地震层析成像技术 ppt课件
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第十四讲地震波层析成像
这两种方法主要是利用了地震波传播时，影响地震波传播的不 是简单的射线，而是形状与香蕉类似（即具有一定直径的弯曲 传播路径）的区域，而震源和记录台站是该香蕉的两个端点。 这两种方法优点是在依据地震波传播理论的基础上，考虑到了 地震波频率与模型介质尺度间的影响，同时也用到震相走时信 息。
finite frequency kernels for travel time perturbations
Input
Radon Projected
Recovered (output)
Back projection of the function is a way to solve f() from p()
(“Inversion”): f ( x , y ) p ( x c y s o ) ) d i , s n 0 精品PPT
▪ Remove instrument response, de-mean, detrend, bandpass filter, time-domain normalization, spectral whitening
▪ Cross-correlation: 1 day at a time. ▪ Stack over many days. ▪ Waveform selection (SNR) for tomography
在数学方法上出现了本质上与奥地利数学家1917年提出的Rndon逆变换方 法相同的褶积投影方法，Chapman首先从理论上证明了地震学中的τ-P 变换即是Radon 变换(Chapman , 1981)。
地震波层析成像首先由Aki等提出，并给出了小尺度（Aki and Lee, 1976） 和区域尺度（Aki et al., 1977）远震体波层析成像（Teleseismic body-wave tomography）。 Dziewonski等在1977年给出了全球尺度的体波层析成像成果（Dziewonski et al., 1977）。
finite frequency kernels for travel time perturbations
Input
Radon Projected
Recovered (output)
Back projection of the function is a way to solve f() from p()
(“Inversion”): f ( x , y ) p ( x c y s o ) ) d i , s n 0 精品PPT
▪ Remove instrument response, de-mean, detrend, bandpass filter, time-domain normalization, spectral whitening
▪ Cross-correlation: 1 day at a time. ▪ Stack over many days. ▪ Waveform selection (SNR) for tomography
在数学方法上出现了本质上与奥地利数学家1917年提出的Rndon逆变换方 法相同的褶积投影方法，Chapman首先从理论上证明了地震学中的τ-P 变换即是Radon 变换(Chapman , 1981)。
地震波层析成像首先由Aki等提出，并给出了小尺度（Aki and Lee, 1976） 和区域尺度（Aki et al., 1977）远震体波层析成像（Teleseismic body-wave tomography）。 Dziewonski等在1977年给出了全球尺度的体波层析成像成果（Dziewonski et al., 1977）。
地震偏移成像基本原理ppt课件(共114张PPT)
Correction
三大处理技术:
反褶积、叠加、和偏移成像
反褶积和叠加引自其它相关学科 偏移成像基于古典技术
偏移成像: 1.具有地震勘探本身的特征。
过渡到地震波动力学特 征
§1.1 偏移成像的基本原理
一．偏移成像的概念
偏移
反偏移
反射地震方法:
1.激发弹性波，2.记录反射波, 3.研究地质岩层结构和物 性特征。是一种反散射问题。
（1.1.24）
此时反向外推遇到倏逝波，正向外推发生耗损波。分别表示为：
考虑到我们的边界条件是线性的，可以求出反射系数：
40a〕式可改写为：
38〕公式组可以看出，后两种展开是等价的。
9〕式得出F-k域的向下外推公式
20〕式完全相同，因此〔1.
z方向上差分网格向下外推时不重叠，速度变化可稍大些。
根据这个公式可以进行地震记录的向下半空间延拓，求出地下任何一点的波场，实现地震波偏移的目的。
这个方程可用来模拟下行波的地震记录。
（2〕下行波反向外推公式 下行波的反向外推是指沿负z方向的外 推。其外推式为：
（1.1.20）
上式可用来从下行波场进行反向求源的计算工作。
下面分析波场本身的条件对外推结果的影响
（1.1.21）
当
时， 为正或负的实数，这时所有外推公式中存在虚指
数。说明在外推过程中波场发生相位变化。一般都能得出正确的结
2). Kirchhoff积分法波动方程法偏移：70年代中期，French和 Schneider等在绕射偏移法的基础上使用了波动方程解的Kirchhoff积 分公式，发展为地震偏移的波动方程积分法。使绕射偏移建立在可 靠的波的基本原理上。因而改善了偏移剖面，取得了良好的效果。
三大处理技术:
反褶积、叠加、和偏移成像
反褶积和叠加引自其它相关学科 偏移成像基于古典技术
偏移成像: 1.具有地震勘探本身的特征。
过渡到地震波动力学特 征
§1.1 偏移成像的基本原理
一．偏移成像的概念
偏移
反偏移
反射地震方法:
1.激发弹性波，2.记录反射波, 3.研究地质岩层结构和物 性特征。是一种反散射问题。
（1.1.24）
此时反向外推遇到倏逝波，正向外推发生耗损波。分别表示为：
考虑到我们的边界条件是线性的，可以求出反射系数：
40a〕式可改写为：
38〕公式组可以看出，后两种展开是等价的。
9〕式得出F-k域的向下外推公式
20〕式完全相同，因此〔1.
