基于共中心点道集约束的探地雷达波阻抗反演

探地雷达（GPR）波阻抗反演是一种准确获取地下介质本征参数的有效方法，该方法依赖于测井资料提供的低频信息，而在GPR实际应用中，钻孔资料很少。为此，提出利用共中心点（CMP）速度分析为波阻抗反演提供大尺度纵向约束，实现在CMP速度分析结果的约束框架下，精细重构介质的介电参数信息。首先，以层状模型为算例，验证了CMP速度分析结果作为波阻抗反演的初始模型约束的可行性；在此基础上，开展了2个随机介质模型的波阻抗反演测试，反演结果的整体结构与模型接近，细微结构得到了较好的重构，与理论值的平相对误差为8.73%。结果表明，该方法在随机介质模型的探地雷达的波阻抗反演中更高效和经济，并且成像结果中包含着丰富的细节信息，在土壤介质其他物理参数估计中具有可行性和适用性。      

探地雷达测量土壤水含量的进展

包括探地雷达(Ground Penetrating Radar)在内的许多电磁方法正越来越多的应用于近地表水文地质领域。探地雷达技术基于介质的电磁特性,通过介质介电常数和速度的变化来反映土壤的体积水含量。水的相对介电常数为81,而周围介质的相对介电常数约为2~30,这样大的介电常数差异使探地雷达成为监测和分析地下水的有效工具。介绍4种应用探地雷达测量土壤水含量的方法,包括:探地雷达反射波法、探地雷达地面波法、钻孔探地雷达方法、以及探地雷达地表反射系数方法4种方法各有不同的适用条件,其中反射波方法最为常用。     

注浆材料介电常数在雷达图像识别中的应用

利用探地雷达(GPR)方法探测软土盾构隧道盾尾壁后注浆分布效果时,电磁波在介质中的传播速度是准确识别介质界面的关键。在估计波速时常常将介质的介电常数假设为固定不变的常数,这不符合实际情况。为保证探测图像识别的精度,首次利用网络分析仪对不同配比、不同探测频率和不同龄期下软土隧道壁后注浆材料的介电常数进行了测定,对测定结果进行了基于射线追踪原理的GPR数据二维正演分析,并将分析结果与模拟的探地雷达隧道壁后注浆分布探测结果进行了比较。结果表明,针对不同的探地雷达探测频率而采用相应的介质介电常数来进行探地雷达探测图像的准确识别是十分必要的。     

基于BBO-PSO混合优化算法的探地雷达波形反演

探地雷达反演问题是高度非线性的,采用线性反演方法往往难以获得较好的反演效果,因此提出了将生物地理学优化算法同粒子群优化算法相结合的混合非线性反演方法。将该方法用于探地雷达时间域波形反演,采用时间域有限差分方法进行正演,以信号的均方误差函数作为目标函数,并针对波形反演的特点,在目标函数中加入波形的导数拟合差作为约束项,实现了结构层厚度和介电常数的波形反演。对比经典粒子群算法和生物地理学优化算法在多层介质仿真数据的一维波形反演中的效果,验证了该改进算法的有效性和抗噪性。     

基于模型约束的速度谱自动解释策略与方法

针对目前的速度谱解释是采用手工交互的方式,耗时费力,提出了一种基于叠加速度谱的自动叠加速度拾取策略与方法。首先是由CMP道集计算叠加速度谱,然后根据实际情况选择叠加速度模型函数,并通过拟合的方法,由速度谱确定出叠加速度模型函数中的系数,从而获得全部CMP点上的叠加速度模型函数,进而构建出初始速度模型。根据初始速度模型中速度分布,选择合适的种子点,并在种子点上进行人工拾取,再由拾取点插值形成种子点上的速度函数。最后在种子点上的速度函数约束下对速度谱进行自动解释拾取,从而实现速度谱快速、高效地自动拾取。     

探地雷达测量近地表含水量的研究

为充分验证探地雷达方法用于测量近地表含水量的有效性和可靠程度,基于探地雷达的反射波法,根据介电常数、电磁波传播速度和含水量三者之间的关系,着重分析了探地雷达反射波法用于测量含水量的相关理论和特点,设计了适用于高频雷达信号的速度分析算法,建立了用于分析该问题的局部含水层模型。利用FDTD方法模拟分析了不同测量方式下,局部含水层的探地雷达响应,借助速度分析理论及Topp公式,反演得到了研究区域的含水量。     

地下多层介质土体等效介电常数的计算方法

城市道路包括路面层和路基层,路面层和路基层又由不同的介质层组成,各层介质的相对介电常数不相同,在城市道路上进行探地雷达探测时,用一个相对介电常数解释所有深度的数据是不准确的.为此,从不同相对介电常数的三层介质出发,推导了n层层状介质条件下地下各深度处的等效介电常数的计算公式,并分别设计了地下两层和三层介质的模型,计算得到地下各深度处的等效介电常数和深度—时间的对应关系.最后利用两层介质的探地雷达正演模拟数据,对等效介电常数计算公式的准确性进行了验证.结果表明,在地下介质呈层状分布的情况下,利用等效介电常数能够更准确地对探地雷达数据进行深度解释.     

