反射地震层析成像在海洋天然气水合物储层识别中的应用

海底地层速度结构是识别海洋天然气水合物储层的直接依据,本文应用地震反射走时层析成像建立了海底地层速度模型.采用不规则网格对模型进行离散化,使速度单元与反射界面单元完全耦合;利用基于不规则单元波前扩展和走时插值的射线追踪方法,精确确定反射射线路径和反射波走时;在反演中同时使用先验约束、平滑约束、归一化和正则化技术,提高了层析反演的稳定性和结果的可靠性.对南海北部神狐海域SH2井附近的二维地震测线资料,利用多域人机交互法拾取了反射走时,用反射走时层析成像方法获得了SH2井附近含水合物目标区的速度结构.该反演结果与测井声波速度和钻探结果一致,其中的高速带对应水合物储层,表明反射走时层析成像能够有效地得到海洋天然气水合物储层的速度结构,为海洋天然气水合物储层识别提供依据.     

电离层层析重构的一种新算法

自适应联合迭代重构算法是电离层层析成像中一种收敛速度较快的反演算法.然而,在电离层电子密度重构过程中,该方法对迭代初值的精度要求较高.针对上述问题,本文提出了一种约束自适应联合迭代重构算法,该方法通过附加合理的平滑约束,减弱了没有观测信息的格网对迭代初值精度的依赖性,有效地提高了反演结果精度.数值模拟实验和实测数据的反演结果证实了该算法的可行性和在重构精度上的优越性.     

地震立体层析成像的实现方法及效果分析

立体层析成像是一种新的地震反射波层析成像方法,能为叠前深度偏移提供较为精确的宏观速度模型。本文研究了立体层析成像的实现方法,包括斜率与走时数据的拾取、离散速度模型构建和初始化、射线参数的确定、斜率和走时及射线计算以及反演问题解法等,建立立体层析成像的算法流程。并通过对Marmousi模型试验,对立体层析成像运行所需的主要参数,如初始速度模型、拾取数据量、离散网格尺寸、速度平滑权重等进行测试和分析,总结这些不同参数对立体层析反演结果的影响规律,用以指导生产实践。     

地质约束速度建模在复杂构造区叠前深度偏移中的应用

叠前深度偏移是对复杂地质构造进行成像最有效的方法之一,特别是存在陡倾结构或剧烈横向速度变化的区域.速度模型是制约着地震资料处理和成像效果的关键因素,当前业界普遍应用的速度建模方法主要是以网格层析成像反演技术为主,但层析成像通常只能获得大尺度较为平滑的速度模型,速度模型中缺乏高波数成分,因此,对于复杂断块区域,网格层析成像反演方法得到的速度模型很难描述出速度突变的特征,导致在局部速度突变区域的成像效果不好.本文提出一种地质约束的速度建模方法,首先应用网格层析成像反演得到传统速度模型,并从中提取虚拟井,用于提供中低波数速度成分;其次,基于钻井、测井、地质认识等得到的综合构造解释成果建立精细地质构造模型,用于提供构造约束条件;最后,应用确定性插值方法将虚拟井上速度值插值到地质网格中,用于补充层析速度模型中的高波数成分,获得地质构造约束的精细速度模型.本文提出的速度建模方法应用到珠江口盆地X工区较传统网格层析成像方法效果显著,可以有效改善成像精度,解决现有资料断面连续性较差、断层阴影区和地层产状不合理等问题.     

井间地震资料测井约束层析成像

利用井间地震资料进行层析成像,由于受观测角的限制,其成像过程具有很强的不稳定性.为了提高成像过程的稳定性,本文将测井资料引入到反演过程中,利用测井资料约束井间地震反演成像过程.采用假设模型进行数值模拟和反演实验,并与无约束反演方法进行对比实验,多种反演结果对比表明,测井约束反演方法改善了层析成像过程的稳定性,提高了成像结果的精度.     

