LU100751B1 - Method for calculating 2D mixed seismic propagation time - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de calcul de temps de propagation sismique mixte en 2D. La méthode de calcul de temps de propagation sismique mixte en 2D comprend les étapes de saisie de paramètres pertinents et d'un modèle de vitesse; d'émission de rayons dans différentes directions et de calcul de l'information des rayons centraux ; de calcul du temps de propagation sismique des nœuds de réseau dans la gamme de rayons en utilisant la méthode de construction de front d'onde ; de classement des attributs de temps de propagation des noeuds de réseau dans la zone de calcul et établissement d'une bande étroite initiale ; et de calcul du temps de propagation sismique des noeuds de réseau au repos par une méthode de Fast Marching. Selon la méthode de calcul du temps de propagation sismique mixte en 2D, la méthode de Fast Marching est reliée à la méthode de construction de front d'onde grâce à la technologie à bande étroite, et la précision de calcul du temps de propaga- tion sismique d'une petite zone proche de la source est améliorée par la méthode construction de front d'onde.The present invention relates to a method for calculating 2D mixed seismic propagation time. The method for calculating 2D mixed seismic propagation time includes the steps of entering relevant parameters and a velocity model; radiating different directions and calculating information from the central rays; calculating the seismic propagation time of the network nodes in the range of rays using the wavefront construction method; ranking the propagation time attributes of the network nodes in the computing area and establishing an initial narrow band; and calculating the seismic propagation time of the resting network nodes by a Fast Marching method. According to the 2D mixed seismic propagation time calculation method, the Fast Marching method is related to the wavefront construction method using narrowband technology, and the accuracy of calculation of the propagation time. seismic of a small area near the source is improved by the wavefront construction method.
Description
Méthode de calcul de temps de propaeation sismiaue mixte en 2D Domaine technigue de l'invention2D mixed seismic propaeation time calculation method Technical field of the invention
La présente invention concerne le domaine de calcul de temps de propagation sismique, en particulier une méthode de calcul de temps de propagation sismique mixte en 2D.The present invention relates to the field of seismic delay calculation, in particular a method for calculating 2D mixed seismic propagation time.
Etat de la techniaueState of the art
Le journal « Chinese Journal of Engineering Geophysics » N° 3, 2009, a publié l'article "Ana-lyse et amélioration de la précision de calcul de la méthode de Fast Marching" (« Analysis and Impro-vement on Calculation Accuracy of Fast Marching Method » par Zhang Shuangjie et al, qui introduit deux méthodes pour améliorer l'efficacité de calcul de la méthode de Fast Marching : premièrement, effectuer un calcul par adoption d'un schéma de différence d'ordre élevé; deuxièmement, effectuer un traitement local précis sur les noeuds de réseau près de la source, de sorte que le schéma de diffé-rence d'ordre élevé soit utilisé pour le calcul près de la source et qu'un schéma de différence d'ordre faible soit utilisé pour le calcul dans la zone de repos. Les deux méthodes sont également utilisées pour calculer le temps de propagation sismique des modèles homogènes, et des résultats expérimen-taux bénéfiques sont obtenus.The journal "Chinese Journal of Engineering Geophysics" No. 3, 2009, published the article "Ana-lysis and Improving the Calculation Precision of the Fast Marching Method" ("Analysis and Impro- vement on Calculation Accuracy of Fast"). Marching Method "by Zhang Shuangjie et al, which introduces two methods to improve the computational efficiency of the Fast Marching method: first, perform a calculation by adopting a high order difference scheme; second, perform a treatment precise localization on the network nodes near the source, so that the high-order difference scheme is used for computation near the source and a low-order difference scheme is used for computation The two methods are also used to calculate the seismic propagation time of homogeneous models, and beneficial experimental results are obtained.
