反射菲涅尔带走时层析反演方法研究

摘要

地下介质速度模型的准确性直接关系到地震处理和解释的质量，如果速度不准确，对之后的成像和解释造成的影响是无法通过采用高精度的处理方法来弥补的，因此精确地建立地下介质速度模型是地震数据处理中的关键一步。 基于射线理论的地震波走时层析成像一直作为重建地下速度分布的有效工具。传统基于高频近似假设的射线理论，认为地震波在介质中沿着宽度无限小的射线传播，这样的射线在现实中不存在，是假想出来近似地描述地震波的运动学过程的。传统的射线走时层析中地震波的走时就是慢度沿从震源点到接收点的射线路径的慢度积分。而射线在模型空间中分布不均匀，在低速区发生偏离，高速区射线聚集，严重的影响了反演结果的分辨率和精度。由于地震波沿着无限窄的射线传播，所以只能覆盖地下介质有限的区域，这样就会导致层析反演矩阵存在大量零空间，造成反演结果不稳定。 针对传统射线层析的局限性，本文研究了反射菲涅尔带走时层析方法。反射菲涅尔带对数学射线有一定的展宽，不仅包含反射数学射线所在的网格还包含反射数学射线周围一定范围内的网格，增大了射线覆盖的范围。所以反射菲涅尔带层析可以改善射线覆盖不均匀的程度，降低反演矩阵的稀疏性，增加反演结果的稳定性。反射菲涅尔带内不同位置处介质扰动对接收点的旅行时扰动的影响程度不同，越靠近中心射线影响越大，越靠近反射菲涅尔带边界影响越小，因此引入了权重函数定量的刻画反射菲涅尔带内慢度扰动对旅行时扰动的影响。由反射菲涅尔带的定义可知反射菲涅尔带的范围与地震波的频率有关，其形状、宽度与网格大小无关，所以决定反射菲涅尔带走时层析分辨率的一个重要参数就是频率。本文利用筛选法精确的计算反射菲涅尔带，然后进行反射菲涅尔带走时层析，并通过数值模拟取得了较好的效果。最后，根据不同频率的优缺点，在迭代反演过程中，研究了多频联合的反演策略。

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