地震层析成象学习.pptx

地震勘探新方法技术地震勘探新方法技术第九讲：地震层析成像技术第九讲：地震层析成像技术第一页，共五十页一、地震层析成像研究发展概况一、地震层析成像研究发展概况 二、地震层析成像方法面临的主要问题二、地震层析成像方法面临的主要问题 三、地震走时层析成像算法三、地震走时层析成像算法四、实例四、实例地震层析成像技术地震层析成像技术第二页，共五十页一、一、地震层析成像研究发展概况地震层析成像研究发展概况 地地震震层层析析成成像像是是地地球球物物理理学学科科的的一一个个研研究究领领域域在在地地球球物物理理学学研研究究中中勘勘探探地地球球物物理理是是一一个个年年青青的的学学科科，它它起起源源于于2020世世纪纪3030年年代代早早期期的的地地球球物物理理勘勘探探和和地地球球物物理理方方法法从从属属于于地地质质方方法法，即即地地质质学学家家预预测测一一个个构构造造，地地球球物物理理学学家家用用他他们们的的原原始始的的勘勘探探技技术术去去验验证证这这一一结结构构6060年年代代，地地球球物物理理学学家家获获得得了了地地下下二二维维数数据据记记录录，使使得得地地球球物物理理学学家家从从野野外外回回到到了了室室内内，为为从从数数据据记记录录中中获获得得地地下下结结构构的的图图像像开开始始了了精精细细的的数数据据处处理理与与解解释释研究。

研究第三页，共五十页一、一、地震层析成像研究发展概况地震层析成像研究发展概况 8080年年代代，随随着着计计算算机机工工作作站站的的发发展展，数数据据处处理理技技术术从从二二维维向向三三维维迅迅速速发发展展，地地球球物物理理学学家家可可以以清清晰晰的的看看清清地地下下结结构构的的图图像像从从而而地地球球物物理理学学完完成成了了从从受受地地质质学学驱驱使使到到驱驱动动地地质质学学发发展展的的循循环环（Russell,1999Russell,1999），即即地地球球物物理理学学家家通通过过使使用用地地球球物物理理的的数数据据采采集集技技术术、数数字字处处理理技技术术和和可可视视化化技技术术看看清清三三维维地地下下结结构构目目前前，勘勘探探地地球球物物理理已已经经成成为为经经济济和和生生产产领领域域的的高技术之一高技术之一第四页，共五十页一、一、地震层析成像研究发展概况地震层析成像研究发展概况 2020世世纪纪6060年年代代初初期期，美美国国科科学学家家CormackCormack从从数数学学和和实实验验结结果果证证实实了了根根据据X X射射线线的的投投影影可可以以唯唯一一地地确确定定人人体体内内部部结结构构，从从而而奠奠定定了了医医学学诊诊断断上上图图像像重重建建的的理理论论基基础础，即即X X射射线线CT(X CT(X Ray Ray Computer Computer Tomography).Tomography).6060年年代代中中期期和和7070年年代代中中期期,随随着着数数学学图图像像重重建建方方法法在在射射电电天天文文学学和和电电子子显显微微学学方方面面的的应应用用和和发发展展，在在数数学学方方法法上上出出现现了了本本质质上上与与奥奥地地利利数数学学家家19171917年年提提出出的的RndonRndon逆逆变变换换方方法法相相同同的的褶褶积积投投影影方方法法，ChapmanChapman，19811981）。

