地震层析成像技术发展现状
２０１３年第１１期 西部探矿工程 １１７
地震层析成像技术发展现状
丁安徐
（１．中国石油化工股份有限公司华东分公司石油勘探开发研究院，江苏扬州２２５００７； ２．中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛２６６５５５）
摘要：介绍了地震层析成像中的井间地震层析成像、井间电阻率层析成像、远震层析成像和ＦＭ— ＴＴ、瑞雷面波相速度层析成像和有限频层析成像的发展现状，探讨了地震层析成像中存在的主要问
题，并提出了应对策略。 关键词：层析成像；井间地震；远震层析成像；问题；对策
中图分类号：Ｐ６３１．４文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２０１３）１１—０１１７—０４
层析成像应用最早的领域是医学，利用Ｘ射线研
究人体内部结构，医学上应用的巨大成功使层析成像 逐渐发展到其它领域。早期的地震ＣＴ技术完全套用
医学ＣＴ技术，其基础为广义拉冬变换，它是波数域的 富里叶投影切片定理的空间域形式，由于医学ＣＴ利用
的是ｘ射线，其波长极短，可以简单化地看作是直线传 播，早期地震ＣＴ也是假设地震波直线传播的，故此时
的ＣＴ技术完全为直射线ＣＴ。但毕竟地震波的波长比 Ｘ射线要长得多，地震射线不是直线传播的。根据地
震射线理论，后来又发展了折射线ＣＴ，这一类地震ＣＴ 技术统称为射线层ＣＴ ，地球物理领域的层析成像研
究如何利用地震波、电磁波的数据对地球内部成像，但 与医学层析完全不一样，医学层析获得的数据是全方
位的，而地球物理层析的发射源和接收器只分布在地
面上或深井中，且数量非常少，因此得到的投影数据的 角度有限。而运用Ｒａｄｏｎ变换，恢复唯一的图象函数
需要所有人射角的投影函数，由于这种先天不足（投影 的角度不全面），从而使层析成像在地球物理领域的发
展受到限制，但与其它的成像方法相比较，层析成像依 然是一种研究地下构造和岩石物性的好方法。本文介
绍了地震层析成像中的井问地震层析成像、井间电阻 率层析成像、远震层析成像和ＦＭＴＴ、瑞雷面波相速度
层析成像和有限频层析成像的发展现状，探讨了地震 层析成像中存在的主要问题，并提出了应对策略。
１井间地震层析成像
井间地震声波层析成像技术简称井间地震ＣＴ 法。它是２０世纪９０年代以来井间地震声波借助于医 学上的ＣＴ技术发展起来的一项新技术。资料表明，井
间地震声波的主频在２０￣６００Ｈｚ，可以分辨出３～５ｍ左
右的薄层，纵向分辨率可达Ｏ．８￣３ｍ；若地震源频带进
一步加宽，可分辨出１～２ｍ的薄层，这为探测和描述地
层的产状和物理特性提供了一项高分辨率勘探方法 ］。 井问地震波ＣＴ法是通过改变震源和接收器的位置进
行发射和接收，使尽可能多的地震射线穿透井间剖面 的全部区域，由于地震波的传播速度和其它能力衰减
取决于地层的物理参数，故利用所激发的弹性波导接
收器的传播时间、振幅特性，经数据处理即可解释推断 地震波射线穿透剖面的岩层产状和物性变化。
１．１初至波菲涅尔体地震层析成像 波动方程走时层析既继承了走时层析的稳定性，
又解决了常规的射线层析中高频的假设。但仍然属于 走时层析的范围，因而使其分辨率较低。在反演近地
表速度结构中，出现了初至波形层析，这种方法解决了 走时层析的分辨率问题，既具有高的反演分辨率，又有
初至走时层析的稳定性 ］。因为只拟合初至波形层析， 同全波形层析相比较，多解性相对比较薄弱，故在某种
程度上提高了反演过程的收敛性。但许多实际中存在
的地震波传播现象如表层吸收的问题、面波复杂散射 的问题等，现在还是很难有比较好的模拟。以上这些
问题的存在，使初至波形层析还处于理论研究阶段，在 现实中没有取得理想效果。
另一种层析方法是胖射线走时层析，它既具有走
收稿日期：２０１３—０３—２５ 作者简介：丁安徐（１９８２一），男（汉族），重庆开县人，中国石油大学在读硕士研究生，研究方向：地球物理，现从事非常规油气实验地质研究及实验室
管理丁作。 １１８ 西部探矿工程 ２０１３年第１１期
时层析速度快、稳定性好的特点，而且通过控制层析矩