复杂地表变偏移距VSP角度域旅行时层析及叠前深度偏移（英文）

变偏移距VSP反射波射线路径是不对称、覆盖次数也不均匀,因此通常使用偏移速度分析、层析反演建立准确的2D、3D速度场,尤其角度域共成像道集最适合偏移速度分析,通常拾取其剩余曲率更新速度,建立准确的速度场。为了建立高精度速度模型,本文推导了VSP角度域共成像道集剩余深度与旅行时残差的关系,用最小二乘求解更新速度,建立了一个四参数层析反演方程,包括地层倾角、入射角、剩余深度、灵敏度矩阵等四个参数。在角度域中将反射波分解为上行、下行两个透射波计算其旅行时。采用"逐步-累加"方式进行复杂地表叠前深度偏移ωx。通过叠前深度偏移得到偏移距域共成像道集,拾取剩余深度;在叠加成像剖面上拾取层位获取地层倾角;利用Runge-Kutta射线追踪计算地层反射点到检波点的射线路径,确定入射角,再计算地层反射点到复杂地表的射线路径;将偏移距域剩余深度映射为角度域,建立层析方程并求解。经模型和塔里木盆地"双复杂"地区Walkaway VSP实测资料验证表明,推导的层析反演方程能建立较准确的速度模型,偏移算法能适应复杂地表。     

川西龙门山及邻区地壳上地幔各向异性地震P波走时层析成像研究

经典的地震层析成像假定介质为各向同性,通过走时反演确定地球介质的非均匀结构,得到的仅是近似地球模型。如果各向异性较强时,应用基于各向同性假设的层析成像算法,可能导致错误的结果。非均匀与各向异性效应是耦合的,如果仅考虑非均匀效应则各向异性结构可能映射到非均匀结构中造成非均匀速度结构的误差,反之亦然。因此,高分辨率的走时层析成像必须同时考虑非均匀和各向异性两种效应。同时反演非均匀和各向异性结构(即各向异性层析成像),不仅可以获得可靠的各向同性速度结构,同时可以确定各向异性结构。相对于S波偏振分析,体波走时方法基于不同的数据集,能提供独立的地震各向异性观测证据。利用地震走时层析成像方法同时研究介质的非均匀性和各向异性,对于认识地球的结构及动力学过程都具有非常重要的意义。     

多震相菲涅耳体射线走时同时反演成像

高频假设下的地震射线理论以及相应的地震成像理论表明,在射线稀疏条件下,不可能得到较高分辨率的构造成像;而有限频射线理论更符合实际地震的传播规律,即地震波的走时不仅与中心射线(传统的几何射线)上的速度分布有关,而且与中心射线附近一定范围(称其为第一菲涅耳体)内的速度异常分布有关.鉴于此,本文提出了计算多震相地震波菲涅耳体有限频射线的方法,并定义了走时敏感核函数,同时给出了利用多震相菲涅耳体有限频射线进行速度模型和反射界面同时反演成像的公式.利用多震相走时资料,使用传统射线层析成像方法与有限频射线层析成像方法进行了速度和界面的同时反演成像.结果表明,当射线密度较小时,无论是对速度模型的重建还是对反射界面几何形状的更新,有限频射线层析成像方法均优于传统射线层析成像方法, 而变频有限频射线层析成像则是实际地震层析成像的首选反演算法.      

基于初至波走时层析成像的Tikhonov正则化与梯度优化算法

初至波走时层析成像是利用地震初至波走时和其传播的射线路径来反演地下介质速度的技术.该问题本质上是一个不适定问题,需要使用正则化方法并辅之以适当的最优化技巧.本文从数值优化的角度介绍了初至波走时层析成像的反演原理,建立了Tikhonov正则化层析成像反演模型并提出求解极小化问题的加权修正步长的梯度下降算法.该方法可以从速度模型的可行域中迭代找到一个最优解.数值试验表明,该方法是可行和有应用前景的.     

介质随机扰动条件下的层析反演算法

在层析成像中,介质的随机扰动将对反演精度有很大影响.本文在反演迭代过程中,通过自相关平滑算法,将先验约束由单纯的均值拓展为模型方差、相关系数等统计参数,实现了随机介质的分布特征对层析反演的先验约束,有利于压制高频干扰,提高层析成像的精度.岩溶区洞穴探测的工程实例表明,在传统层析反演算法无法获得合理解释的情况下,采用自相关平滑算法仍能获得合理的地质剖面.     