Le journal « Globai Geology », N° 3, 2016, a publié "Calcul de la méthode de Fast Marching sur le temps de propagation sismique basé sur l'arbre ternaire complet" («Calculation of Fast Marching Method on Seismic Travel-Time Based on Complete Ternary Tree") par Wang Qianlong et al, qui intro-duit une méthode de Fast Marching améliorée pour calculer le temps de propagation sismique. En introduisant une méthode complète de tri de piles d'arbres ternaires dans le calcul du temps de pro-pagation sismique, la méthode améliorée réduit le temps nécessaire pourtrouver le temps de propa-gation minimal dans l’extension a bande étroite, et améliore l'efficacité de calcul de toute la méthode de calcul. Par ailleurs, la méthode de Fast Marching pour calculer le temps de propagation sismique basée sur un arbre ternaire complet est utilisée pour calculer le modèle de couche, le modèle de Mar-mousi et les modèles Sigsbee 2a, et des résultats expérimentaux bénéfiques sont obtenus.The journal "Globai Geology", No. 3, 2016, published "Calculating the Fast Marching Method on Seismic Travel Time Based on the Complete Ternary Tree" ("Calculation of Fast Marching Method on Seismic Travel-Based Time"). on Complete Ternary Tree ") by Wang Qianlong et al, who introduces an improved Fast Marching method for calculating seismic propagation time by introducing a complete method of sorting ternary tree stacks into the pro-time calculation. the improved method reduces the time required to find the minimum propagation time in the narrow-band extension, and improves the computational efficiency of the entire calculation method. calculating the full ternary tree-based seismic propagation time is used to calculate the layer model, the Mar-mousi model and the Sigsbee 2a models, and experimental results are beneficial t obtained.
Comme le montrent les exemples ci-dessus, bien que grâce è la méthode de Fast Marching pour le calcul rapide du temps de propagation sismique, la précision de calcul puisse ëtre améliorée dans une certaine mesure, le processus de réalisation est compliqué et l'amélioration de la précision de calcul est également limitée. Résumé de l'inventionAs the above examples show, although thanks to the Fast Marching method for the rapid calculation of seismic propagation time, the computational accuracy can be improved to a certain extent, the process of realization is complicated and the improvement computational accuracy is also limited. Summary of the invention
La présente invention a pour but de résoudre le problème technique de proposer une mé-thode de calcul de temps de propagation sismique mixte par lequel une méthode de construction de front d'onde pour calculer le temps de propagation sismique est reliée en continu â une méthode deIt is an object of the present invention to solve the technical problem of providing a method for calculating seismic mixed propagation time by which a wavefront construction method for calculating the seismic propagation time is continuously connected to a method. of
Fast Marching pour calculer le temps de trajet sismique en utilisant de manière flexible la technologie â bande étroite, â savoir que la méthode de construction de front d'onde avec une grande précision de calcul est utilisée dans une petite zone près de la source, et la méthode de Fast Marching est utilisée dans la zone de repos pour calculer le temps de propagation. Alors que la précision de calcul de la nouvelle méthode est améliorée, un rendement élevé est toujours maintenu.Fast Marching for calculating seismic travel time by flexibly using narrow-band technology, namely that the wavefront construction method with high computational accuracy is used in a small area near the source, and the Fast Marching method is used in the rest area to calculate the propagation time. While the calculation accuracy of the new method is improved, high efficiency is still maintained.
