隧道反射波超前探测有限差分正演模拟与偏移处理

针对地下工程领域隧道不良地质灾害超前探测问题,构建断层、倾斜软弱夹层等地质灾害体的隧道介质模型,研究隧道反射波超前探测的波场传播机理与偏移成像问题。利用一阶速度-应力弹性波方程和高阶交错网格差分计算方法,导出隧道工程反射波探测数值模拟的差分计算格式、数值稳定性条件以及边界条件,对上述模型进行正演模拟,得到相应模型不同时刻的波场快照与地震合成记录;通过对这些模拟结果进行分析,验证高阶交错网格差分法在隧道波场正演中的有效性。在导出弹性波方程逆时延拓交错网格差分计算格式基础上,通过求解程函数方程,获取激发时间成像条件,进而得到隧道全波场逆时偏移算法及偏移处理程序,并应用于隧道波场偏移成像中。研究结果表明:采用高阶交错网格有限差分逆时偏移算法能使反射波归位,绕射波收敛,从而大大提高了隧道工程反射波探测的分辨率,为隧道超前探测资料的解释提供理论依据。     

探地雷达叠前逆时偏移成像影响因素研究

为了分析探地雷达数据处理过程中各种可能的误差对逆时偏移算法成像效果的影响,通过数值模拟测试,对模型存在速度误差和数据存在噪声的情况进行分析。对于模型存在速度误差的情况,选用不同模型速度、不同异常体深度以及简化速度模型的情况进行成像效果测试。结果表明,随着速度误差加大,异常体位置偏离也变大,且异常体深度越大,位置偏离越大。对于各层速度相差不大的层状结构,使用简化的均匀半空间模型进行成像,依然可以较好地分辨地下的异常体。对于存在噪声的情况,选用加入不同噪声水平的数据进行成像测试,结果表明逆时偏移(RTM)算法对噪声有较好的压制效果,即使接收的数据中有效信号的信噪比在-15 dB左右,该算法仍然能将对应的结构成像出来。     

基于CPU/GPU协同加速叠前逆时偏移方法研究

为了提高地震资料数据处理的计算效率与成像精度,对于逆时偏移算法,采用一阶速度-应力波动方程,使用交错网络高阶有限差分算法进行求解。利用随机边界条件和PML边界条件进行地震波场正向延拓,既减少波场存储量,又能保证波场数据准确性,同时,使用CPU/GPU协同并行计算技术来提高运算效率。实验结果表明,CPU/GPU协同并行加速计算效果明显,叠前逆时偏移算法可对大地层倾角和偏移孔径清晰成像,能够对复杂构造地质体精确成像。     

基于循环对抗神经网络的快速最小二乘逆时偏移成像方法

最小二乘逆时偏移成像方法因计算量巨大,限制了其大规模的工业应用。基于此,建立循环对抗神经网络表征Hessian矩阵的逆,构建逆时偏移结果和反射系数之间的映射关系。通过建立的神经网络对逆时偏移成像结果进行去模糊化处理,提高成像质量,同时大幅减少计算时间。将训练好的网络应用于Marmousi模型和Sigsbee2A模型的逆时偏移结果。结果表明,本文方法在不显著增加计算量的情况下较好地提高了逆时偏移成像质量。     

基于叠前逆时偏移技术的Lamb波多损伤探测

通过地球物理勘探中的偏移技术解释波场后向散射和损伤成像,被证明是一种探测板式结构中多重损伤成像与探测的有效方法.集驱动、传感一体化方法可以用来激发和接受低阶反对称Lamb波.这种方法利用二维有限差分法模拟反射波和进行叠前偏移操作,并由Mindlin板理论的解析解验证数值计算的精确度.对于基于射线追踪概念的时间激励成像条件也被运用到损伤探测中.用叠前逆时偏移技术将损伤反射能量传播回来,同时对偏移后承受横向变形的板进行照相.这样损伤的位置、尺寸以及严重程度可以直观地展示出来.数值算例显示多重损伤可以被有效地探测到,并且损伤成像与目标损伤的特征密切相关.     

