山前褶皱带模型正演模拟及波场分析

巴布亚褶皱带是巴布亚盆地的主要油气聚集带,已累计发现40亿桶油当量,但其勘探程度依旧很低.该构造带地表大部分区域为灰岩所覆盖,地形起伏剧烈,地下构造复杂,逆掩推覆构造广泛发育,地震资料采集处理效果很差.为此,在构建逼近巴布亚褶皱带实际复杂地表复杂构造模型的基础上,进行基于波动方程的波场地震正演模拟和地震照明模拟,分析褶皱带复杂地震资料采集和处理的影响因素.结果表明,波场正演模拟方法能够很好地适应复杂地表和复杂构造模型,模拟结果与实际地震资料具有很好的一致性,地面不同位置激发得到的单炮记录和地震照明分布具有很大的差异,探讨了影响复杂构造成像的主要因素.针对工区实际地下目标,提出了地震采集观测系统优化设计和后续处理建议,为复杂地表复杂构造区地震资料采集处理提供了借鉴和参考依据.     

基于波动方程正演模拟的多尺度地震资料反射特征分析

地面地震、VSP和井间地震等多尺度地震资料在油气勘探开发中发挥着重要的作用,但不同的观测尺度和资料采集处理方式限制了多种资料之间的有效匹配和综合应用.通过对同一地质体模型采用波动方程开展正演模拟分析,进一步开展逆时偏移有利于更好地建立起多尺度地震资料之间的联系与差异.分析表明,地面地震、VSP和井间地震等不同尺度下的观测资料都能在对应的范围内准确反映地质体的地震反射特征,而观测尺度和观测方式的不同则导致多尺度地震资料在分辨率、波场信息丰富程度和观测范围等方面存在差异;正演模拟地震道的时频分析进一步表明多尺度地震资料在时间域和频率域都存在着较好的联系,特别是井间地震和VSP等井中地震资料能够提供更为合理、可靠的高频信息,在提高地面地震资料分辨率方面具有明显的优势,为开展多尺度地震资料的综合研究与应用提供了基础.     

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...     

正演模拟技术在地震采集设计中的应用

随着地震勘探开发的不断深入和发展,地震勘探的主战场逐渐向复杂地区转移.复杂地区既指地表条件复杂的地区,也指地下地质构造和地层条件复杂的地区,这些都对地震勘探提出了新的挑战和更高的要求.地震正演模拟正是开展此类问题研究的一个重要手段和方法.目前市场上具有正演模拟功能的软件大多是根据射线理论采用射线追踪的方法来完成正演模拟的,这种方法不能很好地反映地震波的动力学特征,特别是在复杂地区难以得到正确的结果.本文利用高阶有限差分有效克服了常规有限差分算法求解波动方程的频散问题,并以高效的OpenMP并行计算模式进行了并行优化,较大程度上提高了正演计算的速度和精度;同时实现了二阶Higdon边界条件,改善了边界吸收效果;也在一定程度上提高了计算速度.塔中地区主要目的层埋藏深,逆断层发育,地震反射特征复杂,增加了地震勘探的难度.本文依据该地区的地质模型,利用波动方程正演技术论证了该地区的地震采集观测系统,为该区地震采集观测系统的设计提供了科学依据.     

模型正演技术在兴城地区叠前深度偏移中的应用

松辽盆地徐家围子断陷兴城地区火山岩埋藏较深,断层发育且倾角较大,构造极其复杂,常规时间域成像效果较差,且火山岩屏蔽作用明显影响到下伏地层成像精度,对构造解释造成了一定影响.针对这一问题,采用波动方程正演模拟技术,建立反映该区实际复杂构造的模型,进行正演模拟,然后将模拟的炮集记录进行常规处理和叠前偏移处理,重点是叠前深度偏移处理.模拟结果表明,将模型正演技术应用到实际地震资料的处理中,有助于指导实际地震资料中速度-深度模型的建立,并且对于提高复杂构造的成像质量具有非常重要的作用,而且有利于下一步验证构造解释方案是否合理.     