Afin de résoudre le problème technique, la présente invention adopte le schéma technique suivant. Méthode de calcul de temps de propagation sismique mixte en 2D, comprenant les étapes sui-vantes de : étape 1 : saisie d'un document de paramètres pertinents et d'un modèle de vitesse, dans lequel le document de paramètres contient un numéro de noeud de réseau, un espace de réseau et une position source; étape 2 : émission de rayons dans différentes directions â partir de la source et calcul de l'information des rayons centraux ; étape 3 : calcul du temps de propagation des nceuds de réseau dans la gamme de rayons par une méthode de construction de front d'onde; étape 4 : classement de tous les noeuds de réseau et diviser les noeuds de réseau en noeuds acceptés, noeuds è bande étroite ou noeuds lointains, â savoir que si le temps de propagation sismique d'un noeud de réseau est calculé et que tous les temps de propagation de noeuds de réseau environnants sont déjè calculés, alors le nceud est un noeud accepté, si le temps de propagation sismique d'un noeud de réseau est calculé mais pas tous les temps de propagation des nceuds de réseau environnants sont calculés, alors le nceud est un nceud â bande étroite, et si le temps de propagation d'un noeud n'est pas encore calculé, le noeud est le noeud lointain; étape 5: insertion de tous les noeuds è bande étroite dans la bande étroite et établissement d'une bande étroite initiale ; et étape 6 : extension de la bande étroite jusqu'a ce que la bande étroite soit vide, dans lequel, dans le processus, le temps de propagation des noeuds de réseau est obtenu en résolvant une équation eikonale 2D par la méthode de différence en amortt, et l'équation eikonale 2D est comme indi-quée ci-dessous: |Vr| = s oü r est le temps de propagation sismique, s est la lenteur, V est le gradient, et l'expression différence en amont du terme de gradient dans la formule est comme indiqué ci-dessous : max(ZT*r,0)2 +min(Z)^r,0)2In order to solve the technical problem, the present invention adopts the following technical scheme. 2D mixed seismic propagation time calculation method, comprising the following steps: step 1: entering a document of relevant parameters and a speed model, in which the parameter document contains a node number network, a network space, and a source position; step 2: emission of rays in different directions from the source and calculation of the information of the central rays; step 3: calculating the propagation time of the network nodes in the range of radii by a wavefront construction method; step 4: classify all the network nodes and divide the network nodes into accepted nodes, narrow band nodes or far nodes, ie if the seismic propagation time of a network node is calculated and all the times of propagation of surrounding network nodes are already calculated, then the node is an accepted node, if the seismic propagation time of a network node is calculated but not all the propagation times of the surrounding network nodes are computed, then the nceud is a narrow band node, and if the propagation time of a node is not yet calculated, the node is the far node; step 5: insertion of all narrowband nodes in the narrow band and establishment of an initial narrowband; and step 6: extending the narrow band until the narrow band is empty, wherein, in the process, the propagation time of the network nodes is obtained by solving a 2D eikonal equation by the damping difference method. , and the 2D eikonal equation is as indicated below: | Vr | = s where r is the seismic propagation time, s is the slowness, V is the gradient, and the difference expression upstream of the gradient term in the formula is as shown below: max (ZT * r, 0) 2 + min (Z) ^ r, 0) 2
Vr = + max(D“‘r,0)2 + dans laquelle, sont des expressions de différence avant ou arrière deVr = + max (D "'r, 0) 2 + in which, are expressions of difference before or after
temps de propagation au noeud de réseau (i, j) dans une direction xou z respectivement, et les formes concrètes sontpropagation time at the network node (i, j) in a x or z direction respectively, and the concrete forms are
"espective- ment."Especially.
En outre, è l’étape 2, les équations de tracé de rayons cinématiques sont résolues par une méthode de Runge-Kutta pour obtenir l'information des rayons centraux, comme indiqué ci-dessous :In addition, in Step 2, the kinematic ray tracing equations are solved by a Runge-Kutta method to obtain the central ray information, as shown below:
oü xt représente la position spatiale, pt représente la lenteur, r représente le temps de propagation sismique, et v représente la valeur de la vitesse è un noeud discret.where xt represents the spatial position, pt represents the slowness, r represents the seismic propagation time, and v represents the value of the velocity at a discrete node.
Comparé è l’art antérieur, ia méthode de calcul de temps de propagation sismique 2D di-vulguée par la présente invention a les effets bénéfiques suivants : étant donné que la précision du calcul du temps de propagation sismique des noeuds de réseau près de la source est améliorée par la méthode de construction du front d'onde, la précision de la méthode de Fast Marching pour le calcul des noeuds de réseau dans la zone est améliorée ; et la précision de calcul de toute la méthode de calcul du temps de propagation sismique est grandement améliorée au prix d'une faible réduction de l'efficacité de calcul.Compared to the prior art, the 2D seismic delay calculation method di vulguted by the present invention has the following beneficial effects: since the accuracy of the calculation of the seismic delay of the network nodes near the source is improved by the wavefront construction method, the accuracy of the Fast Marching method for computing the network nodes in the area is improved; and the computational accuracy of the entire seismic delay calculation method is greatly improved at the expense of a small reduction in computational efficiency.
