第十四讲地震波层析成像课堂

地震波层析成像和电磁波层析成像地震波层析成像和电磁波层析成像1.地震波CT地震层析成像的主要目标是确定地球内部的精细结构和局部不均匀性。

这不仅可以促进地球科学的发展，而且还可以解决许多地质勘探和矿产资源开发中的难题。

第一个原因是岩石地震波与岩性性质有比较稳定的相关性，易于对地球内部成像，反之，对找水活确定流体性质时，电磁波层析成像较好。

第二个原因是对于主要频段的电磁波，其衰减比地震波大。

对于地址勘探、采矿工程、勘察工程等来说目标提一般为几米到几百米，对应波长为几十米，频率为数十赫兹。

这种的地震波在不松散的岩石中传播为几公里后耍贱一般不超过120dB，接收起来不费力。

反而相应波长的电磁波在岩石中传播几十米后就可能衰减100dB，难以穿透几百米的岩层。

第三个原因是电磁波速度太快，反映波速的到时参数难以测量。

地震波波速为每秒几千米，振幅、到时都易于测量，而且在地震记录上可以区分不同的震相，从而得到丰富地质信息。

1.井间地震波数据的采集方法一般地层观测排列均匀布置在风化层一下，以使提高成像分辨率。

一般采集方法及对应的观测方式有：1.共激发点道集数据采集方法单点激发，多点接收的观测方式采集地震数据。

这种方法比较适用于在震源连续性能较差且接收为多道检波系统的情况下使用。

这种方法有采集快，效率高的特点。

但要求至少有一口井的井深超过目的层且满足目的层覆盖要求。

2.共接收点道集数据采集方法这种方法以移动式多点源激发，单点接收的观测方式采集地震数据。

适合在震源连续激发性能较好且接收器为单级检波器系统情况下使用。

但施工效率不高，也有井深要求。

3.YO-YO道集数据采集这种方法采用激发点和接收点反向移动的观测方式采集地震数据。

要求震源系统具有良好的连续激发性能，获得道集多用于反射波成像。

适合井深不符合透射层析成像要求的目的层成像问题。

4.井间地震连续测井方法这种方法采用激发点和接收点等间距同向移动的观测方式采集地震数据。

工程物探中地震层析成像的研究本文从工程物探的实际出发，首先分析了资料采集的步骤和方法，接着论述了工程物探中地震层析成像的几种方法，其中包括了弯曲射线成像方法、最短路径射线追踪法，最后，本文结合实例分析了地震层析成像技术在工程物探中的具体应用。

标签：工程;物探;地震层析成像一、前言近年来，对地震层析成像的研究不断深入，工程物探中对地震层析成像的应用也越来越广泛，所以，分析工程物探中的地震层析成像非常的有必要，具有很高的研究价值。

二、资料采集层析成象与其它物探方法的最主要区别是要求有各种不同方向的人射射线通过探侧目标，因此要求震源和接收器或者可以旋转，或者可以沿两条平行线移动（称为跨孔方式）。