非重复采集时移地震正演模拟及可行性分析

本文主要研究前期为常规三维地震勘探和后期为高精度三维地震勘探的这种典型非重复采集时移地震的可行性,主要使用正演模拟和匹配处理相结合的方法进行.本文推导了基于PML边界的三维声波波动方程时空域高阶有限差分正演方程,根据岩石物理流体替代分析方法计算得到时移前后储层的弹性参数,建立了时移地震地球物理模型,设计了常规三维和高精度三维观测系统,进行地震正演模拟,获得了非重复采集时移地震理论模拟数据.利用匹配处理法对非重复采集时移地震正演模拟数据和实际资料进行可行性分析,匹配处理过程主要包括初始数据匹配、一致性处理和互均化处理等.理论模拟数据和实际资料的匹配处理结果表明,通过针对性的分析和处理,利用非重复采集的地震资料进行时移地震研究是可行的,能够得到较好的时移地震响应,在一定程度上反映了油藏的变化情况.     

库车坳陷高陡构造地区零井源距VSP资料波场分析与识别

库车坳陷属于高陡构造地区,油气资源丰富,勘探潜力巨大.但是该地区地下构造复杂,断裂发育,地层倾角陡,地震波场复杂,地震成像品质较差是制约库车复杂构造研究的主要因素.零井源距VSP资料波场上转换横波很发育,波场记录上转换横波和纵波同时存在造成该地区地面地震波场相当复杂,影响地面地震资料的成像品质.因此为了避免地面地震资料处理过程中各种波场的相互影响,利用VSP波场信息能防止地面地震资料处理过程中可能出现的"陷阱".本文充分发挥VSP波场信息丰富的特点,通过库车坳陷高陡构造地区零井源距VSP波场正演模拟和实际资料波场分析,准确识别纵波和转换横波波场,并利用有效的波场分离手段分离出VSP纵波波场和VSP转换横波波场.通过VSP纵横波波场与实际地面地震资料对比,能很好地识别出了地面地震资料上的纵波和转换横波波场,为库车坳陷高陡构造地区地面地震资料处理提供参考依据.研究表明:库车坳陷高陡构造地区转换横波在地震纵波成像中影响较大,建议库车坳陷高陡构造地区地面地震处理要加强转换横波的识别与应用,进一步加强井地联合处理攻关研究,获得更可靠、更高品质的纵波资料,同时也能得到更为丰富的转换横波资料.     

低序级断层波动方程正演及特征分析

低序级断层是复杂断块油藏勘探开发的重要研究内容,对油田开发后期落实剩余油分布、解决注采矛盾具有重要意义.本文采用声波方程有限差分正演模拟,对以下几种情形进行了研究:(1)低序级断层与埋深、主频以及信噪比之间的关系;(2)观测系统对断层的影响;(3)物性差异产生的假断层问题;(4)大断层衍生出小断层的正演问题;(5)断层破碎带的影响以及断层封堵带含流体的影响.在上述理论模型正演分析的基础上,根据胜利油田典型构造带的地震剖面建立速度模型,研究了不同组合模式的低序级断层的识别能力,最后分析了波动方程正演模拟和褶积合成地震记录的区别.通过对低序级断层正演模拟特征的分析,得出了不同资料质量、不同地质情况以及不同组合模式下,能够准确识别的断层的极限.理论上能够识别的断层最小断距为7 m左右,最小可能会达到5 m,子波主频适当提高,数据采集时炮点和检波点越密集,道间距越小,多个断层的横向或纵向间隔越大,断层的落差越大时,越能够准确地定位断点并确定断层位置.本文研究成果对油田科研生产中低序级断层的正确判别以及提高断层检测方法的可信度方面具有重要意义.     

双相介质地震波场数值模拟的迭积微分算子及其PML边界条件

将基于计算数学中Forsyte 广义正交多项式的迭积微分算子引入到地震波动方程的一阶速度--应力方程的空间微分运算中去,并采用时间错格有限差分算子替代传统的差分算子以匹配高精度的空间迭积微分算子,从而发展一种全新的地震波场正演模拟方法,来解决复杂非均匀介质模型中的波场传播问题.为了大幅衰减人工边界引起的反射,本文将完全匹配层(Perfectly Matched Layer,PML)吸收边界条件引入到所构建的方法中,以解决迭积微分算子法的边界问题.以二维波动方程为例,用迭积微分算子法实现了双相介质的地震波场正演模拟,模拟结果表明,双相介质模型较好地解释了含流体孔隙特性.同时也表明迭积微分算子法是一种非常实用、有效的数值模拟方法.     

