中国大陆科学钻探孔区的垂直地震剖面调查

苏鲁超高压变质带的研究对了解发生在地幔深处的大陆动力学作用具有重要意义.近年来在此带中进行了大陆科学钻探和以深反射地震为主导的详细的综合地球物理调查,为研究超高压变质带地壳上地幔组构提供了难得的基础资料.根据大陆科学钻探工程的安排,在钻探取心,测井和地面三维地震观测的同时,还在5000 m的钻孔中用三分量数字检波器,对地表激发传播到井中的地震波场作垂直地震剖面（VSP）观测,目的是将传感器放在钻孔内,近距离、高精度和高分辨率地观测井周围由于超高压变质带的构造特征和岩石岩性特征引起的波场变化.通过零偏移距和非零偏移距VSP调查,我们首次在超高压变质带取得了深度达5000 m的精细的横波速度和泊松比等地球物理属性数据,作出了钻井岩心柱、测井、VSP纵波速度、横波速度和纵横波速度比、VSP上行波和地面地震资料的桥式综合对比图,使不同尺度的地质和地球物理调查资料互相连接在一起. 零偏和非零偏VSP观测可以标定主孔地质剖面各深度地质体的地震反射特性、井旁地震剖面上各个同相轴的地质属性,并对井旁局部地质构造作精细成像.由此观测取得的横波速度资料,成为建立孔区横波速度模型主要的资料来源,这种模型也是地面多波观测数据处理不可缺少的.因此,建议在进行大陆科学钻探时尽可能安排VSP地震调查.     

苏鲁超高压变质带岩石圈的地震组构

苏鲁超高压变质带上地壳以片麻岩为主体, 地表出露超高压变质岩片. 近年来在此带中进行大陆科学钻探, 并进行了以反射地震为主导的地球物理调查. 通过研究地球物理资料和钻孔岩芯等直接证据的相关性, 有可能标定出现在地壳中的地震反射体, 了解它们的内部组构. 同时, 在大陆科学钻探孔区附近有两座第四纪火山, 对其中包体的成分分析和波速计算也提供了中下地壳和岩石圈地幔组构的信息. 经岩心和测井资料标定, 大陆科学钻探孔区的地震反射体可由变质带内岩性变化、韧性剪切复合岩套和现代断裂破碎带引起. 其中, 韧性剪切作用产生的侧向位移与拆离造成了上百米厚的互层带(韧性剪切复合岩套), 它们由糜棱岩化岩石和经剪切错动产生的榴辉岩片互层组成, 形成了产生区域性强反射的主要机制. 苏鲁超高压变质带的上地壳由超高压变质岩片与下方片麻岩层组成. 超高压变质岩片以高波速、高密度和高电阻率为特征, 构造复杂, 厚度一般不超过11 km; 下方片麻岩层波速渐趋于正常. 苏鲁超高压变质带的中下地壳具有正常的波速与泊松比, 由火山岩包体分析可知, 中地壳含有大量的片麻岩, 下地壳主要由酸性麻粒岩和基性麻粒岩组成. 岩石圈地幔主要由尖晶石二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和二辉岩组成, 具有分层结构, 反映了中国东部中生代岩石圈减薄作用. 不同成因的地震组构可能是不同时代地球动力学作用的产物. 例如, 超高压变质岩片和韧性剪切复合岩套反映了三叠纪的碰撞造山作用及超高压变质作用, 而正常的中下地壳波速结构反映了中新生代地壳的拉张与伸展. 通过反射体的细致标定与火山岩包体验证了的地震组构, 可以找到地震反射体的成因及其与地球动力学作用的关系, 为地球动力学作用过程的恢复提供新的依据.     

大陆架科学钻探CSDP-2井的垂直地震剖面测量

南黄海海相地层的地震波场特征和层位标定一直是困扰地震勘探的重要问题.为了近距离、高精度和高分辨率地观测井周围构造特征和岩石性质引起的波场变化,为地震资料的采集、处理与解释提供地震波衰减规律、速度与层位标定等信息,对大陆架科学钻探CSDP-2井实施了近零偏移距垂直地震剖面（VSP）观测.针对海相地层顶部强反射界面地震波穿透难的问题,采用了大容量气枪震源并设计了气枪阵列组合方式,提高了激发地震波的能量,获得了强反射界面之下清晰的PP、PS下行波和上行波信号.采用了三分量偏振合成、组合滤波和波场分离等处理方法,对VSP观测数据进行处理,获得了海相三叠系—志留系的精细的纵波、横波速度结构和地层吸收因子等物性数据,建立了钻井地层、测井、VSP上行波和多道地震剖面对应关系,实现了不同尺度的地质和地球物理属性资料的有效衔接,标定了钻井地质剖面上各深度地质体的地震反射特性,厘定了过井地震剖面上反射同相轴的地质属性.此次观测取得的纵波、横波速度信息,成为建立南黄海海相地层速度模型主要的资料来源,也是地震资料的岩性反演处理不可缺少的信息.     

