地震波层析成像和电磁波层析成像
第十四讲地震波层析成像
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）。
地震层析成像技术 ppt课件
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。
工程物探方法在工程监测检测中的应用
工程物探方法在工程监测检测中的应用发表时间：2019-05-07T11:34:24.820Z 来源：《基层建设》2019年第5期作者：黄仕茂[导读] 摘要：在地球物理勘探中，工程物探是其中的重要分支之一。
江苏省地质勘查技术院江苏省南京市 210049 摘要：在地球物理勘探中，工程物探是其中的重要分支之一。
随着地球物理勘探技术、计算机技术及信息技术的发展，工程物探技术也得到迅猛发展，并且被广泛应用于各个工程领域。
本文分析了工程物探方法技术在工程监测检测中的应用。
关键词：工程物探；方法技术；监测；检测；应用引言我国工程物探技术发展速度较快，应用较广泛。
在过去相当长的一段时间内，工程物探技术一直处于零散的、局部的研究与应用状况，设备落后，方法和技术手段较单一。
近二十年来，随着国民经济的飞速发展，基础产业、基础设施建设、城市建筑物建设迅猛兴起，如今的工程物探技术不仅服务于工程的前期勘察，还服务于工程建设过程以及后期维护的各个阶段，其任务和目的包涵了工程建设监测，检测等相关内容。
以低成本、高效率的特点极大保障了工程建设施工质量及生产过程安全。
1工程物探方法概述 1．1工程物探方法工程物探是以地下岩土层（或地质体）的物性差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间展布范围（大小、形状、埋深等）并可测定岩土体的物性参数，达到解决地质问题的一种物理勘探方法。
工程物探方法门类众多，其检测原理和检测仪器设备也各不相同，随着科学技术的不断进步，工程物探检测技术发展日趋成熟，新技术和新方法不断涌现，解决了大量的工程建设及后期维护难题。
工程物探的应用和发展已经成为了衡量地质勘察现代化水平的重要标志，也是工程建设过程生产监测和质量检测的重要技术手段。
1．2工程物探方法分类 1．2．1电法勘探电法勘察法主要包括电测深法、电剖面法、高密度电法、自然电场法、充电法、激发极化法、瞬变电磁法等。
1．2．2地震勘探：包括浅层折射波法、浅层反射波法和瑞雷波法； 1．2．3探地雷达探地雷达法主要包括剖面法、宽角法、环形法、透射法、单孔法、多剖面法等。
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。
地震层析成像
Company Logo
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）
Company Logo
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
Company Logo
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；
Company Logo
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
Company Logo
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；
HRT4(层析成像))
层析成像的目的是确定一个图像函数 f ( x, y) 观测数据可以表示为它 沿路径 L 的积分
其中 d ( , ) 称为投影函数，变量 与波的入射角有关， 与射线的路径有关。当 L 为直线时， 即入射角， i 为射线相对于坐标原点的法向距离，上式称为二维经典Radon变换； 当 L 为曲线时，称其为沿曲线积分的广义Radon变换。把图像划分 为 J 个互不重叠的象元，用象元内 f ( x, y) 的平均值 { f j } 代替 f ( x, y) ，即可得到图像的数字化版。则
灌浆前、后都作了地震波层析成像测试。井间距为10~12米，井 深为15~18米。采用了全程激发接收观测系统。激发、接收点距为 0.5米。测试剖面基本上顺岩层走向。其地震波层析成像图如下：
JK25号 孔 与 JK24号 孔 间 地 震 影 像 图
(灌 后 )
0
M 22右 05号 孔 与 M 26右 05号 地 震 影 像 图
高程（米） 2500
