黏弹VTI介质井间地震高斯束波场正演数值模拟

为了研究黏弹VTI介质井间地震波的波场特征,理论分析地震波在黏弹VTI介质中传播特性的基础上,编程实现高斯射线束方法对黏弹VTI介质井间地震波场的正演模拟.为将黏弹VTI介质和完全弹性各向同性介质正演记录进行对比,将黏弹VTI介质的黏弹性参数和各向异性参数设定为零,得到完全弹性各向同性介质下的正演结果.两种介质正演结果对比显示的差异与地震波理论完全一致,证明了所研究的黏弹VTI介质井间地震高斯束正演数值模拟的正确性,为井间地震复杂介质地震波场研究提供了借鉴.     

VTI介质SH-SH波地震反演方法研究

近年来,随着横波可控震源技术的发展,国内外已经实现了纯横波地震勘探.相较于地震纵波,地震横波对横波阻抗、横波速度尤其是各向异性参数变化更为敏感,因此地震横波能够用来更好地估算上述地层参数.VTI(具有垂直对称轴的横向各向同性)是地层介质中广泛存在的一种各向异性形式,对振幅随偏移距变化(AVO)影响显著.本文提出了一种改进的VTI介质SH-SH波反射系数近似公式,新公式具有较高的精度且仅包含两项待求参数：横波阻抗和水平横波(SH波)速度.基于新方程建立了VTI介质SH-SH波反演方法,该方法相比VTI介质的PP波反演不确定性明显下降,同时降低了常规PP波各向异性反演对大角度数据的要求.为了获得独立的横波各向异性参数,进一步地提出了一种基于岩石物理关系的横波各向异性参数估算方法.合成地震数据测试和柴达木盆地九分量地震勘探实际地震数据应用结果表明,新方法能够准确地预测地层的横波阻抗、水平横波(SH波)速度、各向异性参数,为各向异性地层的岩性解释和油气储层预测提供了可靠的解决方案,从而深化了横波地震勘探的应用潜力.     

VTI介质中P-SV波转换点与各向异性参数关系

对于转换波地震勘探中的转换点位置这个重要问题,提出转换点位置不仅与纵横波速度比,偏移距深度比以及源检距有关,还与地下介质的各向异性的性质有关,计算了忽略地下介质的各向异性影响对转换点的确定带来的严重误差,从而影响地下地质体的精确成像.通过对层状VTI介质中的转换点近似方程的推导过程,引入该方程不同于传统方程的导出是对层状各向同性介质而言,该方程通过引入各向异性参数,使我们对转换波可以有进一步的认识,拓展了转换波处理中各向异性的应用.该方程对于偏移距深度比小于3.0的情况是比较准确的,这对于大偏移距转换波勘探具有实际意义.     

各向异性衰减薄层地震响应特征研究

薄储层的叠前地震响应特征研究,特别是针对具有速度各向异性的含流体薄层,对储层描述具有十分重要的意义.文中基于波动方程数值模拟方法,正演得到各向同性弹性、各向同性衰减、速度各向异性、各向异性衰减模型的地震波场,并对比分析了四种模型的纵波(PP)和转换横波(PS)地震反射特征.研究结果表明:在衰减介质背景下,引入各向异性,PP和PS波的反射波振幅较弹性介质均减弱,且衰减因素对薄层振幅的影响强于各向异性.同时,VTI各向异性衰减在单频PS振幅曲线上表现出强差异性,而HTI各向异性衰减则会影响PP和PS波单频振幅曲线的极值点幅值和位置,通过分析单频振幅曲线的极值点振幅和极值点位置对各向异性衰减薄层预测有指导作用,尤其对平时较难分辨的VTI各向异性衰减薄层,单频分析方法的优势更明显.     

