地震CT成像技术中正演模拟技术的研究与应用

论文摘要

地震CT（层析成像）是一种通过分析观测到的穿过地球内部的地震波的运动学和动力学特征,获得地震的破裂过程以及沿射线路径上介质物性信息的重要的地球物理方法。根据不同的研究目的和需要,既可以利用天然地震也可以借助于人工地震来获得不同深度的地球介质的分层或构造图像。地震波正演模拟技术作为地震CT实现的关键一步,它的精度与实现效率直接影响着地震CT的成像效果,因此加强地震波正演模拟技术研究至关重要。基于此,本文作者在对现有正演方法进行研究基础上,提出一种新的正演模拟方法（动态扫描法）,并编制了实现该方法的程序。通过动态扫描法的试算,并与解析解的比较,动态扫描法的总体误差达到10-6s;又与最短路径法进行了对比,动态扫描法相对误差的均方差在1.5以下,而最短路径法相对误差的均方差在25以上。在对动态扫描法进行验证,认为具有较高精度的基础上,利用该方法分别对不同地层模型内地震波的传播从时间领域和空间领域进行了模拟,结果基本与事实相符。并用该方法模拟了井间CT观测系统下地震波初至规律,建立了地震波初至与深度的关系式,实现了地震波波前对模型异常体的识别模式。除此之外,本文还研究了近地表连续介质的几种速度分布函数以及变速介质中地震波传播规律,并推出了速度随深度线性变化介质的射线路径和波前面方程,为变速介质地震波的正演奠定了理论基础;总结了现有正演方法,并从基本原理到计算机实现过程进行了详细的论述;对经典试射法程序进行了编制与调试,成功实现了对反射波的正演模拟。本文的主要创新点:实现了高精度的动态扫描法在井间层析成像观测系统下地震波初至的模拟过程;提出和实现了采用地震波波前对异常体的识别方法和采用正演方法建立初至与深度关系式的方法。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 地震CT正演技术的发展现状
• 1.3 本文所作的研究工作
• 1.4 本文创新点
• 第二章 地震CT基本理论
• 2.1 CT基本原理
• 2.2 地震CT理论
• 2.3 地震CT的实现过程
• 第三章 地震CT正演模拟的基本理论与基本方法
• 3.1 地震CT正演模拟的基本理论
• 3.1.1 射线方程
• 3.1.2 程函方程
• 3.1.3 互换原理
• 3.2 基于旅行时的正演方法
• 3.2.1 解射线方程的正演方法
• 3.2.2 线性插值射线追踪法（LTI法）
• 3.2.3 旅行时模拟的程函方程求解法
• 3.2.4 旅行时模拟的最小旅行时树法
• 3.2.5 多值射线追踪（HWT）
• 3.3 解波动方程的正演方法
• 3.4 本文方法的提出
• 3.5 本章小结
• 第四章 动态扫描法的实现
• 4.1 动态扫描法的基本原理
• 4.2 动态扫描算法的实现
• 4.2.1 局部扫描算法
• 4.2.2 全局扫描法的实现过程
• 4.3 动态扫描射线追踪法实现流程图
• 第五章 动态扫描法的模拟与应用
• 5.1 动态扫描法的模拟
• 5.1.1 常速度介质实验模型
• 5.1.2 速度随深度线性变化的介质模型
• 5.2 动态扫描法的应用
• 5.2.1 连续介质中地震波的速度分布函数
• 5.2.2 动态扫描法的应用
• 5.3 本章小结
• 第六章 试射法的实现与应用
• 6.1 试射法的实现
• 6.1.1 模型的建立
• 6.1.2 算法实现流程图
• 6.2 试射法的应用
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致 谢
• 个人简历