标定大陆科学钻探孔区地震反射体

在中国大陆科学钻探孔区 (江苏省东海县南部 )进行了系统的地球物理调查 ,包括二维地震测网和专门的地震剖面 ,大地电磁法和位场方法等 .地震调查表明 ,在超高压变质岩出露区上地壳充满了反射体 ,包括倾斜反射体与上拱的反射弧 .本文介绍大陆科学钻探先行研究中地震调查的成果 .根据大陆科学钻探预先导孔的岩芯和测井资料、井旁VSP和数值模拟结果证实 ,高波速的榴辉岩体、破碎断裂带和大型韧性剪切带都可引起倾斜的地震反射 ,而上拱的弧形反射体则是由近似直立的榴辉岩体和其中的破碎带的综合反映 .由于地壳深部广泛分布着经受变质的岩石 ,上述研究结果对标定地壳中的反射地震信号具有一定意义     

标定大际科学钻探孔区地震反射体

在中国大陆科学钻探孔区（江苏省东海县南部）进行了系统的地球物理调查，包括二维地震测网和专门的地震剖面，大地电磁法和位场方法等，地震调查表明，在超高压变质岩出露区上地壳充满了反射体，包括倾斜反射体与上拱的反射弧，本文介绍了大陆科学钻探先行研究中地震调查的成果，根据在陆科学钻探预先导孔的岩芯和测井资料，井旁VSP和数值模拟结果证实，高波速的榴辉岩体，破碎断裂带和大型韧性剪切带都可引起倾斜的地震反射，而上拱的弧形反射体则是由近似直立的榴辉岩体和其中的破碎带的综合反映，由于地壳深部广泛分布着经受变质的岩石，上述研究结果对标定地壳中的反射地震信号具有一定意义。     

表层火成岩覆盖地区的表层结构调查

在地震勘探中，近地表的不均匀性给激发、接收和静校正等带来很大的困难.WX地区浅表层分布有多期火成岩，对地震勘探造成很大的影响，本文实际工作从发分析了各种地震表层结构调查方法，并对小折射、井中激发地表接收微测井和地表激发井中接收的微测井等常用方法，进行了同点对比试验.选择了最合适的表层结构调查方法，辅以钻井岩性描述，建立了工区的详细准确的表层岩性变化模型，指导地震野外采集方法设计，并求取模型静校正量.取得了较好的地震资料.     

地震CT及其在采空区探测中的应用

应用地震波速CT和吸收CT相结合的方法对山东省招远市界河金矿隐伏采空区进行了联合探测研究．波速CT是利用地震波走时资料反演地质体内部波速结构;吸收CT是通过能量变化观测反演吸收系数分布．地震波速对岩性敏感,吸收系数与岩石的完整性关系更密切在界河金矿采空区探测中利用地震波速和吸收系数为层析物理量,在巷道和地表间进行透射观测,以优于2m的分辨率清楚地揭示了测区内采空区和断裂破碎带的分布,探测结果已被后期的采掘所证实．探测的成功为解决同类问题提供了一种可行的方案,对促进工程地球物理探测技术的发展也有重要意义．     

庐枞盆地科学钻探地球物理测井及深部铀异常的发现

庐枞盆地砖桥科学钻探ZK01孔为深部探测技术与实验研究专项在庐枞盆地施工的钻探验证孔,全井段实施了连续取心和地球物理测井工作.测井工作分三次完成,测井总深度1994.02m.测井项目包括视电阻率、极化率、磁化率、纵波速度、超声成像、自然伽马、密度、井斜、井径、井温、泥浆电阻率、井中三分量磁测等10多种方法,获得了钻孔剖面原位物性参数、钻孔几何形态及井壁超声图像.通过对地球物理测井和钻孔岩心编录等资料的研究,完成了岩性的人工识别与支持向量机判别,建立了钻孔测井解释岩性剖面;通过对矿化地层的测井响应分析,将电阻率和磁化率作为粗安岩矿化的识别标识;根据超声成像测井资料推断本地区深部地层最大水平主应力方向为南北走向.在ZK01孔1500~1900m发现放射性异常,对铀当量大于万分之一的21处异常进行了定量解释,铀矿化段累积厚度93.02m,为庐枞地区深部找铀矿提供了重大线索.     

