面向目标的起伏地表组合震源延时参数计算方法

组合震源技术通过调节延迟激发时间和震源埋藏深度能够实现地震波场的定向传播,提高地震波的照明能量和地震数据信噪比.然而,目前国内外对基于特定目标的组合震源最佳聚焦方向的选取以及起伏地表组合震源定向理论的研究相对较少.在聚焦方向选取方面,目前基本是利用多种不同延时参数的组合震源分别进行试验,从而确定较好的组合震源延时参数.本文则利用爆炸反射面原理,在目的层界面上均匀布置震源同时激发地震波,能够产生垂直于地层界面传播的平面波,当初至波传播至地表时进行地表方向统计.根据互易性原理,以初至波传播方向的反方向为聚焦方向,激发产生的地震波主波束方向将垂直入射到目的层界面上,从而精确的计算出组合震源的最佳聚焦方向.在组合震源定向方面,目前主要是利用组合震源方向因子公式进行计算,但该方法要求震源布置在同一条直线上,并不能满足起伏地表的应用要求.本文以惠更斯-菲涅尔原理为理论基础,提出通过炮点向量在聚焦方向上的投影来确定组合震源传播至虚拟波前的走时,从而确定任意起伏地表组合震源的延迟激发时间.该方法不仅能够计算出沿给定地质模型的目的层界面垂直入射的组合震源聚焦方向,也能够确定任意起伏地表情况下形成沿该聚焦方向定向传播地震波场的组合震源延迟激发时间.因此,本文提出的面向目标的起伏地表组合震源延时参数计算方法对组合震源数据采集具有理论与实践意义.     

起伏地表组合震源地震波场定向方法

多个震源组合激发通过改变激发延时,可以得到沿某方向传播的地震波场,即定向地震波场激发技术,它可用于特定目标体的照明与探测之中.本文以水平地表的组合震源定向激发原理为基础,推导了倾斜地表情况下的组合震源定向激发公式,并计算绘制了其理论方向图.另外本文将组合震源波场定向方法推广至任意起伏地表,根据惠更斯菲涅尔原理,提出了旋转坐标方法,即将水平坐标旋转至定向波场传播方向法向的倾斜坐标,可方便地计算震源传播至定向波场波前面的走时,作为组合震源的激发延时.根据本文提出的方法,我们分别计算了倾斜地表条件与复杂地表条件定向地震波场的组合震源延时参数,通过波动方程数值模拟技术得到的波场快照验证了本文方法的有效性.     

可控震源定向照明方法的仿真研究

当野外噪声很强,即使使用组合震源地震也无法获得满意信噪比的地震数据时,本文提出了一种基于可控震源阵列的定向照明控制方法,采用该方法可形成定向地震波.通过仿真研究合成了8激震器可控震源阵列分别采用简单组合及定向照明技术得到的单炮地震记录,可以看出采用合适的延时参数,定向照明单炮地震记录的反射波信噪比高于组合地震情况.定量的计算结果表明,实验条件下采用0.89 ms延时参数,各反射波信噪比分别提高了10.19 dB,3.23 dB和1.02 dB.由此可见,可控震源定向照明地震技术是一种提高原始地震资料信噪比的有效方法.     

井间定向震源正演模拟与特性分析

为减少管波对采集数据的影响,井间地震采用了定向震源,其能量辐射特性影响接收波场的能量分布与后续成像效果.研究定向震源的正演模拟并分析能量辐射特性,为井间地震成像过程中能量补偿提供基础数据.采用圆形震源阵列法,在近源区内按照质点与震源点连线的方向设置振动函数强度,水平方向能量最强,垂直方向能量最弱,模拟的辐射能量具有随方向改变的特点.实际井间地震能量方向性非常强,因而同时采用吸收衰减层法进一步减弱纵向的地震波能量.吸收衰减层法在震源周围设置具有衰减因子的海绵层,通过不同方向设定不同的衰减因子来控制震源的方向特性.衰减因子采用了渐变函数,保证海绵层边界不产生人为反射干扰.将圆形震源阵列法与吸收衰减层法联合进行双层介质模型和实际速度场模拟,得到的炮记录方向性更加明显.两种方法的有机结合,能够更好地模拟井间定向震源.在圆形震源阵列法可行性验证基础上,分析了阵列半径对接收波场能量的影响,初步确定了模拟定向震源的最佳阵列半径.通过分析方向性参数和井间距对接收波场能量分布的影响,获得了定向震源激发下接收波场的能量分布,为在井间地震偏移成像中进行能量补偿建立了基础.     

复杂断块角度域TTI波动方程照明分析

随着实际勘探工作的深入,面向特定地质目标的精细地震波照明分析变得越来越受到关注.目前的照明研究主要基于各向同性假设,而地下介质往往表现出不同强度的各向异性,各向同性波动方程及射线两种照明方法无法真正描述地下介质地震波的传播特征及能量分布.针对各向异性介质波动方程面向目标的照明问题,本文研究了单一介质及复杂断块TTI介质纯p波双程波动方程照明特征,分析了各向异性对照明强度的影响因素.基于纯p波双程波动方程TTI介质照明解决了射线照明存在盲区、实际地下介质存在各向异性、耦合弹性波存在s波干扰及计算代价高等问题.对照明能量进行角度域分解,可以定量分析其不同角度范围的照明能量强度,实现面向地质目标的角度域定向照明.     