地震影像布置示意图
地表 2500
地震影
段 像激发
2400
地震影像带
2300
地震影像接收段 2200 湖水面
6号平硐
1号平硐
点距（米） 100 200 300 400 500 600
工程区位于松潘—甘孜褶皱带的巴颜喀拉冒地槽褶皱带内、南邻 后龙门山冒地槽褶皱带，东北邻杨子准地台的摩天岭台隆，靠近青 藏高原东边界的岷江断裂。边坡岩体为志留系浅变质砂岩，结晶灰 岩和碎屑岩。因多次构造错动，边坡十分破碎。为探测边坡岩体卸 荷情况，在勘探平硐与山顶间作地震波层析成像测试工作。 6号平硐长为 146 米，而它与山顶距离为 350 米，采用了全程激发 接收观测系统，激发、接收点距为 4米。地表激发，平硐内接收。 采用仪器为吉林工业大学工程地质研究所ES2404E型地震仪，软件 为成都理工大学井间地震波层析成象程序。其地震波层析成像图如 下：
地震层析成像方法及其应用研究
感谢观看
2、环境监测：地震层析成像方法也可以应用于环境监测领域。例如，通过 观测地震波在地壳中的传播特征，可以评估地球表面的沉降和隆起状况，监测地 壳运动和地震活动，为环境预警和减灾提供支持。
3、地球科学：地震层析成像方法在地球科学领域的研究中也具有重要意义。 它可以帮助科学家了解地球的内部结构和动力学过程，深化对地球演化历史的认 识。
电阻率法层析成像的原理与方法
电阻率法层析成像基于电阻抗测量技术，通过施加激励信号于研究对象，测 量其内部电学特征，如电阻抗等，并将测量结果转化为图像。具体实验设计包括 选择合适的激励信号、设计测量电路、采集数据及图像处理等步骤。
在物理学领域，电阻率法层析成像被广泛应用于研率的变化，可以推断出材料内部的 导电性能与微观结构。
地震层析成像方法的应用与发展
地震层析成像方法在地球物理领域的应用广泛，主要包括以下几个方面：
1、资源勘探与开发：地震层析成像方法在石油、天然气和地热等资源的勘 探与开发中具有重要作用。通过对地震数据的分析和处理，可以获取地下岩层的 分布、厚度、结构和属性等信息，为资源勘探和开发提供可靠的地质依据。
结论
电阻率法层析成像作为一种无损、非侵入性的成像方法，在物理学、化学、 生物医学等多个领域具有广泛的应用前景。本次演示详细介绍了电阻率法层析成 像的原理、方法及其在各领域的应用，并展望了其未来发展方向。随着技术的不 断进步和应用领域的拓展，电阻率法层析成像将在未来发挥更加重要的作用，为 科学研究与实际应用提供有力支持。
在应用前景方面，地震层析成像方法仍然有很大的发展空间。例如，利用该 方法进行深部矿产资源勘探、地下水污染监测以及地壳运动和地质灾害预警等领 域的应用研究，都具有重要的现实意义和社会价值。
工程物探技术在岩土工程中的应用及前景 邹志猛
工程物探技术在岩土工程中的应用及前景邹志猛摘要：现代社会发展愈加迅速，随之得到快速发展的还有工程物探技术在岩土工程中的应用，很多具有十分广阔应用前景的工程物探技术在解决岩土工程问题的时候发挥了重要的作用，该篇文章将对岩土工程中工程物探技术的应用作相应介绍。
并且分析探讨了各种应用的前景情况。
关键词：工程物探技术；岩土工程；发展前景随着社会的不断发展，工程物探技术快速发展起来，主要体现在电磁波理论和电学原理等发展而来的多种工程物探技术。
这些技术主要包括有浅层地震反射波法、浅层地震折射波法与弹性波测井、地下管线探测技术等。
这些技术已经在我国多种工程建设项目中被广泛的推广，并且打破了传统的勘察方法，解决了很多以前无法解决的难题。
工程物探由于其自身的优势条件，已经得到了广大技术人员的认可。
要注意的是物性条件的适用性与解决问题的可靠性成正相关关系。
因此，只有采用多种工程物探手段的联合使用，才能更有效地解决岩土工程可能遇到的一系列复杂的技术难题。
一、工程物探技术在岩土工程中的应用1.1工程物探技术在岩土工程检测中的应用地基加固的效果评价、大坝或者路基的密实度以及基桩质量检测都是工程技术在岩土工程检测方面的主要的体现。
工程物探技术在岩土工程中的应用主要有下几个技术：瞬态面波法、地质雷达等。
将施工之前和施工之后的原位测试试验值和弹性波速度进行对比和分析。
除此之外，工程物探技术可以利用电磁波传递速度的差异检查大坝以及其它的建筑中是否存在裂缝，对裂缝的相关情况进行详细的掌握，评估裂缝对工程是否存在危害，以及危害的等级，从而及时的采取相应的措施，最终保证工程的安全，防止事故的发生。
在工程建设质量控制当中，工程物探技术同样也发挥着巨大的作用，其中常见的作用就是对桩基实现无损检测，比较常见的检测方法主要有两种：一种是动力试桩法，另一种是声波测桩法。