沉积环境对地震动场地效应的影响研究

国内外震害经验和研究结果表明,场地效应是引起地表震害和地震动局部变化的重要因素,它主要受场地速度结构的影响。沉积环境是指沉积作用进行时具有的自然地理环境,它会对沉积层的颗粒大小和圆度、孔隙率、含水率等因素产生影响,从而进一步影响以沉积土壤为主的地下速度结构。因此,沉积环境会对场地效应产生一定程度的影响。数值模拟方法可以模拟地下具有任意复杂结构的介质中地震波传播的过程,并获得地表的地震动响应,是一种常用的研究场地效应的方法,在工程抗震验算的地震动定量估计、地震震害预测等领域有重要意义。数值模拟需要以准确的地下速度结构模型为基础,模型的准确性也直接影响到模拟结果的准确性。建立准确的地下速度结构模型需要大量的地球物理勘探资料,其中钻孔测井资料最为准确,然而其成本较高,且对于人口、建筑密集的城市,钻探难度大。因此,本文以玉溪盆地为例,分析了该地区沉积层速度结构与沉积环境的关系,发现沉积层的波速与沉积物颗粒大小、磨圆程度有明显的关联,并建立了使用钻孔中沉积环境特征明显的地层估计钻孔等效波速的方法,从而使未进行波速测井的钻孔可以被应用于场地模型的构建。盆地效应作为一种典型的复杂场地效应,通常对地震动有显著放大作用。本文以沉积环境因素的影响为基础,建立了考虑土层横向不均匀性的玉溪盆地速度结构模型,使用数值模拟方法计算了其地表的地震动反应,分析了玉溪盆地的盆地效应:具有明显的聚焦效应及边缘效应;其位移峰值放大倍数普遍在1.2~1.6倍之间;对于地震动中周期为2s左右的成分的放大效应最为明显。论文中还将上述结果与未考虑沉积环境的模型模拟结果进行对比,指出沉积环境主要影响了盆地聚焦效应的分布以及加速度反应谱中特定周期的地震动反应分布。本论文中使用的数值模拟方法为基于ADINA软件的显示有限元方法。通过二次开发在ADINA软件中加入了人工透射边界,从而使其可以模拟无限域中地震波向计算区外传播的过程,建立了模拟局部场地地震反应的数值模拟方法。     

MSH法直接将地震勘控测线转化为深度、密度剖面

根据运动学中的动量守恒定律、分析地震勘探过程中地震波在地下介质中的传播过程,利用反射能量、透射能量与入射能量的计算公式和检波器转化的电信号与地下密度界面反射地震波波动能量的等效原理,推导出直接求层速度和层密度公式.利用某一反射界面直接测得的波速或依据钻孔资料求得的平均速度,在计算机上就可直接计算出各地震测线物性层的埋深和密度(速度、波阻抗),由此地质工作人员依据已知地质柱状剖面(钻孔资料)可进一步将深度、密度(速度、波阻抗)剖面解释成深度岩性地质剖面,为解释油气层、计算油气储量、各种地质构造提供更为可靠的物探依据.     

利用瑞利激光雷达和无线电探空仪观测数据对武汉上空重力波特性的研究

本文利用武汉大学的瑞利激光雷达的瑞利散射回波数据(30～65 km)来研究武汉地区上空(305°N，1144°E)〖JP〗重力波的活动规律和统计特性.通过对2003年12月到2005年3月观测的200 h数据反演的密度进行处理分析，得到了重力波的一些个例特征，并提取垂直波长为2 km以上的重力波进行统计分析.结果表明，最可几的垂直波长是3～4 km和17～20 km，重力波振幅的月平均值在冬季有较大值，夏季值较小.与武汉2004年无线电探空仪的密度扰动提取到的重力波做比较，发现与瑞利激光雷达得到的重力波振幅的月平均值有很强的相关性，也是冬季值比较大，夏季值比较小.通过无线电探空仪的风场数据，本文还得到了急流的季节变化规律、最大风剪切年变化规律，发现急流和最大风剪切与激光雷达的重力波统计结果有很强的相关性.     

