地球物理技術(shù)新進(jìn)展

本科生實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程地震物理新進(jìn)展學(xué)院名稱地球物理學(xué)院專業(yè)名稱勘查技術(shù)與工程學(xué)生姓名韓雪松學(xué)生學(xué)號(hào)201205060505指導(dǎo)教師程冰潔實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)6B302實(shí)驗(yàn)成績(jī)二〇一五年九月二〇一五年十二月

目錄第1章摘要 3第2章前言 4第3章射線追蹤法原理 5第4章發(fā)展歷程 7第5章缺陷及認(rèn)識(shí) 8第6章結(jié)束語 9參考文獻(xiàn) 10

摘要基于幾何光學(xué)（GO）與幾何一致性繞射理論（UTD）為基礎(chǔ)的電磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)算法。分為發(fā)射射線法（SBR）與鏡像法（Image）。其中發(fā)射射線法由于其窮舉性而不能給出繞射射線的一般算法，而且精度上一般不如鏡像法精確，但是鏡像法不能給出電磁波到達(dá)角時(shí)延序列等信息。射線追蹤算法與其他電磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算方法例如有限時(shí)域差（FDTD）算法、矩量法（Mom）等相比，算法相對(duì)簡(jiǎn)單，但是其精度問題需要對(duì)劃分的射線進(jìn)行合理的模型選擇，否則很難達(dá)到要求的精度?！娟P(guān)鍵詞】層析成像、射線追蹤、離散化、均勻分塊模型、地震走時(shí)

前言射線追蹤法作為較為新穎的一種方法，是多領(lǐng)域?qū)W科結(jié)合的結(jié)果。用射線追蹤法進(jìn)行模型研究具有速度快，精度高的特點(diǎn),并能形象地用射線和時(shí)距曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系分析地層結(jié)構(gòu)，對(duì)于指導(dǎo)解釋人員構(gòu)想解釋地層具有相當(dāng)?shù)暮锰帯?/p>

射線追蹤法原理射線追蹤法用數(shù)學(xué)模型和物理模型代替地下真實(shí)介質(zhì),通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和物理實(shí)驗(yàn),模擬模型的地震響時(shí)，是一種正演方法，它以幾何地震學(xué)射線理論為基礎(chǔ)，根據(jù)給定的模型追蹤反射波地下傳播的射線路徑，計(jì)算出從震源到接收點(diǎn)的旅行時(shí)，從而獲得理論地震記錄。分塊模型例：Ni012345678j03.03.03.03.03.03.03.03.03.0013.03.03.03.03.03.03.03.03.0123.03.05.03.03.03.03.03.03.0233.03.05.03.03.03.03.03.03.0343.03.03.03.03.03.03.03.03.0453.03.03.03.03.03.03.03.03.0563.03.03.03.03.03.03.03.03.0673.03.03.03.03.03.03.03.03.0783.03.03.03.03.02.02.03.03.0893.03.03.03.03.03.03.03.03.09103.03.03.03.03.03.03.03.03.010113.03.03.03.03.03.03.03.03.011流程：交點(diǎn)排序計(jì)算各射線走時(shí)并輸出計(jì)算射線與各縱軸交點(diǎn)計(jì)算射線斜率及長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化為二維數(shù)組以供檢驗(yàn)計(jì)算慢度并輸入一維數(shù)組

