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基于网格的球面波波前射线追踪方法研究

尹纪超  
【摘要】:射线追踪方法作为一种快速有效的波场近似计算方法,对于地震波理论研究以及地震波反演及偏移成像等过程具有重要意义。其理论基础是,在高频近似条件下,地震波场的主能量沿射线轨迹传播。传统的射线追踪方法包括初值问题的试射法和边值问题的弯曲法。近年来,随着Kirchhoff积分叠前深度偏移在解决复杂构造成像中获得一系列成功,作为其算法基础之一的射线追踪方法也得到了很大的促进和发展,出现了大量不同于传统方法的新型算法。这些方法的主要特点在于不再局限于地震波的射线路径描述,而是直接从Huygens原理或者Fermat原理出发,采用等价波前描述地震波场的特征。 传统的射线追踪都是从射线方程出发,对介质进行了离散化之后运用射线方程求出走时和射线。最近几年,关于射线追踪方法的研究主要集中在多值走时计算方面。本文阐述了两种比较常用的射线追踪方法——有限差分法和有序波前重建法,他们解决了一些传统射线追踪方法的不足,但自身也存在一些缺陷。 本文在总结了前人工作的基础上,针对现有方法的优缺点和实际地震勘探中地质模型和波在地下传播的特点,对Schneider的算法做了改进,以各向同性介质中地震波按球面扩散的规律为基础,将离散介质中局部小区域近似看成是各向同性介质,利用球面波近似假设,引入一种改进的球面波波前射线追踪方法——基于网格的球面波波前射线追踪法,推导出网格内任一点处地震波旅行时计算公式,通过理论研究初步探讨了该方法的合理性。对均匀介质和非均匀介质设计几种地质模型,用基于网格的球面波波前射线追踪方法进行射线追踪计算,检验本方法对复杂模型的适应能力,并对该方法的计算精度和运算效率等问题进行研究。分析认为,基于网格的球面波波前射线追踪方法结合网格法的优点,在计算走时和射线路径时精确、高效,是一种理想的射线追踪方法。


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