阵密集程度来解决低速异常体的不敏感性，从而提高 反演的精确度和分辨率。但现在对胖射线胖度的选取
没有固定的标准，有时根据子波的长度选定一个相对 固定的宽度，有时运用经验选择一种随走时增加而增
大的胖度，这种做法很难准确地表现波的传播路径。
地震信号有固定的频带宽度，高频射线上的介质会阻 碍地震波的传播，射线旁边的介质特征也会对地震波
的传播产生巨大的影响。想要得到更加精确的反演结 果，只有定量地描述出空间中每一点对接收信息的影
响程度，在地震层析成像中，可以用层析核函数来描述 这样的影响结果，这种函数又称为Ｆｒ６ｃｈｅｔ核函数。理
论研究表明，影响地震波传播的重点区域位于射线邻 域的第一菲涅尔体内。
将传统射线层析中的单位矩阵替换为菲涅尔体范
围内的层析核函数的地震层析成像方法称为菲涅尔体 层析成像。菲涅尔体范围约束下的层析核函数即为菲
涅尔体层析核函数。 １．２井间地震直达波和反射波联合层析成像
随着科技的不断发展，井问地震技术也趋于成熟， 反射波推断井间的介质结构技术已经成为现实。由于 反射波传播需要介质分界面，故用反射波反演地层界 面效果更加的明显（相对直达波和折射波而言）。而
且，将直达波旅行时和反射波旅行时的资料结合在一
起，会使观测数据量明显增加，同单一的直达波旅行时
或是单一的反射波旅行时的资料，可以使反演问题的 多解性相应地减小，使层析成像结果的可靠性和分辨 率大大提高，从而使许多实际问题得到解决。
走时层析成像的方法就是比较模型上地震波的理 论走时与拾取实际走时的差别，从而使模型不断完
善。因而在拾取地震反射波旅行时间时，首先确定模
型的哪个层位是拾取的反射波来源，这样才能使拾取 的反射波与模型反射层相互对应。但是实际的地震观
测中孑Ｌ径是非常小的，同时介质速度的变化相当的复 杂，因而地震射线路径弯弯曲曲且分布分散；另外在观
测的过程中，常常受到外界的各种干扰，观测数据的准
确性很难保证，这样就会给成像带来很大的误差。层 析成像成为多极值、非线性、病态的反演问题就是由于
这些因素导致而成。由于方程的适定性很差，即使在
反演中得到的解是最优的，通过物理模型来判断，最优
解并不一定能够符合现实的情况阻 。因此我们运用声 波测井技术取得的先验信息，如慢度分布和反射层深 度数据，这些信息在反演过程中对模型参数进行先验
约束，从而使反演能在先验模型快速稳定地收敛。 ２井间电阻率层析成像
由于井间电阻率层析成像方法具有施工方便、成
本低、对钻孔无破坏作用且穿透深度也较大等优点，因 而得到越来越广泛的应用。在过去几年内对该方法研
究的重点在于提高计算效率和改善成像质量。张辉等 从井问电阻率层析成像的基本原理出发，对该方法近
年的新进展进行了比较和综述，还介绍了概率层析成 像算法的原理。认为今后几年内在此领域内的理论研
究重点将是探索有效的反演方法和提高成像质量。 目前正演算法的研究在电阻率层析成像的研究方
法中占多数，而反演成像方法的主要方法还只是最小 二乘法。在这些新的正演算法中，基本上都是针对有
限单元法计算量较大、效率偏低、模型参数与模拟结果
关系不匹配而进行的。基于边界积分方程的电阻率层 析正演算法更容易构造合适的反演方法，高阻和电导
率突变无法限制，在运算速度上也比有限单元法快 ； 积分法电阻率的层析成像对初始模型的要求不大，Ｊａ—
ｃｏｂｉ系数矩阵是解析表达的故很容易实现，而反演方 程选用降维ＧａｕｓｓＳａｄｅｌ迭代法，把求解的过程化简成
一维的过程，大大提高了计算的效率。概率电阻率层 析从一个全新的角度为重建地下电阻率异常位置图像
提供了一种简单的方法，该方法最主要特点是电阻率 图像从一些随机观测点获得。
３远震层析成像 ３．１ Ｐ波偏振层析成像
近些年研究地球速度结构的反演方法逐渐增多， 其中有一种用远震波Ｐ偏振资料的反演方法，当用远
震资料研究地壳和上地幔速度结构时，偏振反演和走
时反演相比，有如下几个特点： （１）走时的变分和射线路径的扰动无关，这个性质 虽然使走时反演中的数据核计算起来很容易，但是它
也使走时数据对非均匀速度结构的精确位置不敏感。
