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应用地球物理  2024, Vol. 21 Issue (4): 697-714    DOI: 10.1007/s11770-024-1095-6
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基于快速扫描法计算射线路径的走时层析成像方法
唐怀谷,谢仁军*,吴怡,周长所,袁俊亮
1. 中海油研究总院,北京 100028
Travel time tomography by ray tracing using the fast sweeping method
Huai-gu Tang, Ren-jun Xie*, Yi Wu, Chang-suo Zhou, Jun-liang Yuan, and Wei Qin
1. CNOOC Research Institute, Beijing, China, 100028
 全文: PDF (0 KB)   HTML ( KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 本文提出了一种梯度下降走时层析成像方法。本方法与目前流行的伴随状态法同为基于程函方程的走时层析成像方法,两者都克服了基于两点射线追踪的传统走时层析成像方法的低效问题,能够同时计算一炮对应的全部检波点位置对梯度的贡献。但本文所述方法避免了伴随状态法中复杂数学过程的引入,梯度由对弗雷歇导数的直接求解得到,因此更容易推导实现。对弗雷歇导数求解的关键是基于快速扫描法计算一个射线路径项: 首先计算走时场,随后基于走时场计算波前面的传播方向,进一步基于波前面的传播方向计算射线路径项。每个步骤均可应用并行计算技术进行加速。因此,本文所述方法在保有与伴随状态法同样的高效、存储成本低和鲁棒性好的特点的同时,能够显式地计算出射线路径,推导和实现过程更加简单直观。
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关键词层析成像   速度建模   射线追踪   快速扫描法     
Abstract: This paper presents a gradient-descent travel time tomography method for solving the acoustictype velocity model inversion problem. Similarly to the adjoint-state method, the proposed method is based on the Eikonal equation, enabling simultaneous calculation of contributions from all common-source receivers to the gradient. This overcomes the ineffi ciency inherent in conventional travel time tomography methods, which rely on a two-point ray tracing process. By directly calculating Fréchet derivatives, our method avoids the complex derivation processes associated with the adjoint-state method. The key to calculating the Fréchet derivatives is to calculate a so-called ray-path term. Consequently, compared to the adjoint-state method, the proposed method can explicitly obtain the ray paths, resulting in a more concise and intuitive derivation process. Furthermore, our method retains the benefits of the adjoint-state method, such as speed, low memory usage, and robustness. This paper focuses on elucidating the principles and algorithms for calculating the raypath term based on the fast sweeping method. The algorithms could be further speeded up by using parallel computational techniques. Synthetic tests demonstrate that our proposed travel time tomographic method accurately calculates ray paths, regardless of the complexity of the model and recording geometry.
Key wordstomography   velocity model building   ray tracing   fast-sweeping method   
收稿日期: 2024-01-05;
基金资助:This work was supported by 14th Five-Year Plan major science and technology projects (no.KJGG2022-0201)
通讯作者: 谢仁军,(Email: xierj@cnooc.com.cn).     E-mail: xierj@cnooc.com.cn
作者简介: 唐怀谷,1992年生,山西大同人。本科硕士毕业于中国海洋大学,研究弹性波正演和逆时偏移成像;博士毕业于新加坡国立大学,研究声波测井和全波形反演;目前任职于中海油研究总院,从事井震联合地震资料的处理和解释。
引用本文:   
. 基于快速扫描法计算射线路径的走时层析成像方法[J]. 应用地球物理, 2024, 21(4): 697-714.
. Travel time tomography by ray tracing using the fast sweeping method[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2024, 21(4): 697-714.
 
没有本文参考文献
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