基于梯度法和L-BFGS算法的探地雷达时间域全波形反演

探地雷达全波形反演充分利用雷达波场的运动学和动力学信息,来反演地下介质电导率和介电常数等参数,这里从TM模式下的麦克斯韦方程组出发,利用单轴各向异性(UPML)吸收边界条件,进行雷达波场时域有限差分正演模拟,给出了电导率和介电常数梯度方向的求取方法,并以步长为自变量通过求取目标函数为极值的方式来确定最优步长。从反演结果可以看出,对于单参数反演,无论是电导率还是介电常数,反演结果都十分接近于真实模型;对于双参数同时反演,反演结果的异常体形态接近于真实模型,但是由于电导率和介电常数之间的耦合影响,使在数值上相比单参数反演得到的反演结果较差;考虑到近似Hessian矩阵中的非对角块元素能够反映不同参数之间的相互作用,因此在双参数同时反演时对比了梯度法和L-BFGS算法,结果显示,利用L-BFGS算法可以更好地解决电导率与介电常数之间的耦合影响。     

如何应用探地雷达技术检测沥青公路的含水状况

根据平面电磁波在具有不同物理性质的介质分界面发生的反射规律,利用雷达实测信号的幅值信息,实现了公路层介电常数的自动计算。并根据物理模型实验结果,建立了沥青材料含水率与介电常数之间的数学关系模型。利用这二项技术可以实现应用探地雷达技术检测沥青公路的含水状况。     

一种低信噪比资料的井约束速度谱拾取方法

针对低信噪比地区的地震资料质量差,速度拾取困难等问题,提出用声波测井速度约束速度谱拾取的方法。采用厚度加权法提取声波低频速度,用线性预测方法对低频速度进行浅层补偿和向下延伸,获得声波测井浅层和深层的速度信息。通过合成记录层位标定获取时深关系,进而求取时间域的测井均方根速度。提出了用VSP井的均方根速度校正声波测井均方根速度的方法,最后将校正后的测井均方根速度投影到井旁的CMP道集速度谱上,因为有井速度约束,速度趋势明显,减少了拾取的随机性,从而提高速度拾取的精度。通过实际资料的处理,效果良好。     

基于叠前深度偏移的AVO反演在神狐海域试采区的应用

为了更好地研究神狐海域试采区天然气水合物的展布形态和赋存状况,基于高精度层析速度反演后的叠前深度偏移地震资料进行AVO反演技术研究。为在天然气水合物富集区有效地进行AVO研究,AVO处理前运用叠前深度偏移技术,通过高精度层析反演不断迭代速度模型;然后通过偏移来改善资料的质量,结合实测钻井资料进行AVO正演分析、反演可行性分析、属性交会分析;最后将具有高横向分辨能力的地震资料和高垂向分辨能力的测井资料与地质相结合进行叠前同时反演。该方法可反演出纵、横波阻抗等属性,直接进行岩性和流体识别,结果表明,在AVO反演中引入叠前深度偏移技术,为反演提供了较高质量的叠前共反射点道集和精细的层速度模型,改善了AVO技术在试采区的应用效果,提高了反演的可靠性。反演出的各种属性为AVO分析提供了丰富的信息,能够比较准确地反映地下水合物矿体的展布情况,可用于后续水合物储层的分析及综合研究,对未来的水合物勘探开采具有重要的现实意义。     

基于探地雷达的路基地下异常体全波形反演

路面塌陷及地下空洞隐患往往较为隐蔽且事发突然,造成了人们生命和财产的巨大损失,对于道路塌陷及地下空洞隐患的检测分析显得至关重要。探地雷达(Groud Penetrating Radar, GPR)因其具有精度高、效率快、连续无损、实时成像等优点,是目前城市道路塌陷隐患探测的主要方法。针对GPR传统目标函数全波形反演(Full Waveform Inversion, FWI)中激励源子波估计不准确而导致反演准确性和可靠性降低的问题,提出了一种褶积型目标函数FWI算法。对于路面塌陷及地下空洞2种情况,通过建立合成数据模型,与传统目标函数FWI的反演结果进行对比,说明了褶积型目标函数FWI算法在激励源子波估计不准确的情况下依然可以得到良好的反演结果,验证了该算法的有效性;最后将该算法用于2组不同灾害类型的GPR实测数据中,分析反演得到的地下介质相对介电常数分布情况,验证了褶积型目标函数FWI算法对于实测数据的实用性,从而为路基地下异常体探测提供理论依据。      