z方向上差分网格向下外推时不重叠，速度变化可稍大些。
根据这个公式可以进行地震记录的向下半空间延拓，求出地下任何一点的波场，实现地震波偏移的目的。
这个方程可用来模拟下行波的地震记录。
（2〕下行波反向外推公式 下行波的反向外推是指沿负z方向的外 推。其外推式为：
（1.1.20）
上式可用来从下行波场进行反向求源的计算工作。
下面分析波场本身的条件对外推结果的影响
（1.1.21）
当
时， 为正或负的实数，这时所有外推公式中存在虚指
数。说明在外推过程中波场发生相位变化。一般都能得出正确的结
2). Kirchhoff积分法波动方程法偏移：70年代中期，French和 Schneider等在绕射偏移法的基础上使用了波动方程解的Kirchhoff积 分公式，发展为地震偏移的波动方程积分法。使绕射偏移建立在可 靠的波的基本原理上。因而改善了偏移剖面，取得了良好的效果。
地震波层析成像和电磁波层析成像
地震波层析成像和电磁波层析成像地震波层析成像和电磁波层析成像1.地震波CT地震层析成像的主要目标是确定地球内部的精细结构和局部不均匀性。
这不仅可以促进地球科学的发展，而且还可以解决许多地质勘探和矿产资源开发中的难题。
第一个原因是岩石地震波与岩性性质有比较稳定的相关性，易于对地球内部成像，反之，对找水活确定流体性质时，电磁波层析成像较好。
第二个原因是对于主要频段的电磁波，其衰减比地震波大。
对于地址勘探、采矿工程、勘察工程等来说目标提一般为几米到几百米，对应波长为几十米，频率为数十赫兹。
这种的地震波在不松散的岩石中传播为几公里后耍贱一般不超过120dB，接收起来不费力。
反而相应波长的电磁波在岩石中传播几十米后就可能衰减100dB，难以穿透几百米的岩层。
第三个原因是电磁波速度太快，反映波速的到时参数难以测量。
地震波波速为每秒几千米，振幅、到时都易于测量，而且在地震记录上可以区分不同的震相，从而得到丰富地质信息。
1.井间地震波数据的采集方法一般地层观测排列均匀布置在风化层一下，以使提高成像分辨率。
一般采集方法及对应的观测方式有：1.共激发点道集数据采集方法单点激发，多点接收的观测方式采集地震数据。
这种方法比较适用于在震源连续性能较差且接收为多道检波系统的情况下使用。
这种方法有采集快，效率高的特点。
但要求至少有一口井的井深超过目的层且满足目的层覆盖要求。
2.共接收点道集数据采集方法这种方法以移动式多点源激发，单点接收的观测方式采集地震数据。
适合在震源连续激发性能较好且接收器为单级检波器系统情况下使用。
但施工效率不高，也有井深要求。
3.YO-YO道集数据采集这种方法采用激发点和接收点反向移动的观测方式采集地震数据。
要求震源系统具有良好的连续激发性能，获得道集多用于反射波成像。
适合井深不符合透射层析成像要求的目的层成像问题。
4.井间地震连续测井方法这种方法采用激发点和接收点等间距同向移动的观测方式采集地震数据。
(第九讲)地震层析成象
地震层析成象在地质灾害评 估中的应用
地震层析成象在地下管线探 测中的应用
地震层析成象在灾害预警中的应用 利用地震层析成象技术对地震灾害进行监测和预警 地震层析成象在灾害防治中的应用 利用地震层析成象技术对地震灾害进行预防和控制
地震层析成象的技 术挑战
地震层析成象的未 来发展
解决方案：提高分 辨率和精度
● 地震波在地下介质中的传播特性
● 地震层析成象的基本原理
● 地震层析成象的关键技术
● 地震层析成象的优缺点分析 Nhomakorabea提高地震勘探的精度和分辨率
为石油、天然气等矿产资源勘探提 供重要依据
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揭示地下地质结构和地球物理特征
在地震灾害预测和减灾方面具有重 要意义
地震波的产生：地球内部构造运动 引起的震动
地震波的种类：体波和面波
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地震波的传播：通过地壳介质传播
地震波传播速度：与介质性质有关
地震层析成象 技术定义
地震层析成象 技术原理
地震层析成象 技术应用
地震层析成象 技术优势
地震波的采集 和处理
地震波的层析 成像
地震波的传播 速度测定
地震波的分辨 率和精度
地震数据采集系统 地震数据采集站 地震数据采集技术 地震数据采集流程
● 石油、天然气等资源的勘探和开发
● 地质灾害调查与评估
● 地下工程设计与施工
● 地球科学研究 以下是用户提供的信息和标题： 我正在写一份主题为“地震层析成象”的PPT,现在准备介绍“地震层析成象的原理与技术”,请帮我生成“原理与技术”为标题的内 容 原理与技术 ● 以下是用户提供的信息和标题： ● 我正在写一份主题为“地震层析成象”的PPT,现在准备介绍“地震层析成象的原理与技术”,请帮我生成“原理与技术”为标题的内容 ● 原理与技术
地震映像方法PPT课件
3、面波
4、绕射波
在介质中存在局部异常体或断层的断点、 岩性分界面时会产生绕射波
地震映像的野外工作方法
1）测量方法
共偏移距法
2）记录点的位置
激发和接收的中点，反映中点两侧射线传播范围 内地下的岩层、岩性的变化
3）最佳偏移距
不局限于反射波的最佳，而是扩展到全波列而言
地震映像法的应用
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
2、反射波
2、反射波
资料解释：
主要也是根据反射波同相轴的变化 反射波的传播时间主要是与界面深度有关
