地质条件复杂地区瑞雷波勘探正演模拟

为研究复杂地质条件对瑞雷面波频散曲线的影响,采用有限差分地震数值模拟方法,对3种模型进行正演模拟,得出了某一时刻的波场快照与单炮记录。对模拟记录进行频散分析的结果表明:单层均匀介质没有频散现象;起伏地表两层均匀介质的频散曲线相速度只和介质本身的参数有关,不受地形的影响;水平地表含软夹层介质中,瑞雷波频散现象非常明显。      

多模式面波非线性反演

利用高频面波反演横波速度一直是浅地表地震工程研究的热点。为深入认识利用高频面波（瑞雷波和勒夫波）评价横波速度的能力,本文首先采取高阶交错网格有限差分法实现两层模型的瑞雷波和勒夫波数值模拟,并应用τ-p变换形成频散能量图。相比瑞雷波,不同模式的勒夫波频散能量很接近,这说明易于实现多模式勒夫波反演。然后利用线性映射实现广义模式识别这种非线性反演方法对含软弱夹层的四层模型的基模式、多模式瑞雷波和勒夫波的变厚度反演。若初始模型很拙劣,相比勒夫波,瑞雷波基模式反演不能重建地层中含有软弱夹层这一特征,瑞雷波多模式反演则可以重建这一特征;勒夫波基模式和多模式反演都可以重建这一特征。即使在地层的泊松比与估计值相差很大时,瑞雷波多模式反演仍能重建地层结构,但其频散曲线总是存在"模式接吻"现象,容易模式误判;而勒夫波反演则不用估计地层泊松比,也不存在"模式接吻"现象。一系列算例表明：高模式瑞雷波的加入会显著提高横波速度评价结果的精度;而高模式勒夫波的加入会令反演系统对半空间以上异常层的参数过于敏感,造成参数过度估计,但也会显著提升对半空间横波速度的评价能力。最后,应用本文方法实现了对实测勒夫波数据的分析。     

基阶和高阶瑞雷波频散曲线反演对比分析

通过瑞雷波频散曲线反演,可以建立近地表横波速度模型。瑞雷波频散曲线具有多个模态,一般情况下,基阶模态是具有最大能量的模态。目前对瑞雷波频散曲线的反演大多数是基于基阶模态,对于高阶模态的反演比较少。通过对基阶和高阶瑞雷波频散曲线反演对比分析,认为高阶模态和基阶模态频散曲线反演有比较好的一致性趋势,相对而言高阶模态频散曲线反演的横波速度比基阶要高;高阶和基阶模态能量加权反演,不仅保留了频散曲线基阶模态能量强,勘探深度深的特点,而且对浅层低速层也具有更好的响应,可有效提高反演的精度。     

基于频散曲线合成面波地震记录的方法

准确提取频散曲线是瑞雷波勘探的重要环节,检验各种频散曲线求取方法的正确性和稳定性至关重要。基于频散曲线,选择抽样脉冲信号作为子波,推导出了合成单炮面波地震记录的理论公式,并利用该公式,针对不同弹性层状介质模型的频散曲线合成了面波地震记录。通过对其波场特征对比和频谱分析,同时采用频率-波数域法反求其频散曲线,结果与模型频散曲线几乎相同,从而充分验证了该面波合成方法的正确性。      

近地表勘探中炮检距对瑞利波频散成像效果的影响

在油田近地表勘探中,可以利用现有的地震大炮记录中的瑞利波信息进行频散成像,提取瑞利波频散曲线反演近地表的横波速度结构。由于大炮地震记录的采集排列很长,且不同炮检距范围内瑞利波数据的频散成像结果存在差异,从而会对频散曲线的提取和反演结果产生影响。笔者利用胜利油田LJ地区的盒子波地震数据,从频散成像的分辨率和连续性两个方面,分析了不同排列长度和不同偏移距下的频散成像结果,发现长排列可以有效提高频散成像的分辨率,且在较近偏移距下的频散成像效果更好。同时,验证了Zhang2004年提出的最优偏移距计算公式在石油近地表勘探中的有效性及适用性,并可以作为近地表瑞利波勘探时最优偏移距的选择标准。     

基于多模式分离的S变换与小波变换提取面波频散曲线对比分析

为了对比分析小波变换和S变换在计算瑞雷波频散曲线时的精度,通过设计两层介质和六层介质模型,采用交错网格高阶有限差分方法对两个模型进行正演模拟,利用F-K法分离出时间—空间域不同模态的瑞雷波记录,再采用小波变换和S变换计算出不同模态的瑞雷波频散曲线,分别与理论值进行对比分析,最后利用两种方法对实际资料进行处理。结果表明:利用小波变换计算得到的频散曲线在低频段误差相对较大,S变换计算得到的频散曲线精度总体高于小波变换。     

