界面起伏条件下反射／透射算子+单程波方程的地震波模拟方法

本文导出了一种由单程波方程利用反射／透射算子的可分表示方法模拟复杂介质中一次反射地震波的数值算法. 文中利用算子可分表示理论将反射／透射算子分解成适合于双域（空间域和波数域）运算的表达形式，使得本文得到的地震波数值模拟算法可适应于一定程度横向非均匀介质和界面起伏情况，在入射角小于45°时能够准确模拟振幅随入射角(AVA)的关系. 就模拟一次反射地震波而言，与前人研究的双程波动方程伪谱法地震波模拟相比，本文算法具有足够高的模拟精度，且计算效率成倍地提高.     

表驱三维角度域Kirchhoff叠前时间偏移成像方法

针对传统Kirchhoff叠前时间偏移方法的一些不足,以及振幅随入射角、方位角变化(AVA/AVAZ)分析的需要,本文提出一种基于射线理论的三维叠前时间偏移角度域成像方法.它通过横向均匀介质中稳健的射线追踪建立单程波走时和传播角度的数值表,然后在此基础上估算反射波双程走时以及在界面处传播的方位角和入射角,最后基于脉冲响应叠加原理获得三维构造图像和方位\|角度域共成像点道集.与传统方法不同之处在于,上述过程均考虑了地震波在垂向变速介质中的射线弯曲效应和三维传播特征,有利于准确提取随入射角和方位角变化的振幅和时差信息.理论模型合成数据和实际地震资料测试结果展示了方法的优越性与实用性.     

球面波的反射P波AVO分析

本文对球面波反射P波反射系数计算公式进行了推导,根据推导公式计算出第I类AVO和第Ⅲ类AVO介质中反射系数及相位随入射角的变化,并与基于平面波的Zoeppritz方程计算的结果进行对比.结果显示,对于第I类AVO介质,球面波反射系数在临界角附近较基于平面波的Zoeppritz方程计算结果更精确;同时受界面深度的影响较大,随深度的增加,球面波AVO趋势接近平面波AVO.最后,通过数值模拟技术,对模型数据和实际数据进行模拟,对平面波AVO道集和球面波AVO道集进行了验证分析.浅层的第I类AVO现象,在近临界角和超临界角处折射引起反射系数与相位的变化较大,对于第Ⅲ类AVO现象,由于不存在临界角问题,球面波模拟结果与基于平面波的Zoeppritz计算结果差别较小.上述计算分析,可为实际资料的大偏移距道集的AVO分析提供理论基础.     

叠前地震数据的平面波深度偏移法

提出了一套基于平面波分解的波动方程叠前地震数据深度偏移方法. 通过对共炮点道集和共偏移距道集地震数据的平面波分解，分别得到适用于单平方根波场外推方程和双平方根波场外推方程的共ps（炮点坐标平面波参数）平面波道集和共ph（偏移距坐标平面波参数）平面波道集. 在对共炮点道集和共偏移距道集地震数据的平面波分解时，不需要进行通常意义下的τ p变换计算. 通过对共ps平面波道集和共ph平面波道集的偏移效果对比，我们认为在速度弱横向变化介质中，两种平面波道集偏移方法的效果相当，但对于速度强横向变化介质，共ps平面波道集偏移方法的效果要优于共ph平面波道集偏移方法. 在计算效率方面，共ps平面波道集偏移方法与共ph平面波道集偏移方法基本相同.     

部分叠加资料纵横波速度测井约束反演

本文提出一种角度部分叠加资料同时反演纵波和横波速度的方法,以角度部分叠加资料为基础,利用地震波振幅随入射角变化与弹性参数间的数学关系,基于非线性最优化理论,通过将最小平方问题转化为大型带状矩阵的求解问题,采用逐道外推技术依次求得该角度剖面的每个点纵波和横波速度值,利用地震波速度在各向异性介质中与入射角的关系,进一步得到地震波零入射角纵、横波速度,从而可以求得纵横波速度比及泊松比,为地震资料的岩性及含油气性解释提供了丰富的参数信息,为保证反演的稳定性,降低多解性,采用测井、叠后构造层位解释结果的共同约束,并做好叠前去噪以及振幅保持处理.     