VTI介质P波非双曲时差分析

具有垂直对称轴的横向各向同性介质模型(VTI)是目前各向异性理论研究和多波多分量地震资料叠前成像处理中最常用的一种各向异性模型.VTI介质中反射 P波时距曲线一般不再是双曲线.基于不同的相速度近似公式会得到不同的时距关系式.文中对几种典型的非双曲时距曲线与射线追踪得到的准确时距曲线在不同各向异性强度下进行了对比，结果表明Muir等和Stovas等提出的非双曲时距公式由于过高地考虑了横波垂直速度的影响与精确的时距曲线有很大偏差；Tsvankin等提出的弱各向异性非双曲时距公式在ε-δ<0时误差增大；Alkhalifah等提出的非双曲时距公式在大炮检距任意各向异性强度下都具有较高的精度，适于在实际资料处理中应用.     

基于波动方程的微地震震源位置、震源时间及VTI介质各向异性参数联合反演

对于非常规油气开发,水力压裂监控的效果取决于对微地震事件的分析、解释。准确的微地震震源位置是关乎施工成败的重要因素。微地震震源位置的准确性与多个参数相关,其不仅依赖于微地震事件的激发时间,同时也依赖于储层介质参数信息,因此进行微地震震源位置、震源时间、储层介质参数的联合反演尤为重要。页岩气储层通常表现出较强的各向异性,VTI介质可对其进行较好的近似描述。基于VTI介质波动方程,本文提出了同时反演微地震震源位置、震源时间以及VTI介质各向异性参数的联合反演方法。数值算例结果表明,该联合反演方法可以通过迭代反演同时得到高精度的微地震震源位置、震源激发时间以及VTI介质各向异性参数信息。     

复杂断块角度域TTI波动方程照明分析

随着实际勘探工作的深入,面向特定地质目标的精细地震波照明分析变得越来越受到关注.目前的照明研究主要基于各向同性假设,而地下介质往往表现出不同强度的各向异性,各向同性波动方程及射线两种照明方法无法真正描述地下介质地震波的传播特征及能量分布.针对各向异性介质波动方程面向目标的照明问题,本文研究了单一介质及复杂断块TTI介质纯p波双程波动方程照明特征,分析了各向异性对照明强度的影响因素.基于纯p波双程波动方程TTI介质照明解决了射线照明存在盲区、实际地下介质存在各向异性、耦合弹性波存在s波干扰及计算代价高等问题.对照明能量进行角度域分解,可以定量分析其不同角度范围的照明能量强度,实现面向地质目标的角度域定向照明.     

多次各向异性散射模式对S波能量密度包络曲线的影响

在多次各向异性散射理论的基础上,本文重新推导了方向性散射系数的球函数展开式.引入特征时间的概念,来定义震源处初始地震波脉冲宽度,并在地震波能量密度积分方程中引入任意给定频率的初始脉冲能量谱密度的解析表达.通过离散波数方法求解了修正的地震波能量密度积分方程.基于积分方程的数值解,研究了不同散射模式对S波能量密度包络曲线的影响.计算结果表明:随着震源距的增加,在S波到时之后,多次各向异性散射模式与多次各向同性散射模式合成的能量密度包络差异逐渐增大.其中通过多次前散射模式,我们可以得到不同震源距的尾波能量密度包络的同一衰减趋势,以及S波能量密度包络随着震源距的增加而出现的展宽现象.最后,利用美国内华达州Wells地震余震的台站记录验证了多次前散射模式的实用性与有效性.     

