层状介质探地雷达信号Q值估计及反Q滤波

利用多层常Q模型描述层状介质探地雷达信号的衰减,并应用谱比法,通过求均方根Q值求得了层状介质每一层的Q值。将波场延拓理论应用到探地雷达信号的反Q滤波数据处理中,其步骤为：假定地下Q模型为多层常Q结构,对每个常Q层,将地表波场记录直接延拓到当前层顶部;在常Q层内对延拓后的波场在时频域采用广义S变换,对信号进行反Q滤波;对滤波结果求广义S反变换,得到反Q滤波后的时域信号。最后利用本方法对合成的3层探地雷达衰减记录和实验得到的2层探地雷达衰减记录进行了振幅和相位补偿,验证了该算法在探地雷达反Q滤波中的正确性和有效性。     

局部时频变换域地震波吸收衰减补偿方法

地震信号在地下传播时会受到地层吸收衰减的影响,从而降低了地震资料的分辨率。因此地震波吸收衰减补偿是地震资料处理中的一项重要环节。本文研究的地层吸收衰减补偿方法主要基于局部时频变换(LTFT),该方法能够调节选取谱分解的频率范围和频率采样间隔,解决了短时傅里叶变换固定时窗和小波系数无法提供波形频率的精确估计值问题,适用于非平稳地震信号的时频分析。在求取地层Q值的方法中,频谱比值法具有高效简单的特点,有着广泛的应用范围。本文假设地下介质为层状变Q模型,使用局部时频变换将信号转换为时频域,通过频谱比值法求出各层的Q值,最后根据Kolsky衰减模型来补偿地震信号。理论模型测试和实际资料处理的结果表明,本文提出的方法能够有效恢复衰减信号,提高地震资料的分辨率。     

基于改进广义S变换的Q值提取及应用

品质因子Q是用来描述地震波吸收衰减的一个重要参数,为油气检测、储层预测与精细刻画等提供了众多有用信息。然而,目前几种常用的频率域Q值估计方法(如谱比法),在实际应用中需从地震记录中拾取子波,受噪声和相邻子波影响,难以拾取到理想子波,导致Q值估计不够稳定。这里采用改进的广义S变换取代傅里叶变换在时频域应用谱比法提取Q值,该方法在保留谱比法适用性强等优点的同时,应用时频域能量集中部分对应作比估计平均Q值,无需拾取瞬时频谱或利用单个子波作比,成功提高了Q值估计的稳定性和适用性。通过模型测试,对比分析了四种Q值估计方法的稳定性,其中基于改进广义S变换的Q值提取法抗噪能力强,方法稳定。将Q值提取法运用到实际地震数据中加以验证,结果证明,该方法是一种有效可行的Q值估计方法。     

基于地球物理模型实验的波场特征

采用理论分析和物理模拟相结合的方法对地震剖面中的波场成份进行了综合研究,波动理论研究表明,地震剖面含有多种波场信息成份,组成了一个各种成份各具变化特征的复合波场,这种复合波场含有P波和PS波成份等。在物理模型中,采用了较先进的实验系统,设计了砂泥岩组成的三层地层模型,(20-280-1220)观测系统,采样率为0.25ms。实验得到了三层地层模型的地震剖面,对所获得的地震剖面进行了波场特征分析,实验地震剖面中含有多种波场成份(P波、PS波和面波等)。波场理论研究结果得到物理模型实验的证实,表明地震剖面属复合波场剖面。这种叠后地震剖面可直接用于进行叠后弹性参数反演等以挖掘更多的有效地质信息,提高勘探效果,扩大地震剖面的应用范围。     

基于L—BFGS算法的全波形反演Q值方法研究

估计地层品质因子Q对描述地下构造分布和油气预测都有着重要的意义。考虑到地震波在介质中传播时的黏滞吸收作用,笔者选择2D黏滞性声波方程全波形反演,将观测波场与正演模拟计算得到的波场构建一个目标函数,引入L--BFGS算法反演出地层品质因子。将该方法应用于异常体模型和Marmousi模型测试,结果均表明反演的模型与理论模型的相对误差较小,计算精度高,反演效果好。     