有时，我们所采用的射线与实际的射线路径往往不一 致，这样得到的数据核有一定的偏差，从而就使研究区
的速度发生异常且分布错误。二维地震剖面认为射线
是在连接震源和接收器的垂直平面内进行传播，这种 说法在地震学中应用比较广泛，而偏振资料表明射线 常常会偏离这个平面，而这些偏离对走时没有明显的 影响。所以相对于走时，既可以运用偏振资料研究纵
向、
径向上的速度梯度，又可以研究与垂直于地震剖面 ２０１３年第１１期 西部探矿工程 １１９
横向速度上的梯度。 （２）偏振数据在接近接收器的速度结构敏感性较 大，而走时数据受到射线上各处的速度结构影响。接
近接收器的速度结构严重地影响偏振，而较远处的离
接收器的速度结构对偏振的影响不大。 （３）偏振与速度变化的关系和走时与速度变化的
关系不同。走时数据和偏振数据可以互补来研究速度 结构，而用偏振数据要确定速度异常的边界更合适。
３．２远震层析成像中的地壳校正 由于远震层析成像方法在地壳内交叉性不好，因 而很难使地壳内的速度结构受到约束，有效的地壳校
正能够消除地壳对深部速度成像的影响。江国明等提 出的地壳校正方法是在获得走时数据的条件下，获得
每个台站下方的地壳三维速度结构是地壳校正的第一
步；然后利用三维射线追踪方法得到地壳内的走时差； 最后得到地壳校正后的走时差，经过处理后得到相对
走时残差，远震层析成像依赖于此反演数据而成，这样 使复杂的地壳结构对深部结构反演结果的影响大大消
除。
４其他层析成像技术 ４．１ ＦＭＴＴ方法
ＦＭＴＴ正演过程是用ＦＭＭ（Ｆａｓｔ Ｍａｒｃｈｉｎｇ Ｍｅｔｈ— ｏｄ）来进行射线追踪的，该方法是一种新方法，应用
ＦＭＴＴ研究地下结构最早的是Ｒａｗｌｉｎｓｏｎ等。国内的 郭飚等也用ＦＭＭ射线追踪方法构造了层析成像算法，
地震学中的ＦＭＭ射线追踪方法是从Ｌｅｖｅｌ Ｓｅｔ方法发 展起来的，ＦＭＭ是一种通过求解非线性程函方程（Ｅｉ—
ｋｏｎａｌ Ｅｑｕａｔｉｏｎ）的数值解进而获得射线路径的射线追
踪方法，该算法是利用由节点组成的波前窄带模拟曲 面的演化，通过向后差分获得程函方程的弱解。相对 于传统射线的追踪方法，该方法可以得到反演空间中 所有节点的完整走时场，特别是在多震源和多接收点
的情况下，计算效率比较高。Ｒａｗｌｉｎｓｏｎ等获得射线路 径是通过时间场的梯度完成的，对梯度的步长要求非
常严格，如果梯度步长太大，得到的射线路径误差较
大，如果梯度步长太小，计算量又十分庞大；而且此方 法在射线路径曲率变化较小的情形比较适用。张风雷
等依据改进的ＦＭＭ方法求取射线路径，很好地克服了 因梯度法求射线路径而带来的局限性。
４．２瑞雷面波相速度层析成像 利用面波层析成像技术能得到大面积范围内地壳 上地幔横波速度的三维分布情况。近年来，利用背景 噪声进行面波层析成像（Ａｍｂｉｅｎｔ Ｎｏｉｓｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）
的研究也开始成为热点，得到越来越多的应用。 通过面波层析成像反演，我们可以得到各个周期
基于GPU的在地震成像技术
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基于GPU的在地震成像技术
作者：杨柳 刘铁英
来源：《科技与企业》2013年第24期
1、震成像技术
根据穿透地层的地震波的记录而建造地层界面图像的方法。又称地震层析成像。反射地震成像方法主要应用于石油勘探。在地面记录的未经偏移的反射地震能量（例如共偏移距记录）通常可提供地下构造的强相干图像。尽管是强相干的，但该图像是不正确的，原因在于它受到几种畸变作用的影响，最显著的影响是来自地质界面截断的绕射波和倾斜界面上反射点与地面位置间能量的横向移动。地震成像就是校正这些畸变影响的地震处理手段。20世纪70年代末，地震成像技术才发展为全球地震学的成像技术，由研究人工震源地震波发展到研究天然地震波，进行全球层析成像。早期的地震计算机偏移方法是在古典的偏移方法的基础上提出来的。那些符合波的传播特征的方法取得了成功的。尽管这些方法使用了波前、绕射等地震波传播的惠更斯原理，但是，这也只是概念性的。偏移剖面的质量虽然能够满足最基本的要求，但归位的精度和成像时的波形特征都不是很准确的。因此，在目前研究更有效的地震偏移方法是很迫切需要的。为了更准确地评估地表下岩层的状况，并确定地层地质结构，研究者探索新的相关技术。叠前时间偏移（PSTM）和叠前深度偏移（PSDM）新型地震成像技术。但是这种技术需要大规模的计算量，这种大规模计算就意味着购置与运营成本非常高昂。现在，多核技术已经代替单纯CPU频率的提升而成为计算机性能发展的主流。利用GPU超级计算系统，证明了多尺度离散化并行计算模式的优势和前景。