T 4z2 L2 V1
2、反射波
适用条件：
适用于存在波阻抗差异的各种地质条件 当界面深度发生变化时，反射波的传播时间会发
生变化，如在断层两侧现为突变；如果是倾斜 界面，反射点的位置会偏离记录点向界面的上倾 方向移动。同样可以可根据反射波同相轴的变化 情况定性推断界面的起伏情况。
1、洞穴的探测 2、岩石中溶洞 3、岩溶塌陷 4、基岩面起伏 5、 管线探测 6、 大型混凝土构件的质量检测 7、 水上连续探测 8、 断层的探测
1、人工洞穴的探测
人工土洞上的 地震映象图
1、人工洞穴的探测
岩溶作用形成 的土洞
2、岩石中溶洞的探测
以破碎带形式存 在的岩溶通道
较完整的石灰岩 中的岩洞
3、岩溶塌陷
桂林市中心广场
3、岩溶塌陷
黎塘水泥厂试验剖面
3、岩溶塌陷
溶沟
4、基岩面起伏：利用反射波
贵港某办公楼
4、基岩面起伏：利用反射波
贵港某办公楼
4、基岩面起伏：利用折射波
云南楚雄垃圾场试验剖面
4、基岩面起伏：利用折射波
地震层析成像
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四、应用
广泛应用于内部地球物理和地球动力学、 能源勘探开发、工程和灾害地质、金属矿勘探 等领域。 如：地震层析成像结果从三个方面展示出 地球内部横向不均匀结构（参考文献：地震层 析成像板块构造及地幔演化动力学，2001）
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四、应用
首次发现非洲超级地慢柱等大型地慢柱均起源 于核慢边界。 还有一个最重要的结力学对其给出 了很好的解释, 为板块运动的热对流学说提供了 证据。在大洋洋脊、板块消减带、克拉通地区, 地壳和上地慢中的火山、地壳和地慢顶部、造山 带、 断裂区和震源区等地方层析成像技术也都有 大量的应用成果。无论是能源和矿产等资源勘探, 还是地球内部结构及地球动力学研究, 地震层析 成像技术都是有效的、重要的技术之一。
结构以及其它物 性参数
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二、分类
研究区域的尺度：全球层析成像、区域层析成像、 局部层析成像； 按所用资料的来源：天然地震层析成像(大尺度深 部横向不均匀性研究)、人工地震测深(主要研究 浅部界面分布)； 反演的物性参数：利用地震波走时反演地震波速 度的波速层析成像、利用地震波振幅衰减反演地 震波衰减系数的层析成像；
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二、分类
所依据的 理论基础
基于射线方程 的层析成像 基于波动方程 的层析成像
体波(反射波 、折射波)层 析成像
面波层析成 像
射线追踪时所用的地 震波资料的不同
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二、分类
基于射线理论, 地震波走时层析成像方法由于 走时具有较高信噪比、无论是柱面波还是球面波走 时的规律都相同等优点, 相对来说发展较早, 技术 方法比较成熟，是目前地震层析成像的主要方法；
地震波CT成像系统PPT课件
储能器 impulse generator
四、 Application example analysis
1、广州白云区黄岐二中
velocity
weak soil
overburden
Complete bedrock karst
conventional signs
2、广州夏茅
3、广州白云区
3、n the carbonate rock area, karst environmental geological problems have become increasingly prominent, highlights the growing importance of geological exploration of karst. The complexity of the resulting in karst geologic disasters of easy transportation construction process, such as ground collapse, water gushing, and mud and other geological disasters, casualties and significant loss of state property, the construction schedule of project. Therefore, we must strengthen geological karst region detection. The routine geophysical method is investigated in detail the distribution law of the karst underground space, earthquake CT in Karst detection effect is good
四、 Application example analysis
1、广州白云区黄岐二中
velocity
weak soil
overburden
Complete bedrock karst
conventional signs
2、广州夏茅
3、广州白云区
