有限差分法来离散方程,并采用紧致的单边MacCormack差分格式结合牵引力镜像法来施... 本文以基于改进BISQ模型的二维双相各向同性介质一阶速度-应力方程为基础,推导出了曲线坐标系下对应的方程,然后采用低频散、低耗散的同位网格MacCormack有限差分法来离散方程,并采用紧致的单边MacCormack差分格式结合牵引力镜像法来施加自由地表边界条件,实现了地震波场数值模拟.曲线网格有限差分法采用贴体网格来描述自由表面,地表的网格线紧贴地形,避免了台阶近似造成的数值散射.数值模拟结果表明,在双相介质起伏自由地表和分界面处,各类波型复杂的反射透射规律可以清晰展现,曲线网格有限差分法可以精确地解决地震波在含起伏地表的双相各向同性介质中的传播问题. 展开更多

关键词 起伏地表 改进BISQ模型 各向同性双相介质 曲线网格 有限差分法

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2D/3D起伏地表多震相地震波走时的因式分解程函方程算法 被引量：3

14

作者 张云 李夕海 +3 位作者 白超英 牛超 王艺婷 曾小牛 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期857-871,共15页

起伏地表条件的地震波走时计算方法是研究该类地表区地下结构的基础工具。快速行进法和快速扫描法均是基于有限差分求解程函方程而发展起来的地震波走时计算方法,由于震源附近波前曲率较大,这两种算法均存在震源奇异性问题。研究成果表... 起伏地表条件的地震波走时计算方法是研究该类地表区地下结构的基础工具。快速行进法和快速扫描法均是基于有限差分求解程函方程而发展起来的地震波走时计算方法,由于震源附近波前曲率较大,这两种算法均存在震源奇异性问题。研究成果表明,对于复杂模型快速行进法的计算效率高于快速扫描法。为此,借鉴快速扫描法解决震源奇异性的思路,采用快速行进法求解因式分解程函方程,从而规避了震源奇异性问题。具体而言,将地震波走时分解为一个距离函数T0与一个走时扰动值T1乘积的形式,通过快速行进法求解T1,并与T0相乘,得到地震波走时;同时,为弥补规则网格迎风差分格式不适用于地表/界面起伏的缺陷,构建了适用于不规则网格的不等距迎风差分格式,进而结合分区多步技术形成了全局多震相地震波走时计算方法。2D和3D数值模拟实例表明,所提算法从根本上解决了快速行进法的震源奇异性问题,显著提高了原算法的计算精度与效率,可精确计算多震相地震波走时。 展开更多

关键词 因式分解程函方程 走时扰动因子 不等距迎风差分格式 多震相地震波走时计算

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四面体网格剖分下速度与反射界面的同时反演

15

作者 何雷宇 严星 白超英 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期921-931,共11页

针对含起伏地表、不规则反射界面及速度异常体的复杂模型的走时正、反演问题,本文采用四面体单元进行模型参数化,实现多震相地震射线的追踪计算,且推导了四面体单元下走时关于速度、走时关于反射点深度的偏导数计算公式;结合共轭梯度法... 针对含起伏地表、不规则反射界面及速度异常体的复杂模型的走时正、反演问题,本文采用四面体单元进行模型参数化,实现多震相地震射线的追踪计算,且推导了四面体单元下走时关于速度、走时关于反射点深度的偏导数计算公式;结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘反演问题,实现了多震相走时联合及同时反演成像;通过在同时反演中对不同种类Jacobi偏导元素做归一化处理,有效解决了不规则界面存在散射而导致的散射点所在区域射线过密、速度和界面过度更新问题。数值模拟结果表明:采用四面体单元进行模型参数化,复杂模型正演计算结果具有较高精度;同时反演可准确刻画不规则反射界面和速度异常体。因此,本文提出的走时成像方法具有有效性和实用性。 展开更多

关键词 四面体单元 多震相射线追踪 多波联合反演 同时反演 走时层析成像

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