2、地震偏移技术
在二十世纪六，七十年代以前，地震偏移技术是用手工操作的一种制图技术，它只是用来求得反射点的空间位置，而不去考虑反射波的特点。地震偏移可在叠前做也可在叠后做。
当今对地震数据成像有较大影响的几种代表性的方法两种，Gardner（1985）曾详细论述了所有这些方法；在其论著的再版卷中讨论的大多数方法为叠后偏移。叠前偏移方法远非仅仅是叠后方法的“拓展”，而且涉及到其自身概念上的重大难度。在叠前偏移中这种难度与需要处理两个波场有关，而叠后偏移仅处理单个波场。
电阻率层析成像方法技术近年发展概况
电阻率层析成像方法技术近年发展概况
杨 华 李金铭 桂 峰
中国地质大学,北京 100083
摘 要:本文对近年来电阻率层析成像在方法技术方面的进展作了简要介绍,并对几种具有代
表性的方法,表述了它们各自的优缺点,提出了继续研究的方向.
关键词:电阻率层析成像;佐迪方法;电阻率反投影;电流线追踪法;积分法;等位线追踪法;Born
迭代法;电流密度法
论文编号:1004-2903(1998)04-090-096
1 前 言从伦琴发现X射线以来,X射线首先应用于医学诊断.X射线的透射影像可以为诊
断提供有用的信息.但是,透射影像是用X射线将三维体投射到平面上的结果,目标体前
后的影像被叠加在一起,为了区分这些叠加的影像出现了医学CT.CT是英文“Comput2
erizedTomography”的缩写,也就是计算机断层扫描技术的意思.“Tomography”源自希
腊文“Tome”,意指“切片”,所以CT有时也称为层析成像技术,它是以Bracewell于1956
年公布的著名的傅里叶投影切片定理(FourierProjection-SliceTheorem)为基础的.在
医学上,使用CT对病者患处进行多层面的扫描,并利用计算机进行数据处理,可以在图
象终端上清晰地重现身体的内部构造,为诊断病情提供科学依O据〔1～2〕.CT技术因此而
引起了医学上诊断放射学的革命.
CT技术在医学界的成功,使该项技术在许多领域得到广泛的应用.这种层析成像的
原理对于地球物理勘探来说,无疑也具有很大的吸引力,因为物探工作本质上也是一种图
象重建的工作.层析成像是反演问题的一个例子,因为它涉及到通过参数的观测结果来求
解参数的空间分布这一问题.因此,可以说在一种效应可充分地以数据形式得到的地方,
层析成像方法均适用.但是在地球物理勘查中,所调查的对象不是人体,而是地下的构造
情况,因此在物理尺度和扫描几何特征这两方面都存在明显的差别:1.前者在深部勘探中
空间分辨尺度以公里或百公里计,在浅层勘探中也以米计,而医学CT则为毫米量级;
层析静校正技术
层析静校正技术
一级类目：油气勘探
二级类目：前陆盆地油藏勘探技术
三级类目：前陆盆地地震勘探技术——地震资料处理技术 技术类型：前沿技术（中试或现场先导试验技术）
在地形复杂、老地层出露地区，地表速度横向变化剧烈，折射界面不能连
续识别时，传统的野外高程静校正、初至折射静校正很难解决好静校正问题。层
析静校正技术在这些地区尤其是在三维静校正方面具有明显优势。从低速层底部
折射的波可成功地用于计算和改善野外静校正。层析静校正包括回转射线层析成
像和静校正两部分。
1、层析成像
首先利用回转射线层析成像估算近地表速度。把要成像的介质离散成小矩形
单元或格子状的网格，每个单元有一个单一速度（v）,输入数据是从单炮记录中人工拾取的折射（初至波）旅行时（t）, 震源和检波器都位于地表。速度估算通过解下面方程组获得
=?
