技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及地震層析反演中的一種目標(biāo)射線追蹤技術(shù)。

背景技術(shù)：
：

在勘探地震和天然地震數(shù)據(jù)處理過程中，速度是核心影響因素。天然地震中直接利用反演的速度解釋地球內(nèi)部構(gòu)造?？碧降卣鹬泻线m的速度模型是準(zhǔn)確構(gòu)造成像的前提，偏移作為檢驗速度正確性的工具，成像結(jié)果的好壞反應(yīng)了速度模型的合適與否。

20世紀(jì)60年代，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展出了層析技術(shù)，1970年代引入地球物理學(xué)科中，并在1980年代發(fā)展完善了射線層析技術(shù)。射線層析技術(shù)首先在天然地震領(lǐng)域里得到廣泛應(yīng)用，稍后被應(yīng)用在勘探地震領(lǐng)域中。由于勘探地震中的問題更加復(fù)雜，射線層析技術(shù)在勘探地震中發(fā)展出了諸多應(yīng)用方法。從應(yīng)用數(shù)據(jù)類型上來說，層析可以分作初至波層析、井間層析和反射層析，前兩者應(yīng)用透射數(shù)據(jù)反演速度模型，可稱為透射層析，反射層析利用反射數(shù)據(jù)，在實(shí)施的策略上與透射層析有根本的不同。

無論天然地震還是勘探地震層析反演中，一般層析方法均需要進(jìn)行目標(biāo)射線追蹤，例如透射層析和偏移距道集相關(guān)的反射層析等。目標(biāo)射線追蹤在透射層析中體現(xiàn)為兩點(diǎn)射線追蹤，在反射層析中的目標(biāo)一般是追蹤到目標(biāo)偏移距。兩點(diǎn)射線追蹤可利用試射法(也稱打靶法)或彎曲法等方法實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)偏移距射線追蹤通常通過試射法實(shí)現(xiàn)。無論試射法還是彎曲法射線追蹤，其計算量一般是初值射線追蹤的數(shù)倍至數(shù)百倍，并且可能出現(xiàn)計算不穩(wěn)定的情況，而達(dá)不到目標(biāo)射線追蹤的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

針對上述問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供把目標(biāo)射線追蹤轉(zhuǎn)化為初值射線追蹤，大大提高目標(biāo)射線追蹤的計算效率，同時保證目標(biāo)射線追蹤過程更加穩(wěn)定。

本發(fā)明的地震層析反演中的一種目標(biāo)射線追蹤技術(shù)，技術(shù)點(diǎn)如下：在高頻近似下，利用射線理論描述地震波的傳播過程，通過擬合觀測旅行時反演地下介質(zhì)參數(shù)場的過程稱為射線層析；

由旅行時的一階線性近似可知，地震波的運(yùn)動學(xué)特征與模型之間存在近似的線性關(guān)系，那么當(dāng)介質(zhì)慢度變化較小時，射線路徑變化也很小，此時可近似認(rèn)為當(dāng)前模型與真實(shí)模型中的射線路徑相同；

反演中的正演需模擬從震源到觀測點(diǎn)的射線路徑和旅行時，即目標(biāo)射線追蹤，亦即邊值條件射線追蹤。一般情況下，同一震源激發(fā)的地震波被多個觀測點(diǎn)接收到，所有觀測點(diǎn)接收到的波場記錄，對于一個震源激發(fā)的地震波場來說，需進(jìn)行nr(觀測點(diǎn)的個數(shù))次目標(biāo)射線追蹤，得到模擬的時空坐標(biāo)；擬合觀測與模擬的時間域坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)層析的一次迭代；

使用初值條件射線追蹤取代邊值條件射線追蹤；

地震波波前面是光滑連續(xù)的，則觀測點(diǎn)觀測到的時距曲線也必然光滑連續(xù)；所以利用三次樣條把離散的觀測旅行時插值成連續(xù)的時距曲線；在震源點(diǎn)處選擇一定的角度范圍和角度間隔進(jìn)行初值射線追蹤，射線傳播至觀測面時終止，可提取出射線終點(diǎn)對應(yīng)的觀測旅行時，得到一個震源對應(yīng)的局部層析方程組，所有震源組成了完整的層析方程組。