基于接收阵列的时域地震波束形成方法

地震勘探中,针对目的层地震数据信噪比较低情况,为改善信噪比,本文提出一种基于接收阵列的时域地震波束形成方法(TSBBRA).该方法的理论依据是波束形成原理,文中通过对相控震源激发定向地震波场的分析,提出在反射地震勘探中,在信号接收端同样能生成定向地震波的思路.具体地,论文给出在地震数据集上先对单炮记录分组,再对组内记录时域内延时、叠加,生成对应定向地震波场的地震记录的方法.TSBBRA方法适于杂波干扰强,且杂波与目的层反射波方向不一致的地震条件.本文先通过波场模拟,展示了TSBBRA方法具有形成定向地震波场的能力;而后通过对比相控震源与TSBBBRA时间剖面,说明了TSBBRA方法的有效性;最后在吉林某油页岩矿区,用TSBBRA方法,分别针对浅层目标与深层目标,生成定向地震波数据.与原始数据相比,目标层信噪比提高了3~35 dB,在时间剖面上观测到的深部目标信号从200 ms扩展到1000 ms,TSBBRA剖面资料与测区附近区域的地质与地震资料一致.由此得出结论,TSBBRA方法有助于改善目的层地震资料信噪比,当关注深部目的层时,由于TSBBRA方法能有效压制噪声,因此可用于能够实现更大的勘探深度.实验中,我们给出了浅层勘探结果,由于本方法对震源及观测系统没有限制,实际应用中TSBBRA方法可作为深部资源勘探领域提高深部地震资料信噪比的有效方法.     

含起伏地形地层中点源激发的震电响应研究

地震诱导电磁现象是国内外地学领域十分关注的前沿问题,前人对地震波和电磁场耦合波场的认识主要是基于规则模型获得的.为研究含起伏地表和地下界面的地层中震电波场激发、传播特性,本文采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟点震源激发的电磁场.首先给出频率域二维SHTE模式震电耦合方程组,然后利用COMSOL软件建立计算模型,并求解出点力源激发震电波场的频率域响应,最后利用FFT变换得到地震波场和电磁场的时间域波形.模拟结果表明,震电波场中存在三种类型的电磁信号,第一种是震源直接激发的电磁波;第二种是地震波在分界面处激发的电磁波(包括自由表面、地下不同介质分界面);第三种是伴随地震波的同震信号,前两种电磁波比地震波更早到达远处观测台站,对地震预警有重要意义.此外,研究还发现:当地震波传播至地表并沿着地表传播时,在地表附近空气层中同样记录到了伴随地震波传播的电磁扰动信号,该信号与相同水平源距条件下、地下观测点接收到的电磁信号相同,这与前人的一些观测结果相符.本文研究结果为今后地震电磁信号的解释提供了理论证据.     

基于相位编码的Fourier变换波动方程三维地震照明分析

复杂构造勘探是当前地震勘探的主要目标,提高深层信噪比和分辨率十分重要.地震照明分析是研究地震波能量在复杂构造中传播的有效手段,可指导观测系统设计进而提高野外数据采集和最终成像质量.本文发展了基于三维单程波动方程的地震照明方法,采用相位编码合成平面波源,一阶分离变量Fourier算子进行波场传播.阐述了照明和深度偏移之间...     

波动方程数值模拟的三种方法及对比

波动方程数值模拟方法是研究地震波场传播的一种重要手段,本文采用交错网格高阶有限差分方法分别对双程声波方程和双程弹性波方程进行了波场数值模拟,并且根据定位原理采用傅立叶有限差分算子进行了单程波方程数值模拟,在分析定位原理的基础上,对其计算过程稍作修改,将延拓到地面的波场直接由每个检波点接收,无需横向叠加过程,得到了单程声波方程共炮记录.基于不同波动方程的数值模拟结果表明,双程波方程结果包含直达波、多次波等干扰波,信噪比低;单程波数值模拟结果只包含了介质分界面的一次反射波,信噪比高,但对于大角度入射波误差较大,并且对于同一个地质模型而言,双程弹性波方程计算速度最慢,双程声波方程次之,单程声波方程计算速度最快.因此对于复杂地质模型,三种模拟方法可以取长补短,综合应用.     

相控震源在矿产勘探中应用的数值模拟研究

为满足深部矿区精细勘探的需求,研究适于矿区的震源技术至关重要.在便携式电磁驱动可控震源应用于矿区勘探过程中,单电磁驱动可控震源和组合震源分辨率不高.本文基于相控震源技术,采用有限差分方法,对二维地下空间不同介质模型的波场传播及地面接收点的响应进行数值模拟.模拟中,震源分别使用单震源、延时时间为0 ms及1.33 ms的9单元相控源,介质模型采用均匀、水平层状、不规则矿区模型,得到如下结果:均匀介质下相控震源激励定向地震波,0 ms、1.33 ms延时参数下相控源激发固定方向地震波,方向分别为90°和70.4°;层状介质模型下,0 ms参数下相控源产生的垂向地震波方向不随介质变化,1.33 ms相控源激励的定向地震波在不同介质中仍然具有方向性,但随波速变化,地震波发生偏折,地震波主波束方向由70.4°,依次变为68.5°,66.0°,63.7°,61.1°;不规则矿区模型下,1.33 ms相控源激发的地震波在首层介质内传播方向为70.4°,围岩内为65.4°,矿体内为63.1°.在水平层状矿区介质结构下,与单震源相比,1.33 ms和0 ms相控源令接收点信噪比分别提高了14.1 dB和10.2 dB;在不规则矿区模型下,1.33 ms和0 ms相控源较单震源令接收点信噪比提高了18.9 dB和14.9 dB.由此得到如下结论:相控源在复杂介质模型下仍具有激发定向地震波的能力,尽管波束方向在不同介质内会发生偏折;在多种延时参数下,相控源都具有改善接收数据信噪比的能力.综上所述,相控震源技术能有效提高矿集区的数据采集质量.