吉林大学学报(地球科学版) ›› 2021, Vol. 51 ›› Issue (1): 1-12.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20200090
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孙建国
Sun Jianguo
摘要: 为解决深海水体速度建模问题,建立了两个利用Munk公式和海底反射走时反演深海水体速度的反演理论,一个是射线走时反演理论,另一个是波动方程走时反演理论。具体地讲,是建立了地震波走时关于Munk参数的Fréchet导数和海森矩阵公式。为得到射线走时的Fréchet导数和海森矩阵,利用了3种不同的方法,即变分法、微扰法和Taylor级数展开法。这3种方法在理论上完全等价,其最终结果也完全相同。为得到波动方程走时反演理论中的Fréchet导数和海森矩阵,利用复合函数求导的链式法则对文献中的有关结果进行变换,以将其从面向速度本身的Fréchet导数和海森矩阵变换为面向Munk参数的Fréchet导数和海森矩阵。此外,还提出了实现利用Munk公式和海底反射走时构建深海水体声速剖面的5个策略,包括利用解析公式计算海底反射走时的由下至上的射线追踪策略,选用最简单的海底边界条件把数值模拟区域限定为水体的策略,用已知的深海声道轴深度和交替反演策略将四参数反演问题转简化为单参数反演问题的策略,由点到面,利用一维声速剖面公式实现深海水体的维速度建模的策略,以及用最简单的算法实现走时反演的最优化计算策略等。与常规走时反演相比,利用Munk公式进行的海底反射走时反演最多只需要反演4个参数,并可利用交替反演将四参数反演化为单参数反演,大大地减少了走时反演的计算量。
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| [1] Jensen F B, Kuperman W A, Poter M B, et al. Computational Ocean Acoustics[M]. New York:Springer, 2011. [2] Jones E J W. Marine Geophysics[M]. London:University College London, 1999. [3] Munk W H. Sound Channel in an Exponentially Stratified Ocean, with Application to SOFAR[J]. Journal of Acoustical Society of America, 1974,55(2):220-226. [4] 韩复兴,孙建国,王坤. 深海声道对波场传播的影响[J]. 石油地球物理勘探,2014,49(3):444-450. Han Fuxing, Sun Jianguo, Wang Kun. Deep Sea Channel Influence on Wave Field Energy Propagation[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2014, 49(3):444-450. [5] Han F, Sun J, Wang K. The Influence of Sea Water Velocity Variation on Seismic Traveltimes, Ray Paths, and Amplitude[J]. Applied Geophysics, 2012, 9(3):319-325. [6] 姬莉莉,林缅.中尺度涡影响下目的层地震成像的畸变与影响因素分析[J]. 地球物理学报,2013, 56(1):195-203. Ji Lili, Lin Mian. The Distortion of Seismic Imaging in the Presence of Mesoscale Eddies and Analysis of Influencing Factors[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2013, 56(1):195-203. [7] Bertrand A, MacBeth C. Seawater Velocity Variations and Real-Time Reservoir Monitoring[J]. The Leading Edge, 2003, 22(4):351-355. [8] 韩复兴,孙建国,王坤,等. 海水速度差异对中深层偏移成像的影响分析[J].地球物理学报,2015,58(9):3439-3447. Han Fuxing, Sun Jianguo, Wang Kun, et al. Analysis of the Influence of Sea Velocity Difference on Migration Imaging in Middle and Deep Layers[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015,58(9):3439-3447. [9] 鲁统祥,张文祥,邓勇,等. 针对海洋水层反射的处理方法研究[J]. 地球物理学进展,2018, 33(3):1247-1254. Lu Tongxiang, Zhang Wenxiang, Deng Yong, et al. Method for Processing the Seismic Reflection of Sea Water[J]. Progress in Geophysics, 2018, 33(3):1247-1254. [10] Ritter G L da S. Water Velocity Estimation Using Inversion Methods[J]. Geophysics, 2010, 75(1):U1-U8. [11] Červen' V. Seismic Ray Theory[M]. Cambridge:Cambridge University Press, 2001. [12] Goldin S V. Seismic Traveltime Inversion[M]. Tulsa:SEG, 1989. [13] Pica A, Diet J P, Tarantola A. Nonlinear Inversion of Seismic Reflection Data in a Laterally Invariant Medium[J]. Geophysics, 1990, 55(3):284-292. [14] 张贤达. 矩阵分析与应用[M]. 北京:清华大学出版社,2004. Zhang Xianda. Matrix Analysis and Applications[M]. Beijing:Qinghua University Press, 2004. [15] Luo Y, Schuster G. Wave-Equation Traveltime Inversion[J]. Geophysics, 1991, 56(5):645-653. [16] 孙建国,苗贺. 基于Chebyshev走时逼近的三维多次反射射线计算[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2018,48(3):890-899. Sun Jianguo, Miao He. Computation of Three Dimensional Multi-Reflection Rays Based on Traveltimes Numerical Approximation Using Chebyshev Polynomials[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2018, 48(3):890-899. [17] 孙建国,李懿龙,孙章庆,等. 