COMPUTATION OF ZERO-OFFSET VERTICAL SEISMIC PROFILES INCLUDING GEOMETRICAL SPREADING AND ABSORPTION*

Synthetic vertical seismic profiles (VSP) provide a useful tool in the interpretation of VSP data, allowing the interpreter to analyze the propagation of seismic waves in the different layers. A zero-offset VSP modeling program can also be used as part of an inversion program for estimating the parameters in a layered model of the subsurface. Proposed methods for computing synthetic VSP are mostly based on plane waves in a horizontally layered elastic or anelastic medium. In order to compare these synthetic VSP with real data a common method is to scale the data with the spherical spreading factor of the primary reflections. This will in most cases lead to artificial enhancement of multiple reflections. We apply the ray series method to the equations of motion for a linear viscoelastic medium after having done a Fourier transformation with respect to the time variable. This results in a complex eikonal equation which, in general, appears to be difficult to solve. For vertically traveling waves in a horizontally layered viscoelastic medium the solution is easily found to be the integral along the ray of the inverse of the complex propagation velocity. The spherical spreading due to a point source is also complex, and it is equal to the integral along the ray of the complex propagation velocity. Synthetic data examples illustrate the differences between spherical, cylindrical, and plane waves in elastic and viscoelastic layered media.     

速度差对井间走时层析成像质量的影响及其改进方法

在井间地震初至走时层析成像中，随着相邻地质体速度差的增大，使得射线分布不均匀，以及网格剖分不合适，导致层析成像结果不理想.物理和数值模型的井间走时层析成像表明：当速度差超过300%时，层析结果畸变较大；在300%～150%之间时，层析结果较好；低于150%时，层析结果好.在此基础上，提出了井间多尺度初至走时层析成像方法，即对同一模型采用多种网格剖分来同时进行层析成像，以获得研究区域的速度图像.数学和物理模型的井间多尺度走时层析结果表明：该方法很好地兼顾了层析成像的分辨率和精度，极大地改善了井间地震层析成像的质量.即使速度差超过30%，其多尺度的层析结果仍然较好.因此，这种方法具有实际应用的潜力.     

Simultaneous Inversion for Velocity and Reflector Geometry Using Multi-phase Fresnel Volume Rays

Traditional ray tomography methods based on the high frequency assumption are sometimes unable to obtain a high resolution tomographic picture due to a deficient coverage of ray paths in real applications, especially for low velocity anomalous regions. In contrast, finite-frequency ray theory is more suitable for handling real seismic propagation problems because the travel time depends not only on the velocity distribution along a central ray (or traditional geometric ray), but also on the velocity values within a region (referred to as the first Fresnel Volume) which incorporates the central ray. In this study, we develop an algorithm to calculate multi-phase Fresnel Volume finite-frequency rays, and then present an inversion method to simultaneous invert for both velocity and reflector geometry by using these multi-phase Fresnel Volume finite-frequency rays. Using synthetic data examples, we compare the reconstructions of the velocity field and the reflector orientation using the Fresnel Volume ray tomographic methods and the traditional ray tomography approach. Results show that the former is advantageous over the latter, especially when the ray density is relatively low. An additional benefit of the Fresnel Volume finite-frequency ray tomographic method is that it can start with a low frequency to capture the coarse velocity structure, thereby mitigating the local minimum trapping problem, and then be tuned to a high frequency for delineating the fine velocity structure.     

一种改进的地震反射层析成像方法

针对复杂介质的地震反射走时层析成像存在数据拾取困难问题，本文提出了一种新的地震反射层析成像速度模型建立方法，该方法用速度和地震射线走时描述模型，用地震反射波走时、地震波在源点和接收点处的传播方向信息反演模型.为提高反演的稳定性和计算效率，引入了Hamilton函数描述射线，在相空间计算反演所需的射线路径和目标函数对模型参数的导数，对理论模型和实际地震资料进行了试算，试算表明该方法对复杂介质具有较强的适应能力.     

基于交叉梯度交替结构约束的二维地震走时与全通道直流电阻率联合反演

在利用不同的地球物理勘探方法对地下复杂介质成像时,因观测系统的非完备性及数据本身对某些岩石物性的不敏感性,单独成像的结果存在较大的不确定性和不一致性.对于地震体波走时成像与直流电阻率成像,均面临着成像阴影区问题.对于地震走时成像,地震射线对低速区域覆盖较差形成阴影区,造成低速区域分辨率降低.对于电阻率成像,电场线在高阻区域分布较少,造成高阻区域分辨率较低.为了提高地下介质成像的精度,Gallado和Meju(2003)提出了基于交叉梯度结构约束的联合地球物理成像方法.在要求不同的物性模型拟合各自对应的数据同时,模型之间的结构要求一致,即交叉梯度趋于零.为了更有效地实现基于交叉梯度的结构约束,我们提出了一种新的交替结构约束的联合反演流程,即交替反演不同的数据而且在反演一种数据时要求对应的模型与另一个模型结构一致.新的算法能够更容易地把单独的反演系统耦合在一起,而且也更容易建立结构约束和数据拟合之间的平衡.基于新的联合反演流程,我们测试了基于交叉梯度结构约束的二维跨孔地震走时和直流电阻率联合成像.合成数据测试表明,我们提出的交替结构约束流程能够很好地实现基于交叉梯度结构约束的联合成像.与单独成像结果相比,地震走时和全通道电阻率联合成像更可靠地确定了速度和电阻率异常.     