基于耦合反射/透射系数单程波传播算子的地震波模拟研究

单程波近似实际上是一种多次前向散射和单次后向散射近似.利用单程波近似来描述波传播可以极大地节省地震数值模拟的计算时间和内存,实现地震波长距离传播模拟和三维地震模拟快速计算.本文基于单程波近似和波动积分方程的分离变量逼近,从广义Lippmann-Schwinger波动积分方程推导出耦合反射/透射系数的单程波传播算子.该算子由两部分构成：分离变量Fourier单程波传播算子和薄板间的反射/透射系数表达.前者将常规的Fourier分裂步单程波传播算子(SSF)推广适应横向强速度变化介质和大角度传播波场.后者是利用垂直波数来表示反射/透射系数,自然耦合到波场传播的计算过程中,其为地质界面倾角的隐式表达,精确描述振幅随入射角的变化,能适应任意复杂的模型.通过两个数值算例和一个实际地质模型的计算,本文将该方法和边界元法进行了比较,结果表明：在算例给出的介质横向速度变化情况下,本文提出的方法在相位和振幅方面与全波数值方法基本吻合.     

基于叠前全方位角道集方位振幅梯度各向异性变化的HTI裂缝介质油气检测方法与技术

高角度裂缝介质的反射振幅梯度是随方位变化的,常规AVO分析只能适应层状各向同性介质地下地层含油气性检测,很难适应HTI裂缝各向异性介质地层的油气检测.为此,本文提出了基于叠前全方位角道集方位振幅梯度各向异性变化的HTI裂缝介质油气检测方法,推导出以方位角为变量的方位振幅梯度变化函数,并以之为参变量进一步推导出以入射角为变量的,随方位变化而变化的双向振幅响应强度变化函数,同时推导出方位油气指示因子.通过变量拆分法先固定方位方向,通过该方位角道集振幅随入射角的变化求解该方位振幅梯度,继而求出该方位的油气指示因子;依次类推,可求出其余方位的油气指示因子.如此可求出所有方位的油气指示因子,进而可分析含油气指示敏感性随方位的变化,优选油气指示最敏感的方位作为最终的油气预测结果即可.实际工区应用结果表明,本方法预测结果可靠精度高,可为油气勘探开发提供有效的技术支持.     

三维复杂构造中地震波模拟的单程波方法

复杂构造中单程波与双程波方法模拟结果的比较表明,就地震勘探中主要关心的一次反射波而言,单程波算法已具有足够的精度. 使用单程波方程将极大地减少数值计算的计算量,同时对介质的几何和物理参数建模也降低了要求. 单程波算法可视为深度偏移的“逆运算”,这样可以很好地借用已知的深度偏移方法及其程序系统. 基于计算效率和计算精度的双重考虑,本文在介质速度结构较复杂时采用显式短算子波场延拓方法,而在介质速度结构相对简单时采用分裂步相移法. 反射系数的计算中考虑了其随入射角的变化.     

球面波PP反射系数的频变特征研究

与平面波反射系数相比,球面波反射系数可以更精确地描述实际地震波的反射特征.近些年关于球面波的研究主要聚焦于球面波反射系数随入射角的变化规律,很少对球面波反射系数随频率的变化(频变)做详细研究.为了更全面地了解球面波的反射机制,本文研究了两层弹性介质中球面波PP反射系数(幅值和相位)的频变规律.文中基于经典的Sommerfeld积分构造球面波PP反射系数,通过自适应的Gauss-Kronrod求积算法对其进行稳定的数值计算.数值试验发现,对于不同的介质参数,球面波反射系数表现出了复杂的频变规律.尤其是当平面波反射系数为零时,对应的球面波反射系数是非零的,且球面波反射系数的相位随频率增加在高频趋近于90°或-90°,即此时球面反射波相对于入射波会有90°的相位旋转.对四类AVO模型的测试表明,球面波反射系数与平面波反射系数在临界角附近和低频时差异很大.     

时间域平面波全波形反演

全波形反演同时利用地震波的振幅和相位信息,基于最小二乘思想反演介质参数,具有高分辨率、高精度等优点.但是,在地震数据的处理过程中运用全波形反演的运算成本非常高.为了解决这个问题,本文通过线性时移函数将多个炮记录压缩为若干个平面波记录,实现了一种基于平面波编码的时间域多尺度全波形反演方法.通过对Marmousi模型的反演测试以及与常规全波形反演对比分析,验证了本文方法的较高的运算效率和较强的抗噪声能力.     

