地震层析成像方法综述

地震

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第 4期

雷

栋等：地震层析成像方法综述

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划分，这种模型参数化方法在不增加计算复杂度的

1地震层析成像技术 地震层析成像涉及 3个方面：数据采集、数据处理 (据正反演计算和图像重建 )

数、成像结果解释。地震层析成像是采集数据的主要目的、数据解释的基础和数据处理的主要部分。地震层析成像主要包括以下几部分：模型的参数化、正演计算地下

情况下，提高了成像的分辨率，是一种理想的模型参数化方法。类似的研究有交错网格法，不同尺度的成像网格和射线追踪网格，彼此通过双曲线插值映射相互关联。但他们采用尺寸相等的网格划分方法，对于射线分布不均匀的情况有可能造成某些网格没有射线通过的问题，虽然通过更小尺度的划分可以避免上述问题，但是这无疑增加了计算量，这是和 Ksl g等人 (0 1的采用不等尺寸网格划 ii sn 20 ) 分方法相比不足的地方。

介质属性的理论值 (射线追踪、波形拟和)、反演 及图像重建、反演结果的评价 (分辨率分析 )。现分别就用于这 4个方面的各种方法作一阐述。 1 1建模及模型的参数化 .

在正演数值模拟之前，还需要做的一项重要工作就是数据预处理。地震层析成像结果的优劣除了跟初始模型的选取有关，很大程度上还取决于数据空间的完备程度。如数据量的大小，数据的精度， 射线分布的均匀程度及密度等。这些对于人工地震资料来说，炮点和接收点是可以人为选择的，因此上述要求是可以得到满足的。然而对于天然地震资料来说，只能通过数据预处理尽可能地提高成像精 度，如震源深度校正、地震重新定位、时差校正、

层析成像的结果是在初始模型的基础上迭代反演得来的，因此初始模型与真实地下结构接近程度直接关系到成像的结果能否准确反映客观物质属性。如何合理、准确地描述初始模型至关重要。早 期研究一般都是假设模型为均匀层状水平各向同性

介质模型，这只是一个粗略的模型，远远不能满足 实际应用需要。随着研究的深入，模型逐步过渡到三维非均匀各向异性任意界面介质模型。国际上一

远震的高度校正和地球椭圆扁率的校正等。 12正演数值模拟 .

些标准的模型有二维的 Ma ui型，三维的盐 r s模 mo 丘模型和逆掩模型等。Gos a等 ( 9 5提出 jyt l d 18 )的模型生成技术，呵方便地生成任意复杂结构的

壳

正演计算在层析成像中起着极其重要的作用。 正演计算的精度和计算速度，直接决定着成像的分辨率和可靠程度。正演数字模拟技术分为求解偏微分方程的波动方程数值模拟和由积分方程以求解波场传播旅行时为主的射线追踪数值模拟。下面分别 就这两种数值模拟技术的主要方法进行评述。

幔模型。徐涛等 (0 1 20 )提出了块状建模的方法， 对地质体的描述采取体一块一面一点一坐标的层次 结构。改变了传统的层状地层的建模方式，引进了块状结构的描述，并采用角形面片构造块状模型

的界面，可以适应非常复杂的j维介质。新的建模 方式从根本上改变了层状地层建模不能适应复杂地质结构的状况。 在地震层析成像技术中，由于最终反演的地下

( )射线追踪数值模拟方法 1射线追踪的方法种类较多。经典的方法是基于初值问题的试射法和基于边值问题的弯曲法。经典方法存在的不足有：难以处理介质中较强的速度变化，难以求出多值走时中的全局最小走时，计算效率较低。而且，试射法不能对首波和阴影区内 (线理论不成立 )的射线路径进行追踪；弯曲法射对于两点距离较远的情况效率较低。随着射线追踪方法的发展，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

介质属性是通过将研究区域划分成不重叠的多个像 元，依据各像元的灰度 (演得到的地下介质属反

性 )来成图的，所以在地震层析成像中多采用网格的方法来进行模型参数化。网格化方式也由最初 网格内速度均匀分布模型发展到后来的给出节点速

度值，采用插值的方法求得网格内各点的速度；由 规则均匀网格发展到动态变尺度的不规则网格

射线路径描述，而是直接从 Hugn原理或 Fr t yes ema 原理出发，采用等价的波前描述地震波场的特征。 1有限差分求解程函方程法 ) V dl ( 9 8 ia 18 )基于扩张波前的思想提出了用 e

Kslg等人 (0 1提出了一种模型参数化 i i sn 20 ) 方法，把模型网格分为正演网格、地震网格 (实

际地下结构模型 )、反演网格，各种网格划分密度和大

小 (根据射线分布情况 )不同。对正演网格采用精细划分，而对成像网格则采用相对较粗糙的

有限差分法求解程函方程来进行射线追踪的方法， 开辟了一条射线追踪的新途径，后又于 19 90年将