地震波層析成像反演方法及其研究綜述

摘要:通過(guò)研究利用初至波走時(shí)的層析反演方法建立近地表速度模型，提供近地表地下介質(zhì)的速度信息，進(jìn)一步為靜校正或淺層工程勘探服務(wù)。

關(guān)鍵詞:速度建模;層析成像;初至波

中圖分類(lèi)號(hào):TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-3198(2010)13-0368-01

地震勘探是利用人工在地表激發(fā)和接收地震波，再對(duì)地震波作分析處理以及解釋而得到地下構(gòu)造信息和巖性信息的一種方法。在整個(gè)地震勘探過(guò)程中，精確的求取地震波在地下介質(zhì)中的傳播速度，一直是地震勘探的核心問(wèn)題之一。尤其在地表?xiàng)l件較復(fù)雜的區(qū)域，地表速度的橫向劇烈變化會(huì)嚴(yán)重影響中深層目的層的成像效果。近地表速度不準(zhǔn)確，將會(huì)直接影響到速度分析、偏移成像的質(zhì)量以及靜校正的精度等地震勘探的各個(gè)環(huán)節(jié)和最終的勘探成果。

1 地震面波及波形反演

利用面波進(jìn)行結(jié)構(gòu)反演一直是了解地球介質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要途徑。近幾年來(lái)，在面波理論和面波反演方面做了大量工作。陳蔚天和陳曉非(2001)提出了一種求解水平層狀海洋-地球模型中面波振型問(wèn)題的新算法，它簡(jiǎn)潔、高效，徹底消除了高頻情況下數(shù)值計(jì)算的精度失真問(wèn)題。張碧星等(2000，2002)對(duì)瑞利波勘探中“之”字形頻散曲線(xiàn)形成的物理機(jī)理和多模性問(wèn)題進(jìn)行了理論分析，研究了諸波模的傳播特性及相互關(guān)系，以及地表下低速層介質(zhì)的位置、厚度及其它參數(shù)對(duì)“之”字形頻散曲線(xiàn)的相互影響.在面波反演理論方面，朱良保等(2001)通過(guò)保角變換，把面波群速度的反演變成了球諧系數(shù)的線(xiàn)性化反演，使其計(jì)算速度快，等值線(xiàn)光滑，構(gòu)造界限清晰。眾多研究者根據(jù)從面波資料求出的頻散曲線(xiàn)，對(duì)不同地區(qū)的地下速度結(jié)構(gòu)作了反演，揭示了橫向結(jié)構(gòu)差異的廣泛存在。

根據(jù)走時(shí)反演地下結(jié)構(gòu)是獲取結(jié)構(gòu)信息的經(jīng)典做法。劉伊克等(2001)根據(jù)三維地震觀測(cè)的初至走時(shí)數(shù)據(jù)，利用最小平方與QR分解相結(jié)合的算法，在三維空間重建近地表低降速帶速度模型。同時(shí)，采用分形算法克服了初至波波形差異以及折射波相位反轉(zhuǎn)導(dǎo)致的拾取誤差，實(shí)現(xiàn)了三維初至拾取的大規(guī)模全自動(dòng)化運(yùn)算。李錄明等(2000)針對(duì)地震勘探中的復(fù)雜地表問(wèn)題，提出了一套地震初至波表層模型層析反演方法.它利用地震直達(dá)波、回折波、折射波以及三者組合的初至波和層析反演方法具有的縱、橫向變速優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)速度任意變化的復(fù)雜表層模型反演。

在利用遠(yuǎn)震體波接收函數(shù)反演地下結(jié)構(gòu)方面。錢(qián)輝等(2001)對(duì)接收函數(shù)反演地殼結(jié)構(gòu)速度的算法作了分析，使之適應(yīng)正演參數(shù)的變化，并利用天然地震接收函數(shù)揭示了青藏高原東部地殼結(jié)構(gòu)。