通过弹性波不同的传递速度来对混凝土的质量进行判断和检测。
这种检测方法工艺简单，检测效率高且成本较低，比较适合大面积检测，支持随机抽样，因此获得了广泛的应用。
地震层析成像
地震层析成像摘要：层析成像方法是一种公认的基于地震数据的有效方法，近20年来，层析成像方法发展迅速。
从原理上讲，层析成像方法可分为两大类，一是基于射线理论走时层析成像，二是基于波动方程的散射层析成像。
本文介绍新的层析成像方法及其技术，包括各向异性介质的2D立体层析成像；时移层析成像的超声数据试验；绕射层析成像的迭代方法：真振幅偏移的本质；用于速度模型构建的下行波折封层析成像和反射层析成像；多尺度波动方程反射层析成像，并在后面展开层析成像方法应用于构造速度模型的分析和实例。
关键字：层析成像；偏移成像；速度模型；克希霍夫偏移。
一、引言偏移成像在地震勘探和开发过程中，已经成为一种关键的地震数据处理技术。
成像的精度和可靠性依赖于速度模型的准确与否。
速度分析历来都是地震资料处理的基础工作，从均方根速度、层速度以及叠加速度等，贯穿于地震资料处理的方方面面，速度分析方法丰富多样。
迄今，层析成像方法是一种公认的基于地震数据的有效方法，近20年来，层析成像方法发展迅速。
从原理上讲，层析成像方法可分为两大类，一是基于射线理论走时层析成像，二是基于波动方程的散射层析成像。
后一种层析成像很复杂，正处于理论研究阶段。
尽管其实际应用不多，但却是层析成像的发展方向。
走时层析成像比较成熟，有很多的实际应用。
它又可细分为初至走时层析成像和反射走时层析成像。
初至走时层析成像方法简单直观，稳定性较好，主要应用于井间地震以及近地表的速度分析，但是，初至走时层析成像由于只利用初至走时，所以，得到的速度模型比较粗糙，分辨率也较低。
反射层析成像主要应用于地下速度和反射层深度的反演，以及叠前或叠后偏移的速度分析之中。
前者由于速度和深度之间的藕合关系，以及反射波到达时间及其层位难于拾取等，制约了它的广泛应用，但是，这是一种极具价值和潜力的反演方法。
后者则是利用经过叠前或叠后CRI道集中同相轴未被拉平的剩余时差，经过层析成像来修正用于偏移的速度模型。
孔间CT在工程勘察及岩土治理检测中的应用
孔间CT在工程勘察及岩土治理检测中的应用摘要：孔间ct分为电磁波孔间ct和地震波孔间ct通过钻孔间各岩土层对电磁波吸收率的不同及地震传波速度的不同，可查明钻孔间的岩溶裂隙、溶洞、采空、土体扰动带及断裂破碎带的分布位置及状态。
近年来在工程勘察及岩土治理效果检测等方面得到广泛应用。
关键词：电磁波ct；地震波ct；岩溶；采空；裂隙带中图分类号：k826.16 文献标识码：a 文章编号：随着城市建设的发展，岩溶区、采空区、土体扰动带等地区的工程勘察逐渐增多。
浅层地震、电法等物探方法得到广泛应用，但由于场地精度所限一些物探方法具有一定的局限。
近年来孔间ct 以其操作简单、精度较高等特点，在地灾勘察及岩土治理效果检测等方面得到广泛应用，并取得了较好的效果。
一、方法原理目前孔间ct按其原理可分为电磁波ct和地震波ct。
1）电磁波ct电磁波ct法是利用无线电波（工作频率0.5~32mhz）在两个钻孔中分别发射和接收，根据不同位置上接收的场强的大小，来确定地下不同介质分布的一种地下地球物理勘查方法，也称井中无线电波透视法，是目前被广泛使用于工程地质和金属矿勘查等领域。
当电磁波通过不同的地下介质(如各种不同的岩石、矿体及采空区、溶洞、破碎带等)传播时，由于不同介质对电磁波的吸收(β)存在差异，如地质界线、溶洞、破碎带等的吸收系数(βs )比其围岩的吸收系数(βo )要大得多，因此在地质界线、溶洞、破碎带的背后的场强也就小得多，从而呈现负异常，我们就是利用这一差异推断目标地质体的结构和形状。
2）地震波ct（井间地震层析成像）层析成像的基本原理是利用物体外部边界某种物理观测数据,依据一定的物理定律和数学关系进行反演计算,以得到物体内部与观测场相关的物理参数分布, 并以图像形式表现出来。
采用基于huygens原理的网络追踪算法—最短路径射线追踪算法作为本次层析成像反演计算的射线追踪算法。
若取得无穷多的连续投影值(地震波观测值), 则反演的解是唯一的。
浅谈岩土勘察在岩土工程技术中的现状与发展
浅谈岩土勘察在岩土工程技术中的现状与发展发表时间：2019-03-26T10:52:57.173Z 来源：《建筑细部》2018年第18期作者：宗辉杰[导读] 岩土勘察作为岩土工程中一项重要的技术环节，它在工程设计的质量方面起着决定性作用。