此此后后，地地学学界界借借助助医医学学CTCT思思想想，利利用用地地震震波波的的传传播播对对地地壳壳乃乃至至上上地地幔幔结结构构开开始始进进行行半半定定量量研研究究从从此此，低低着着层层析析成成像像成成为为地地球球物物理理学学研研究究的的一一个新领域个新领域第五页，共五十页一、一、地震层析成像研究发展概况地震层析成像研究发展概况 地地震震层层析析成成像像的的研研究究在在7070年年代代首首先先以以井井间间速速度度结结构构调调查查为为研研究究对对象象（Bois Bois et et al.1972al.1972）19791979年年，DinesDines和和LytleLytle首首先先对对地地震震层层析析成成像像坐坐了了大大量量数数值值模模拟拟，并并公公布布了了利利用用弯弯曲曲的的地地震震射射线线进进行行地地下下地地震震波波速速度度成成像像的的结结果果，并并首首先先将将层层析析成成像像（Computerized Computerized Geophysical Geophysical TomographyTomography）这这一一名名词词用用于于论论文文的的标标题题19841984年年，美美国国的的AndersonAnderson利利用用天天然然地地震震数数据据着着手手全全球球构构造造研研究究，并并公公布布了了全全球球三三维维速速度度结结构构。

从从而而使使人人们们对对重重力力场场变变化化、密密度度结结构构、地地幔幔物物质质流流动动有有了了新的认识新的认识第六页，共五十页一、一、地震层析成像研究发展概况地震层析成像研究发展概况 8080年年代代，地地震震层层析析成成像像发发展展到到勘勘探探地地球球物物理理学学界界，自自从从在在亚亚特特兰兰大大（AtlantaAtlanta）召召开开的的第第5454届届地地球球物物理理勘勘探探学学 家家 协协 会会（SEG(Society SEG(Society Of Of Exploration Exploration Geophysicists)Geophysicists)）年年会会上上设设置置了了地地震震层层析析成成像像研研究究内内容容的的主主题题之之后后，以以DailyDaily（19841984），Somersten(1984),Somersten(1984),Pratt Pratt and and Worthington Worthington(1984),Bishop(1985)(1984),Bishop(1985)等等人人的的研研究究为为代代表表，利利用用人人工工地地震震发发射射与与接接收收系系统统的的地地震震层层析析成成像像理理论论、方方法法和和技技术术以以数数值值模模拟拟的的形形式式得得到到深深入入、广广泛泛的的研研究究。

9090年年代代，不不论论是是利利用用天天然然地地震震数数据据还还是是人人工工地地震震数数据据的的地地震震层层析析成成像像方方法法在在认认识识地地球球的的基基础础研研究究领领域域以以及及在在资资源源勘勘探探、工工程程勘勘探探、环环境境保保护护、文文物物调调查查、防防灾灾减减灾灾等等许许多多应应用用领领域域都都得得到到实实验验性性研研究究并取得有效的进展并取得有效的进展第七页，共五十页二、二、地震层析成像方法面临的主要问题地震层析成像方法面临的主要问题 2.12.1地震波走时自动拾取问题地震波走时自动拾取问题在在地地震震层层析析成成像像的的研研究究中中 ,可可获获得得的的观观测测数数据据是是地地震震记记录录 .从从地地震震记记录录中中可可以以获获得得地地震震波波的的走走时时、振振幅幅和和频频率率 ,其其中中最最关关键键的的是是地地震震波波走走时时 .随随着着数数字字地地震震技技术术的的发发展展 ,观观测测数数据据的的数数量量迅迅速速增增加加 ,准准确确地地进进行行地地震震波波走走时时的的拾拾取取越越来来越越成成为为一一项项重重要要且且繁繁重重的的工工作作 .为为此此 ,走走时时的的自自动拾取成为人们研究与关注的对象动拾取成为人们研究与关注的对象.第八页，共五十页。

