(成都理工大学 四川 成都 610059)

一、引言

随着板块与板块之间的相互挤压，地壳在板块运动的过程中应力不断累积，当达到一定的程度，应力无法积累时，地壳在受到应力的作用下，会产生破裂。地震的发生会带来极大的破坏，可见对于板块交界或者地震频发区的地下速度结构研究非常重要。在地下速度结构研究过程中，射线追踪是求解速度模型的核心内容。

近年来，射线追踪算法也广泛应用于各领域。在地震层析成像中，为了研究地下的三维速度模型，很多研究者对其做出了大量的研究[1,2]，包括：射线追踪算法[3]、快速射线追踪算法[4]、移动网格的射线追踪算法[1]等方法。随着现在计算机技术的飞速发展，在地震层析成像领域结合先进的计算机技术是一种发展趋势，在研究过程中，能够使相应的成像过程快速收敛并得到可靠的结果。

二、射线追踪算法过程

地震层析成像通过对数据的处理，反演得到地层速度模型。初至波三维地震层析成像三个主要技术包括：地震波初至时刻拾取、射线追踪技术和层析反演技术[5]。射线求取是三维地震速度层析成像的核心内容，射线追踪受到复杂介质、速度分布各向异性等影响因素，由于存在这些难题，关于求取射线及地震走时的研究也有许多。Langan等人于1985年提出一个非均匀介质射线追踪的有效算法，通过求解射线方程逐网格单元的进行射线追踪[3]。基于该方法，刘学才等人提出了一种移动网格的射线追踪算法节约了计算机内存[1]，另外赵改善以模型划分和射线路径简单搜索为基础提出了一种快速射线追踪算法[4]。在波前射线追踪研究中，姜少之结合传统求解射线方程的射线追踪方法和稳健的程函方程的有限差分法，使用惠更斯射线追踪算法对初至波的三维地震层析成像进行了相关研究[5]。张东等人在二维线性走时插值射线追踪算法的基础上提出了一种三维射线追踪算法，可获得高精度的全局最小走时和射线路径[6]。刘玲君等人通过在不同区域的边界上插入节点来确定射线的折射角度，提出了一种新的基于边界LTI的射线追踪算法，减小了累积误差[7]。

三、射线追踪算法的思考

(一)射线追踪算法的应用

射线追踪方法在地震层析反演成像中起着重要的作用，在这里以在地壳中的一维速度反演为例，在地壳中，一维速度反演对于三维速度成像具有关键性的影响，一维速度反演的情况可能会直接影响三维速度成像结果的好坏。在一维速度反演中，主要考虑几个重要的不连续面及每层的速度，在实验研究过程中，往往需要先设置一个初始的一维速度模型，然后利用射线追踪等算法，找到唯一的一条射线路径，通过事件和台站之间的射线路径及给定的初始一维速度模型，计算出该射线路径的初至波走时。通过求解一个事件多个台站之间的多条射线路径在速度扰动范围内的残差(计算走时与观测走时的差)和的最小值，来得到在当次迭代的速度扰动值，以此修改当前的初始速度模型。经过多次迭代，当速度收敛达到一个相对稳定的值时，一维反演完成，得到通过射线追踪求解到的一维速度模型，用于构建三维初始速度模型。

(二)射线追踪算法的思考

本文提出能否结合当前计算机领域高效的数据处理算法，对大量的地震数据进行可靠的分析，提取有效的数据信息。在现有的射线追踪计算过程中，结合相关最优化的求解算法，能否提高射线追踪的效率及准确性。这里以计算机免疫算法为例，计算机免疫算法具有良好的系统应答性和自主性，对干扰具有较强维持系统自平衡的能力。此外，免疫算法还模拟了免疫系统独有的学习、记忆、识别等功能，具有较强模式分类能力，尤其对多模态问题的分析、处理和求解表现出较高的智能性和鲁棒性。在射线追踪求取射线路径和初至波走时的过程中，是否可以结合计算机免疫算法对数据进行合理的分类，规定需要识别和解决的问题，求最优解，当地震或台站数据增加时，通过已记忆的原射线路径，快速计算收敛得到新的射线路径最优解。这是一个不断学习优化计算的过程，如果能够有效地应用于地震层析成像，那对于庞大的地震数据的处理，无疑是一个有效的计算方法。

四、结语

射线追踪算法应用于多个领域，在地震层析成像过程中起着至关重要的作用。本文仅简单描述了射线追踪在一维速度反演中的简单应用，在地震层析成像中，主要适用于三维速度成像，在三维速度成像过程中，射线路径会更加的复杂，涉及了多种射线路径求解方法。在本文中，对射线追踪算法进行了思考，在计算量非常大的情况下，如何使射线路径追踪更准确，更高效，能够更快的收敛，这是思考的主要内容，希望在接下来的学习中，可以结合目前计算机相关的高效数据处理算法，应用于实际数据，对目前的思考与设想进行可操作可验证的研究。