现今我国岩土工程勘察技术正不断进步，但受现代工程建筑难度增加、岩土勘察技术研发力度薄弱等客观因素影响，岩土勘察仍存在诸多问题有待解决。
本文阐述了岩土勘察的重要性，就岩土勘察的现状和发展方向进行了分析讨论。
宗辉杰南京市第九建筑安装工程有限公司江苏南京 210000 摘要：岩土勘察作为岩土工程中一项重要的技术环节，它在工程设计的质量方面起着决定性作用。
现今我国岩土工程勘察技术正不断进步，但受现代工程建筑难度增加、岩土勘察技术研发力度薄弱等客观因素影响，岩土勘察仍存在诸多问题有待解决。
本文阐述了岩土勘察的重要性，就岩土勘察的现状和发展方向进行了分析讨论。
关键词：岩土勘察；工程施工；数字化；发展方向1 常见的岩土勘察技术1.1 工程物探技术工程物探技术是岩土勘探的重要方法，是岩土工程中的重要内容。
工程物探技术克服了地面直流电法、电测井法等传统物探方法中的局限性，它不受场地和地形的限制，能够有效地节约勘察时间、降低勘察成本。
运用岩土工程物探技术所得出的岩土力学参数能够直接运用于施工中。
以下介绍几种常见的工程物探技术：①探底雷达技术。
它主要依据地下介质的不连续性，运用超高脉冲电磁波对于地下目标进行物理勘探。
这种技术具备操作方便、工作效率高、破坏性小、分辨率高等优点，在探测浅层岩土方面有着传统勘测技术不可比拟的优势。
②地震波层析成像技术。
这是一种近几年才发展起来的新技术，它从适当的激发点和接收点处获取地震波，根据其弹性波速来确定具体的地质分布，并运用不同的地震波走势对于地质结构进行分析成像。
③隧道地震勘查技术。
这种技术具备勘测距离远、分辨率高、抗干扰能力强等特点，它运用高灵敏度的接收器收集隧道侧壁的地震波，结合实地情况探测岩石破碎带。
地震层析成像
刘皓男 2014.12.07
主题：地震层析成像
目录
1 2 3 4概念来自分类技术 下周计划1、概念
地学层析成像是用医 学X射线CT的理论详细调 查地下物性参数分布状况 的物探技术。分为地震层 析成像、电磁波层析成像 和电阻率层析成像。 相对来说, 地震层析 成像较其他两种方法应用 更加广泛。
（a）医学层析成像 （b）地学层析成像
优点：波动方程包含地震波场的全部信息, 比仅 利用走时资料的射线追踪更能客观地反映地下结 构信息, 是未来的主要发展方向
3、技术 3.1地震层析成像
1 2 3 4 模型参数化 正演计算地下介质属性的理论值 反演及图像重建 反演结果的评价(分辨率分析)
3.2射线走时层析成像
3.1地震层析成像
模型参数化方法：
基于伪弯曲法和 Snell 定律的射线追踪示意图 。Vi 为每一层的速 ,Ai’ ,Ai’’ ,Bi (i=1, 2, 3, 4) 分别为初始和迭代后射线路径上的点。
度;Ai,
3.2射线走时层析成像
五、正则化和反演计算方法
4、下周计划
下周计划阅读文献：
Engineering applications of seismic refraction method: A field example at Wadi Wardan, Northeast Gulf of Suez, Sinai, Egypt
（a）立方块法 （b）网格法 （c）网格-不连续面法
3.1地震层析成像 反演算法
3.1地震层析成像
分辨率分析
常用的方法有: ( 1) 射线密度法。通过衡量每个节点附近的射线数量作为解的可 靠性的一种评价。 ( 2) 尖峰试验法。该方法是通过使用合成数据去获得分辨率矩阵 的列矢量, 以测试方程组的病态对解的歪曲效应 ( 3) 棋盘分辨率试验法。该方法的基本原理是, 首先用一个人工 合成数据集代替已有的观测数据集。合成数据集由在一个特定 的三维速度模型下, 应用真实的射线分布计算得到的理论走时值 构成。
地震层析成像概要
地震层析成像摘要：层析成像方法是一种公认的基于地震数据的有效方法，近20年来，层析成像方法发展迅速。
从原理上讲，层析成像方法可分为两大类，一是基于射线理论走时层析成像，二是基于波动方程的散射层析成像。
本文介绍新的层析成像方法及其技术，包括各向异性介质的2D立体层析成像；时移层析成像的超声数据试验；绕射层析成像的迭代方法：真振幅偏移的本质；用于速度模型构建的下行波折封层析成像和反射层析成像；多尺度波动方程反射层析成像，并在后面展开层析成像方法应用于构造速度模型的分析和实例。
关键字：层析成像；偏移成像；速度模型；克希霍夫偏移。
一、引言偏移成像在地震勘探和开发过程中，已经成为一种关键的地震数据处理技术。
