基于Low rank近似的黏弹性介质衰减补偿微地震逆时定位与裂缝成像

真实地下介质具有黏弹性,地震波在传播过程中会发生耗散与频散.忽视黏弹性介质的吸收衰减效应,逆时延拓过程中地震波将会出现振幅减弱、相位失真等现象,无法准确定位震源真实位置,因此需要对黏弹性介质中传播的波场进行衰减补偿,并通过采用合适的成像算子对微地震震源进行定位与裂缝成像.本文基于耗散与频散解耦的分数阶黏弹性波动方程模拟波场,采用low rank分解近似混合域算子,分离衰减相关项并反转耗散项符号,并在补偿的衰减项波场的波数域中进行低通滤波,压制噪声的影响;使用优化后的成像算子进行微地震震源定位,并通过分离散射波场,对散射波进行逆时反传寻找裂缝.数值实验证明,本文方法通过low rank近似有效提高了计算效率,衰减补偿算子在滤波器约束下能够稳定地补偿反向延拓的波场,优化后的成像算子能够在压制随机噪声的同时进一步提高计算效率和定位分辨率.     

一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移

地下介质通常具有黏滞性,地震波在地下介质的传播过程中将不可避免地伴随着振幅衰减和速度频散,进而影响地震成像的准确性和分辨率.基于黏滞介质的衰减补偿逆时偏移能沿地震波的传播路径恢复其所经历的振幅衰减和相位畸变,有效提升成像效果.然而,由于地层对地震波的吸收衰减效应呈指数变化,衰减补偿过程中高低频分量的非同步增长易导致补偿算法数值不稳定.为此,本文提出了一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移方法.该方法基于解耦的常Q分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程描述地震波在地下介质中的传播效应,将振幅正则化因子引入该方程的时间-波数域的解析解中,以确保在补偿过程中地震波场能稳定延拓.二维、三维合成数据以及实际资料的偏移算例均证实了该方法的可行性和有效性,所提出的方法能有效地处理衰减补偿中的不稳定问题,明显提升地震资料的偏移成像质量.     

浙江珊溪水库库区地震波衰减特征研究

2002-2007年发生的珊溪水库地震事件是少震、弱震的浙江省区域显著的地震事件.搜集182次ML＞2.0地震的近场台站数字地震波形,使用这些波形高信噪比的尾波时间域信号,根据计算尾波Qc(f)值的Sato模型,通过滤波及去除环境噪声,计算了地震波传播路径上的尾波Qc(f)值;拟合Qc(f)值与频率f之间的关系,分析了水库区域地震波衰减的时空特征.根据信噪比及计算要求,从近场9个台站的记录中挑选出641条三分向记录,计算尾波衰减参数,得到尾波Qc(f)与频率f的关系为:Qc(f)=52.19±7.11f0.9221±0.05.结果表明,本区域为低衰减区域.震群活动使区域介质对高频率波衰减趋势性增大.进一步对尾波衰减参数及尾波采样体之间的关系分析发现,该区域存在深部高衰减层.     

浙江珊溪水库库区地震波衰减特征研究

2002—2007年发生的珊溪水库地震事件是少震、 弱震的浙江省区域显著的地震事件. 搜集182次M_L>2.0地震的近场台站数字地震波形, 使用这些波形高信噪比的尾波时间域信号, 根据计算尾波Q_c(f)值的Sato模型, 通过滤波及去除环境噪声, 计算了地震波传播路径上的尾波Q_c(f)值; 拟合Q_c(f)值与频率f之间的关系, 分析了水库区域地震波衰减的时空特征. 根据信噪比及计算要求, 从近场9个台站的记录中挑选出641条三分向记录, 计算尾波衰减参数, 得到尾波Q_c(f)与频率f的关系为: Q_c(f)=52.19±7.11f0.922 1±0.05. 结果表明, 本区域为低衰减区域. 震群活动使区域介质对高频率波衰减趋势性增大. 进一步对尾波衰减参数及尾波采样体之间的关系分析发现, 该区域存在深部高衰减层.      