Description brève des dessinsBrief description of the drawings
La figure 1 montre le diagramme de la méthode de calcul de temps de propagation sismique mixte en 2D de la présente invention.Figure 1 shows the diagram of the 2D mixed seismic propagation time calculation method of the present invention.
La figure 2 montre le diagramme schématique de la division de zone par la méthode de construction du front d'onde.Figure 2 shows the schematic diagram of the zone division by the wavefront construction method.
La figure 3 montre l'erreur relative dans un milieu homogène en utilisant la méthode de Fast Marching. La figure 4 montre l'erreur relative dans un milieu homogène en utilisant une méthode de calcul de temps de propagation sismique mixte.Figure 3 shows the relative error in a homogeneous medium using the Fast Marching method. Figure 4 shows the relative error in a homogeneous medium using a method of calculating mixed seismic propagation time.
Description détaillée L'invention va maintenant ëtre décrite plus en détail en se référant auxdessinset modes de réalisation annexés.DETAILED DESCRIPTION The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings and embodiments.
La figure 1 montre le diagramme de la méthode de calcul de temps de propagation sismique mixte en 2D de la présente invention. Dans la méthode, un flux réactionnel est représenté, comme indiqué ci-dessous: étape 1 : saisie d'un document de paramètres pertinents et d'un modèle de vitesse, dans lequel le document de paramètres contient un numéro de noeud de réseau, un espace de réseau et une position source du modèle de vitesse; étape 2 : émission de rayons dans différentes directions â partir d'un point de tir et calcul de l'infor-mation des rayons centraux, oü la plage d'angle d'émission des rayons est située dans la gamme allant de -90 degrés a +90 degrés, l’intervalle d'angle entre deux rayons adjacents étant situé dans la plage de valeurs allant de 3 degrés a 10 degrés, et les équations de tracé de rayons cinématiques sont résolues par une méthode de Runge-Kutta pour obtenir l'information des rayons centraux, comme indiqué ci-dessous :Figure 1 shows the diagram of the 2D mixed seismic propagation time calculation method of the present invention. In the method, a reaction flow is shown as follows: Step 1: Enter a relevant parameter document and a speed model, in which the parameter document contains a network node number, a network space and a source position of the velocity model; step 2: radiating directions in different directions from a firing point and calculating the center-ray information, where the ray emission angle range is in the range of -90 degrees at +90 degrees, the angle interval between two adjacent rays being in the range of 3 degrees to 10 degrees, and the kinematic ray tracing equations are solved by a Runge-Kutta method to obtain the central information, as shown below:
oü xi représente la position spatiale, représente la lenteur, r représente le temps de propagation sismique, et v représente la valeur de la vitesse è un nceud discret. étape 3 : calcul du temps de propagation des noeuds de réseau dans la gamme de rayons par une méthode de construction de front d'onde, dans laquelle la zone est divisée en plusieurs trapèzes par des points de front d'onde adjacents sur des rayons centraux adjacents dans le processus de calcul, et les nceuds de réseau dans chaque trapèze sont acquis par interpolation des infor-mations de sommet du trapèze correspondant; étape 4: après avoir achevée la méthode de construction du front d'onde, effectuer une classification attributive sur tous les noeuds de réseau et spécifier que si le temps de propagation sismique d'un noeud de réseau est calculé et que tous les temps de propagation de noeuds de réseau environnants sont déjè calculés, alors le nceud est un noeud accepté, si le temps de propagation sismique d'un noeud de réseau est calculé mais pas tous les temps de propagation des noeuds de réseau environnants sont calculés, alors le noeud est un noeud è bande étroite, et si le temps de propagation d'un noeud n'est pas encore calculé, le noeud est le noeud lointain ; étape 5 : déplacement de tous les noeuds â bande étroite dans une bande étroite et établir une bande étroite initiale; et étape 6 : extension de la bande étroite jusqu'â ce que la bande étroite soit vide, dans lequel, dans le processus, le temps de propagation des nceuds de réseau est obtenu en résolvant une équation eikonale 2D par la méthode de différence en amont, et l’équation eikonale 2D est comme indi-quée ci-dessous:where xi represents the spatial position, represents the slowness, r represents the seismic propagation time, and v represents the value of the velocity at a discrete node. step 3: calculating