砂岩储层AVO特征影响因素的不确定性研究

传统的地震AVO正演研究多采用参数固定的岩石物理模型,而实际地层属性参数在勘探范围内具有不确定性.本研究以目标地层岩芯样品的实验室测试数据为基础,通过样品孔隙度和干燥状态下纵、横波阻抗的高度线性关系对岩石物理模型进行了简化,并结合实验测量和测井解释建立了主要模型参数的概率密度函数.采用Monte-Carlo随机正演和G...     

Automatic cross-well tomography: an application of the differential semblance optimization to two real examples

An automatic tomography algorithm, based on differential semblance optimization (DSO), has been used to invert real cross-well seismic data for the background velocity. The method relies on the first-arrival transmitted waves. Given a background velocity model, the traveltimes between the sources and the receivers are computed, then semblance panels are created by back-propagating the data traces. If the velocity model is correct all the first-arrival transmitted waves will be aligned in the semblance panels. The DSO method consists of finding the background velocity by minimizing the L ₂-norm of the difference between adjacent back-propagated traces. Thanks to the good behaviour of this DSO cost function about the solution, a local (gradient) optimization can be performed. This provides a relatively fast algorithm when ray tracing and analytic computation of the gradient are used.
Unfortunately the method fails in the presence of caustics in the data. However, this difficulty can be circumvented by applying suitable masks to the data. This approach is first applied to a synthetic example then to two real data sets: the McElroy data set recorded in West Texas and the NIMR data set recorded in Oman. The results are quite encouraging and similar to those obtained with classical tomography.     

Geostatistical seismic Amplitude‐versus‐angle inversion

Seismic inversion plays an important role in reservoir modelling and characterisation due to its potential for assessing the spatial distribution of the sub‐surface petro‐elastic properties. Seismic amplitude‐versus‐angle inversion methodologies allow to retrieve P‐wave and S‐wave velocities and density individually allowing a better characterisation of existing litho‐fluid facies. We present an iterative geostatistical seismic amplitude‐versus‐angle inversion algorithm that inverts pre‐stack seismic data, sorted by angle gather, directly for: density; P‐wave; and S‐wave velocity models. The proposed iterative geostatistical inverse procedure is based on the use of stochastic sequential simulation and co‐simulation algorithms as the perturbation technique of the model parametre space; and the use of a genetic algorithm as a global optimiser to make the simulated elastic models converge from iteration to iteration. All the elastic models simulated during the iterative procedure honour the marginal prior distributions of P‐wave velocity, S‐wave velocity and density estimated from the available well‐log data, and the corresponding joint distributions between density versus P‐wave velocity and P‐wave versus S‐wave velocity. We successfully tested and implemented the proposed inversion procedure on a pre‐stack synthetic dataset, built from a real reservoir, and on a real pre‐stack seismic dataset acquired over a deep‐water gas reservoir. In both cases the results show a good convergence between real and synthetic seismic and reliable high‐resolution elastic sub‐surface Earth models.     

基于随机地震反演的Russell流体因子直接估算方法

本文研究了一种基于随机地震反演的Russell流体因子直接估算方法,该方法是一种基于蒙特卡罗的非线性反演,能够有效地融合测井资料中的高频信息,提高反演结果的分辨率.本文应用贝叶斯理论框架,首先通过测井数据计算井位置处的Russell流体因子,利用序贯高斯模拟方法(sequential Gaussian simulation,SGS)得到流体因子的先验信息;然后构建似然函数;最后利用Metropolis抽样算法对后验概率密度进行抽样,得到反演的Russell流体因子.其中对每道数据进行序贯高斯模拟时,采用一种新的逐点模拟方式,具有较高的计算速度.数值试验表明:反演结果与理论模型和实际测井数据吻合较好,具有较高的分辨率,对于判识储层含流体特征具有较好的指示作用.     