一种改进的广义稳定反Q滤波方法

由于地层的黏弹性和非均质性,地震波在传播过程中振幅衰减,相位畸变,导致地震资料分辨率和信噪比降低.反Q滤波是补偿地层衰减的一种常用方法.常规的反Q滤波方法的振幅补偿算子只与时间、频率有关,其振幅补偿频带范围、强度固定不变,不能够根据地震记录的自身特点灵活地进行振幅补偿.基于此,本文在广义稳定反Q滤波法的基础上,提出了一种改进的广义稳定反Q滤波方法.新方法提出了一种新的稳定因子,并通过参数p对振幅补偿算子进行了优化.其振幅补偿算子与地震资料信噪比、走时、频率、品质因子相适应,可以更加精确地对振幅进行补偿.理论数据测试和实际地震资料应用均表明,新方法在振幅补偿和噪声压制上优于广义稳定反Q滤波法,其处理后的地震资料振幅恢复保真度、分辨率和信噪比更高,对储层预测和精细解释工作具有重要意义.     

地震波衰减机理及能量补偿研究综述

随着中、浅层油气勘探程度的不断提高，深层油气藏的勘探已经成为当今勘探研究的主要对象，而深层油气勘探要获得突破关键是用于综合研究的地震剖面要有较高的信噪比和分辨率，深层与浅层能量均衡.因此，国内外对地震波衰减机理和补偿方法进行了大量研究.本文综述了基于岩石物理和散射理论的地震波的衰减机理，重点概括了地震波衰减的影响因素，指出衰减与孔隙度、频率、温度、压力、岩性等因素有关，最后分类介绍了各种地震波衰减的能量补偿方法.     

基于地震剖面瞬时峰值能量频率的衰减分析与气藏预测方法

由于流体本身的粘滞性和摩擦性,使得地震波在含油气地层中传播时衰减形成低频阴影.通过对叠后地震资料做时频分解,分析地层衰减特征,是当前除了AVO技术之外,比较流行的直接识别流体和气藏的技术.本文基于波动方程正演,模拟了地震波对含油气地层的响应.然后采用连续小波变换分析不同尺度剖面的瞬时能量特征,提取分频剖面上每一个点的峰值能量对应的频率,得到瞬时峰值能量频率剖面.通过分析瞬时峰值能量频率剖面,分析了地震波在地下介质中传播时的衰减特征.最后应用此方法对实际地震剖面进行了分析,验证了其有效性.     

地震波衰减规律及其恢复方法

针对地面地震分辨率低,不能有效识别薄层储层、薄层地层等问题,本文通过地震波衰减规律的分析,提出了一种恢复地震波高频衰减获得宽频带地震剖面的方法,从而大幅度地提高了地震分辨率.应用双井微地震测井资料对松辽盆地地震波动力学特征研究表明,地震波衰减规律是在近地表低速层和近地表低速层的近震源区地震波高频衰减巨大,而在高速层地震波高频衰减很小.药量大近震源区地震波高频衰减大,药量小近震源区地震波高频衰减小.那么,近震源区和近地表低速层对地震波的衰减是地面地震资料频带窄、分辨率低的主要原因.据此提出了如下确定性反褶积方法,用双井微地震测井资料求取近震源区、近地表低速层和虚反射等滤波因子,用其对地面地震资料作确定性反褶积处理,从而恢复近震源区、近地表低速层等几种因素的地震波衰减,将大药量激发地表接收的地面地震延拓成小药量激发高速层接收的宽频带地震.应用该方法对松辽盆地优势频带宽5~90 Hz,视主频50 Hz的地面地震资料处理后,地震剖面优势频带宽达5~360 Hz,视主频达180 Hz,使常规地震剖面分辨率提高2倍.具体的说松辽盆地中部含油组合的地面地震分辨能力由9~15 m提高到3~5 m.宽频带地震剖面与160 Hz的人工合成地震记录对比符合的很好,表明其处理结果是正确.该成果在油气勘探开发中的油气储层预测、构造学研究、沉积学研究等方面有重要的意义.     

用稳定高效的反Q滤波技术提高地震资料分辨率

地震波在地下传播时受到衰减影响,衰减会导致地震波场高频能量的损失和相位畸变.反Q滤波可补偿大地衰减效应.已有的反Q滤波方法存在下列不足:频率域的算法由于算子长度较长,所以计算效率较低;时间域的算法,或者对地震记录上到时较晚的同相轴进行了过度的补偿,或者为防止过度补偿后来的振幅而在最大增益处进行限制,导致振幅的多解性,而且还会影响滤波器的相位效应.本文给出一种通过直接求解时间域的Q模型方程来进行反Q滤波的算法.由于采用带状矩阵解算器,所以具有较高的计算效率,理论数据和实际地震资料的试算结果证明,本方法对地震波的吸收衰减进行了出色的补偿,提高了地震资料的分辨率.     