二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究

浅地表低速异常体(如空洞)的精确探测一直是地球物理领域具有重要价值与挑战性的研究课题,对城市灾害评估与复杂条件下煤田地震勘探的浅地表精细建模具有重要意义。面波全波形反演适合浅地表高精度建模,然而在实际应用中仍存在诸多亟待解决的难题。针对面波全波形反演方法中多参数串扰、实际数据预处理、震源子波估计等关键问题,开发了一套完整的瑞雷波多参数全波形反演方法流程,以实现对浅地表空洞的精确探测。该方法中模型的横波速度、纵波速度和密度随反演进程均被同步更新,减弱后两个参数偏离真实值对横波速度反演精度的消极影响。采用伴随状态法构建的拟海森算子对梯度进行预处理以压制地表伪影、增强波场照明,提高对小尺度异常的表征能力。通过褶积因子消除波场正演与实际数据采集的维数差,实现3D波场到2D波场的转换。采用校正滤波方法估计震源子波,并在迭代进程中进行动态估计,以减弱特定参数模型不准确的影响。同时,该方法采用多尺度反演策略,减轻由低速异常引起的目标函数非凸性,提高反演稳定性。合成数据和实际案例测试结果表明,瑞雷波多参数全波形反演方法得到的横波、纵波速度模型、密度模型具有基本一致性,其中横波速度模型准确度最高。实测数...     

波场延拓法VSP正演模拟

波场延拓法模拟VSP,可以根据具体情况的需要同时对上、下行波场进行模拟,也可以只模拟上行波场或下行波场。对多次波能够有效地控制,通常在只关注一次波的情况下,可以不对多次波进行模拟。该方法相对其他波动方程正演模拟方法,有更高的计算效率。采用分步Fourier法延拓波场,既保证了延拓过程的稳定性,又不失较为复杂模型的模拟精度。模型试验表明,该方法能够有效地对VSP波场进行模拟,模拟的结果正确、可靠。     

黄河下游漫滩洪水冲淤规律

滩地的淤积层分布记录着以往漫滩洪水的特征,即反映漫滩洪水的量级、频率和持续时间等,同时河漫滩也是预估河流泥沙、洪水灾害防治和湿地生态系统保护等的重要组成部分。根据黄河下游水文年鉴资料,分析滩地的淤积与漫滩洪水的定量关系,为未来河流泥沙预估提供依据。经分析得到大漫滩洪水在来沙系数S/Q<0.030 kg·s/m6时,主槽冲刷而滩地淤积,反之则滩槽同淤。当S/Q<0.030 kg·s/m6时,大漫滩洪水滩地的淤积量主要与漫滩系数Q_max/Q_p、上滩水量W₀和含沙量S有关;大漫滩洪水的主槽冲刷量则除了与洪水期水量W和沙量W_s有关外,还与滩地的淤积量有关。一般漫滩洪水,当来沙系数S/Q<0.023 kg·s/m6时,主槽冲刷而滩地淤积,反之则滩槽同淤。一般漫滩洪水主槽冲刷量与来沙系数S/Q和洪水期水量W有关,而滩地淤积量仅与含沙量S有关。黄河下游漫滩洪水滩地的淤积和主槽的冲刷主要发生在孙口以上河段,而孙口以下河段主槽冲刷和滩地淤积量均较少。     

基于模型约束逆建模的储层物性参数估计方法

在油气储层的预测工作中,储层物性参数估计是重要的组成部分,从弹性参数中准确地估计出储层物性参数有助于油气藏品质的评价。以岩石物理理论为基础,基于地震岩石物理建模理论,提出了一种模型约束的岩石物理逆建模方法。针对目标储层的岩石物理特点,通过地震岩石物理模型建立起弹性参数与储层物性参数之间的定量关系。根据这种关系在三维物性参数域中计算出输入的弹性参数的等值面,利用不同弹性参数的等值面的空间交会进行物性参数的估计。由于输入数据可能包含误差或不确定性,为此在估计方法中加入模型约束,增强估计方法的稳定性,减少估计结果的误差。通过模型数据进行试算证明了方法的准确性和稳定性。将本方法应用于实际工区数据,取得了较好的估计效果,证明方法具有一定的实用性。     

裂隙岩体岩石质量指标(RQD)的空间变化特征

岩石质量指标(RQD)是评价岩体破碎程度的一个重要参数,但在RQD的应用过程中往往忽略测线长度和测线方向的影响,给岩体质量的评价造成一定的误差。笔者通过从野外岩石露头这个二维平面上得到的RQD或节理参数,推导得到在三维空间中任意方向测线的RQD,进而研究RQD随测线方向的变化规律。结果表明,RQD不但在平面上具有各向异性,在空间也具有各向异性。笔者提出了假定测线起于节理的N-A RQD计算模型,使理论论证更加严密。此外,利用蒙特卡罗模拟产生随机值代表节理间距,随机值服从负指数分布的参数不同代表节理发育的密集程度不同,通过T-T、N-A、A-A和A-A-S 4种RQD计算模型来研究RQD均值及标准差随测线长度的变化规律,可以得出：测线越长,所得RQD值越精确;测线较短时,A-A-S模型所得的RQD值与其他3种模型相比更精确;布置较长的测线在节理较发育的地方可获得更可信的RQD值。     