跨孔方式的层析成象可以利用两条大致平行的巷道或两个钻孔进行施工观测，其中一边安放震源，另一边移动检波器，探测范围在二者之间。

地震层析成象使用的震源可用以下几种：1、炸藥。

在坑道中常用几十克的炸药引爆作震源，放入坑道壁的小孔洞内引爆。

对于有瓦斯的巷道要用专用的防爆装置才不会产生危险。

2、电火花震源。

在钻孔中使用效率较高，对不超过100m的探测间距，要求几万焦耳的能量。

国产的电火花震源可在中国科学院电工所购买。

3、专用的井中震源。

具有定向功能，价格比较昂贵，如美国和日本OYO 公司出产的水枪式井中定向振源，价格都在百万美元以上。

对浅层勘探而言，地矿部物化探所（河北廊坊）研制的晶体声波发生器亦可用于声层析成象。

4、敲击产生震动。

只能用于坑道或堤坝探测，重复性较差。

震源下井时还需绞车和电缆配套。

各种工程地震仪都可用于地震CT的资料采集（如E2401），其动态范围要在100dB以上，频带最好达到1000Hz，记录的格式为SEG—1或SEG—2。

下井观测的方式垂直地震剖面。

三、弯曲射线成像方法直射线的假设只在介质近似均匀情况下成立，已有数值模拟的结果说明当速度差异小于巧多时，直射线反演可以给出较好的近似结果，但工程实际中完整围岩与断层、溶洞等异常体速度差异往往高达50%多以上，这时必须考虑弯曲射线成像方法.设成像区域中速度分布为v（x，y），走时为t，则两者关系用下式表示：（1）若将成像区域剖分成网格，设第j个网格中的慢度为Xj，则对于第i条射线有：（2）其中N为射线数，M为网格数。

地震层析成像——（一）模型参数化冷独行整理地震层析成像（seismic tomography）是指利用大量地震观测数据反演研究区域三维结构的一种方法。

其原理类似于医学上的CT，但地震层析成像比医学上的CT技术更复杂。

大量数据以及其他许多不定因素，包括存在多种数据误差、解的不唯一性在内的地球内部成像问题。

Aki和Lee[3]以及Aki等[4]利用区域台阵的三维成像，以及Dziewonski等[5]对全球大尺度上地幔速度结构的勾画成为成像研究中开拓性的工作地震层析成像是典型的地球物理反演问题，大多数地震层析成像问题都涉及到以下几个方面：①模型参数化，②正演（射线追踪），③反演，④解的评价。

一、模型参数化成像的目的就是要获得接近实际地下结构的模型，所以在成像前必需要建立模型来描述地层结构，而且选取模型的好坏决定了获得地层结构信息能力的好坏。

过于简化的模型可能使结构中有意义的信息被忽略，复杂的模型可能使反演的不确定性增强，同时可能引入虚假信息。

模型参数化可分为两类。

一类是Tarantola和Nercessian等提出了“不分块”的参数化。

不对模型进行离散化，反演完全在泛函空间中进行，只是在最后计算想要的截面时采取离散化。

由于反演在泛函空间中进行，理论上可以计算空间任何位置上的速度，结果不受离散化的影响，有利于成像的显示。

另一类是离散化的模型参数化。

其优点是数学上容易处理，运算相对简单；缺点是在一般方法中出现的某些简化，在用离散时可能被掩盖掉。

现在通用的大都是离散化的模型参数化，通常采用两种方法来表示地层结构。

一种是使用少量参数确定三维解析函数（如，Dziewonski；Spencer和Gubbins），例如：Woodhouse、Dziewonski[19]和Su等[20]在全球地震层析成像使用球谐展开来表示模型；Burmakov等将速度扰动展开成一定阶数的切比雪夫多项式，以减少未知量个数，提高求解效率；朱露培提出的频谱参数化法，将待求扰动场按其空间频率展开，反演各阶频率系数。