新的瑞雷波多模式频散曲线反演目标函数

反演瑞雷波频散曲线能有效地获取横波速度和地层厚度,传统的多模式瑞雷波频散曲线反演需要正确的模式判别.然而,当地层中含有低速软弱夹层或高速硬夹层等复杂结构时,瑞雷波可能会出现"模式接吻"和"模式跳跃"等现象,这些现象极易造成模式误判,进而导致错误的反演结果;同时,传统的频散曲线反演方法需要进行求根运算,进而导致现有的瑞雷波非线性反演速度慢,运算时间长.鉴于此,对传统的Haskell-Thomson频散曲线正演模拟算法进行了改进,提出了一种新颖有效的目标函数.该目标函数直接利用实测频散曲线与迭代更新模型频散函数表面形状进行最佳拟合,无需将多模式频散数据归于特定的模式,可有效避免多模式瑞雷波频散曲线反演模式误识别;同时,该目标函数不需要求根运算,进而大大加快了非线性反演速度.基于粒子群优化算法,利用实际工作中经常遇到的3种典型理论地质模型和某一高速公路路基实测资料进行了理论模型试算和实例分析,检验了本文提出的瑞雷波多模式频散曲线反演新方法的有效性和实用性.      

频率-贝塞尔变换方法在巢湖滩涂浅层勘探上的应用

目前常用的基于背景噪声的面波方法反演地下速度结构,存在频率范围较低,对浅部不够敏感,无法有效提取高阶面波频散曲线的缺点。研究表明,高阶面波包含丰富的地下介质结构信息,在反演时加入高阶提供更多的约束,可降低反演非唯一性,提高反演结果准确性。这里用频率-贝塞尔变换方法对从安徽巢湖滩涂采集到的背景噪声数据进行处理,并使用拟牛顿法进行反演。对比了只用基阶频散信息和基阶、1阶频散曲线联合反演两种情况,结果表明,在结合了1阶频散信息后,得到了更为准确的浅部速度结构,说明频率-贝塞尔变换方法在浅层勘探中的应用是行之有效的。     

利用正演模拟实现面波衰减

瑞雷波是分布在自由表面附近的P-SV面波,具有强振幅、低频、频散的特征,常用于工程物探,而在油气勘探及深部探测中常作为一种"干扰"波,会影响地震资料的信噪比,需要将面波净化处理。为实现面波衰减,本文将工程物探方法和石油物探技术相结合,通过面波频散曲线反演获得高精度的近地表模型,在三维近地表横波速度模型基础上进行面波正演,利用面波模型自适应匹配相减的方法将其减去,在不伤及有效波的情况下将面波的影响降至最低,一定程度上避免了常规面波衰减方法伤及有效波、损失低频弱信息、导致资料有效频带变窄、对地震构造解释及反演造成负面影响等缺点。最后应用实际数据验证了本研究方法的有效性。     

VTI介质瑞雷波频散曲线特征与对比分析

在近地表瑞雷波勘探中,介质的各向异性对瑞雷波传播有着明显的影响。为了研究横向各向同性(vertical transverse isotropy,简称VTI)介质各向异性参数对瑞雷波的影响,以各向异性弹性波理论为基础,利用应力镜像法为边界条件,实现了VTI介质中瑞雷波的正演数值模拟,并利用相移法提取瑞雷波频散曲线。将层状各向同性介质和VTI介质瑞雷波频散曲线作对比,研究结果表明:(1)瑞雷波各阶模式相速度随纵波变异系数δ的增大而减小,随纵波各向异性强度参数ε的增大而增大;(2)随着纵波各向异性强度参数ε的减小和纵波变异系数δ的增大,会引起瑞雷波各阶模式相速度减小和瑞雷波频散曲线各阶模式主要能量所在频带范围减小;(3)当纵波各向异性强度参数ε减小和纵波变异系数δ增大到一定程度后,在速度递增的层状介质中会引起瑞雷波出现"之"字形频散曲线,在含软弱夹层的层状介质中会出现各阶模式频散曲线混淆的现象。     

考虑道间时差相位的瑞雷波波速成像方法研究与应用

现有瑞雷波勘探数据处理方法存在道间距限制、施工量大、水平分辨率低等问题。为解决这些问题,引入道间时差相位概念,对计算出的相位差进行补偿,使道间距在不受限制条件下,计算出瑞雷波相速度。首先利用小波变换对地震原始信号进行去噪;然后利用道间时差相位在时间域截取瑞雷波,计算出相邻地震道的真实相位差,获取两道之间的相速度-深度频散曲线;最后结合多道瑞雷波频散曲线,得到相速度-深度成像图。将本方法应用于工程勘察中的薄板状地质体探测,能准确反映探测目标空间分布位置。相对传统瑞雷波数据处理方法,本方法可突破道间距限制,减小施工量,同时具更高的横向分辨率。     

