基于高阶广义标准线性体模型的三维黏弹性介质弹性波正演模拟

吸收衰减是地震波在实际地球介质中传播的固有特征.在实际应用中,通常假设表征吸收衰减特征的品质因子Q在地震频带范围内不随频率变化.高阶广义流变模型能够在时间域内精确的表征品质因子Q不随频率变化的特征,为黏弹性介质波动方程精细模拟奠定了基础.基于广义标准线性体模型理论,采用最小二乘拟合方法对Q值不随频率变化特征进行拟合,分析了不同阶次广义标准线性体模型对黏弹性介质Q值特征的拟合程度,在权衡计算精度和三维计算量的基础上,确定了五阶广义标准线性体模型并建立了相应的三维黏弹性波的速度-应力方程,结合CFS-PML边界条件开展了高精度三维黏弹性波正演模拟.通过均匀介质正演模拟,验证算法的正确性,明确了地震波的传播时的吸收衰减特征,对三维盐丘模型进行数值模拟,表明了五阶广义标准线性体可以精确的模拟黏弹性介质地震波吸收衰减特征.     

非均匀黏弹性介质中声波模拟的非规则网格方法

本文研究了满足衡Q模型的黏弹性介质中声波模拟的时间域数值解法.通过采用有理式基函数描述频率相关的体积模量,使模型满足地震波黏性吸收的衡Q要求.结合弹性波模拟的非规则、非结构网格方法——格子法,本文提出了一种非均匀黏弹性介质中声波模拟的非规则网格方法.非规则、非结构网格的使用,可以精细地刻画地下介质中复杂速度、Q值的变化,及界面的形状.通过和解析解的比较及复杂模型算例分析,验证了该方法的精度及有效性.     

黏声方程Q值反射波反演

地震波在非弹性介质中的衰减效应常用品质因子Q度量.相对准确的Q模型对提高强衰减介质中地震波成像的质量至关重要.本文提出了黏声介质反射波形反演(QRWI)方法来重建地下宏观Q模型.在缺乏大偏移距和低频地震数据时,该方法以黏声波方程为波场传播引擎,利用反射波核函数对模型中深部的敏感性去提取背景Q值.当速度高、低波数成分均已知时,基于波形拟合的QRWI可以获得较高分辨率的反演结果.由于地下介质速度的高波数扰动很难准确估计,本文通过引入峰值频移目标函数,极大地降低了QRWI对速度高波数成分的依赖.理论合成数据实验结果表明,本文方法反演得到的宏观Q模型可以满足衰减补偿逆时偏移成像的要求.     

叠前地震Q值反演在储层流体识别中的应用研究

相较于常规的叠后资料Q值估算方法,本文的Q值反演法充分利用了叠前地震资料所具有的丰富振幅、频率和走时信息.首先简化黏弹性介质纵波反射系数近似,利用贝叶斯理论,建立反演方程,然后通过加入柯西约束和模型约束对算法进行优化,增加反演细节和横向连续性,提高反演精度和可靠性,最后将算法应用胜利油田东部探区的复杂岩性油气藏中,同时反演纵横波速度、密度和地层吸收衰减参数Q,成功地区分了强振幅引起的"真假亮点",识别了储层的含油气性,弥补了传统方法的不足.     

AVF反演Q值方法研究

品质因子Q的准确估计是叠前、叠后地震数据处理及AVO分析的关键环节.理论分析和正演模拟表明界面处单纯Q值的变化也会引起反射,该反射系数随频率变化而变化(Amplitude Versus Frequency,AVF).利用其线性近似公式,通过AVF反演可以准确地获得品质因子Q.AVF反演方法为Q值的求取提供了新的思路,与传统Q值求取方法不同,该方法主要考虑衰减对反射系数的影响,通过反射系数获得目的层的Q值.将上覆层为弹性介质的假设扩展到非弹性介质,构建新的近似公式,该近似公式应用更具普遍性与适应性,并利用时频分析方法获得多层模型介质的Q值;测试结果显示AVF反演的Q值准确、稳定.     

黏弹性与弹性介质中Rayleigh面波特性对比研究

Rayleigh面波的频散特性可以用来研究地表浅层结构. 本文使用时域有限差分法来模拟复杂黏弹性介质中的Rayleigh面波,研究了Q值对面波频散特性的影响.文中采用旋转交错网格有限差分,以非分裂卷积形式的完全匹配层为吸收边界,推出了求解二阶位移-应力各向同性黏弹性波动方程的数值方法.为了检验数值解的精度,首先将简单模型的正演结果与解析解对比,验证了方法的正确性;然后模拟了横向缓变层状介质和含有洞穴的介质中的面波,对弹性和黏弹性介质中的面波的频散特性进行对比分析.模拟结果表明浅层Q值对面波的频散特性有显著的影响;强吸收情况下,高阶面波的能量相对低阶面波能量显著增强.     