基于反演的衰减补偿方法(英文)

提高地震资料分辨率的一个有效途径就是衰减补偿,通过对地震波的衰减和频散效应进行校正,提高地震资料的分辨率。常规衰减补偿方法都是基于波场延拓的反Q滤波方法。本文利用Futterman衰减模型,导出了一种衰减介质中合成地震记录的计算方法,在此基础上将衰减补偿问题归结为一个Fredholm积分方程反问题,利用反演方法来实现衰减补偿。针对衰减补偿问题的不稳定性,利用Tikhonov正则化方法提高反演过程的稳定性,数值模拟资料和实际资料处理结果验证了方法的有效性。     

单震相微地震事件识别与反演

为了对单震相微地震事件进行识别,同时将识别出来的微地震事件进行定位.根据单一震相任意两道到时差与微地震事件、检波器空间位置及震相速度关系的特征规律,研究了单震相微地震事件识别方法.首先分析到时差与以上各变量的内在变化规律,建立起到时差与各变量之间的定量计算关系,然后就相邻道到时差和检波器排列的首尾两道到时差,研究了具体...     

高斯线调频连续小波变换的时频能量衰减因子方法及其应用

本文基于高斯线调频连续小波变换，提出了能够反映震源区或近场区小地震波形在震源深度、震源尺度、震源破裂机制、地震波传播途径、地震波衰减等方面的差异特征信息的特征指标，即小波变换的时频能量衰减因子方法。为了验证该方法的有效性，选取了震源破裂机制有明显差异特性的天然地震、爆破或塌方资料以及非强地震孕震区同一地点发生的多次小震资料。研究结果表明，天然地震与爆破或塌方记录的连续小波变换时频能量衰减因子有明显区别；正常地震活动背景下地震记录的连续小波变换时频能量衰减因子变化比较稳定；利用该方法，通过对某一地区的连续观测，可望为强震预测提供有效判据。     

The Time-Frequency Energy Attenuation Factor and Its Application on the Basis of Gauss Linear Frequency-Modulated Continuous Wavelet Transform

Based on the Gauss linear frequency-modulated wavelet transform, a new characteristic index is presented, namely time-frequency energy attenuation factor which can reflect the difference features of waveform in earthquake focus mechanism, wave traveling path and its attenuation characteristics in focal area or near field. In order to test its validity, we select the natural earthquakes and explosion or collapse events whose focus mechanisms vary obviously, and some natural earthquakes located at the same site or in a very small area. The study indicates that the time-frequency energy attenuation factors of the natural earthquakes are obviously different with that of explosion or collapse events, and the change of the time-frequency energy attenuation factors is relatively stable for the earthquakes under the normal seismicity background. Using the above-mentioned method, it is expected to offer a useful criterion for strong earthquake prediction by continuous earthquake observation.     

水力压裂微地震井地联合监测系统及仪器

水力压裂技术是油气田增产和低渗透油田开发的有效技术手段,通过监测油层裂缝延展过程中产生的微地震事件,能够有效地判断裂缝走向.现有的井中监测方法存在成本较高、施工难度大的问题;地面监测存在信号信噪比低、垂向分辨能力差等问题.本文采用井地联合微地震监测的方法,在地面布置采集仪器的同时,选择邻近的单口监测井放置井中仪器,对微地震事件进行联合监测定位.采用联合监测的方法,在水平方向和垂直方向上都能够获得较好的监测视角,对比单一监测方法提高了微地震事件的定位精度.在此方法的基础上研制的井地联合微地震监测仪器系统,解决了现有仪器系统在进行联合监测时通讯链路不通的问题,实现了在压裂施工现场对微地震联合监测数据的实时回收、处理及结果呈现.应用本系统在大庆油田进行现场监测,获取的微地震事件对压裂裂缝进行了有效评价;通过对已知射孔点进行反演定位,采用井地联合监测将定位误差由地面监测的32 m降低至14 m,验证了本文技术的有效性.     