基于分数阶时间导数的黏弹性衰减VTI介质中平面波传播

目前在地震勘探频带范围内通常假设品质因子Q与频率无关,且呈衰减各向同性.事实上,相比较速度各向异性,介质的衰减各向异性同样不可忽视.本文将衰减各向异性和速度各向异性二者与常Q模型相结合,建立了黏弹性衰减VTI介质模型,并基于分数阶时间导数理论,给出了对应的本构关系和波动方程.利用均匀平面波分析和Poynting定理,推导出准压缩波qP、准剪切波qSV和纯剪切波SH的复速度、相速度、能量速度以及品质因子的解析表达式.对模型的正确性进行了数值验证,并分析了qP,qSV和SH波在介质中的传播特性.数值试验结果表明:本模型能够实现理想的恒定Q行为,表现了品质因子和速度的各向异性特征,显示出黏弹性增强将导致能量速度和相速度的频散曲线变化剧烈;速度和衰减各向异性参数与传播角度之间的耦合效应对qP,qSV和SH波的速度和能量影响明显;qP,qSV和SH波的频散曲线和波前面随着衰减各向异性强度的改变发生显著变化,其中耦合在一起的qP和qSV波变化趋势相同,而SH波与它们呈现相反的变化规律.本研究为从常Q模型角度分析地震波在衰减各向异性黏弹性介质中的传播特征奠定了理论基础.     

横向各向同性介质拟声波方程及其在逆时偏移中的应用

地下岩石的速度各向异性影响地震波的传播与成像.横向各向同性(TI)介质为最普遍的等效各向异性模型.引入TI介质拟声波方程可以避免复杂的弹性波方程求解以及各向异性介质波场分离,以满足对纵波成像的实际需要.本文从垂直横向各向同性(VTI)介质弹性波方程出发,推导出正应力表达的拟声波方程以及相应的纵波分量的表达式,进而分析从频散关系得到的拟声波方程的物理意义,而后将拟声波方程扩展到更一般的倾斜横向各向同性(TTI)介质中.波前快照与群速度平面的对比验证了拟声波方程可以很好地近似描述qP波的运动学特征.在此基础上,将拟声波方程应用在逆时偏移中并与其特例声波近似方程进行对比,讨论了计算效率、稳定性等实际问题.数值试验表明VTI介质情况下采用声波近似方程可以提高计算效率,而TTI介质qP-qSV波方程则在效率相当的情况下可以保证稳定性.SEG/HESS模型和逆冲模型逆时偏移试验验证了本文TI介质拟声波方程的实用性.     

基于GSLS模型TI介质衰减拟声波方程

随着计算机硬件技术的发展以及高分辨率勘探需求的增加,我们希望能够更准确地模拟地下介质,得到更丰富的地层信息.然而,传统的声学假设并不能描述实际地层所存在各向异性和黏滞性,使得成像分辨率较低.为了实现深部储层的高精度成像,本文同时考虑了介质的各向异性和黏滞性,从TI介质弹性波的基本理论出发,结合各向异性GSLS理论,并通过声学近似方法导出基于GSLS模型的各向异性衰减拟声波方程.数值模拟表明该方程既能准确地描述各向异性介质下的准P波运动学规律,又能体现地层的吸收衰减效应;模型逆时偏移结果表明,在实现成像过程中考虑各向异性和黏滞性的影响,能对高陡构造清晰成像,且剖面振幅相对均衡,分辨率较高.     

自相似型各向异性自组织介质中地震波场动力学响应

地下岩石结构/构造和矿物组成在小尺度上存在的不均匀性和各向异性会导致地震波速度的分形分布，进而衍生出自组织介质模型. 本文针对地球内部岩浆垂向侵入及横向溢流为特征的岩浆作用，开展自相似型各向异性自组织介质的地震波动力学响应研究. 基于二维自组织介质模型和声波方程，本文利用有限差分法模拟了不同强度岩浆侵入和溢流作用形成的自组织介质中地震波场，并进行了波场特征分析. 研究结果表明：（1）在横向溢流作用为主的自组织介质中，横向相关长度小于地震波波长的条件下，聚焦效应随着横向相关长度的增大而增强，地震波能量随之增强；反之，在横向相关长度大于地震波波长的条件下，散射效应随横向相关长度的增大而增强，地震波能量随之减弱. （2）在垂向侵入作用为主的自组织介质中，随着垂向相关长度增大，散射效应增强，地震波的能量也随之迅速减弱. （3）岩浆作用的自组织强度增强，地震波的能量增大，而中心频率无变化. （4）自组织介质具有相同的小尺度扰动，其速度梯度背景越小，地震波能量在炮点附近越集中. （5）当多层自组织介质共存，特征层位的波场特征仍以各自的自组织特性为主，因此利用实际资料中不同层位的地震反射特征可推测地下介质的自组织性质.     