式中，D是射线段的矩阵（m×n），s是未知慢度的矢量（n×1），t为所观测时
间的列向量（m×1）。解方程?的方法很多，一般是最小二乘法和共轭梯度法。 相应的，不同求解方程?的方法形成不同的层析静校正方法。使观测（拾取的初
至折射）和预测的（根据初始模型进行射线追踪得到的）旅行时差最小。其过程
是一个迭代过程，一般分为5步：（1）拾取初至；（2）通过初始速度模型进行射线追踪；（3）射线路径分成小段，使其每个部分包括速度模型的每个网格；（4）
对每条射线计算观察和预测的旅行时差；（5）将时差返回到速度模型，并不断地进行修正。层析成像反演是一个非线形问题。利用初始模型的一套射线追踪进行
线形反演是实际可行的。好的初始模型一般是根据初至旅行时或区域资料建立
的。当地形变化很严重时，建议用沿着变化的地形初始化的垂向速度梯度建立初
始速度模型。通过反演的速度模型和测井资料对比，回转射线层析成像可以估算
比较精确的近地表速度模型。
2、静校正
这个过程比较简单，从地面到下延拓基准面（利用所计算出的近地表速度场）
地质层析成像技术的原理与应用
地质层析成像技术的原理与应用
地质层析成像技术是一种通过分析地下地质情况的技术手段，它可以帮助我们了解地球的内部结构，探索地下水资源，以及寻找矿藏等。本文将介绍地质层析成像技术的基本原理，并探讨其在实际应用中的价值。
地质层析成像技术是一种基于物理探测原理的方法，主要通过测量地下地质体的物理属性差异，以构建地下地质横切面。它利用地下介质对电磁波、地震波、重力、磁力等的反射、折射、散射等现象，来获取地下结构的信息。具体来说，地质层析成像技术主要包括以下几个步骤：
首先是数据采集，通过地质勘查仪器对地下进行测量和记录，获得大量的数据。
其次是数据处理，利用计算机算法对采集到的数据进行处理和分析，以提取出有用的信息。这一步骤需要编写复杂的算法和模型，以实现对地下地质结构的准确描绘。
最后是数据解释，将处理得到的数据进行可视化，以便地质学家和地质工程师进行进一步的解读和分析。
地质层析成像技术在实际应用中具有广泛的价值。首先，它可以帮助我们了解地球的内部结构。地球是一个复杂的系统，通过地质层析成像技术，我们可以观察到地壳、地幔、地核等不同层次的结构，从而更好地理解地球的演化历程和板块运动的规律。
其次，地质层析成像技术可以用于寻找地下水资源。地下水是人类生活和工业生产的重要水源之一，通过地质层析成像技术，我们可以确定地下水的储量和分布，有助于科学合理地进行地下水资源的开发与利用。 此外，地质层析成像技术还可以应用于矿产资源勘探。矿藏的寻找是一项重要的任务，利用地质层析成像技术，可以探测到地下金属矿床、石油气藏等矿藏的位置和规模，为矿产资源勘探提供重要的依据和指导。
除了上述应用领域外，地质层析成像技术也可以在地质灾害预测和防治中发挥重要作用。例如，地震灾害是一种常见的地质灾害，地质层析成像技术可以帮助我们预测地震的发生和活动区域，提前采取措施保护人民生命财产安全。
总之，地质层析成像技术是一项重要的地质勘查方法，它通过测量地下地质体的物理属性差异，以构建地下地质横切面，为我们了解地球的内部结构、探索地下水资源以及寻找矿藏等提供了重要的手段。随着技术的不断进步，相信地质层析成像技术将为地质学、地质工程学等学科的发展做出更大的贡献。
地震层析成像方法的基本原理和一般计算过程
地震层析成像方法的基本原理和一般计算过程
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地震层析成像是一种基于地震波传播理论的地球物理方法，通过对地震数据进行采集、处理、重建和解释，可以获取地球内部结构及地质构造信息。本文将介绍地震层析成像方法的基本原理和一般计算过程，主要包括以下四个方面：数据采集、数据处理、图像重建和图像解释。
1. 数据采集
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地震层析成像需要采集地震数据，包括地震波的传播时间、振幅、相位等信息。数据采集通常采用地震仪进行野外测量，将地震波信号记录下来。为了获取更准确的数据，需要选择合适的观测系统、布置地震检波器、选择适当的激发震源等。
除了地震数据采集，有时还需要进行测井数据采集。测井数据可以提供地层界面、地层速度、地层岩性等信息，有助于提高地震层析成像的精度。
成像数据采集则是在地震数据采集的基础上，通过调整观测系统、
增加激发震源等方式，获取更多角度的地震波数据，从而得到更加细致的图像。