沙三中亚期东营三角洲-滑塌浊积体系预测模型研究

沙三段中亚段沉积时期,东营凹陷物源供给充足,三角洲-滑塌浊积体系极为发育。研究发现,滑塌浊积岩厚度h（m）与三角洲前缘沉积特征（前缘厚度H（m）、砂岩百分含量x（%）、斜坡坡角a（°））以及浊积岩滑移距离s（m）可以建立定量关系。通过控制变量的方法建立单因素关系,即滑移距离s（m）与浊积体厚度h（m）呈负相关,且相关性高,作为主因素;砂体厚度H（m）、砂岩百分含量x（%）及斜坡坡角a（°）与h（m）呈正相关,作为子因素。利用灰关联分析法,计算各子因素相对于主因素的权重系数,确定灰关联系数,建立滑塌浊积岩厚度h（m）的定量预测模型:h=55.359Q1.522 3,Q=0.355s’+0.223x’+0.221H’+0.201a’（Q为综合评价系数,s’、x’、H’、a’分别表经过最大值标准化后的滑移距离、前缘砂体厚度、百分含量以及斜坡坡角数据）。     

叠前PS 波Q 值提取与稳定高效的反Q 滤波算法

多波多分量地震勘探是进行岩性油气藏和隐蔽油气藏勘探的一种非常有潜力的方法。但由于实际地层是黏弹介质,造成地震波能量衰减和波形畸变,导致地震资料信噪比和分辨率难以满足油气勘探的精度要求。为更好地利用纵横波信息,需要对PP 波和PS 波进行振幅和相位补偿。通过解析法推导出一种从叠前转换波共炮点道集中提取横波Q 值的方法,将叠后稳定高效的反Q 滤波算法推广到叠前纵波和转换波的反Q 滤波中,改进了沿着纵波和转换波的传播路径进行补偿的叠前反Q 滤波算法,并进一步将常Q 层内的纵波和转换波反Q 滤波振幅补偿算子解耦为时间项和频率项的乘积,在保证补偿效果稳定的前提下,计算效率得到显著提高。     

基于解耦传播的波场分解方法在VTI介质弹性波逆时偏移中的应用

由于弹性波逆时偏移更符合实际情况,而且转换波的成像结果有更高的分辨率,因此弹性波逆时偏移越来越受到重视。然而,弹性波逆时偏移需要多波多分量数据,为了减少成像结果中的串扰假象,在逆时偏移过程中进行P波和S波分解就变得非常必要。结合基于向量的激发振幅成像条件,我们把基于解耦传播的波场分解方法应用到弹性波逆时偏移中,并对比了其在各向同性介质和横向各向同性（VTI）介质中的应用效果。结果说明,该方法可以在各向同性介质中完全分解P波和S波,并保留波场的向量信息。虽然在VTI介质中有较小的分解残余,但是该分解残余不会在逆时偏移结果中产生明显的串扰;因此,这种波场分解方法可以应用于各向同性介质和VTI介质弹性波逆时偏移。该方法是在时间空间域实现的,可以在波场传播过程中直接对P波和S波进行分离,应用方便,计算效率高。与利用Helmholtz分解的弹性波逆时偏移相比,该方法避免了在PS波成像结果中的极性反转问题。在复杂Hess VTI模型的逆时偏移结果中,高速岩体和断层的成像清晰,甚至是两个低速薄夹层也能较好成像;这说明该方法对复杂介质具有较好的适应性。PS波成像结果中的各向异性体成像清晰,说明各向异性介质弹性波逆时偏移可以对传统逆时偏移不能很好成像的构造进行成像。     

基于贝叶斯理论的逐次迭代非线性AVA反演方法

常规AVA三参数反演方法均基于横波速度与纵波速度之比γ为常数这一假设条件,且常被近似地取为0.5。然而在许多情况下γ并不为常数,而是在横向与纵向都渐变。若一概假定γ等于0.5,反演出的岩性参数势必要偏离真实值,因此有必要合理地选择γ。笔者基于贝叶斯理论,提出逐次迭代非线性AVA的反演方法。该方法把γ看成横向与纵向都渐变的反演初始背景,通过给定初始模型计算初始背景γ,并采用逐次迭代的策略求解该反演问题,解决了关于γ的选取问题以及由于引入变γ值而带来的非线性问题,提高了AVA三参数反演结果的精确度。     