成像的精度和可靠性依赖于速度模型的准确与否。
速度分析历来都是地震资料处理的基础工作，从均方根速度、层速度以及叠加速度等，贯穿于地震资料处理的方方面面，速度分析方法丰富多样。
迄今，层析成像方法是一种公认的基于地震数据的有效方法，近20年来，层析成像方法发展迅速。
从原理上讲，层析成像方法可分为两大类，一是基于射线理论走时层析成像，二是基于波动方程的散射层析成像。
后一种层析成像很复杂，正处于理论研究阶段。
尽管其实际应用不多，但却是层析成像的发展方向。
走时层析成像比较成熟，有很多的实际应用。
它又可细分为初至走时层析成像和反射走时层析成像。
初至走时层析成像方法简单直观，稳定性较好，主要应用于井间地震以及近地表的速度分析，但是，初至走时层析成像由于只利用初至走时，所以，得到的速度模型比较粗糙，分辨率也较低。
反射层析成像主要应用于地下速度和反射层深度的反演，以及叠前或叠后偏移的速度分析之中。
前者由于速度和深度之间的藕合关系，以及反射波到达时间及其层位难于拾取等，制约了它的广泛应用，但是，这是一种极具价值和潜力的反演方法。
后者则是利用经过叠前或叠后CRI道集中同相轴未被拉平的剩余时差，经过层析成像来修正用于偏移的速度模型。
新技术新方法引进与应用详解
新技术新方法引进与应用4.1 地质雷达技术地质雷达与探空雷达相似，利用高频电磁波(主频为数十数百乃至数千兆赫)以宽频带短脉冲的形式，由地面通过发射天线(T)向地下发射，当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射，并返回地面，被放置在地表的接收天线(R)接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。
由于电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。
因此，根据接收到的电磁波特征，既波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度、频率和波形等，通过雷达图像的处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置或结构特征。
地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法，以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点，已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，并在工程实践中不断完善和提高。
我公司引进地质雷达后，结合水利水电工程特点，先后在海河流域平原区进行了约400km长的堤防工程质量检测和数十项岩土工程勘察测试工作，取得了良好的应用效果和经济效益。
如在永定河堤防质量探测中通过雷达探测并经反射层拾取和时间剖面的解释，取得以下结论：⑴ 根据雷达图像分析认为，对应剖面由浅至深为：①第一同相轴(<4ns)为雷达波初始信号；②第二同相轴和第三同相轴(<12ns，层厚约0.40m)呈现出宽粗、强振幅，且连续可追踪的水平层状，该同相轴推测为浆砌石在雷达图像上的反映。
尤其是第三同相轴有时出现不连续段或缺失或杂乱无章时，即可推定此处浆砌石质量差或与堤身土体分离形成架空等现象；③新人工填土：反射层位不连续，起伏变化较大，有时杂乱无章，反映该层填土不均匀，层位不稳定，时有透镜体的形式展现，该层厚度大约为2～4m；④老人工填土：反射层位连续且稳定，层内介质变化不大，反映出该层填土较均匀，已形成相对密实的地层，该层厚度大约为1～3m；⑤自然地层：即堤基持力层，反射明显，层位稳定，未见层内介质突变或不均匀的现象，反映出自然地层沉积环境较好，密实度相对较大等，此层顶面埋深大约为４～５m。
工程物探介绍
工程物探介绍物探――地球物理勘探的简称，它是以地下岩土层（或地质体）的物性差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间展布范围（大小、形状、埋深等）并可测定岩土体的物性参数，达到解决地质问题的一种物理勘探方法。
按照勘探对象的不同，物探技术又分为三大分支，即石油物探、固体矿物探和水工环物探（简称工程物探），我们使用的为工程物探。
工程物探技术方法门类众多，它们依据的原理和使用的仪器设备也各有不同，随着科学技术的进步，物探技术的发展日趋成熟，而且新的方法技术不断涌现，几年前还认为无法解决的问题，几年后由于某种新方法、新技术、新仪器的出现迎刃而解的实例是常见的。