2. 数据处理
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数据处理是地震层析成像的关键环节之一，主要包括数据预处理、数据变换和数据分类等步骤。
数据预处理主要是对原始数据进行去噪、滤波等操作，以提取出有效信号。常用的方法包括傅里叶变换、小波变换等。
数据变换主要是将原始数据进行坐标转换或者时间转换，以便更好地分析地震波传播规律。常用的方法包括反射波法、透射波法等。
数据分类主要是将数据进行聚类分析或者模式识别，以识别出不同的地质体或者地质构造。常用的方法包括K-means聚类、支持向量机等。
3. 图像重建
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图像重建是地震层析成像的核心环节之一，主要包括代数重建、几何重建和概率重建等方法。
代数重建是通过建立地震波传播方程，并求解方程得到图像的一种方法。该方法适用于均匀介质和简单地质模型，但计算量较大。
几何重建是基于射线理论的方法，通过追踪地震波的传播路径来重建图像。该方法适用于复杂地质模型，但精度较低。
宽频地震仪发展现状及其在背景噪声成像中的应用
第２８卷第４期 ２０１３年８月（页码：２１７１—２１８０） 地球物理学进展 ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＩＮ ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳ Ｖｏ１．２８，Ｎｏ．４ Ａｕｇ．，２０１３
刘婷婷，林君，吴海超．宽频地震仪发展现状及其在背景噪声成像中的应用．地球物理学进展，２０１３，２８（４）：２１７１—２１８０，ｄｏｉ １Ｏ．６Ｏ３８／ｐｇ２Ｏ１３Ｏ４６３． ＬＩＵ Ｔｉｎｇ－ｔｉｎｇ，ＬＩＮ Ｊｕｎ，ＷＵ Ｈａｂｃｈａｏ．Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｓｅｉｓｍｏｇｒａｐｈ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａｍｂｉｅｎｔ ｎｏｉｓｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ． Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｇｅｏｐｈｙｓ．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ），２０１３，２８（４）：２１７１—２１８０，ｄｏｉ：１０．６Ｏ３８／ｐｇ２Ｏ１３Ｏ４６３．
宽频地震仪发展现状及其在背景噪声成像中的应用
刘婷婷，林君 ， 吴海超
（吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室，国家地球物理探测仪器工程技术研究中心，长春１３００２１）
摘要宽频地震仪及由其组成的宽频地震台网、流动式数字地震台阵是一种探测地球内部构造新技术，在研究 方位各向异性、壳幔速度结构、天然地震观测等方面有广泛用途，是进行天然地震波速度成像和利用地震噪声成像 探测地下精细结构的必需设备．本文主要介绍了宽频地震仪的特点和国内外的发展现状；详细总结了国外较成熟 宽频地震仪的性能指标；分析了宽频地震仪适用于背景噪声成像法的原因；列举了其在背景噪声成像中的实际应 用；简述了其结合接收函数法、波形反演法、层析成像法的应用；最后总结了宽频地震仪不足之处，并展望了其未来 发展方向． 关键词地震观测，背景噪声成像，地震台网，宽频地震仪 ｄｏｉ：１０．６０３８／ｐｇ２０１３Ｏ４６３ 中图分类号Ｐ６３１ 文献标识码Ａ
Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｓｅｉｓｍｏｇｒａｐｈ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
弹性波层析成像研究及工程应用
弹性波层析成像研究及工程应用
弹性波层析成像（elastic wave tomography）是一种利用地面或井下布设的传感器获取地下弹性波数据，进而识别和定量化地下介质中波速和波阻抗分布的技术。弹性波层析成像在地震勘探、地下水资源调查、地质灾害监测和地下工程设计等领域有着广泛的应用前景。