流固边界耦合介质高阶有限差分地震正演模拟方法

本文针对流固边界耦合介质提出了一种高效、稳定的正演数值模拟方法. 首先,从一阶位移-应力弹性波方程出发,基于海底流固边界的位移和应力的连续性条件,采用三次样条海底界面定量表征方法,推导出不规则海底界面下流固边界耦合介质中的地震波波动方程;其次,通过空间微分的高阶差分格式提高数值模拟的空间精度,并结合已推导的地震波波动方程,将四阶时间微分转换至高阶空间微分,进一步提高了数值模拟的时间精度;最后,在与标量波波动方程数值模拟结果对比分析的基础上,分别利用简单的水平层状模型和复杂海底模型,验证和讨论了本文提出的流固边界耦合介质高阶有限差分地震波正演模拟方法的有效性和准确性.      

控制照明与面向目标成像的观测系统设计

常规地震观测系统设计方法基于地下水平层 状介质的假设,通常不能适应复杂构造情况。我们 从控制照明的思想出发,提出了一种面向目标成像 的地震观测系统设计方法,该方法需要一个由初步 地震解释得到的速度模型。利用单程傅立叶有限差 分波场传播算子将目标层的平面源延拓到地表,通 过分析从目标层延拓到地表的波场能量的分布,可 以确定目标层成像所需要的炮点或者检波点的位置。 利用SEG-EAGE盐丘模型数值试算结果表明,该方法 用于设计面向目标成像的特定地震采集系统。     

一种时空域优化的高精度交错网格差分算子与正演模拟

如何有效压制数值频散是有限差分正演模拟研究中的关键问题之一.近年来,许多学者对二阶声波方程的差分算子开展了大量的优化工作,在压制频散方面取得不错的效果.一阶压强-速度方程广泛用于研究地震波在地下变密度模型中传播规律,目前针对一阶方程的优化工作大多只是在空间差分算子上展开.本文在前人研究的基础上,推导出一阶声波方程中压强场与偏振速度场之间的解析关系,据此在传统交错网格基础上给出一种高精度的显式时间递推格式,该递推格式将时间差分与空间差分算子结合在一起,并采用共轭梯度法得到精确时间递推匹配系数,实现时空差分算子的同时优化.在编程实现算法的基础上,通过频散分析与三个典型模型测试表明:本文方法能够较为有效地压制时间频散与空间频散,提高数值计算精度;同时对复杂模型也有很好适用性.     

基于精细积分法的三维弹性波数值模拟(英文)

波动方程有限差分法是地震数值模拟中的一种重要的方法,对理解和分析地震传播规律、分析地震属性和解释地震资料有着非常重要的意义。但是有限差分法由于其离散化的思想,产生了不稳定性。精细积分法在有限差分法的基础上,在时间域采用解析解的表达形式,在空间域保留任意差分格式,发展成为半解析的数值方法。本文结合并发展了以往学者的成果,推导了任意精细积分法的三维弹性波正演模拟计算公式,并对其稳定性进行了数值分析。在计算实例中,实现了精细积分法二维和三维弹性波模型的地震正演模拟,对计算结果的分析表明,精细积分法反射信号走时准确,稳定性好,弹性波场相较于声波波场,弹性波波场成分更为丰富,包含了更多波型成分(PP-和PS-反射波、透射波和绕射波),这对实际地震资料的解释和储层分析有重要的意义。实践证明,该方法可直接应用到弹性波的地质模型的数值模拟中。     

Acoustic VTI modeling and pre-stack reverse-time migration based on the time–space domain staggered-grid finite-difference method