它是地质科学中一门新兴的、十分活跃、发展很快的学科，它又是工程勘察的重要方法之一，在某种程度上讲，它的应用与发展已成为衡量地质勘察现代化水平的重要标志。
常用物探方法及特点①电法勘探：包括电测深法、电剖面法、高密度电法、自然电场法、充电法、激发极化法、可控源音频大地电磁测深法、瞬变电磁法等；②探地雷达：可选择剖面法、宽角法、环形法、透射法、单孔法、多剖面法等；③地震勘探：包括浅层折射波法、浅层反射波法和瑞雷波法；④弹性波测试：包括声波法和地震波法。
声波法可选用单孔声波、穿透声波、表面声波、声波反射、脉冲回波等；地震波法可选用地震测井、穿透地震波速测试、连续地震波速测试等；⑤层析成像：包括声波层析成像、地震波层析成像、电磁波吸收系数层析成像或电磁波速度层析成像等；⑥水声勘探：又称为水下浅地层剖面勘探；⑦放射性测量：包括自然伽玛测量、 测量、伽玛-伽玛测量、同位素示踪法等；⑧综合测井：包括电测井、声波测井、地震测井、自然 测井、 - 测井、温度测井、电磁波测井、雷达测井、井中流体测量、磁化率测井、超声成像测井、钻孔电视观察、井径测量、井斜测量等。
物探是一种间接的勘探方法，利用它解决有关地质或工程问题，是以一定的地质因素或工程特性与一定的物理现象间的相关性为前提，不同的地质体或工程体具有不同的物性特点，而不同的物探方法又需要具备不同的物性条件以及地形条件和工作场地。
(第九讲)地震层析成象
Si
其中 S i 表示小区域 Si 之面积， 向量 f f1 , f 2 ,..., f I T被称为图像向量。
三、地震走时层析成像算法
3．1离散图像重建
设射线 Li 与小区域 S i 相交部分之长度为 a ji ，根据 Radon变换，函数 f 沿射线 Li 的投影函数为
j f
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.4地震反演解的可靠性问题 由于震源和检波器位臵分布及连续问题的离散化 , 地震层析成像反演将遇到方程的不适定问题 . 若方 程组是欠定的 , 解可能不存在 , 或者没有唯一解 . 当条件数很大时 , 反演问题将是不稳定的 , 所用算 法也可能不稳定 . 若方程是超定的 , 说明方程组中 的一个或几个方程是其它方程的线性组合 , 或者所 有的方程中某些变量是其它变量的同一线性组合 , 这两种情况都得不出唯一解 ( 杨文采 , 1 997; 刘福 田 , 1989) .
Af τ
三、地震走时层析成像算法
3．2重建算法 方程组（ 3 ）中的系数矩阵 A 是极其稀疏的，因为它 的每一行有 J 各元素，而每条地震波只通过所有 I 个 像元中的一小部分，因此矩阵A中的大部分元素为零。 根据系数矩阵稀疏的特点，对方程组（3）多采用迭 代方法求解。
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球构造研究，并公布了全球三 维速度结构。从而使人们对重力场变化、密度结构、 地幔物质流动有了新的认识。
第十四讲地震波层析成像
mantle convection
Travel time table from ak135 model
Travel time picks
Shearer, 2009
3-D variations of Earth’s Structure from Seismic Tomography
Seismic waves in the Earth
Parallel beam
Fan beam, Multi-receiver, Moves in big steps
Cunningham & Jurdy, 2000
Broader fan beam, Coupled, moving source receivers, fast moving
Broader fan beam, Moving source, fixed receivers, fast moving (1976)
Traveltime/waveform
3-D wave speeds Inverse problem
Researchers at MIT and Harvard, led by Keiti Aki and Adam Dziewonski in late 1970’s and 1980’s, pioneered the technique of seismic tomography.