任意广角方程逆时偏移及其在煤田资料中的应用

利用任意广角方程逆时延拓的高阶有限差分格式实现了纵波资料的叠前逆时深度偏移,给出了稳定性条件及吸收边界条件;采用归一化互相关成像条件,在成像条件的计算中摒弃双程波方程,采用单程波方程对检波点逆时延拓波场和炮点正向延拓波场进行计算,得出了最佳归一化互相关成像条件.该算法在煤田资料偏移处理中,对较深处的构造清晰成像,取得了较好的应用效果.     

基于源波场照明的逆时偏移振幅补偿方法研究

逆时偏移作为一种先进的地震成像方法,能够适应横向变速和高陡倾角等复杂地质构造成像。但在对逆掩断层等复杂地质构造进行逆时偏移成像时,由于断层对地震波场的屏蔽效应,导致其下盘地质构造成像振幅很弱。一般采用单炮源波场照明除互相关成像来对深层构造弱振幅成像进行补偿,这种单炮源波场照明补偿方法虽然简单,但在地质构造特别复杂时会导致波场照明空间变化剧烈,从而影响成像振幅的补偿效果,加重了背景假像和噪音。为了克服这一问题,本文提出均炮源波场照明补偿方法,即用均炮源波场照明除互相关成像来进行弱振幅补偿,均炮源波场照明是指利用某一炮附近邻域内所有单炮源波场照明的均值来代替该炮源波场照明。对于复杂构造,由于均炮源波场照明空间变化较平缓,在进行逆时偏移成像振幅补偿时,背景假像和噪音也能得到很好地压制。根据实际地质构造设计了一个逆掩断层理论模型来验证均炮源波场照明振幅补偿的效果,并和单炮源波场照明振幅补偿进行了对比。     

起伏地形下地下间断面被动源叠前逆时偏移成像

为了在起伏自由边界条件下应用逆时偏移成像, 提出一种边界元与有限差分混合的方法来计算地震波场的逆时传播。首先, 使用边界元法反传地表台阵数据, 可以得到地下一水平界面上的波场位移数据; 然后, 将此水平面作为有限差分方法的边界, 并反传此水平面处的波形数据, 获得此水平面下空间的地震波场。为了应用成像条件, 利用地震波的性质, 将地震波场分离为矢量P波和S波成分, 对分离出的P波和S波分量, 应用互相关成像条件可获得地下界面。通过对理论数据的测试, 验证了方法的有效性。     

非零井源距VSP多分量地震资料逆时偏移

上行波叠前深度偏移是提高非零井源距VSP地震资料成像精度的主要途径之一。从二维各向同性介质中的弹性波动方程出发,在交错网格空间中推导了弹性波场逆时延拓的高精度有限差分算子,给出了弹性波场逆时延拓的最佳匹配层吸收边界条件,从时间一致性准则出发,通过求解程函方程获取VSP地震资料逆时偏移的成像条件,在此基础上实现了非零井源距VSP多分量地震资料联合逆时深度偏移。理论模型与实际资料均得到了高质量的成像结果。     

有限元有限差分法二维波动逆时偏移初探

提出了采用有限元有限差分实现二维波动方程的逆时偏移算法。该方法在空间上 ,联合采用有限元法和有限差分法 ;对于地表 (水平 )方向 ,使用有限元法进行离散 ,将原方程转化为一个一维 (深度和时间 )问题的方程组 ;在深度和时间方向上 ,采用有限差分法来求解。介绍了算法的基本原理 ,给出了计算实例并与使用F K(频率波数 )域相移法、频率空间域有限差分法的结果进行了比较。与采用有限元的偏移方法相比 ,本方法可以节省大量内存 ;与采用有限差分的偏移方法相比 ,可以在一定程度上提高计算精度。本算法有可能在地震勘探数据处理中发挥一定的作用