地震波形反演与成像技术研究地震是自然界中一种常见而又具有毁灭性的现象，对于地震波形的反演与成像技术的研究，有助于我们更好地理解地震的发生机理以及预测地震活动。

本文将介绍地震波形反演与成像技术的研究内容和应用，旨在探讨其在地震科学领域中的重要意义。

一、地震波形反演技术地震波形反演技术是指通过测定和分析地震波传播过程中的振动波形，来获取地下介质的结构和物性参数的方法。

这项技术在地震勘探、地震震源研究、地下构造研究以及地震灾害评估等方面都有着广泛的应用。

1.地震波一维反演地震波一维反演是指通过解析地震波在单一纵向剖面上的振动波形，来获取地下介质的速度结构和各向异性参数等信息。

这项技术在地震探测和勘探中起到了至关重要的作用，可以帮助人们确定石油和矿产资源的分布情况，也有助于开展地震灾害评估与防治工作。

2.地震波二维反演地震波二维反演是指通过多道地震记录的波形数据，结合已知的地震波传播理论及其他约束条件，来重建地下介质的速度结构和波阻抗分布的方法。

相较于一维反演，二维反演能够提供更全面、更精细的地下结构信息，对于地震地质研究和勘探定位等方面都具有重要的意义。

二、地震波形成像技术地震波形成像技术是指将地震波信号转化为图像，通过图像来描述地下介质的分布和特征，以及地震源的定位和强度等参数。

这项技术在地震监测和地震预防工作中扮演着重要角色。

1.地震波形叠加成像地震波形叠加成像是将多道地震记录的波形数据进行叠加处理，从而增强地震信号的强度和清晰度，以便更准确地解释地下结构和特征。

通过波形叠加成像技术，我们可以观察到地下构造中的异常变化、隐蔽断层等信息，有助于我们对地震活动的分析和预测。

2.地震层析成像地震层析成像是一种通过分析地震记录波形的波速变化，来重建地下介质速度结构的方法。

这项技术可以提供更高分辨率的地下结构图像，有助于地震地质研究和资源勘探工作。

同时，地震层析成像还可以用于定位地震震源，并对地震灾害进行评估和预测。

《地震层析成像概论》大作业张义蜜，2012260301272016-01-04目录1简述用于地震走时成像方法中的射线追踪算法及原理。

(1)1.1打靶法 (1)1.1.1近(旁)轴射线追踪 (1)1.1.2完全非线性打靶算法 (2)1.2弯曲(调整)法 (2)1.2.1伪弯曲法 (2)1.2.2其它弯曲算法 (3)1.3基于网格(节点)波前扩展的算法 (4)1.3.1快速行进法(FastMarchingMethod) (5)1.3.2最短路径算法 (6)1.3.3改进型最短路径算法 (8)1.4多次反射与透射波射线追踪 (9)1.4.1分区多步快速行进法(MultistageFMM) (9)1.4.2分区多步不规则最短路径算法(MultstageISPM) (10)1.5球坐标系中MultistageISPM算法原理 (11)1.6多值波前(射线)追踪 (12)2简述用于地震走时成像方法中的反演算法及原理。

(13)2.1反向投影算法 (13)2.1.1代数重建技术(ART) (13)2.1.2同时迭代重建技术(SIRT) (14)2.2梯度法 (14)2.2.1最速下降法 (14)2.2.2高斯-牛顿法 (15)2.2.3阻尼最小二乘法 (15)2.2.4共轭梯度(CG)法 (16)2.3 全局最优化法 (16)2.3.1蒙特卡罗(MonteCarlo)方法 (16)2.3.2遗传(GeneticMethod)方法 (17)2.3.3模拟退火(SimulatedAnnealing)法 (17)3简述用于地方震走时成像方法中的炮检排列（作图）、基本步骤、以及最终目的 (19)3.1炮检排列 (19)3.2基本步骤 (19)3.3最终目的 (19)4如何进行反演解的评价，解得评价在地震成像中的意义如何？ (20)4.1分辨率和协方差矩阵 (20)4.2合成实验 (23)5简述采用L1和L2范数下的反演目标函数各自的优缺点，是否可以采用L1/L2范数混合下的反演目标函数，简述如何实现这一混合的反演目标函数。

