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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

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石油地球物理勘探 2023年第3期58卷 632-640页

作者：王迪吴翔白超英李兴旺长安大学地质工程与测绘学院地球物理系陕西西安710054 长安大学计算地球物理研究所陕西西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028

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... 详细信息

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。

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

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

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地球物理学报 2023年第6期66卷 2564-2575页

作者：王迪 ZHOU Bing 白超英李兴旺长安大学地质工程与测绘学院地球物理系西安710054 Department of Earth Sciences Khalifa University of Science and TechnologyP O Box 2533Abu DhabiUAE 长安大学计算地球物理研究所西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028

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... 详细信息

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.

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

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

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石油地球物理勘探 2023年第4期58卷 857-871页

作者：张云李夕海白超英牛超王艺婷曾小牛火箭军工程大学陕西西安710025 长安大学地质工程与测绘学院地球物理系陕西西安710054 长安大学计算地球物理研究所陕西西安710054

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... 详细信息

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。

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

石油地球物理勘探 2018年第5期53卷 921-931页

作者：何雷宇严星白超英长安大学地质工程与测绘学院地球物理系陕西西安710054 新疆财经大学网络与实验教学中心新疆乌鲁木齐830011 长安大学计算地球物理研究所陕西西安710054

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... 详细信息

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。

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

一般TI介质中多震相旅行时层析成像——以井间成像为例

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石油地球物理勘探 2016年第1期51卷 115-126,21页

作者：黄国娇白超英钱卫河海大学地球科学与工程学院地质科学与工程系江苏南京211100 长安大学地质工程与测绘学院地球物理系陕西西安710054

传统的各向异性介质中的正、反演研究大多基于弱各向异性假设下的VTI介质,且主要是有关初至波的射线追踪和相应的旅行时反演。然而,随着勘探精度要求的不断提高,一般普适的(含强)TI介质中的多震相射线正、反演方法,则成为急需解决的问... 详细信息

传统的各向异性介质中的正、反演研究大多基于弱各向异性假设下的VTI介质,且主要是有关初至波的射线追踪和相应的旅行时反演。然而,随着勘探精度要求的不断提高,一般普适的(含强)TI介质中的多震相射线正、反演方法,则成为急需解决的问题。鉴于此,本文将基于各向同性介质多震相分区多步最短路径射线追踪算法推广到一般各向异性TI介质,结合相、群速度导数的一阶旅行时扰动方程,采用共轭梯度求解带约束的阻尼最小二乘问题,进而提出了一种利用多震相旅行时进行一般TI介质弹性参数反演的方法。井间地震数值实验结果表明,多震相旅行时联合反演可有效提高成像分辨率,验证了方法的有效性和正确性。

关键词：各向异性TI介质多震相射线追踪弹性参数反演井间旅行时层析

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椭球坐标系下多震相地震射线追踪

地球物理学报 2017年第9期60卷 3368-3377页

作者：李兴旺白超英长安大学地质工程与测绘学院地球物理系西安710054 长安大学计算地球物理研究所西安710054

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... 详细信息

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.

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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多震相走时联合三参数同时反演成像

地球物理学报 2013年第12期56卷 4215-4225页

作者：黄国娇白超英长安大学地质工程与测绘学院地球物理系西安710054 长安大学计算地球物理研究所西安710054

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... 详细信息

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.

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

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

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地球物理学报 2018年第8期61卷 3356-3373页

作者：杨尚倍白超英周兵长安大学地质工程与测绘学院地球物理系西安710054 长安大学计算地球物理研究所西安710054 阿联酋哈利法科技大学石油学院

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... 详细信息

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.

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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最短路径算法下三维层状介质中多次波追踪

地球物理学报 2009年第10期52卷 2635-2643页

作者：唐小平白超英长安大学地质工程与测绘学院地球物理系西安710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安710054

本文使用改进后的最短路径算法(MSPM)结合分区多步计算技术实现了三维复杂层状起伏介质中的多次透射、反射及转换波波前传播的数值模拟,以及相应走时和射线路径的跟踪计算.其原理是将三维复杂层状模型按速度界面分成若干个独立的计算区... 详细信息

本文使用改进后的最短路径算法(MSPM)结合分区多步计算技术实现了三维复杂层状起伏介质中的多次透射、反射及转换波波前传播的数值模拟,以及相应走时和射线路径的跟踪计算.其原理是将三维复杂层状模型按速度界面分成若干个独立的计算区域,采用分步计算技术进行多次波的跟踪计算.基于多次波是通过速度界而简单的人射、透射、反射及转换波按一定规律及原理的不同组合,因此可实施分区多步计算技术.数值模拟实例及误差分析表明分区多步计算技术具有单步最短路径算法中的诸多优点:算法简单、数值计算稳健、计算精度高、速度快及全球解等,因此是解决多次波跟踪计算行之有效的方法.

关键词： MSPM算法分区多步计算多波波前传播模拟多次波追踪