应用计算机图像处理与搜索技术解决地质体约束的地震层析成像问题

For exploring the earth’s interior, velocity model building and reflection imaging are the two major technical means, and reflection imaging depends on the velocity model. However, velocity model reconstruction is often non-unique, thus, seismic inversion must incorporate additional constraints. Research on the inversion constraints is popular. Among solutions that equally fit data well, Tikhonov regularization prefers smooth and most probable solution, while Total Variations regularization looks for the one with sharp velocity contrasts. We would combine Tikhonov with Total Variation regularizations, in an effort to handle models with both smooth transitions and sharp boundaries. We apply the method to construct a background velocity solution, and then extract its characteristics in the domain of Principle Analysis Component. A database with perturbation is established using computer graphics analysis, and computer fast search method is applied to find the best matches to input data. The results form a solution space. The method and workflow should present an approach to produce geologically meaningful solutions and also help to understand the uncertainty. The approach can also help survey design for constraining solutions.

探测地球内部结构，速度建模与反射成像是两个关键性技术手段，并且反射成像依赖于速度模型。但速度模型反演结果可能不唯一，因此，必须加入额外的约束条件。研究地球物理反演的约束条件一直是热门课题。在同样拟合数据的解空间里，流行的Tikhonov正则化反演约束意味着选择模型平滑最大概率解；而近几年推出的全变分正则化（Total Variations）反演则首选块状结构、解析度高的模型解。我们将Tikhonov正则化反演与全变分正则化反演结合起来，能够处理既有速度差又有梯度变化的模型结构，首先反演速度简化的背景模型并从中提取特征值，应用计算机图像分析建立背景模型近邻速度结构库，并应用计算机快速搜索技术搜出较好拟合数据的模型解集，并按拟合程度排序描述解空间。新方法通过提供具有地质特征的多解答案，有助于定量地认识成像结果的不唯一性，并帮助优化设计地球物理探测方案。

探测地球内部结构，速度建模与反射成像是两个关键性技术手段，并且反射成像依赖于速度模型。但速度模型反演结果可能不唯一，因此，必须加入额外的约束条件。研究地球物理反演的约束条件一直是热门课题。在同样拟合数据的解空间里，流行的Tikhonov正则化反演约束意味着选择模型平滑最大概率解；而近几年推出的全变分正则化（Total Variations）反演则首选块状结构、解析度高的模型解。本课题将Tikhonov正则化反演与全变分正则化反演结合起来，能够处理既有速度差又有梯度变化的模型结构，首先反演速度简化的背景模型并从中提取特征值，应用计算机图像分析建立背景模型近邻速度结构库，并应用计算机快速搜索技术搜出较好拟合数据的模型解集，并按拟合程度排序描述解空间。本课题又探索了人工智能方法解决本问题的方法，提出一系列新理论与新方法，发表19篇论文。