選擇合適的反射角度范圍和離散方式，以每一個反射角為初始條件結(jié)合反射層傾角進(jìn)行初值射線追蹤模擬入射和反射射線，如果模擬出的偏移距在有效偏移距范圍之內(nèi)，即在最小和最大偏移距之間，則插值得到相應(yīng)的旅行時差建立一個線性方程，所有的反射射線組成最終的層析 方程組。

本發(fā)明的原理如下：射線層析是地震學(xué)中反演地下介質(zhì)參數(shù)的主要方法之一，諸多層析反演方法中均需要進(jìn)行目標(biāo)射線追蹤。一般的目標(biāo)射線追蹤計算效率較低，地下構(gòu)造復(fù)雜時計算不穩(wěn)定。本發(fā)明提出了一種應(yīng)用在層析中的目標(biāo)射線追蹤技術(shù)，在射線追蹤環(huán)節(jié)可提高數(shù)倍乃至數(shù)百倍的計算效率，并且保證目標(biāo)射線追蹤過程的穩(wěn)定性。

本發(fā)明把改進(jìn)的目標(biāo)射線追蹤技術(shù)應(yīng)用在偏移距域反射層析中，顯著提高了層析的整體計算效率。

本發(fā)明中目標(biāo)射線追蹤策略也可應(yīng)用在其它射線層析方法中，例如初至波層析、井間層析、立體層析等。

本發(fā)明的有益效果：把目標(biāo)射線追蹤轉(zhuǎn)化為初值射線追蹤，從而大大提高目標(biāo)射線追蹤的計算效率，同時保證目標(biāo)射線追蹤過程更加穩(wěn)定。另外，給出了新的目標(biāo)射線追蹤技術(shù)應(yīng)用在偏移距域反射層析中的具體方法。顯著提高整個層析過程的計算效率，保證層析反演的穩(wěn)定性。

附圖說明：

為了易于說明，本發(fā)明由下述的具體實(shí)施及附圖作以詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明的偏移距域反射層析中的目標(biāo)射線追蹤示意圖；

圖中：

1--地表線；2--法線；3--反射面。

具體實(shí)施方式：

如圖1所示，本具體實(shí)施方式采用以下技術(shù)方案：在高頻近似下，利用射線理論描述地震波的傳播過程，通過擬合觀測旅行時反演地下介質(zhì)參數(shù)場的過程稱為射線層析。射線層析中的正演沿射線路徑對慢度積分得到旅行時，即

∫γsdl＝t

其中s是介質(zhì)慢度(速度的倒數(shù))，γ是從震源到觀測點(diǎn)的射線路徑，t是旅行時。當(dāng)前模型和真實(shí)模型中的正演表達(dá)式分別為

和

由旅行時的一階線性近似可知，地震波的運(yùn)動學(xué)特征與模型之間存在近似的線性關(guān)系，那么當(dāng)介質(zhì)慢度變化較小時，射線路徑變化也很小，此時可近似認(rèn)為當(dāng)前模型與真實(shí)模型中的射線路徑相同。在此近似下上述兩個公式作差，得到

其中

δs＝st-s0

δt＝t^obs-t^cal

離散積分方程得到線性方程

一根射線可建立上述公式所示的一個線性方程，實(shí)際問題中的所有射線共同建立了多個線性方程，得到線性方程組

寫成矩陣方程的形式，為

lδs＝δt。

至此，建立了層析中一次迭代的線性方程組lδs＝δt。

求解線性方程組得到一次迭代的模型更新量，更新模型完成層析的一次完整迭代。

反演中的正演需模擬從震源到觀測點(diǎn)的射線路徑和旅行時，即目標(biāo)射線追蹤，亦即邊值條件射線追蹤。一般情況下，同一震源激發(fā)的地震波 被多個觀測點(diǎn)接收到，所有觀測點(diǎn)接收到的波場記錄，對于一個震源激發(fā)的地震波場來說，需進(jìn)行nr(觀測點(diǎn)的個數(shù))次目標(biāo)射線追蹤，得到模擬的時空坐標(biāo)。擬合觀測與模擬的時間域坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)層析的一次迭代。

為提高計算效率和計算穩(wěn)定性，本專利使用初值條件射線追蹤取代邊值條件射線追蹤。考慮到地震波傳播的波前面是連續(xù)的，而觀測點(diǎn)是孤立的，從而拾取到的觀測旅行時離散的點(diǎn)。