基于模型参数化的地震波走时与射线路径计算[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2018,48(2):343-349. Sun Jianguo, Li Yilong, Sun Zhangqing, et al. Computation of Seismic Traveltimes and Ray Path Based on Model Parameterization[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2018, 48(2):343-349. [18] 孙建国. 高频渐近散射理论及其在地球物理场数值模拟与反演成像中的应用:研究历史与研究现状概述以及若干新进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2016,46(4):1231-1259. Sun Jianguo. High-Frequency Asymptotic Scattering Theories and Their Applications in Numerical Modeling and Imaging of Geophysical Fields:An Overview of the Research History and the State-of-the-Art, and Some New Developments[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2016, 46(4):1231-1259. [19] 孙建国. 声波散射数值模拟的两种新方案[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2006, 36(5):863-868. Sun Jianguo. Two New Schemes for Numerical Modeling of Acoustic Scattering[J]. Journal of Jilin University (Geoscience Edition), 2006, 36(5):863-868. [20] 刘巍,王勇献,张理论. 数值海洋声学[M]. 北京:科学出版社,2019. Liu Wei, Wang Yongxian, Zhang Lilun. Numerical Ocean Acoustics[M]. Beijing:Science Press, 2019. [21] Sun B, Alkhalifah T. Adaptive Traveltime Inversion[J]. Geophysics, 2019, 84(4):U13-U29. [22] Luo Y, Ma Y, Wu Y, et al. Full-Traveltime Inversion[J]. Geophysics, 2016, 81(5):R261-R274. [23] Saragiotis C, Alkhalifah T, Fomel S. Automatic Traveltime Picking Using Instantaneous Traveltime[J]. Geophysics, 2013, 78(2):T53-T58. [24] 刘伯胜,黄益旺,陈文剑,等. 水声学原理[M]. 3版.北京:科学出版社,2019. Liu Bosheng, Huang Yiwang, Chen Wenjian, et al.Principles of Water Acoustics[M]. 3rd Ed. Beijing:Science Press, 2019. [25] 汪德昭,尚尔昌. 水声学[M]. 2版. 北京:科学出版社,2017. Wang Dezhao, Shang Erchang. Water Acoustics[M]. 2nd Ed. Beijing:Science Press, 2017. |
| [1] | 丁梦颜, 冯晅, 刘财. 裂缝对岩石非线性弹性特征的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 1051-1061. |
| [2] | 范佳奇, 吴秋莹, 王典, 李鹏. Radon变换的贪婪-快速迭代收缩阈值算法实现及多次波压制应用 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 684-693. |
| [3] | 赵天硕, 宋超, , 刘财, , , , 徐雨歆. 物理信息神经网络地震走时层析成像程函方程因式分解方法 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 694-702. |
| [4] | 谭晓淼, 周建波, 饶莹, 王海燕, 侯贺晟, 李明芮, 高锐. 中亚造山带中南部索伦缝合带岩石圈结构及其对古亚洲洋演化的制约[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(1): 209-218. |
| [5] | 毛子雄, 侯贺晟, 周建波, 符伟. 佳木斯地块—那丹哈达地体近地表速度结构[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(1): 219-228. |
| [6] | 韩复兴, 王源, 高正辉, 常志邈, 马飞, 秦昊, 尚浩. 基于NEWUOA的CRS叠加成像技术[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(1): 386-396. |
| [7] | 黄兴国, 翁央央, 韩丽. 基于广义递归卷积的孔隙黏弹地震波正演模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(1): 377-385. |
| [8] | 韩复兴, 刘水源, 高正辉, 韩江涛, 张涛, 尚浩. 基于机器学习的微动HVSR数据干扰信号压制方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(6): 2153-2163. |
| [9] | 刘财, 张焱喆, 刘洋. 地震数据非平稳特征分析综述[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(6): 2132-2152. |
| [10] | 李丛, 张栋, 董果果, 袁青松, 许军, 朱德胜, 代磊, 李鹏飞, 焦通, 郑玉生, 魏俏巧, 刘家橘. 连续随机离散缝网表征技术在中牟凹陷裂缝发育区中的应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1715-1727. |
| [11] | 齐娇, 曹思远. 基于先验知识的深度学习表面相关多次波压制方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1702-1714. |
| [12] | 田广, 赵岩. 信噪比约束的可调节振幅补偿算子反Q滤波方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(4): 1351-1360. |
| [13] | 王志勇, 刘国昌, 王梓旭, 郭严粮, 秦晨. 基于振幅一致性残差卷积编码-解码器的不规则缺失数据重建 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(4): 1336-1350. |
| [14] | 孙敬雯, 吕子强, 孔庆翰, 唐泽豪, 邱俊辉, 刘珈君. 基于背景噪声成像的沂沭断裂带及邻区波速变化[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(4): 1361-1371. |
| [15] | 丁乾龙, 沈金松, 陈双全, 冉尚, 龙刚. 频率域传播矩阵法地震AVA多参数反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(3): 957-969. |
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