弹性波层析成像的研究基于弹性波理论，其中最重要的是波动方程（弹性波方程）的数值求解。常见的数值方法包括有限差分法（Finite Difference Method,
FDM）、有限元法（Finite Element Method, FEM）和伴随状态法（Adjoint State
Method）等，这些方法能够有效地模拟地下弹性波传播的过程。
弹性波层析成像的工程应用主要包括地震勘探和地下工程设计。
地震勘探是利用地震波在地下不同介质中传播的特点来勘探地下结构的一种方法。弹性波层析成像作为地震勘探的一种新技术，能够对地下构造进行高分辨率成像，从而提供地质勘探、矿产资源勘查、油气田勘探等方面的重要信息。利用弹性波层析成像能够更准确地识别天然气、油藏、水库等地下目标的位置和分布，为油气勘探、水资源调查和自然灾害预测等提供了有力的工具。
另外，弹性波层析成像在地下工程设计中也具有重要的应用价值。在地铁、隧道、桥梁和大型建筑物等工程设计中，需要对地下结构进行全面的了解，以确保工程的安全和稳定性。利用弹性波层析成像可以对地下介质的构造进行准确的成像，包括地层的厚度、地质体的形态和分布等信息，为工程设计提供可靠的基础数据。此外，弹性波层析成像还可以用于地下水资源调查、土壤侵蚀监测和地质灾害监测等方面，为城市规划和环境保护提供有力的支持。
与传统的地震勘探和地下工程方法相比，弹性波层析成像具有以下几个优势。首先，弹性波层析成像可以提供更高的空间分辨率和准确性，能够更好地识别地下构造的细节和变化。其次，弹性波层析成像可以同时获得地震波在地下材料中传播的速度和波阻抗信息，有助于对地下介质的物理特性进行定量化研究。最后，由于弹性波层析成像涉及到大量的数据处理和模型反演，对计算机算力和算法优化提出了挑战，推动了计算机科学和地球科学的交叉研究和技术进步。
隧道超前地质预报现状及地震震相分析
超前地质预报技术应用现状
来源： 国土资源情报
一、超前地质预报技术的实践意义
超前地质预报技术出现在上个世纪中后期，是工程地质的一个分支，我国从上个世纪70 年代后期逐渐开始
重视这一方面的研究和应用，中国科学院地质研究所的孙广忠院士等作了大量的工作。进人21 世纪，伴随
着西部大开发战略的启动，修建的铁路、公路将明显增多。由于隧道长度、埋深等各方面因素的影响，地
质条件越趋复杂，隧道施工中遇到的问题也会相应地增多，不可预料的地质灾害如突泥、突水、塌方等成
为困绕工程施工的主要难题。近十几年来，隧道施工技术已经有了很大的发展，为了保证在隧道施工时的
安全和高效，超前地质预报的研究显得越来越重要。
要保证隧道施工的顺利进行，关键是要预防隧道施工中的地质灾害。如在施工中的塌方是制约快速施工的
最主要因素之一，而断层、岩溶是隧道隧洞开挖过程中最常见的不良地质现象，也是引起隧道塌方的“罪魁
祸首”之一。由断层及断层破碎带、岩溶陷落柱等引起的隧道隧洞塌方占塌方总数的90％以上。赋存于断
层及破碎带中的溶洞、暗河、淤泥带是隧道隧洞突泥突水等地质灾害的最主要根源，断层破碎带是诱发瓦
斯爆炸和煤与瓦斯突出等地质灾害的最主要地质因素之一。断层破碎带还与岩爆的发生和产生密切相关。
可以说，隧道隧洞施工中发生的地质灾害，几乎都有断层、岩溶有关。
鉴于断层破碎带、岩溶对隧道施工的巨大影响。因此，进行断层破碎带、岩溶超前地质预报的研究具有极
其重要的意义。根据隧道隧洞开挖面前方隐伏断层及破碎带、岩溶规模准确定位和评价，采取准确而有效
的防治工作，不仅可以减少隧道塌方、突泥等灾害的发生、加快施工进度，而且可以为施工单位节约大量
成本，显著提高经济效益。它既可以产生巨大的经济效益，又具有广泛的社会效益。
二、主要地质超前预报的工作方法和手段
目前，常用的隧道长期（长距离）超前地质预报的方法主要有地面地质调查法，断层参数预报法和TRT 、
TSP 、HSP 等仪器探测方法；常用的隧道短期（短距离）超前地质预报的方法主要有掌子面编录预测法，不
地震成像
地震成像
引言
在地面记录的未经偏移的反射地震能量（例如共偏移距记录）通常可提供地下构造的强相干图像。尽管是强相干的，但该图象是不正确的，原因在于它受到几种畸变作用的影响，最显著的影响是来自地质界面截断的绕射波和倾斜界面上反射点与地面位置间能量的横向移动。地震成像就是校正这些畸变影响的地震处理手段。
