吉林大学学报(地球科学版) ›› 2026, Vol. 56 ›› Issue (1): 386-396.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20250271

• 地球探测与信息技术 • 上一篇    

基于NEWUOA的CRS叠加成像技术

韩复兴1,王源1,高正辉1,常志邈1,马飞2,秦昊3,尚浩4, 5   

  1. 1.深部探测与成像全国重点实验室/吉林大学地球探测科学与技术学院,长春 130026
    2.吉林省地震局,长春 130117
    3.军事科学院国防工程研究院,北京 100850
    4.山东省地质调查院,济南 250014
    5.中国地质学会北方岩溶城市地下空间精细探测与开发利用创新基地,济南 250014
  • 收稿日期:2025-10-16 出版日期:2026-01-26 发布日期:2026-02-09
  • 通讯作者: 高正辉(1991—),男,副教授,硕士生导师,主要从事城市地球物理、地震数据处理、偏移成像及正反演研究,E-mail: gaozh2020@jlu.edu.cn
  • 作者简介:韩复兴(1981—),男,教授,博士生导师,主要从事地震波传播与成像、计算地球物理方面的学习与研究,E-mail: hanfx@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项(2025ZD1008500,2025ZD1008504);国家自然科学基金项目(42304128,42074150);国家重点研发计划项目(2023YFC2906704-5)

CRS Stack Imaging Technology Based on the NEWUOA Derivative-Free Optimization Algorithm

Han Fuxing1, Wang Yuan1, Gao Zhenghui1, Chang Zhimiao1, Ma Fei2, Qin Hao3, Shang Hao4, 5   

  1. 1. State Key Laboratory of Deep Earth Exploration and Imaging/College of GeoExploration Science and Technology, Jilin 
    University, Changchun 130026, China
    2. Jilin Earthquake Agency, Changchun 130117, China
    3. Defense Engineering Institute, AMS, PLA, Beijing 100850, China
    4. Shandong Institute of Geological Survey, Jinan 250014, China
    5. Geological Society of China Innovation Base for Precise Exploration and Development of Underground Space in Northern 
    Karst Cities, Jinan 250014, China
  • Received:2025-10-16 Online:2026-01-26 Published:2026-02-09
  • Supported by:
    the National Science and Technology Major Project for Deep Earth Probe and Mineral Resources Exploration (2025ZD1008500, 2025ZD1008504), the National Natural Science Foundation of China (42304128, 42074150) and the National Key Research and Development Program of China (2023YFC2906704-5)

摘要: 共反射面元(common reflection surface, CRS)叠加成像技术通过使用相邻共中心点道集信息提高地震数据信噪比,是处理低信噪比、低覆盖次数地震数据的关键技术。其三参数优化的搜索方法无论是经典的分步搜索还是同步的全局搜索,最终都需要局部优化算法提升精度,而传统的Nelder-Mead单纯形算法搜索方式简单,计算效率较低。本文采用一种无导数优化算法——新型无约束优化算法(new unconstrained optimization algorithm, NEWUOA)作为CRS叠加的精度提升算法。该算法通过动态构建二次插值模型,采用信赖域迭代策略,利用目标函数曲率信息提升计算效率。文中采用层状起伏模型和Marmousi2模型对该算法进行测试。结果显示,针对简单的层状起伏模型和复杂的Marmousi2模型,基于NEWUOA得到的相干值优化结果均普遍优于或等于基于Nelder-Mead单纯形算法得到的相干值优化结果,与Nelder-Mead单纯形算法相比,计算效率分别提升约48%和45%。这表明NEWUOA在保证CRS叠加优化精度的同时,能够显著提升计算效率,适合作为精度提升的计算工具。

关键词: CRS叠加成像技术, 三参数优化, NEWUOA, 无导数优化, Nelder-Mead单纯形算法

Abstract: The common reflection surface (CRS) stack imaging technique enhances the signal-to-noise ratio of seismic data by utilizing information from adjacent common midpoint gathers, making it a key technology for processing seismic data with low signal-to-noise ratios and low fold coverage. Whether using classical stepwise search or synchronous global search methods for CRS three-parameter optimization, a local optimization algorithm is ultimately required to enhance accuracy. The traditional Nelder-Mead simplex algorithm, with its simple search approach, suffers from relatively low computational efficiency. This paper adopts a derivative-free optimization algorithm called NEWUOA (new unconstrained optimization algorithm) as the precision enhancement method for CRS stacking. This algorithm dynamically constructs a quadratic interpolation model, employs a trust region iterative strategy, and utilizes curvature information of the objective function to improve computational efficiency. The algorithm was tested using a layered undulating model and the Marmousi2 model. The results show that for the simple layered undulating model and the complex Marmousi2 model, the NEWUOA generally outperformed or equaled the Nelder-Mead simplex algorithm in improving coherence values, with a computational efficiency increase of approximately 48% and 45%, respectively, compared to the Nelder-Mead simplex algorithm. This demonstrates that the NEWUOA can significantly enhance computational efficiency while maintaining the accuracy of CRS stack optimization, making it well-suited as a computational tool for precision refinement.

Key words: CRS stack imaging technique, three-parameter optimization, NEWUOA, derivative-free optimization, Nelder-Mead simplex algorithm

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  • P631.4
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