微测井约束分步层析静校正技术在古峰庄地区的应用

针对地表剧烈起伏,速度纵、横向变化大的复杂区,层析静校正较以往的折射波静校正方法有明显的优势,但是受初至时间拾取精度、炮检距的选择、近地表模型约束等问题的影响,层析反演的精度还不能满足低幅度构造预测的需求,为此提出微测井约束分步层析的静校正方法,即将浅层速度模型与最终近地表模型分步进行层析反演,并应用微测井信息约束浅层速度模型层析反演,有效地提高了近地表速度模型反演的精度,通过在古峰庄地区的应用较好地解决了复杂地表条件下的静校正问题,低幅度构造预测精度得到提高.     

多震相层析成像与在介质中的多波型射线跟踪

本文介绍了多震相的层析成像的思路和算法，通过穿透和反射走时可以同时作出２维和３维慢度（速度的倒数）重建。我们分析了在穿透和反射数据中确定速度和深度的不确定性，并认识到深度扰动对反射走时异常比慢度扰动更敏感。由不同波类型所提供的对速度和深度的约束，这个算法实际上减少了在一般反射层析成像在速度和深度之间的不确定性，并且也避免了在穿透层析成像中的不确定问题。线性化反演是通过从反射界面深度由分离速度参数迭代进行的。使用一个快速的２－Ｄ和３－Ｄ射线跟踪算法来计算穿透和反射走时和对幔度及反射界面深度的偏导数。深度和速度都用立方Ｂ样条函数来进行参数化。合成例子表明，当同时考虑穿透和反射时间，层析成像的结果得到改进。这个方法也应用到英国煤炭测量局（ＢｒｉｔｉｓｈＣｏａｌＭｅａｓｕｒｅｓ）沿跨线排列所记录的逆ＶＳＰ数据组。通过使用波形配合技术，用同时确定时间延迟和叠加权，可以自动拾取旅行时间。所观察到的逆ＶＳＰ层析成像可比周围介质具有较低速度的两个断层区域成像。断层的位置由附近的反射测线所确定。本文还讨论了在复杂２－Ｄ和３－Ｄ非均匀各向同性介质中地震射线跟踪方法。界面的几何形状和水平速度场都通过使用非均匀步长立方Ｂ－样条节点     

海洋拖缆地震资料初至波走时层析反演

初至波走时层析反演技术作为建立近地表速度模型的重要手段,是解决陆地资料复杂静校正问题的关键技术。而折射波广泛发育的海洋地震资料,对折射波信息的关注与运用并没有得到广泛的重视。本文首次将层析反演方法应用于海洋拖缆地震数据的近海底速度模型的建立。本文方法与陆地资料层析反演的主要区别在于:①在震源信号的最小相位化处理后进行初至时间的拾取,避免了混合相位子波初至拾取不准带来的误差;②以海水深度与海水速度作为反演约束条件,减小了迭代误差。实测二维资料的层析反演结果表明,本文方法可反演出较为精确的海洋地层速度结构。      

SOME SOURCES OF DISTORTION IN TOMOGRAPHIC VELOCITY IMAGES1

Two particular sources of distortion, which may be encountered when applying tomographic imaging techniques to crosshole seismic data, have been investigated. Errors in survey locations of the shots and receivers can produce significant distortions in the images obtained. A simple method for solving simultaneously for the velocity field and shot and receiver location errors is presented and applied to synthetic and real data. Reflection and refraction of rays at velocity interfaces may produce poor density and angular coverage of the rays within the region of interest. It is shown that the effect of the velocity field on the ray coverage can significantly affect the resolution in the velocity image, even if ray bending is taken into account. One consequence of this effect is that, in some cases, little improvement in image quality is achieved by using curvi-ray rather than straight-ray inversion techniques, despite the occurrence of pronounced ray bending.