VTI介质中地震波反射波合成记录的方法研究

在向向异性介质中，由于地震波的相速度和群速度有较大差异，相角和群角不同，相速度、群速度及群角相与角之间的关系比较复杂，因此与各同性相比较，计算地震波相速度，群速度及群角就更加困难，其合成地震记录的难度也就之增大，本文根据VTI（具有垂直对称轴的横向各向同性）介质中地震波的运动学特征，应用射线追踪方法，计算了VTI介质中的地震波的旅行时，并合成了反 地震记录，这为反射地震波的旅行时及速度分析提供了基础。     

基于快速非支配排序遗传算法的VTI介质多分量叠前联合反演

在VTI介质中,由于引入了各向异性参数使得多分量多参数地震反演问题的非线性程度显著增加,因此采用传统的权重加权法构建单目标函数进行反演得到的反演结果往往并不理想.本文以反射率法为基础,结合快速非支配排序遗传算法研究了一种VTI介质的多分量叠前联合反演方法.该方法以反射率法为正演方程,应用互相关原理构建PP波和PSV波的多目标函数,进而采用快速非支配排序遗传算法全局寻优获得VTI介质的厚度、纵横波速度、密度和各向异性参数等多个参数.在正演的过程中,反射率法可以考虑几何扩散、吸收衰减、透射损失、多次波以及纵横波旅行时不匹配等地震波传播效应,更能精确地描述地震波在地下地层中的真实传播情况;在反演的过程中,快速非支配排序遗传算法可以在不引入权重系数的条件下同时优化多个目标函数,获得联合反演问题的Pareto最优解,既不添加权重系数影响又充分利用多分量地震数据.模型测试结果验证了该反演方法的有效性和可行性.     

三维VTI介质中波动方程深度偏移的最优分裂Fourier方法

从含Thomsen各向异性参数的qP波相速度表示式出发,建立并求解三维VTI介质中的频散方程,得到三维VTI介质中的相移算子,进而将以相移算子为基础的最优分裂Fourier方法推广到三维VTI介质,发展了一个三维VTI介质的深度偏移方法.文中使用的各向异性介质的速度模型与现行的各向异性构造的速度估计方法一致,将各向同性、弱各向异性及强各向异性统一在一个模型中.文中提出的偏移算法对相移法引入了高阶校正项来补偿介质横向变化的影响,使该方法可应用于横向非均匀VTI介质的陡角度成像,文中给出的偏移脉冲响应很好地证明了这一点.     

Angle gathers in wave‐equation imaging for transversely isotropic media

In recent years, wave‐equation imaged data are often presented in common‐image angle‐domain gathers as a decomposition in the scattering angle at the reflector, which provide a natural access to analysing migration velocities and amplitudes. In the case of anisotropic media, the importance of angle gathers is enhanced by the need to properly estimate multiple anisotropic parameters for a proper representation of the medium. We extract angle gathers for each downward‐continuation step from converting offset‐frequency planes into angle‐frequency planes simultaneously with applying the imaging condition in a transversely isotropic with a vertical symmetry axis (VTI) medium. The analytic equations, though cumbersome, are exact within the framework of the acoustic approximation. They are also easily programmable and show that angle gather mapping in the case of anisotropic media differs from its isotropic counterpart, with the difference depending mainly on the strength of anisotropy. Synthetic examples demonstrate the importance of including anisotropy in the angle gather generation as mapping of the energy is negatively altered otherwise. In the case of a titled axis of symmetry (TTI), the same VTI formulation is applicable but requires a rotation of the wavenumbers.