纵横波弹性阻抗联合反演方法

在弹性阻抗反演方法的基础上,充分利用纵波和转换波地震信息,开展了纵横波弹性阻抗联合反演方法研究。首先对转换波反射系数近似精度进行对比分析,选取了转换波弹性阻抗近似公式,并对选取的转换波弹性阻抗公式进行标准化处理;其次详细研究了该反演算法的基本原理,并提出了具体实现流程;最后分别利用二维模型和实际工区的井数据制作叠前角度道集,添加随机噪声,对该反演方法进行模型试算。结果表明,纵横波弹性阻抗联合反演所得纵波速度、横波速度及密度估测值与真实值之间吻合较好;而且与单纯纵波弹性阻抗反演结果相比,纵横波弹性阻抗联合反演所得密度估测值更加稳定,从而为准确储层识别和流体检测提供了可靠的依据。     

叠前弹性波逆时深度偏移及波场分离技术探讨

这里探讨了Sun和McMechan提出的叠前弹性波标量逆时深度偏移方法,即在地表附近,对地表接收到的弹性波波场分量进行波场逆时延拓,然后分别对在波场延拓过程中通过波场分离得到的纯纵、横波反射波场进行偏移。在模型中,每个网格点的纵、横波成像时间,为震源到该网格点的纵波初至时间。利用纵波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对反射纵波进行逆时延拓和成像,利用横波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对转换横波进行逆时延拓和成像,并在偏移前进行极性校正。然后,在Sun和McMechan偏移成像方法的基础上,提出了直接偏移成像方法,即对地表接收到的弹性波波场分量在整个模型范围内进行波场逆时延拓。在波场延拓过程中,对符合成像条件的网格点进行波场分离、偏移成像和转换波极性校正。最后,通过数值模拟对二种偏移成像方法的结果进行了比较。     

华南地壳及上地幔三维速度结构成像

利用国家地震科学数据共享中心的地震目录及临时台网资料,挑选出11 113个区域地震的77 093条P波走时和93 541条S波走时,采用1°×1°的经纬度网格划分,反演获得了深至60km的华南南部地区的地壳及上地幔三维P波和S波的速度结构。研究结果表明,纵波速度结构与横波速度结构从整体来看具有较好的一致性,说明该研究获得的深部速度结果具有较高的可信性,但是在50km的深度纵、横波速度结构的一致性较差,可能是由于该深度的纵横波走时数据存在着较大的差异所导致的。本研究显示了研究区域内的速度结构存在着明显的横向不均匀性,东南沿海地区的地壳中出现了大规模的低速异常,可能与该区地幔物质的上涌有关;而在珠江三角洲、雷州半岛、北部湾及海南岛等地区莫霍面下方出现的低速异常,则与该区的热运动有关。经分析认为,华南南部地壳及上地幔的速度不均匀性和华南板块与扬子地块的相互作用有关,因此开展进一步研究能为探索和分析华南再造以及中国南海北部的构造演化提供重要信息。     

基于改进BISQ模型的地震波场数值模拟

Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的二种重要力学机制,Dvorkin和Nur提出了同时包含Biot流动和喷射流动力学机制的统一的BISQ(Biot-Squirt)模型。由于BISQ模型的流体压力表达式十分复杂,MamadouS.D和ErwinA又在引入Squirt机制的同时提出了不含特征喷射流动长度的改进BISQ模型。这里基于改进BISQ模型,运用伪谱法进行了波场模拟,证实了快P波、慢P波、SV波和SH波的存在。通过与Biot模型和BISQ模型的比较,改进BISQ模型计算简单,便于描述,正演模拟结果也与其它二个模型保持一致,是一种可行的新BISQ模型。     

基于弹性方程与声学方程的裂缝模型正演与偏移

在Hudson理论的基础上推导出基于弹性—声学近似的裂缝模型反射系数计算公式,然后用变参考慢度Rytov近似波场延拓算子,对给定裂缝模型进行正演和偏移,并分析其波场特征,得到以下三点结论:1在当前地震分辨率下,不能识别单个裂缝,但可以探测裂缝发育带;2裂缝带达到一定的宽度和密度,可以用地震方法检测裂缝的分布,潜山内幕反射波的范围与强弱,有利于研究裂缝发育带的宽度和密度;3裂缝带的低频复波反射,表明在裂缝发育带,地震波频率减低,意味着用地震波的频率特征是可以检测裂缝。