the propagation delay of the network nodes in the range of rays by a wavefront construction method, wherein the area is divided into several trapezes by adjacent wavefront points on central rays adjacent in the computation process, and the network nodes in each trapezoid are acquired by interpolation of the corresponding vertex information of the trapezoid; Step 4: After completing the wavefront construction method, perform an allocative classification on all network nodes and specify that if the seismic propagation time of a network node is calculated and all propagation times of the surrounding network nodes are already calculated, then the node is an accepted node, if the seismic propagation time of a network node is calculated but not all the propagation times of the surrounding network nodes are computed, then the node is a narrow band node, and if the propagation time of a node is not yet calculated, the node is the far node; Step 5: Move all the narrowband nodes in a narrow band and establish an initial narrow band; and step 6: extending the narrow band until the narrow band is empty, in which, in the process, the propagation time of the network nodes is obtained by solving a 2D eikonal equation by the difference method upstream , and the 2D eikonal equation is as indicated below:
oü τ est le temps de propagation sismique, s est la lenteur, V est le gradient, et l'expression différence en amont du terme de gradient dans la formule est comme indiqué ci-dessous :where τ is the seismic propagation time, s is the slowness, V is the gradient, and the difference expression upstream of the gradient term in the formula is as shown below:
dans laquelle,in which,
sont des expressions de différence avant ou arrière de temps de trajet au nceud de réseau (i, j) dans une direction x ou z respectivement, et les formes con- crètes sontare forward or backward difference expressions of travel time at the network node (i, j) in a x or z direction respectively, and the concrete forms are
- respectivement.- respectively.
La précision de calcul et la stabilité de la méthode selon la présente invention sont analysées et vérifiées ci-dessous a l'aide d'un modèle de milieu homogène.The computational accuracy and stability of the method according to the present invention are analyzed and verified below using a homogeneous medium model.
Les Fig. 3 et Fig. 4 montrent les erreurs relatives dans le modèle de milieu homogène res-pectivement par la méthode de Fast Marching et la méthode de calcul du temps de propagation sis-mique mixte, la taille du modèle homogène est 601 * 601, l'espace de réseau est 10 m * 10 m et la vitesse est de 1000 m/s. La longueur maximale d’un rayon unique dans la méthode du temps de pro-pagation conjointe est de 500 m. Comme on peut le voir sur la figure, la précision de calcul de la méthode de temps de propagation sismique mixte est grandement améliorée par rapport a celle de la méthode de Fast Marching.Figs. 3 and FIG. 4 show the relative errors in the homogeneous medium model respectively by the Fast Marching method and the method of calculation of the mixed sis-mic propagation time, the size of the homogeneous model is 601 * 601, the network space is 10 m * 10 m and the speed is 1000 m / s. The maximum length of a single ray in the joint time-of-flight method is 500 m. As can be seen in the figure, the computational accuracy of the mixed seismic delay method is greatly improved over that of the Fast Marching method.
Selon la méthode de calcul de temps de propagation sismique mixte décrite par la présente invention, la méthode de Fast Marching est reliée â la méthode de construction de front d'onde par une technologie è bande étroite, et la précision de calcul du temps de propagation sismique dans une petite zone près de la source est améliorée par la méthode de construction de front d’onde, de sorte que la précision de la méthode de Fast Marching pour calculer les nceuds de réseau dans la zone de repos est améliorée, et on réalise une méthode de calcul de temps de propagation sismique en 2D prenant en compte l'efficacité du calcul et la précision du calcul.According to the mixed seismic delay calculation method described by the present invention, the Fast Marching method is related to the wavefront construction method by a narrowband technology, and the computation precision of the propagation time. in a small area near the source is improved by the wavefront construction method, so that the accuracy of the Fast Marching method for calculating the network nodes in the resting zone is improved, and a method for calculating 2D seismic propagation time taking into account the efficiency of the calculation and the accuracy of the calculation.
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