黏弹性介质中瑞雷波有限差分数值模拟与波场分析

瑞雷面波经常被用来反演地表浅层横波速度,受到越来越广泛的关注。对瑞雷波的研究一般都基于完全弹性介质,而实际地层更接近黏弹性介质,对黏弹性介质中的瑞雷面波进行模拟更具实际意义。本文采用广义标准线性体模型来描述黏弹性介质,并采用交错网格有限差分法对考虑水平自由表面的黏弹介质进行正演模拟,再与弹性介质中的结果进行对比分析。首先采用非线性最优化算法根据期望常数品质因子直接求取松弛时间来拟合常Q模型,并给出广义标准线性固体的具体算例,实施自由表面条件时采用声学-弹性边界近似法,通过剪切模量不变来考虑自由表面上、下横向应力保持连续的条件。对于非自由表面,采用非分裂的多轴卷积完全匹配层来吸收波场。然后对几种典型的数值模型进行正演模拟计算,数值解与解析解的对比验证了本文方法的准确性与有效性,正演结果的对比表明波场尤其是面波频散会受黏弹性影响,因此有必要在面波勘探中考虑黏弹性因素。      

谐振Q理论井震匹配法及品质因子反演

储层勘测中地震波速度一般低于声波测井速度,撇开观测系统与人为因素造成的误差,岩石本征的黏弹性是造成这一现象的重要原因.本文在井、震匹配问题中引入了黏弹性岩石的杨氏谐振品质因子(Q)模型,对储层岩石进行了井震匹配与Q反演.文章阐述了如何通过谐振Q模型合理的校正声波速度,从而实现井震匹配.在波形匹配的基础上,进行地层品质因子的反演,合理的计算出目的层位的品质因子值.     

黏弹性介质中瑞雷面波正演模拟及频散特征分析

正演模拟是瑞雷面波研究的一个主要方面,目前对于瑞雷面波的正演研究大多是基于均匀层状弹性介质条件下的瑞雷面波频散曲线方程,这只适用于层状模型,无法模拟全波场,而且不考虑实际介质的黏弹效应.本文采用交错网格高阶有限差分法对黏弹性介质中的瑞雷面波进行了高精度全波场模拟,并对频散特征进行了提取与分析.其中采用属于非线性最优化的Levenberg-Marquarat方法直接计算松弛时间来拟合常Q模型,并将应力镜像法与紧致差分格式相结合来准确实施自由表面条件,在其余边界处以非分裂的多轴卷积完全匹配层为吸收边界.然后利用相移法从地震记录中提取频散剖面并对几种典型模型的面波频散特征进行了对比分析.结果表明黏弹性对面波的频散特性有显著影响,面波勘探中有必要考虑黏弹性因素.     

黏弹性介质中瑞利波频散曲线和衰减系数曲线的反演

瑞利波具有能量大、信噪比高等特点,可以用来反演介质内部的力学信息,近年来在浅层地球物理勘探、深层地震学研究以及超声波无损检测等多个领域都有较广泛的应用。目前大多数瑞利波的应用中都假设介质是弹性的,然而实际中岩石、土壤和金属等介质都在一定程度上体现出了黏弹性。当介质的黏弹性较强时仍然采用弹性假设研究其中瑞利波的反演将增大误差,因此有必要考虑黏弹性介质中的瑞利波反演,但是目前这方面的研究仍不够深入。本文研究黏弹性介质中瑞利波频散曲线和衰减系数曲线的反演问题,给出其在半空间中联合反演的方法,并对该方法的误差进行分析。     

利用VSP资料直达波的包络峰值处瞬时频率提取介质品质因子

本文采用一个具有4个待定参数的函数去逼近震源子波,利用黏弹介质中单程波传播理论推导出了地震子波包络峰值处瞬时频率(EPIF)和品质因子之间的解析关系;同时,为提高瞬时频率的估计精度和抗噪性能,在小波域中发展了一种计算瞬时频率的方法,并在此基础上提出了估算VSP资料Q值的方法,简称小波域包络峰值处瞬时频率法(WEPIF)．合成的VSP数据衰减估计结果表明,与对数谱比法和中心频率偏移法相比较,WEPIF法受到界面反射波影响相对较小、计算结果稳定、精度相对较高．将WEPIF法用于某气田的单炮零偏6级VSP资料Q值估计,结果表明,吸收强弱与储层含气性高低有良好的对应关系．     