小波边缘分析建模波阻抗反演方法在煤层解释中的应用

受限于地震波主波长的1／4,常规地震处理难以分辨较薄煤层。基于模型的波阻抗反演虽然克服了厚、薄煤层计算问题．但因难以得到准确的高频部分,很多情况下反演结果的精度和分辨率往往不能满足地质预测的要求。小波边缘分析建模波阻抗反演方法是从地震数据中提取地震特征参数,用于建模并参与迭代反演。该方法即可以弥补反演过程中高频成分的误差,减少对钻井数据的依赖程度,得到较为合理的初始模型,又可提高反演的精度和分辨率．使反演结果更好的反映实际地下地质情况。利用该方法,对大井-将军庙及新疆红沙泉2个勘探区的侏罗系中统西山窑组含煤地层进行波阻抗反演,反演结果与钻井资料进行比较,其中大井一将军庙0802及0809号孔单煤层厚度误差分别为3％、8％．新疆红沙泉多煤层厚度及煤层之间的夹层厚度预测结果除B6煤层误差较大外,其它误差均小于7％．可见该反演方法的计算结果比较准确。     

基于立体层析反演的低频模型构建在深水区储层反演中的应用:以南海深水W构造为例

建立准确的低频模型是波阻抗反演中的重要环节,它直接影响着波阻抗反演结果的准确性。但是,常规模型建立方法的准确性受钻井数量影响明显,钻井数量越多,模型的准确性越高。在海洋深水油气勘探过程中,由于勘探费用昂贵,钻井数量非常少,很难通过常规方法建立准确的低频模型。特别是在沉积体横向特征变化较大时,地震反演的可靠性受到巨大影响。本文首先介绍了立体层析速度反演的基本理论和数据域、成像域立体层析速度反演的计算过程,综合数据域立体层析与成像域立体层析的优势获得了高精度速度模型;然后结合有限的钻井进行标定,构建出地震反演所需的低频模型,有效提升了低频模型的精度,使其达到可真实反映较大规模地质异常体的尺度;最后,将其应用于南海深水区W构造的勘探实践,提升了反演结果横向预测的准确性。     

管线渗漏异常探地雷达数据的电场分量成像分析

探地雷达（GPR）是管线渗漏探测的有效方法,但是当地下介质分布较为复杂时,难以直接从GPR数据剖面图中准确识别出渗漏异常区。为此,针对渗漏异常区含水量高的特点,根据反射波系数与介电常数的关系,提出了GPR数据的电场分量成像技术。利用时间域有限差分法（FDTD）模拟了不同介电参数的地质模型在GPR中的电磁波响应,由正演模拟结果可知分界面两侧介质的介电常数差异性越大反射波能量越强。最后将GPR数据的电场分量成像技术应用于某工业区管道渗漏探测中。试验结果表明,管道渗漏异常区在电场分量图谱中表现为高幅值区。      

Conditioned Simulations of Random Velocity Fields

In petroleum exploration and production, it is essential to have good estimations of the uncertainties on the reserves. Uncertainties on the velocity model used during the data processing are of major importance in this estimation. The generation of several velocity fields gives access to a quantified estimation of the uncertainties due to the velocity model inversion. The use of statistical methods helps in generating several important, equiprobable velocity fields, matching all the available velocity information. This paper presents an efficient simulation algorithm to generate instantaneous velocity fields, constrained by the distribution of values measured at the wells, and calibrated by the stacking velocities, taken as root-mean-square velocities. The simulations also match the covariance model given for the instantaneous velocity fields. The method is developed in a simple one-layer case with constant velocity, and then extended to more realistic situations. Finally, a real data application is shown, using data provided by ENI–Agip Division, and the efficiency of the proposed simulation method is discussed.     

一种适用于欠压实成因的地层孔隙流体压力预测技术

为了提高基于欠压实成因机制的地层孔隙流体压力预测的准确性,这里从提高地震层速度场的计算精度的角度出发,提出了一种高精度地层孔隙流体压力预测技术。①该技术针对浅部地层(无测井曲线的地层段)采用三维约束DIX反演方法和叠加速度体、层位数据计算浅部地层的地震层速度体;②针对中深层地层(有测井曲线的地层段)采用叠后波阻抗反演方法和叠后三维地震数据体、测井数据、层位数据计算中深层地层的地震层速度;③沿着研究区的某一浅部地层分界面将浅部地层与中深层地层的地震层速度体进行拼接处理,得到一个完整的地震层速度体;④采用"Fillippone方法+Eaton方法"的组合方法进行三维地层孔隙流体压力预测。某区页岩气地层的实际计算结果验证了该技术的正确性与可靠性,其预测的地层孔隙流体压力与实钻井一致,且目的层的地层孔隙压力平面分布特征与地质认识一致,有助于指导研究区后续的勘探与开发。     

碳酸盐岩溶洞型储层反演方法

常规声波反演的方法原理和反演技术以层状介质为基础,其研究目标多是层状储层。碳酸盐岩溶洞型储层具有非规则形态、非均匀散布的特征,常规声波反演技术有其不适应之处。笔者研究的测井约束多重反演技术,解决了非层状、非均匀储层的地震反演问题,得出反映碳酸盐岩溶洞储层信息的波阻抗数据体,提取了突出溶洞型储集体低速特征的差异波阻抗,为寻找碳酸盐岩溶洞型油气藏提供了可靠的依据。