Look-ahead vertical seismic profiling inversion approach for density and compressional wave velocity in Bayesian framework

To reduce drilling uncertainties, zero-offset vertical seismic profiles can be inverted to quantify acoustic properties ahead of the bit. In this work, we propose an approach to invert vertical seismic profile corridor stacks in Bayesian framework for look-ahead prediction. The implemented approach helps to successfully predict density and compressional wave velocity using prior knowledge from drilled interval. Hence, this information can be used to monitor reservoir depth as well as quantifying high-pressure zones, which enables taking the correct decision during drilling. The inversion algorithm uses Gauss–Newton as an optimization tool, which requires the calculation of the sensitivity matrix of trace samples with respect to model parameters. Gauss–Newton has quadratic rate of convergence, which can speed up the inversion process. Moreover, geo-statistical analysis has been used to efficiently utilize prior information supplied to the inversion process. The algorithm has been tested on synthetic and field cases. For the field case, a zero-offset vertical seismic profile data taken from an offshore well were used as input to the inversion algorithm. Well logs acquired after drilling the prediction section was used to validate the inversion results. The results from the synthetic case applications were encouraging to accurately predict compressional wave velocity and density from just a constant prior model. The field case application shows the strength of our proposed approach in inverting vertical seismic profile data to obtain density and compressional wave velocity ahead of a bit with reasonable accuracy. Unlike the commonly used vertical seismic profile inversion approach for acoustic impedance using simple error to represent the prior covariance matrix, this work shows the importance of inverting for both density and compressional wave velocity using geo-statistical knowledge of density and compressional wave velocity from the drilled section to quantify the prior covariance matrix required during Bayesian inversion.     

井震联合分析预测神狐海域天然气水合物可能的垂向分布

已有的地质与地球物理信息表明南中国海北部陆坡神狐海域存在天然气水合物,2007年钻井和取样结果证实其以细颗粒均匀存在于水合物稳定带内,但区域分布范围极不规则.由于测井记录长度和取样深度的范围有限,天然气水合物垂向分布特征难以确定.为了深入了解此区域天然气水合物深度上的分布规律,对SH7井的多种测井数据进行综合分析并与地震反射特征建立联系,得到三个主要的沉积物性变化层位并以此为基础进行叠后数据的伪井约束反演,结果表明在已证实的含水合物层之下还存在高速层.而AVO叠前正演模拟分析结果与实际地震数据对比表明,研究区的天然气水合物稳定带可能由含水合物沉积物与饱水沉积物的薄互层组成,这就意味着在取样获得天然气水合物样品的深度之下,很可能存在另一个含水合物层.     

基于非均匀曲波变换的高精度地震数据重建

在野外数据采集过程中,空间非均匀采样下的地震道缺失现象经常出现,为了不影响后续资料处理,必须进行高精度数据重建.然而大多数常规方法只能对空间均匀采样下的地震缺失道进行重建,而对于非均匀采样的地震数据则无能为力.为此本文在以往多尺度多方向二维曲波变换的基础上,首先引入非均匀快速傅里叶变换,建立均匀曲波系数与空间非均匀采样下地震缺失道数据之间的规则化反演算子,在L1最小范数约束下,使用线性Bregman方法进行反演计算得到均匀曲波系数,最后再进行均匀快速离散曲波反变换,从而形成基于非均匀曲波变换的高精度地震数据重建方法.该方法不仅可以重建非均匀带假频的缺失数据,而且具有较强的抗噪声能力,同时也可以将非均匀网格数据归为到任意指定的均匀采样网格.理论与实际数据的处理表明了该方法重建效果远优于非均匀傅里叶变换方法,可以有效地指导复杂地区数据采集设计及重建.     

A comparative study of seismic tomography models of Southwest China

The margin of the Tibetan Plateau of Southwest China is one of the most seismically active regions of China and is the location of the China Seismic Experimental Site (CSES). Many studies have developed seismic velocity models of Southwest China, but few have compared and evaluated these models which is important for further model improvement. Thus, we compared six published seismic shear-wave velocity models of Southwest China on absolute velocity and velocity perturbation patterns. The models are derived from different types of data (e.g., surface waves from ambient noise and earthquakes, body-wave travel times, receiver functions) and inversion methods. We interpolated the models into a uniform horizontal grid (0.5° × 0.5°) and vertically sampled them at 5, 10, 20, 30, 40, and 60 km depths. We found significant differences between the six models. Then, we selected three of them that showed greater consistency for further comparison. Our further comparisons revealed systematic biases between models in absolute velocity that may be related to different data types. The perturbation pattern of the model is especially divergent in the shallow part, but more consistent in the deep part. We conducted synthetic and inversion tests to explore possible causes and our results imply that systematic differences between the data, differences in methods, and other factors may directly affect the model. Therefore, the Southwest China velocity model still has considerable room for improvement, and the impact of inconsistency between different data types on the model needs further research. Finally, we proposed a new reference shear-wave velocity model of Southwest China (SwCM-S1.0) based on the three selected models with high consistency. We believe that this model is a better representation of more robust features of the models that are based on different data sets.