二、二、地震层析成像方法面临的主要问题地震层析成像方法面临的主要问题 2.12.1地震波走时自动拾取问题地震波走时自动拾取问题 近近年年来来 ,先先后后出出现现了了相相邻邻道道互互相相关关方方法法(Gelchinsky(Gelchinsky，1983)1983)、能能量量比比较较方方法法(Coppens(Coppens，1985)1985)、改改变变褶褶积积算算子子宽宽度度的的方方法法（Ramananant Ramananant,1 1 987987）等等等等 .90.90年年代代之之后后 ,地地震震初初至至波波走走时时拾拾取取的的方方法法有有了了新新的的进进展展 ,如如基基于于分分形形理理论论的的DividerDivider方方法法和和HurstHurst方方法法(Boschetti,(Boschetti,1 1 996)996),特特别别是是中中国国科科学学家家提提出出的的基基于于HausdorffHausdorff分分维维算算法法的的地地震震波波走走时时全全自自动动拾取方法拾取方法(Chang,1 999)(Chang,1 999)也取得了良好的效果也取得了良好的效果.第九页，共五十页。

二、二、地震层析成像方法面临的主要问题地震层析成像方法面临的主要问题 2.12.1地震波走时自动拾取问题地震波走时自动拾取问题这这些些新新方方法法以以分分形形 (Fractal)(Fractal)理理论论为为依依据据 ,通通过过对对地地震震记记录录时时间间序序列列分分数数维维 (Fractaldimension)(Fractaldimension)的的计计算算 ,实实现现了了对对地地震震波波初初至至走走时时的的自自动动拾拾取取 .分分数数维维方方法法的的最最突突出出的的优优点点是是相相邻邻道道的的无无关关 ,这这一一优优点点显显然然适适用用于于地地震震层层析析成成像像方方法法以以及及天天然然地地震震的的无无规规则则观观测测方方式式 ,是是一一项项非非常常有有实实用用价价值值的的方方法法 .从从文文献献中中获获悉悉 ,利利用用分分形形分分维维理理论论 ,根根据据地地震震波波初初至至到到达达前前后后地地震震记记录录分分维维的的差差别别 ,对对反反射射地地震震记记录录、透透射射地地震震记记录录以以及及天天然然地地震震记记录录可可以以成成功功地地进进行行初初至至走走时时的的拾拾取取 .目目前前这这一一方方法法得得到到更更多多专专业业人人员员的的关关注注和和研研究究 ,可可望望获获得得更更有有效的研究成果效的研究成果.第十页，共五十页。

二、二、地震层析成像方法面临的主要问题地震层析成像方法面临的主要问题 2.2 2.2 三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题不不论论是是天天然然地地震震还还是是人人工工地地震震 (即即使使是是二二维维观观测测方方式式 )的的观观测测数数据据都都是是在在三三维维空空间间介介质质中中形形成成 .由由于于地地下下地地质质结结构构的的千千变变万万化化 ,理理论论数数据据的的正正演演计计算算只只有有在在三三维维空空间间中中实实现现才才更更具具有有实实际际意意义义 .而而目目前前大大多多采采用用二二维维计计算算 ,使使得得理理论论数数据据与与观观测测数数据据之之间间的的误误差差不不仅仅由由地地质质模模型型形形成成而而且且还还由由计计算算方方法法的的数数学学模模型型形形成成 .三三维维波波动动方方程程的的有有限限差差分分解解是是获获取取地地震震波波三三维波场的有效方法维波场的有效方法.第十一页，共五十页二、二、地震层析成像方法面临的主要问题地震层析成像方法面临的主要问题 2.2 2.2 三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题 开开展展非非弹弹性性介介质质和和完完全全弹弹性性介介质质有有限限差差分分法法三三维维地地震震波波场场的的算算法法研研究究 ,采采用用多多重重网网格格算算法法求求解解差差分分方方程程 ,用用粗粗网网格格的的低低频频特特性性与与细细网网格格高高频频特特性性的的互互补补提提高高差差分分方方程程的的求求解解速速度度和和精精度度 .通通过过两两种种介介质质三三维维偏偏微微分分方方程程解解的的定定量量化化对对比比 ,可可得得到到由由介介质质粘粘滞滞性性引引起起的的地地震震波波振振幅幅的的衰衰减减和和频频率率的的变变化化 .从从而而提提供供地地震震波波衰衰减减特特性性层层析析成成像像方方法法中中的的基基础础数数据。