基于逆散射理论的金属矿地震成像研究

在金属矿地震勘探中采用逆散射成像方法具有充足的理论依据。Beylkin的逆散射奇性反演方法具有稳定快速的特点，但小扰动条件限制了该方法的实际应用。使用逆散射序列的多参数反演方法对散射体扰动没有限制。本课题研究金属矿地震散射波传播规律，研究逆散射序列的子项与散射波中各种波元素的对应关系，寻求逆散射序列与奇性反演理论中Fourier积分算子的联系，建立基于逆散射序列的奇性反演新理论。研究2D炮集地震记录的奇性反演成像快速算法并研制相应的计算机成像软件。建立金属矿地震理论模型，开展金属矿地震正演和奇性反演成像的数值模拟研究。针对奇性反演成像方法的特点，研究适应复杂地表和复杂构造的金属矿地震观测系统设计方案，开展金属矿地震逆散射成像的野外实验研究。本课题研究的成像方法除了具备Beylkin奇性反演方法的优点之外，还克服了小扰动假设的困扰，为复杂构造金属矿地震勘探提供了一种可行的方法与技术支持。

利用小扰动技术在单一散射假定之下将反问题线性化，根据Green函数将线性化的算子方程转化为积分方程形式。引入了一类Fourier积分算子和因果广义Radon变换。构建了奇性反演的理论框架。研究了逆散射序列成像理论，确立了广义散射波中各种波元素与逆散射序列的子项的对应关系。. 建立了起伏地表复杂地质体地震波传播数学模型，提出了分段光滑曲线边界法向导数的一种插值算法，采用矩形网格有限差分法对复杂边界地球介质模型进行地震波场数值模拟，并采用波场系列快照技术揭示地震波在起伏地表和复杂介质中的传播规律。.研究了2D炮集地震记录的奇性反演成像算法，进行了理论模型的反演成像数值计算，揭示了奇性反演成像的一些特点和规律。基于逆散射序列的成像算法的计算量要远远大于奇性反演方法，因为逆散射序列的每个子项都是一个高维含参积分。我们根据被积函数的特点，利用卷积定理和快速Fourier变换方法计算这些高维含参积分，极大地提高了计算速度。通过理论模型模拟计算，表明我们研究的基于逆散射序列的反演成像算法，可以对复杂地下介质的构造进行成像，并具备在成像的过程中同时压制多次反射波的特点。. 开展了金属矿地震野外试验，试验中地震仪采用的是Sercel地震仪，震源采用的是可控震源。地震数据采集过程中试验了两种观测系统，其一是常规反射地震勘探单边激发滚道方式的观测系统，其二是检波器排列固定不动炮点滚动的观测系统。对第一种观测系统采集的地震数据进行了常规反射地震数据处理以便与成像结果进行对比。对两种观测系统采集的地震数据都进行了奇性反演成像研究，并取得了较好的成像效果。. 在项目研究期间，发表论文三篇，其中一篇是SCI检索论文；申请并获得授权中国发明专利一项；培养博士生两名，培养硕士生4名。