值得注意的是，地震波波前面(二維中是一條曲線)是光滑連續(xù)的，則觀測點(diǎn)觀測到的時距曲線也必然光滑連續(xù)。所以利用三次樣條插值時距曲線。在震源點(diǎn)處選擇一定的角度范圍和角度間隔進(jìn)行初值射線追蹤，射線傳播至觀測面時終止，可得到模擬出的偏移距h0和旅行時t^cal。上述對時距曲線插值的過程中可以得到相應(yīng)偏移距h0處的旅行時t^obs，觀測和模擬的旅行時作差得到方程等號右端的旅行時差。方程等號左邊的射線路徑同樣在射線追蹤的過程中計算出。至此，得到了一個震源對應(yīng)的局部層析方程組，所有震源組成了完整的層析方程組。

下面給出上述目標(biāo)射線追蹤技術(shù)在偏移距域反射層析中的應(yīng)用策略。勘探地震中的偏移距域反射層析需模擬反射射線。首先在成像結(jié)果中提取出反射點(diǎn)的位置和相應(yīng)的反射面傾角。如圖1所示，兩條射線從反射點(diǎn)出發(fā)，出射角度滿足snell定理，同時給出射線追蹤的目標(biāo)——射線傳播至地表時的偏移距，即兩條射線終點(diǎn)的距離。上述邊值條件射線追蹤符合一般目標(biāo)射線追蹤的特點(diǎn)：計算量大且不穩(wěn)定。層析方程中的旅行時差通過成像道集中的剩余殘差(residualmoveout，簡稱rmo)轉(zhuǎn)換得到，轉(zhuǎn)換的結(jié)果是離散的偏移距對應(yīng)的旅行時差，即(h1，δt1)，(h2，δt2)，…，(hn，δtn)，其中h1＜h2＜…＜hn，離散的偏移距與旅行時差坐標(biāo)對也可看作光滑連續(xù)函數(shù)上的離散點(diǎn)，連續(xù)函數(shù)為

δt＝δt(h)

上式中函數(shù)可利用三次樣條法插值得到。層析中模擬反射射線從反射點(diǎn)利用初始角度，通過初值射線追蹤得到反射射線路徑和地表偏移距h0，插值計算出δt＝δt(h)所示的函數(shù)δt(h0)。從而建立層析方程。至此，偏移距域反射層析中計算一個反射點(diǎn)對應(yīng)的層析方程。首先選擇合適的反射角度范圍和離散方式，以每一個反射角為初始條件，結(jié)合反射層傾角進(jìn)行初值射線追蹤模擬入射和反射射線，如果模擬出的偏移距在有效偏移距范圍之內(nèi)，即在最小和最大偏移距之間，則插值得到相應(yīng)的旅行時差建立一個線性方程，所有的反射射線組成最終的層析方程組。

本發(fā)明的原理如下：射線層析是地震學(xué)中反演地下介質(zhì)參數(shù)的主要方法之一，諸多層析反演方法中均需要進(jìn)行目標(biāo)射線追蹤。一般的目標(biāo)射線追蹤計算效率較低，地下構(gòu)造復(fù)雜時計算不穩(wěn)定。本發(fā)明提出了一種應(yīng)用在層析中的目標(biāo)射線追蹤技術(shù)，在射線追蹤環(huán)節(jié)可提高數(shù)倍乃至數(shù)百倍的計算效率，并且保證目標(biāo)射線追蹤過程的穩(wěn)定性。

本發(fā)明把改進(jìn)的目標(biāo)射線追蹤技術(shù)應(yīng)用在偏移距域反射層析中，顯著提高了層析的整體計算效率；本發(fā)明中目標(biāo)射線追蹤策略也可應(yīng)用在其它射線層析方法中，例如初至波層析、井間層析、立體層析等。

本發(fā)明的有益效果：把目標(biāo)射線追蹤轉(zhuǎn)化為初值射線追蹤，從而大大提高目標(biāo)射線追蹤的計算效率，同時保證目標(biāo)射線追蹤過程更加穩(wěn)定。

另外，給出了新的目標(biāo)射線追蹤技術(shù)應(yīng)用在偏移距域反射層析中的具體方法。顯著提高整個層析過程的計算效率，保證層析反演的穩(wěn)定性

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落 入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。