交點(diǎn)排序計(jì)算各射線走時(shí)并輸出計(jì)算射線與各縱軸交點(diǎn)計(jì)算射線斜率及長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化為二維數(shù)組以供檢驗(yàn)計(jì)算慢度并輸入一維數(shù)組發(fā)展歷程射線追蹤方法作為一種快速有效的波場(chǎng)近似計(jì)算方法,不僅對(duì)于地震波理論研究具有重要意義,而且也直接應(yīng)用于地震波反演及偏移成像等過程.本文在收集、整理國內(nèi)外有關(guān)研究資料的基礎(chǔ)上,介紹了近十年中這一領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及最新發(fā)展趨勢(shì),并針對(duì)其中具有代表性的幾類方法的基本思路、方法特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)步驟等進(jìn)行評(píng)述。80年代末以來,隨著Kirchhoff積分疊前深度偏移在解決復(fù)雜構(gòu)造成像中獲得一系列成功，作為其算法基礎(chǔ)之一的射線追蹤方法也得到了很大的促進(jìn)和發(fā)展,出現(xiàn)了大量不同于傳統(tǒng)方法的新型算法.這些方法的主要特點(diǎn)在于不再局限于地震波的射線路徑描述，而是直接從Huygens原理或Fermat原理出發(fā)，采用等價(jià)的波前描述地震波場(chǎng)的特征.在本文的以下部分，我們將對(duì)其中應(yīng)用較廣且具有代表性的方法進(jìn)行評(píng)述.射線追蹤的理論基礎(chǔ)是，在高頻近似條件下，地震波場(chǎng)的主能量沿射線軌跡傳播.傳統(tǒng)的射線追蹤方法嗎，通常意義上包括初值問題的試射法(Shootingmethod)和邊值問題的彎曲法(Bendingmethod)。試射法根據(jù)由源發(fā)出的一束射線到達(dá)接收點(diǎn)的情況對(duì)射線出射角及其密度進(jìn)行調(diào)整,最后由最靠近接收點(diǎn)的兩條射線走時(shí)內(nèi)插求出接收點(diǎn)處走時(shí).彎曲法則是從源與接收點(diǎn)之間的一條假想初始路徑開始。根據(jù)最小走時(shí)準(zhǔn)則對(duì)路徑進(jìn)行擾動(dòng)，從而求出接收點(diǎn)處的走時(shí)及射線路徑。Vidale(1988)在提出程函方程的有限差分法時(shí)，曾指出試射法和彎曲法的主要問題在于；①難于處理介質(zhì)中較強(qiáng)的速度變化，②難于求出多值走時(shí)中的全局最小走時(shí)；③計(jì)算效率較低；④陰影區(qū)內(nèi)射線覆蓋密度不足。然而按照目前的觀點(diǎn)，僅考慮地震波所有走時(shí)中最小走時(shí)無疑具有很大局限性，即使從射線偏移的角度來看,要獲得較好的成像效果，只考慮地震波走時(shí)中的最小走時(shí)也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因而最近幾年,關(guān)于射線追蹤方法的研究主要集中在多值走時(shí)計(jì)算方面,研究進(jìn)展主要體現(xiàn)在：①在傳統(tǒng)的試射法及彎曲法的基礎(chǔ)上的改進(jìn),如各類波前重建方法(Vinje，1992;Sun，1992；Lambareetal.，1996)，除多值走時(shí)外，還較好地解決了計(jì)算效率及陰影區(qū)覆蓋不足的問題；②對(duì)最小走時(shí)算法的改進(jìn)，使之可適應(yīng)多值走時(shí)計(jì)算,如慢度匹配法(Symes,1998),可認(rèn)為是最短路徑方法的推廣；③傳統(tǒng)方法與最小走時(shí)算法的結(jié)合；如HWT方法(Sava,Fomel,1998)，則是通過波前傳播計(jì)算射線路徑，下面具體闡述這些具有代表性的方法。缺陷及認(rèn)識(shí)用射線追蹤法進(jìn)行模型研究具有速度快，精度高的特點(diǎn),并能形象地用射線和時(shí)距曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系分析地層結(jié)構(gòu)，對(duì)于指導(dǎo)解釋人員構(gòu)想解釋地層具有相當(dāng)?shù)暮锰?，解釋人員可根據(jù)所處地質(zhì)情況任意設(shè)計(jì)地層模型進(jìn)行計(jì)算，很快得出結(jié)論。應(yīng)當(dāng)指出本方法對(duì)于速度漸變地層如風(fēng)化地層，無法設(shè)計(jì)地層模型,也無法計(jì)算,有待進(jìn)一步研究。

結(jié)束語在查閱了大量文獻(xiàn)之后，對(duì)層析成像的射線追蹤法有了一個(gè)粗略的認(rèn)識(shí)，射線追蹤法顧名思義就是以幾何地震學(xué)射線理論為基礎(chǔ)，根據(jù)給定的模型追蹤反射波地下傳播的射線路徑，計(jì)算出從震源到接收點(diǎn)的旅行時(shí)，從而獲得理論地震記錄。射線跟蹤起初是一種被廣泛用于移動(dòng)通信和個(gè)人通信環(huán)境中的預(yù)測(cè)無線電波傳播特性的技術(shù)，可以用來辨認(rèn)出多徑信道中收發(fā)之間所有可能的射線路徑，而后被應(yīng)用到地球物理方面的技術(shù)。

參考文獻(xiàn)射線追蹤方法的發(fā)展現(xiàn)狀.張釙、劉洪、李幼銘(中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京)三維最短路徑法射線追蹤及改進(jìn)天然氣工業(yè)2006年05期射線追蹤法的現(xiàn)狀和展望邵衛(wèi)紅建德市交通局以下外文參考文獻(xiàn)由EBSCOhostWeb全文期刊數(shù)據(jù)庫檢索而得：UppermantlestructureofthesouthernArabianmargin:Insightsfromteleseismictomography.Korostelev,、Leroy,Sylvie、Keir,Derek、Boschi,Lapo、Rolandone,Frédérique、DeepstructuresandsurfaceboundariesamongProto-Tethyanmicro-blocks:ConstraintsfromseismictomographyandaeromagneticanomaliesintheCentralChinaOrogen.Sun,WenjunLi,Sanzhong、Liu,Xin、Santosh、Zhao,Shujuan、Guo,Lingli、Cao,Huahua、Yu,Shan、Dai,Liming、Zhang,YongCross-wellseismicandelectromagnetictomographyforCO2detectionandmonitoringinasalineaquifer.B?hm,Gualtiero、Carcione,JoséM、Gei,Davide、Picotti,Stefano、Michelini,Al