3、n the carbonate rock area, karst environmental geological problems have become increasingly prominent, highlights the growing importance of geological exploration of karst. The complexity of the resulting in karst geologic disasters of easy transportation construction process, such as ground collapse, water gushing, and mud and other geological disasters, casualties and significant loss of state property, the construction schedule of project. Therefore, we must strengthen geological karst region detection. The routine geophysical method is investigated in detail the distribution law of the karst underground space, earthquake CT in Karst detection effect is good
地震波CT成像系统PPT课件
地震波CT成像系统可以用于评估地下矿产 资源的分布和储量，为矿产资源的开发提 供科学依据。
地下水研究
工程地质勘察
地震波CT成像系统可以用于探测地下水的 水位、流向、储量等信息，为水资源管理 和开发提供支持。
地震波CT成像系统可以用于工程地质勘察 ，如隧道、桥梁、建筑等工程的场地勘察 ，为工程设计和施工提供地质依据。
的图像。
面临的挑战与解决方案
数据采集难度大
由于地震波在传播过程中会受到多种因素的影响，导致数 据采集难度较大。解决方案是采用高精度的地震波采集设 备，并优化采集参数。
图像分辨率有限
由于地震波的传播特性，其成像分辨率受到一定限制。解 决方案是采用更高频率的采集设备，以提高图像分辨率。
数据处理时间长
地震波数据处理需要耗费大量的时间和计算资源。解决方 案是采用高性能计算机和优化算法，以提高数据处理速度 。
地震波CT成像系统PPT课件
contents
目录
• 引言 • 系统工作原理 • 系统硬件结构 • 系统性能评估 • 实际应用案例 • 系统优势与挑战 • 未来发展趋势
01 引言
地震波CT成像系统的定义
地震波CT成像系统是一种利用地震波进行地下结构成像的探 测技术。它通过向地下发射地震波，并记录地震波在地下介 质中的传播和反射信息，利用计算机技术对记录的地震波数 据进行处理和分析，以重建地下结构的图像。
04 系统性能评估
分辨率与对比度
分辨率
地震波CT成像系统的分辨率决定了图像中物体细节的识别能力。高分辨率的图 像能够更好地展示物体的细微结构，有助于准确诊断。
对比度
对比度决定了图像中不同组织或结构的区分能力。良好的对比度能够使医生更 容易地区分不同的组织或结构，从而提高诊断的准确性。
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二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.1 地震波走时自动拾取问题 在地震层析成像的研究中 ,可获得的观测数据是地震 记录 .从地震记录中可以获得地震波的走时、振幅和 频率 ,其中最关键的是地震波走时 .随着数字地震技 术的发展 ,观测数据的数量迅速增加 ,准确地进行地 震波走时的拾取越来越成为一项重要且繁重的工作 . 为此 ,走时的自动拾取成为人们研究与关注的对象 .
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.2 三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题 开展非弹性介质和完全弹性介质有限差分法三维
一、地震层析成像研究发展概况
地震层析成像的研究在70年代首先以井间速度结构 调查为研究对象（Bois et al.1972）。1979年， Dines和Lytle首先对地震层析成像坐了大量数值模 拟，并公布了利用弯曲的地震射线进行地下地震波 速度成像的结果，并首先将层析成像 （ Computerized Geophysical Tomography ） 这 一 名 词 用 于 论 文 的 标 题 。 1984 年 ， 美 国 的 Anderson利用天然地震数据着手全 化、密度结构、地幔物质流动有了新的认识。
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.2 三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题 不论是天然地震还是人工地震 (即使是二维观测方 式 )的观测数据都是在三维空间介质中形成 .由于地 下地质结构的千变万化 ,理论数据的正演计算只有在 三维空间中实现才更具有实际意义 .而目前大多采用 二维计算 ,使得理论数据与观测数据之间的误差不仅 由地质模型形成而且还由计算方法的数学模型形成 . 三维波动方程的有限差分解是获取地震波三维波场 的有效方法 .