地震波层析成像反演方法及其研究综述通过研究利用初至波走时的层析反演方法建立近地表速度模型,提供近地表地下介质的速度信息,进一步为静校正或浅层工程勘探服务。

标签：速度建模;层析成像;初至波地震勘探是利用人工在地表激发和接收地震波,再对地震波作分析处理以及解释而得到地下构造信息和岩性信息的一种方法。

在整个地震勘探过程中,精确的求取地震波在地下介质中的传播速度,一直是地震勘探的核心问题之一。

尤其在地表条件较复杂的区域,地表速度的横向剧烈变化会严重影响中深层目的层的成像效果。

近地表速度不准确,将会直接影响到速度分析、偏移成像的质量以及静校正的精度等地震勘探的各个环节和最终的勘探成果。

1 地震面波及波形反演利用面波进行结构反演一直是了解地球介质结构的重要途径。

近几年来,在面波理论和面波反演方面做了大量工作。

陈蔚天和陈晓非(2001)提出了一种求解水平层状海洋-地球模型中面波振型问题的新算法,它简洁、高效,彻底消除了高频情况下数值计算的精度失真问题。

张碧星等(2000,2002)对瑞利波勘探中“之”字形频散曲线形成的物理机理和多模性问题进行了理论分析,研究了诸波模的传播特性及相互关系,以及地表下低速层介质的位置、厚度及其它参数对“之”字形频散曲线的相互影响.在面波反演理论方面,朱良保等(2001)通过保角变换,把面波群速度的反演变成了球谐系数的线性化反演,使其计算速度快,等值线光滑,构造界限清晰。

众多研究者根据从面波资料求出的频散曲线,对不同地区的地下速度结构作了反演,揭示了横向结构差异的广泛存在。

根据走时反演地下结构是获取结构信息的经典做法。

刘伊克等(2001)根据三维地震观测的初至走时数据,利用最小平方与QR分解相结合的算法,在三维空间重建近地表低降速带速度模型。

同时,采用分形算法克服了初至波波形差异以及折射波相位反转导致的拾取误差,实现了三维初至拾取的大规模全自动化运算。

李录明等(2000)针对地震勘探中的复杂地表问题,提出了一套地震初至波表层模型层析反演方法.它利用地震直达波、回折波、折射波以及三者组合的初至波和层析反演方法具有的纵、横向变速优势,实现适应速度任意变化的复杂表层模型反演。

地震波速度反射层析成像技术地震波速度反射层析成像技术是一种非侵入式地球物理勘探方法，通过分析地震波在不同介质中的传播速度变化，可以对地下构造进行成像。

这项技术在地质勘探、地下工程及地震灾害评估等领域有着广泛的应用。

地震波速度反射层析成像技术的基本原理是利用地震波在地下不同介质中传播速度不同的特性，通过接收地震波的反射信号，来推断地下结构的分布情况。

地震波在地下传播时，会遇到不同地层的变化，从而发生反射和折射。

通过接收地震仪记录的强度和时间信息，可以计算出地震波经过的路径和速度。

为了获得地震波速度反射层析成像技术的成像结果，需要进行一系列的数据处理工作。

首先，需要对采集到的地震数据进行预处理，包括去除噪声、补偿衰减等。

接着，通过对地震数据进行叠加处理，得到地震记录的剖面图像。

然后，利用地震波传播速度与地下介质的关系，进行反演计算，得到地下构造的速度分布情况。

最后，通过图像渲染和解释，可将地下结构呈现出来。

地震波速度反射层析成像技术在石油勘探中有着重要的应用。

通过对地下速度结构的揭示，可以进行油气储层的预测和定位。

同时，可以对油气井的选择和开发提供参考。

此外，地震波速度反射层析成像技术还可以帮助解决其他地下工程问题，如隧道、地铁的建设和设计。

通过对地下速度分布的了解，可以减少盲目施工带来的风险，提高工程的安全性和效率。

地震波速度反射层析成像技术在地震灾害评估中也扮演着重要的角色。

地震影响的程度与地下构造有着密切的关系。

通过对地震数据的处理和解释，可以确定地震波传播的路径和振幅变化，进而预测地震灾害的危险性。

这对于制定防灾减灾策略和保护人们的生命财产至关重要。

然而，地震波速度反射层析成像技术也面临一些挑战和限制。

首先，由于地下介质的复杂性，地震波往往会发生多次反射和折射，从而导致数据的解释困难。

其次，地震波传播速度会受到地下介质中其他因素的影响，如饱和度、温度等，这也给成像结果的准确性带来了一定的不确定性。