云南地区散射衰减、吸收衰减及尾波衰减的综合研究

利用云南省地震局遥测台网记录的地震波形资料,采用多流逝时间窗分析方法,得到了云南地区不同台站的散射衰减和吸收衰减,并通过单次散射模型得到了不同台站的尾波衰减.研究结果显示,云南地区的散射衰减、吸收衰减、总衰减和尾波衰减空间分布以金沙江—红河断裂带为界,均表现出西部低,东部高的特征.云南地区地震波衰减以吸收为主,2~4 Hz、4~8 Hz、8~16 Hz三个频带各台站的吸收衰减Q^－1_i均大于散射衰减Q^－1_c,1~2 Hz除个别台站的吸收衰减明显小于散射衰减,其它台站均大于或接近散射衰减.尾波衰减Q^－1_c在1~2 Hz稍大于吸收衰减而小于总衰减,在2~4 Hz、4~8 Hz、8~16 Hz与总衰减接近,个别台站大于总衰减Q^－1_t.云南地区散射衰减与频率的关系为Q^－1_s=0.0138f^－1.61,吸收衰减与频率的关系为Q^－1_i=0.0119f^－0.86,总衰减与频率的关系为Q^－1_t=0.0247f^－1.1,尾波衰减与频率的关系为Q^－1_c=0.0129f^－0.71.与世界其它地区相比,云南地区的散射衰减处于中等偏低的水平,吸收衰减处于中等偏高的水平.     

干涉走时微地震震源定位方法

本文基于地震波场干涉原理,建立了干涉走时微地震震源定位方法.该方法将两个接收点相对于一个微地震事件的走时差(称为干涉走时)的扰动作为残差函数,通过迭代求解最小残差函数,最终获得震源的空间位置.干涉走时震源定位方法利用两个接收点的到时差消除发震时刻未知和速度模型误差的影响,简化了震源定位算法.数值计算表明,本文提出的干涉走时定位方法在速度模型有误差的情况下仍然可以获得准确的微地震震源定位.     

Estimation of frequency dependent coda wave attenuation structure at the vicinity of Cairo Metropolitan Area

Estimation of seismic wave attenuation in the shallow crust in terms of coda wave Q structure previously investigated in the vicinity of Cairo Metropolitan Area was improved using seismograms of local earthquakes recorded by the Egyptian National Seismic Network. The seismic wave attenuation was measured from the time decay of coda wave amplitudes on narrow bandpass filtered seismograms based on the single scattering theory. The frequency bands of interest are from 1.5 to 18 Hz. In general, the values obtained for various events recorded at El-Fayoum and Wadi Hagul stations are very similar for all frequency bands. A regional attenuation law Q _c = 85.66 f ^0.79 was obtained.     

Attenuation of S wave in the crust of Ordos massif

Introduction Located between Qingzang (Qinghai-Xizang) Plateau that highly uplifts due to compression and North China plain that badly subsides due to crustal extension, the Ordos massif has both the basic attributes of stretching tectonic region of North China marginal basin and the features of marginal shear-compression zone of Qingzang Plateau. It has a length of about 600 km in the N-S direction and a width of about 400 km in the W-E direction. Its geological structure is very simple…     

鄂尔多斯地块地壳内S波衰减特征的研究

采用分布于鄂尔多斯地块及其周缘的32个地震台站记录到的19次地震事件共487条数字化波形记录, 利用遗传算法反演得到了整个鄂尔多斯地块地壳内S波的三段几何扩散参数、S波非弹性衰减Q值随频率变化的关系式、32个台站的场地响应以及19次地震的震源参数. 计算结果表明, 鄂尔多斯地块地壳内S波非弹性衰减在1 Hz处的Q值比地质构造活跃地区的结果要大得多. 32个地震台站的场地响应在高频部分除个别台站外基本没有表现出明显的放大效应,但在低频区间部分台站之间有一定的差异. 19次地震事件的地震矩对数值与震级ML有很好的线性关系.      

微地震监测技术及应用

微地震监测技术涉及近震分析的定位和地壳结构成像, 微地震监测各种定位方法要构造不同目标函数, 地震定位问题的实质是求目标函数的极小值。 全局定位邻近算法(NA)具有不依赖于模型初始值选择, 不会收敛于局部极小值, 比传统线性近似方法有更高的精度和可靠性。 通过地震数据的震相分析, 走时拾取反演可以获得地震影响区的地震波速度结构, 目前已广泛应用于油、 气田勘探开发, 以及页岩气开发中; 矿山开采中矿震、 岩爆, 煤与瓦斯突出, 承压水突水预测; 水利工程建设坝址、 边坡稳定性和天然滑坡监测等多个领域。