COMPUTATION OF ZERO-OFFSET VERTICAL SEISMIC PROFILES INCLUDING GEOMETRICAL SPREADING AND ABSORPTION*

Synthetic vertical seismic profiles (VSP) provide a useful tool in the interpretation of VSP data, allowing the interpreter to analyze the propagation of seismic waves in the different layers. A zero-offset VSP modeling program can also be used as part of an inversion program for estimating the parameters in a layered model of the subsurface. Proposed methods for computing synthetic VSP are mostly based on plane waves in a horizontally layered elastic or anelastic medium. In order to compare these synthetic VSP with real data a common method is to scale the data with the spherical spreading factor of the primary reflections. This will in most cases lead to artificial enhancement of multiple reflections. We apply the ray series method to the equations of motion for a linear viscoelastic medium after having done a Fourier transformation with respect to the time variable. This results in a complex eikonal equation which, in general, appears to be difficult to solve. For vertically traveling waves in a horizontally layered viscoelastic medium the solution is easily found to be the integral along the ray of the inverse of the complex propagation velocity. The spherical spreading due to a point source is also complex, and it is equal to the integral along the ray of the complex propagation velocity. Synthetic data examples illustrate the differences between spherical, cylindrical, and plane waves in elastic and viscoelastic layered media.     

利用零偏移VSP资料估计介质品质因子方法研究

利用峰值频率移动法估算零偏VSP资料的品质因子Q．该方法用Ricker子波和匹配地震子波分别逼近零相位和混合相位的震源子波，得到了峰值频率移动法估计Q值的公式．进而针对常规方法估计的地震子波峰值频率精度不高的问题，提出了估计地震子波峰值频率的特征结构法．通过合成零偏VSP资料的仿真试验，验证了峰值频率移动法估计Q值的正确性．仿真结果表明，与快速Fourier变换和Burg最大熵方法相比较，特征结构法得到的峰值频率和Q值精度高一些．仿真结果也表明，用峰值频率移动法估计Q值时需要选取恰当的子波参数,否则影响Q值估计的精度．     

零偏移距VSP资料层Q反演及其应用研究(英文)

地层品质因子Q的可用于地震资料高分辨率处理,而从VSP资料下行直达波更容易获取准确的地层品质因子。通过对零偏移距VSP资料的监控子波和下行初至波的频谱进行综合分析,仿照Ricker子波频谱的表达式,本文提出了震源子波频谱新的表达式。在震源子波频谱新的表达式基础上,我们介绍了改进的频谱拟合法和改进的谱比法的层Q值反演方法及相应的处理流程。基于本文提出的层Q值反演方法,利用实际的零偏移距VSP资料的下行直达波,反演稳定的层Q值,并用于零偏移距VSP资料及井旁地面地震资料的反Q滤波振幅补偿处理,提高了地震资料的分辨率。     

陆上纵波源VSP资料中的纯横波

常规陆上VSP(Vertical Seismic Profiling)勘探普遍采用纵波震源激发,三分量检波器接收,主要利用的是纵波和转换横波信息。已有的研究表明,炸药震源在井下激发、可控震源在地面垂向振动,均会产生较强的纯纵波和一定强度的纯横波;泊松比差别较大的分界面有利于形成较强的透射转换横波。本文通过对激发形成的纯横波和下行转换形成的横波进行对比分析,认为纯横波的主频往往低于纯纵波的主频,而下行转换横波的主频通常接近纵波的主频。本文分别对两个陆上纵波源零偏和非零偏VSP资料进行分析,结果表明这些资料中普遍存在纯横波,只是横波的强弱存在不同程度的变化。利用纵波源零偏VSP资料,可以获得横波速度信。最后对VSP纵波和横波联合应用前景进行了分析,应该充分利用纵波源VSP资料中的横波信息。     

用于零偏移距VSP资料的自适应波形反演方法研究

提出一种利用零偏移距VSP资料初至下行波(即直达波)反演介质品质因子Q及层速度V等参数的方法, 称为自适应时域波形反演法(ATWI). 为了充分地利用有效信息, 该方法根据实际VSP资料的信噪比及直达波与上行波干涉的程度,自适应最大限度地选取未受干扰的初至波片段,并用该片段构造目标函数; 通过恰当地构造数据加权矩阵提高目标函数对Q值变化的敏感性;为克服非线性反演的病态问题,采用近来发展的乘性正则化方法,并通过约束条件限制待求参数的取值范围;文中推导出了雅可比矩阵各元素的解析表达式,从而减小了反问题的计算量.合成数据反演结果表明,与谱比值法和子波包络峰值瞬时频率法相比较,ATWI法受上行波影响相对较小、抗噪性能更强.实际资料算例进一步证明了ATWI方法的有效性.     