R. Weaver,Science, 2005
Processing Steps:
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
岩溶地区地质勘察综述
岩溶地区地质勘察综述[摘要] 基于多年从事岩溶地区工程勘察的相关工作经验，探讨了岩溶地区工程地质勘察的方法，分析研究了传统钻探和物探的特点。
[关键词] 岩溶地区地质勘察地球物理勘探1、引言岩溶地区在我国分布十分广泛,以广西、四川、云南、贵州最为发育, 其余如湖南、广东、浙江、江苏、山东、山西等地均存在规模大小不同的岩溶地区。
由于地表水和地下水的溶蚀作用, 发育着各种类型的岩溶地貌和岩溶形态, 产生沟槽、裂隙和空洞。
岩溶勘察的目的在于查明对建筑物场地和地基有影响的岩溶的发育规律, 岩溶形态的分布、形状、规模, 岩溶水情况对土层的工程性质等, 并对建筑场地的适宜性和地基的稳定性作出评价。
不同地质时代的可溶性岩层,由于岩溶在时间和空间上发育的不均一性,造成岩溶地区的地质情况非常复杂, 因此在进行岩溶勘察时,仅靠传统的地质方法难以得到满意结果，因而采用合理的勘察方案和勘察方法就显得尤为重要。
本文在多年来在岩溶地区工程勘察的经验的基础上，收集相关工程资料和他人的研究成果并加以综合整理、分析和研究, 总结出适用于岩溶地区工程地质勘察的方法。
2、岩溶工程地质勘察的地质方法2.1 钻探钻探是工程地质勘察最直接的勘探手段。
主要受地形条件影响较大，特别是对于铁路工程勘察，交通和机具搬运、安置等都很困难，因此物探对于铁路岩溶地区工程地质勘察显得尤为重要。
对于交通方便的地区，几乎任何条件下均可使用钻探方法。
钻探工作是了解一定深度范围内的岩溶发育情况, 尤其当地表无岩溶现象或有覆盖层时, 结合地质调查和物探资料, 根据工程具体情况布置钻孔。
工程地质勘察中使用的钻探方法较多, 因而要根据具体情况选用适宜的钻探方法和机具, 此外,为了利用钻孔更好地了解地下地质情况,配合钻探, 往往要进行钻孔压水试验或抽水试验等水文地质工作。
2.2 静力触探静力触探手段在工程地质勘察中主要是用来确定软土、粘性土和砂类土的承载力。
静力触探用于覆盖型岩溶工程地质勘察，主要是查明第四系覆盖层中有无隐蔽土洞存在、土洞的规模及埋藏位置、疏松裂隙带的分布及其范围等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
适合在震源连续性能较好且接收器为单级检波器系统情况下使用。
采集道集可用于进行透射与衍射层析成像和反射比成像。
但是效率不高，且有井深要求。
主要用于解决地层连续性诊断问题。
2.探测方法：
(1)获取各种可以收集到的有用资料,根据探测区域的具体情况。
首先走访勘察施工单位,确定钻孔的地层分布及钻进情况。
收集探测区域其他物探方法勘查报告,了解其特征,以便与井间层析成像实测资料进行对比。
(2)测量前需准备:①仪器测试和检波器的一致性校正;②震源试验,确定最佳的震源能量、频带宽度、震源信号的形状和可重复性等;③环境噪声的测试,尽量避开噪声源;④检波器耦合试验,找出改善耦合的办法,如在底部加黏合剂,加大井中泥浆的稠度;⑤井下震源和检波器深度误差的测试。
(3)观测系统设计的好坏是层析成像取得良好地质效果的重要因素之一,观测系统的设计应考虑以下几点:①成像区域的井深与井间距之比值尽可能小于1,比值越大,陡倾角射线数越多,成像地质效果越好;②被探测的不良地质体的几何尺度及埋藏深度;③射线尽可能覆盖整个成像区域且均匀分布,尽量使每个成像单元网格内有一条射线通过;④炮点距及检波点距尽可能分布在多个方位上;⑤现场测试时,对激发、接收点应准确定位,同时应保证每张记录的信噪比高、地震波初至清晰,对不合格记录应坚决去掉或重测。
同时,由于测试数据量大,应及时准确填写原始记录的激发、接收关系。
在探测过程中,介质中地震波的传播速度和介质的地球物理特性是重要的影响因素。