瑞雷波法勘探原理及其应用

利用瑞雷波的频散特性进行工程地质勘探是一项新的物探方法。国内外对瑞雷波的应用,以前主要是利用天然地震记录研究深部地质构造问题。在解决浅部地质问题上,日本国VIC株式会社经过多年的研究,于1986年推出了GR- 810佐藤式全自动地下勘探系统,但该套设备价格昂贵,影响了瑞雷     

基于CMP域的山地表层速度模型构建

对于山地地震勘探而言,地形起伏,不能直接使用Herglotz-Wiechert公式反演近地表速度模型,这里采用不同于前人在炮域处理的思路,而是在CMP域建立了一组基于CMP浮动基准面对起伏地表上的炮检对走时和偏移距进行校正的公式,首先用本文提出的公式去除起伏地表对初至波的影响,然后应用Herglotz-Wiechert公式快速反演地形起伏地区近地表速度模型。该方法采用地震反射波的CMP浮动基准面校正思路,包含三个关键步骤:①产生CMP浮动基准面;②实测时距曲线的校正;③计算射线参数和速度-深度函数的计算。此方法无需射线追踪,无需初始模型,计算速度快,反演得到的模型具有和地震数据相同的水平分辨率,该模型可用于计算基准面静校正量,或用于叠前深度偏移速度场的表层建模,也可以作为回转初至波层析反演或全波形反演的初始模型。     

利用瑞雷波法评价既有铁路路基

根据瑞雷波频散相速度能够反演地层的剪切波速度结构 ,瑞雷波的特性使得瑞雷波法具有良好的场地适应性 ,在望京至和平里的既有铁路路基探测中 ,结合反射波法的CDP技术和瑞雷波谱分析技术 ,获得了 2 -D剪切波速度剖面 ,根据剪切波速度与轻型动力触探击数的一致性 ,从而能够在垂直和水平两个方向上对铁路路基进行评价     

面波基模式频散曲线提取解精度对比研究

针对不同方法提取面波基模式频散曲线精度问题,笔者分别采用τ-p变换、频率分解法、F-K变换、高分辨率线性拉东变换(High-Resolution Linear Radon Transform,简称HRLRT)对六层递增型地质模型合成瑞雷波记录进行频散能量成像,并按频散能量最大值拾取基模式频散曲线。为定量评价理论模型基模式频散曲线提取解与解析解的接近程度,引入了均方差与相关系数两种评价参数。评价结果表明,高分辨率线性拉东变换提取基模式频散曲线精度最高,均方差为11.167 8,相关系数为0.994 9;F-K变换提取基模式频散曲线精度最低,均方差为195.274,相关系数为0.515 2。     

瞬态瑞雷波勘探中一些问题的讨论

本文摘要地论述了瞬态瑞雷波勘探的原理,分析了影响瞬态瑞雷波勘探的各种因素以及应采取的数据采集技术.结合实例初步探讨了几种数据处理对频散曲线计算的影响,以及互谱法求取相移对面波频散曲线计算精度的影响问题,最后讨论了频散曲线中出现的三种异常特征及其产生的原因.     

用等厚薄层权重自适应迭代阻尼最小二乘法反演瑞雷波频散曲线

笔者在前人工作基础上提出的等厚薄层权重自适应迭代阻尼最小二乘法,能有效地解除对初始模型的依赖.理论模型与实际资料试算结果表明,用该算法对瑞雷波频散曲线进行反演,具有稳定性好、精度高、分辨能力强的特点,并能自动分层和反演地层参数.     

沁水盆地黄土塬区三维地震勘探激发层位试验研究

沁水盆地黄土塬区地表黄土覆盖厚度不均,地震波速度差异较大,对地震勘探的激发有较大的影响.针对区域地表地层特点,设计地震地质模型,分析不同激发层位地震正演记录.结合试验区现场试验,对比分析了正演模拟记录.结果表明,合理的激发层位能够有效压制干扰波,突出目的层位反射波,提高黄土塬区三维地震原始资料的品质.     

煤层中瑞利型槽波的频散特性

频散是槽波的最大的特征,基于此推导三层对称模型的瑞利型槽波的频散特征方程并绘制出频散曲线,对频散曲线进行研究,讨论地层参数与埃里相频率的关系(影响频散的因素)。通过研究表明,利用已知频散曲线可以进行地层厚度、速度等参数的反演和估算。     

基于多模态分离的面波谱分析方法

面波频谱分析法(SASW) 作为一种横向分辨率较高的瑞雷面波勘探方法, 由于计算得到的基阶面波频散曲线存在较大误差以及无法获得高阶模式频散曲线而在应用中受到限制.通过应用Fourier变换方法(FT法) 分离提取面波各模态数据, 进而对分离后的各模态数据利用SASW法计算频散曲线.通过模型实例分析得出: (1) 利用SASW计算基阶面波频散曲线时必须分离得到基阶面波数据, 然后计算才能得到正确的结果; (2) 基于多模态分离的SASW法可以计算得到面波高阶模式的频散曲线.