一、地震层析成像研究发展概况
20世纪60年代初期，美国科学家Cormack从数学和 实验结果证实了根据X射线的投影可以唯一地确定人 体内部结构，从而奠定了医学诊断上图像重建的理 论 基 础 ， 即 X 射 线 CT(X Ray Computer Tomography). 60年代中期和70年代中期,随着数 学图像重建方法在射电天文学和电子显微学方面的 应用和发展，在数学方法上出现了本质上与奥地利 数学家1917年提出的Rndon逆变换方法相同的褶积 投影方法，Chapman，1981）。此后，地学界借 助医学CT思想，利用地震波的传播对地壳乃至上地 幔结构开始进行半定量研究。从此，低着层析成像 成为地球物理学研究的一个新领域。
一、地震层析成像研究发展概况
80年代，地震层析成像发展到勘探地球物理学界， 自从在亚特兰大（Atlanta）召开的第54届地球物理 勘 探 学 家 协 会 （ SEG(Society Of Exploration Geophysicists)）年会上设置了地震层析成像研究 内 容 的 主 题 之 后 ， 以 Daily （ 1984 ） ， Somersten(1984), Pratt and Worthington (1984),Bishop(1985)等人的研究为代表，利用人 工地震发射与接收系统的地震层析成像理论、方法 和技术以数值模拟的形式得到深入、广泛的研究。 90年代，不论是利用天然地震数据还是人工地震数 据的地震层析成像方法在认识地球的基础研究领域 以及在资源勘探、工程勘探、环境保护、文物调查、 防灾减灾等许多应用领域都得到实验性研究并取得 有效的进展。
一、地震层析成像研究发展概况
80年代，随着计算机工作站的发展，数据处理技术 从二维向三维迅速发展，地球物理学家可以清晰的 看清地下结构的图像。从而地球物理学完成了从受 地质学驱使到驱动地质学发展的循环 （Russell,1999），即地球物理学家通过使用地球 物理的数据采集技术、数字处理技术和可视化技术 看清三维地下结构。目前，勘探地球物理已经成为 经济和生产领域的高技术之一。
地震勘探新方法技术
第九讲：地震层析成像技术
地震层析成像技术
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 三、地震走时层析成像算法 四、实例
一、地震层析成像研究发展概况
地震层析成像是地球物理学科的一个研究领域。在 地球物理学研究中勘探地球物理是一个年青的学科， 它起源于20世纪30年代。早期的地球物理勘探和地 球物理方法从属于地质方法，即地质学家预测一个 构造，地球物理学家用他们的原始的勘探技术去验 证这一结构。60年代，地球物理学家获得了地下二 维数据记录，使得地球物理学家从野外回到了室内， 为从数据记录中获得地下结构的图像开始了精细的 数据处理与解释研究。
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.1 地震波走时自动拾取问题 这些新方法以分形 (Fractal)理论为依据 ,通过对地 震记录时间序列分数维 (Fractaldimension)的计 算 ,实现了对地震波初至走时的自动拾取 .分数维方 法的最突出的优点是相邻道的无关 ,这一优点显然适 用于地震层析成像方法以及天然地震的无规则观测 方式 ,是一项非常有实用价值的方法 .从文献中获悉 , 利用分形分维理论 ,根据地震波初至到达前后地震记 录分维的差别 ,对反射地震记录、透射地震记录以及 天然地震记录可以成功地进行初至走时的拾取 .目前 这一方法得到更多专业人员的关注和研究 ,可望获得 更有效的研究成果.
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.1 地震波走时自动拾取问题 近年来 ,先后出现了相邻道互相关方 法](Gelchinsky，1983)、能量比较方法(Coppens， 1985)、改变褶积算子宽度的方法（Ramananant , 1 987）等等 .90年代之后 ,地震初至波走时拾取的 方法有了新的进展 ,如基于分形理论的Divider方法 和Hurst方法(Boschetti, 1 996) ,特别是中国科学 家提出的基于Hausdorff分维算法的地震波走时全 自动拾取方法(Chang, 1 999)也取得了良好的效果 .