CDP mapping and image reconstruction by using offset VSP data

Because zero-offset VSP (Vertical Seismic Profile) data can only provide the information of rock properties and structure in the area around the Fresnel zone within the well, the scheme of VSP with offset was developed to acquire the reflection information away from the borehole in order to widen the range of VSP survey and to improve the precision of imaging.In this paper, we present a new CDP (Common Depth Point) mapping approach to image the reflecting structure by using offset VSP data. For the processing of offset VSP data, we firstly separated the up-going and down-going wave-fields from VSP data by means of F-K filtering technique, and we can calculate the mapping conditions (position and reflecting traveltime for CDP point) in homogeneous media, and then reconstruct the inner structure of the earth.This method is tested by using the offset VSP data which are used to simulate the case of super-deep borehole by means of finite-difference method. The imaged structure matches the real model very well. The results show that the method present here could accurately image the inner structure of the earth if the deviation of initial velocity model from the true model is less than 10%. Finally, we presented the imaged results for the real offset data by using this method.     

Interpreting non-orthogonal split shear waves for seismic anisotropy in multicomponent VSPS

There are two main sources of non-orthogonality in multicomponent shear-wave seismics: inherent non-orthogonal split shear waves arising from substantial ray deviation in off-symmetry planes due to strong anisotropy or complex overburden, and apparent non-orthogonal split shear waves in the horizontal plane due to variation of the angle of incidence even if the two shear waves along the raypath are orthogonal. Many techniques for processing shear-wave splitting in VSP data ignore these kinds of non-orthogonality of the split shear waves. Assuming inherent non-orthogonality in zero-offset VSPs, and apparent non-orthogonality in offset VSPs, we derive equations for the four-component data matrix. These can be solved by extending the linear-transform technique (LTT) to determine the shear-wave polarizations in zero-offset and offset VSPs. Both full-wave synthetic and field data are used to evaluate the technique and to examine the effects of non-orthogonal polarized split shear waves. If orthogonality is incorrectly assumed, errors in polarization measurements increase with the degree of non-orthogonality, which introduces a consistent decreasing trend in the polarization measurements. However, the effect of non-orthogonality on the estimation of geophone orientation and time delays of the two split shear waves is small and negligible in most realistic cases. Furthermore, for most cases of weak anisotropy (less than 5% shear-wave anisotropy) apparent non-orthogonality is more significant than inherent non-orthogonality. Nevertheless, for strong anisotropy (more than 10% shear-wave anisotropy) with complicated structure (tilted or inclined symmetry axis), inherent non-orthogonality may no longer be negligible. Applications to both synthetic and real data show that the extended linear-transform techniques permit accurate recovery of polarization measurements in the presence of both significant inherent and apparent non-orthogonality where orthogonal techniques often fail.     

基于Ganley理论含有衰减特性零偏VSP正演研究及修正

含有衰减的VSP资料能够提供丰富的地下岩层和岩性信息,本文根据Ganley理论对其进行了正演计算.引入品质因子Q值,考虑界面发生反射和透射,对震源位于地表及地下某一深度进行讨论,分别计算水平层状介质中的下行波和上行波.与不含有衰减特性的正演记录及其时频分析对比可以看出,高频成分的吸收、主频的降低、较多的能量衰减揭示了地...     

克希霍夫法VSP多波联合成像

VSP 转换波跟VSP 纵波或常规地面转换波相比，具有较高的分辨率和信噪比，但传统的VSP成像方法只利用了反射P波信息，而把转换波（反射S波、透射S波）以及透射P波当作影响成像质量的噪音.本文给出了一种VSP共炮点道集多分量地震资料克希霍夫法偏移成像的方法.本方法充分利用了多波（反射P波、反射S波、透射P波、透射S波）信息，根据转换点处四种波同时起跳，能量叠加最大的原理，从接收点分别用向绕射点延拓它们的能量，并将其叠加起来，求得的和最大的一点即反射点.通过模型试算和实际资料处理表明，此法成像精度高，信噪比高，且有利于改善剖面的频率特性.