Reverse-time migration (RTM) is based on seismic numerical modeling algorithms, and the accuracy and efficiency of RTM strongly depend on the algorithm used for numerical solution of wave equations. Finite-difference (FD) methods have been widely used to solve the wave equation in seismic numerical modeling and RTM. In this paper, we derive a series of time–space domain staggered-grid FD coefficients for acoustic vertical transversely isotropic (VTI) equations, and adopt these difference coefficients to solve the equations, then analyze the numerical dispersion and stability, and compare the time–space domain staggered-grid FD method with the conventional method. The numerical analysis results demonstrate that the time–space domain staggered-grid FD method has greater accuracy and better stability than the conventional method under the same discretizations. Moreover, we implement the pre-stack acoustic VTI RTM by the conventional and time–space domain high-order staggered-grid FD methods, respectively. The migration results reveal that the time–space domain staggered-grid FD method can provide clearer and more accurate image with little influence on computational efficiency, and the new FD method can adopt a larger time step to reduce the computation time and preserve the imaging accuracy as well in RTM. Meanwhile, when considering the anisotropy in RTM for the VTI model, the imaging quality of the acoustic VTI RTM is better than that of the acoustic isotropic RTM.     

复杂山区初至波层析反演静校正

提高静校正精度是取得复杂山区良好地震成像的一个重要条件.而建立在水平折射面假设基础之上折射波静校正方法,无论是假设前提还是实际应用效果,都不适应于地表剧烈起伏,速度纵、横向变化大的复杂区.为此本文提出使用初至波层析反演静校正方法,即利用地震记录中初至旅行时反演出表层速度模型,计算出炮点和检波点的静校正量.通过正演模拟数据和实际资料的验证,很好的解决了复杂地表引起的静校正问题.     

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.     

基于广义正交多项式褶积微分算子的地震波场数值模拟方法

地震波场模拟方法研究对于与波动现象有关的地震学问题的重要性是不言而喻的.就目前现有的各种正演算法来说,精度较高的算法（如有限元法、谱元法、高阶有限差分法等）,其计算速度较慢;计算速度较快的算法（如低阶有限差分法、付氏伪谱法等）计算精度却比较低.为了兼顾地震波场模拟的精度与速度,本文推出了一种快速的、高精度地震波场模拟方法（基于Forsyte广义正交多项式的褶积微分算子法）,该方法是以计算数学中的Forsyte广义正交多项式插值函数为基础,构建一个新的褶积微分算子,并将该算子引入到地震波动方程的一阶速度-应力方程的空间微分运算中去,采用时间交错网格有限差分算子替代普通的差分算子以匹配高精度的褶积微分算子,从而构造一种全新的地震波场数值模拟方法.该方法同时具有广义正交多项式方法的高精度和短算子低阶有限差分算法的高速度.通过对算子长度的调节及算子系数的优化,可同时兼顾波场解的全局信息与局部信息.复杂非均匀介质模型中的波场数值模拟实验证实了该方法的可行性及优越性.     

维波场延拓复杂表层模型校正方法及应用

如何正确地消除复杂地表对地震波场的影响，提高地下构造成像的质量一直是中国西部复杂地区地震勘探中存在的难题.本文在三维复杂表层速度模型层析反演\[1\]的基础上，研究了关于复杂地表的静校正问题，提出用三维波动方程在炮集上对地震波场进行正、反向延拓，消除复杂地表对波场的影响，实现三维复杂表层模型校正.理论和实际应用证明，该方法已超越常规静校正的含义，属时变校正方法.用本方法处理复杂地表问题，不但能消除表层对不同深度反射波产生的不同时差影响，提高叠加剖面质量，而且能使校正后的地震波场保持波动特征不发生畸变，可为建立正确的深层速度模型和波动方程叠前深度偏移奠定良好的基础.     

基于时空域自适应高阶有限差分的声波叠前逆时偏移

叠前逆时偏移在理论上是现行偏移方法中最为精确的一种成像方法,其实现过程中的核心步骤之一是波动方程的波场延拓,而波场延拓的本质是求解波动方程,所以精确、快速地求解波动方程对逆时偏移至关重要.本文采用一种基于时空域频散关系的有限差分方法来求解声波方程,分析其频散和稳定性,实现波场数值模拟,并将分析和模拟结果与传统有限差分法进行对比.分析结果和模型数值模拟结果都表明时空域有限差分法模拟精度更高、稳定性更好.将时空域高阶有限差分法应用到叠前逆时偏移波场延拓的方程求解中,然后再利用归一化互相关成像条件成像,理论模型数据偏移处理获得了精度更高的成像.同时,在逆时偏移波场延拓的实现中,采用自适应变长度的空间差分算子求解空间导数的有限差分策略,在不影响数值模拟和成像精度的前提下,有效地提高了计算效率.