近年來(lái)，非線(xiàn)性反演越來(lái)越受到重視，許多研究者把新的最優(yōu)化理論引入地震學(xué)反演中。孟洪鷹和劉貴忠(1999)提出了多尺度地震波形反演的小波變換方法。對(duì)于一維非線(xiàn)性地震波形反演問(wèn)題，此方法和已有的簡(jiǎn)單迭代法及多重網(wǎng)格法比較表明，此方法更為有效。楊峰和聶在平(2000)提出了用于二維軸對(duì)稱(chēng)非均勻介質(zhì)結(jié)構(gòu)的反演和成像的一種新的反演迭代方法變分玻恩迭代方法.與傳統(tǒng)的玻恩迭代方法相比，其收斂速度和成像質(zhì)量均有較大改善。

2 地震勘探、測(cè)井問(wèn)題中的地震波研究及其它

在地震勘探和測(cè)井方面，許多研究者針對(duì)實(shí)際問(wèn)題，提出了新的方法。沈建國(guó)和張海瀾(2000)計(jì)算了井內(nèi)靠近井壁的偏心聲源激發(fā)的聲場(chǎng)，得到了在井壁不同位置的接收波形，分析了直達(dá)波、井壁反射波、縱波、橫波和面波在這些波形中的反映。為了處理橫向強(qiáng)變速介質(zhì)中的深度成像問(wèn)題，程玖兵等(2001)提出一種基于共炮道集的優(yōu)化系數(shù)的傍軸近似方程疊前深度偏移算子，在基于反射系數(shù)估算的成像條件下，可實(shí)現(xiàn)疊前深度偏移成像。陳生昌等(2001)實(shí)現(xiàn)了一種基于擬線(xiàn)性Born近似的疊張海明等:地震波研究前深度偏移方法，擴(kuò)大了擬線(xiàn)性Born近似的應(yīng)用范圍，使其能夠適應(yīng)更強(qiáng)的橫向速度變化。張美根和王妙月(2001)利用有限元法和最小走時(shí)射線(xiàn)追蹤的界面點(diǎn)法，實(shí)現(xiàn)了各向異性彈性波的疊前逆時(shí)偏移.陳志德等(2002)利用疊前深度域地震成像對(duì)速度模型變化的敏感性，采用偏移迭代逐次逼近最佳成像速度，研究開(kāi)發(fā)了一套快捷有效的三維疊前深度偏移深度域速度模型建立技術(shù)。顧漢明等(2002)在頻率-波數(shù)域中采用解析法，解出多層條件下海底實(shí)測(cè)的多分量地震數(shù)據(jù)分解成上行和下行P波和S波的算法，導(dǎo)出海底各層地震反射系數(shù)隨入射角變化(簡(jiǎn)稱(chēng)RVA)的遞推計(jì)算公式。金勝汶等(2002)給出了一種高效率、高精度的炮檢距域疊前深度偏移方法，并得到各個(gè)不同照射角下的成像結(jié)果。

3 討論和結(jié)論

地震波理論是固體地球物理學(xué)研究的重要基礎(chǔ).地震波研究領(lǐng)域的任何實(shí)質(zhì)性進(jìn)展都會(huì)促進(jìn)固體地球物理學(xué)的發(fā)展.在過(guò)去的4年里，中國(guó)地球物理學(xué)家在該領(lǐng)域做了很多有意義的研究工作，其中不乏創(chuàng)新性的理論工作.當(dāng)前地震波研究領(lǐng)域的重要課題包括:

(1)復(fù)雜地球介質(zhì)中地震波激發(fā)與傳播理論;

(2)高效計(jì)算三維介質(zhì)中地震波傳播的數(shù)值方法;

(3)利用先進(jìn)的地震波數(shù)值模擬方法，開(kāi)展設(shè)定地震與強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬研究，為精細(xì)的地震危險(xiǎn)分析與預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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