在常规处理中，地震成像是众多处理手段的最终阶段。全部地震处理过程包括能量增益化、反褶积、静校正和速度分析、NMO和DMO、叠加，最后到主要用于构造成像的偏移。根据偏移数据体绘制地震构造图，然后在构造图上布置钻探目的层的勘探井位。这种做法一直延续至今，但是偏移后的数据已逐渐被用于后续进一步处理的输入数据。例如，当地质学家和工程师们联合攻关已做过3D地震工作的油田的油气开发问题时，他们把偏移后的地震数据体用作地震属性分析处理的输入数据，诸如瞬时相位或振幅随偏移距变化的处理中。通过已知井与建议井位处地震属性特征的对比，我们就能预测出建议井位处的岩性特征。例如，倘若在几口井中某一属性可能都与孔隙度观测值的相关性很好，那么这个属性就可用于估算其它井位处的孔隙度。多年来，地球物理学家都在用地震数据在比地震波长小得多的尺度上估算岩石物性特征，但直到最近他们才对偏移数据实施这种处理，它代表了偏移应用的一个全新领域。这也促使我们在偏移中要非常重视象振幅这样的参数的应用。
时间和深度、叠后和叠前、2D和3D
地球物理学家习惯使用时间域记录的地震数据。以往，他们乐于解释时间记录，甚至是偏移后的时间记录。这就与在深度域工作的地质学家和油藏工程师产生了根本性的矛盾，同时也给许多通过设计偏移算法来摸索地球物理学规律的数学家和物理学家带来困惑。尽管深度域的解释结果明显会更正确，但迫使地球物理学家这样做会妨碍他们解释地震数据的能力，例如在资料质量差的地区，在偏移前后剖面上难以确定一一对应的反射波同相轴。所以，就有了时间域偏移（时间偏移）和深度域偏移（深度偏移），它们之间的差异远不是表面上的。通常时间偏移比深度偏移更容易实现，且已证实时间偏移对偏移速度的精度要求比深度偏移要低得多。这样，在精度要求和投入成本低的时候，我们就可以采用时间域偏移而非深度域偏移方法。另一方面，当我们试图利用偏移不仅生成地下图像，而且还要估算地层速度时，时间偏移就不如深度偏移有效了。
分析工程物探技术在岩土工程中的应用及其在未来的发展趋势
分析工程物探技术在岩土工程中的应用及其在未来的发展趋势
【摘 要】工程物探技术是一门新型的勘探技术，可以通过对地球物理场变化情况的检查来解决地质问题，该技术已经被广泛的应用在我国岩土工程的勘察和测量中，并取得了良好的成效，本文主要分析工程物探技术在岩土工程中的应用以及未来的发展趋势。
【关键词】工程物探技术；岩土工程；应用；发展趋势
一、引言
工程物探技术是地球物理勘查学科的重要分支，可以通过对地球物理场变化情况的监测来解决地质问题。我们生活的地球是由不同的岩土构成，这些不同的岩土的导热性、弹性、密度以及导电性都各不相同，岩土之间存在的差异性就会在一定程度上导致地球物理场发生变化，这种地球物理场的变化我们常常称之为地球物理异常。对于地球物理的勘察必须要通过专业的设备和仪器来进行，这样就可以获知地球物理的形态以及分布信息，通过这些信息我们就可以全面的了解到地球岩土的介质，目前，对于地球岩土工程的测量，我们一般使用工程物探的技术，这种物探技术包括弹性波侧击技术法、电法勘探技术、浅层地震勘探法、弹性波无损探测法，这些勘探方式被广泛的应用在我国岩土工程的勘察和测量中，并取得了良好的成效。
二、工程物探技术在岩土工程中的应用分析
（一）工程物探技术在岩土工程检测的应用
工程物探技术在岩土工程中的应用的基本工作就是在岩土工程中的检测，其具体的检测内容包括路基密实度的检测、地基加固效果的评价检测以及基桩质量的检测，在具体的检测过程中，要遵循严格的测量方法，目前，工程物探技术在岩土工程中的检测方式主要包括瞬态面波检测法、地质雷达检测法等等，在具体的检测过程中，需要在岩土工程施工前以及施工完结后都要进行详细的检测，并对检测的结果做好前后对比和研究工作，看是否存在不一致的地方，如果发现不一致的地方，要总结和分析好具体原因。此外，工程物探技术中的电磁波检测法还可以应用在工程建筑裂缝的检测中，可以对工程施工中存在的裂缝进行全面的检测，从而帮助相关工作人员掌握裂缝的程度，对裂缝对工程的危害进行全面的评估，评估出裂缝的危害等级，这样，相关的工作人员就可以根据裂缝的等级采取必要的措施，保障工程施工的安全性。与此同时，在建筑工程质量的控制工作中，工程物探技术也发挥着十分重要的作用，对于建筑工程质量的控制，工程物探技术可以实现对建筑工程的桩基无损检测，帮助工作人员了解工程质量的承建情况，一般，在利用工程物探技术实行建筑工程质量的监测中，我们经常用到的检测方式包括动力测桩检测法以及声波测桩检测法，这两种检测方法可以根据对被测对象弹性波传递、反射特征的分析以及传递速度的差异对工程的混凝土质量进行全面的检测，采用这种检测方法检测工程质量不仅造价低、工艺简便，且检测效率较高，适宜大面积的检测，在现阶段有着十分广泛的应用。