相对于泥灰岩介质其纵波速度范围介于1. 4~4. 5 km/s之间,冲洪积层等介质其纵波速度范围介于0. 5~1. 6km/s之间。
由于地质体变化的复杂性,针对具体场地，需要进行探测试验与参数标定,以确保探测结果解释的精度。
井中地震波层析成像的施工过程是:一般先将震源放到井底部,检波器串也
先放在另一口井底部,然后激发、记录后逐渐提升,完成一个共炮点道集后再继续进行下一个共炮点道集的接收。
就是采用一发多收的扇形穿透观测系统。
经过多点激发,在被测区域形成致密的射线交叉网络,构成扫描式观测系统。
注意记录发射点、接收点坐标及走时数据。
3.观测系统设计
观测系统的设计要根据所测定目标体的大小来选择激发与接收的点距,激发与观测点距要小于目标体的空间大小才能保证其空间的分辩率,一般采用一点激发多点接收,在能接收到有效初至波的情况下,尽可能对整个观测段进行全面覆盖,以增大初至波射线的密度和加大传播射线的扇形角度,只有当射线路径从多角度穿过成像目标体时,才能准确地识别它的位置和形态。
因此,目标体在空间上的分辨率也取决于射线密度。
4.激发与接收系统
从工作方便考虑,激发系统现在一般采用多脉冲型电火花震,这种震源具有连续激发能力、能量损耗小、激发频率高、一致性好的特点,且激发能量大小可以调节,激发方式灵活,适合在井中激发使用。
接收系统受观测系统及震源能量影响,有时检波器与炮点距离较远,因此,采用响应频带宽、采样精度高、灵敏度高、非线性失真小的水听器做成检波器串。
同时,由于一次激发,多个检波器接收,所得到的记录为共源记录,因此,各个水听器记录在时间域和频率域上是相似的,这为有效信号的识别和提取提供了有利条件。
对于地震记录的主机来讲一般地震仪都可以完成工作,但要求频响范围宽、动态范围大、采样精度高的多通道地震仪。
现场测试时,对激发、接收点应进行准确定位,增大观测的扇形角度。
同时要保证每张原始记录信噪比高、地震波初至清晰。
只有原始数据精度高才使后续处理有意义。
为提高弹性波CT层析成像反演精度,保证初始速度模型更精确,在有条件的情况下,可对每对钻孔中采取的岩心进行声波测试,以便获得测区岩体的纵波速度参数,为地质解释提供可靠依据。
进行反演计算时,离散单元尺度不应大于所需分辨的目的体的线性尺度。
应根据声波测试结果和钻孔资料建立反演初始模型及边界约束条件,以提高反演精度。
2.电磁波CT
地下洞穴，尤其是岩溶洞穴这类不良地质体的勘察，是国内、外工程界非常关注的问题。
地下电磁波法是探测地下洞穴的有效物探方法之一，与其他物探方法相比，在覆盖较厚或地面障碍物阻挡时有其独特的优势。
他在探测钻孔间与围岩有较大高频电磁差异的岩溶洞穴、地下暗河、断层破碎带等时，在确定其形态、空间位置以及充填物性质等方面，都取得了一定的进展，在应用中也解决了不少实际工程问题。
电磁波CT是利用工作频率0.5MHz——32MHz的无线电波在两个钻孔或坑道中分别发射和接收。
根据不同位置上接收的场强大小，对两孔之间二维模型的地球物理特征进行处理来确定地下不同介质分布的一种地球物理勘探方法。
钻孔电磁波CT有2种成像方法，一种为绝对衰减层析成像；一种为相对缩减层析成像。
前者重建地下介质绝对衰减的二维分布图像，后者重建地下介质相对缩减的二维分布图像。
钻孔电磁波CT测试共有定点发射、水平同步和斜同步三种观测方式，发射和接收点距根据空间介质的吸收系统系数的变化范围和振幅衰减规律而定。
正式采集数据前，应根据两钻孔的恐惧、孔深及两孔间的岩石完整性进行选频，即选择采集的最佳频率，为慎重起见，一般应选择包括所选择最佳频率的频率段。
利用采集到的数据绘制全部数据频率曲线，然后抽出最佳频率曲线，建立相应频率的数据文件。
其目的有：一是从全部频段曲线中找出异常分布规律；二是对最佳频率曲线进行优化处理，消除个别畸变点，在成图处理时，选用适当的网格和迭代上线，采用较合适算法进行反演计算。
在反演过程中，为了提高个剖面图像的对比性，可采用交替追赶法对计算公式中的E0值做合理调整。