面炮成像、控制照明与AVA道集

基于波场延拓的叠前深度偏移是实现复杂构造地质体成像的最可靠方法,但存在着计算量大、对观测系统适应性差等缺点.面炮偏移是波动方程实现精确叠前成像的另一类方法,具有较高的计算效率,不存在偏移孔径问题,而且可以通过控制照明方法,解决平面波在目标区域的能量补偿问题.本文采用面炮成像技术进行叠前深度偏移,通过对面炮震源下行波场的质量控制和优选射线个数和范围,以达到最佳的成像效果.采用控制照明技术,较大地提高了目标地层的成像精度.与此同时,得到振幅随入射角变化(AVA)道集,有利于叠前振幅解释和储层岩性预测.数据实验表明面炮成像技术是一种快速有效的方法,其成像精度与单平方根算子的共炮点道集偏移和双平方根算子的共中心点道集偏移相当,但在计算速度上要快得多,而且易于并行计算.     

Elastic wave propagation in inhomogeneous anisotropic media

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｍｅｄｉａｉｎｅａｒｔｈａｒｅｑｕｉｔｅｃｏｍｐｌｅｘ．Ｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｓｅｖｅｒａｌｕｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｌａｉｎｓ．Ｎｏｒｍａｌｙ,ｉｔｉｓｕｓｅｄｔｏａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｒｅａｌｍｅｄｉｕｍｗｉｔｈｌａｙ...     

Analytical wavefront curvature correction to plane‐wave reflection coefficients for a weak‐contrast interface

Most amplitude versus offset (AVO) analysis and inversion techniques are based on the Zoeppritz equations for plane‐wave reflection coefficients or their approximations. Real seismic surveys use localized sources that produce spherical waves, rather than plane waves. In the far‐field, the AVO response for a spherical wave reflected from a plane interface can be well approximated by a plane‐wave response. However this approximation breaks down in the vicinity of the critical angle. Conventional AVO analysis ignores this problem and always utilizes the plane‐wave response. This approach is sufficiently accurate as long as the angles of incidence are much smaller than the critical angle. Such moderate angles are more than sufficient for the standard estimation of the AVO intercept and gradient. However, when independent estimation of the formation density is required, it may be important to use large incidence angles close to the critical angle, where spherical wave effects become important. For the amplitude of a spherical wave reflected from a plane fluid‐fluid interface, an analytical approximation is known, which provides a correction to the plane‐wave reflection coefficients for all angles. For the amplitude of a spherical wave reflected from a solid/solid interface, we propose a formula that combines this analytical approximation with the linearized plane‐wave AVO equation. The proposed approximation shows reasonable agreement with numerical simulations for a range of frequencies. Using this solution, we constructed a two‐layer three‐parameter least‐squares inversion algorithm. Application of this algorithm to synthetic data for a single plane interface shows an improvement compared to the use of plane‐wave reflection coefficients.     

单向传播子的局部平面波分解以及在定向照明分析和目标特征成像中的应用

本文基于波场的局部平面波分解，得到空间和方向都具有局部性的局部平面波小波束，并由此对Fourier有限差分传播算子进行局部平面波分解.这种用小波束分解的单向传播算子，可被用来对采集系统进行定向照明分析和采集倾角响应估算，以分析采集系统布局和上覆结构对面向目标的叠前偏移成像质量的影响.进而，利用局部平面波成像矩阵及其成像相册，根据目标结构的主倾角方向，抽取并叠加部分局部平面波像，可以进行目标结构定向化特征成像.最后，对具有速度强横向变化上覆结构的陡倾角目标断层的复杂二维SEG-EAGE盐丘模型数据，进行采集系统目标照明分析和目标结构定向化特征成像.     

平面S波在饱和多孔热弹性介质边界的反射问题研究

针对饱和多孔介质中热弹性波的传播特性问题,基于多孔介质理论和广义的热弹性模型,研究平面S波在饱和多孔热弹性介质边界上的反射问题。以考虑流-固耦合的饱和多孔介质波动方程和热-弹耦合的广义热弹性基本方程出发,建立饱和多孔介质的热-流-固耦合弹性波动模型。通过引入势函数并考虑自由透水和绝热的边界条件,经过理论推导最终给出在饱和多孔热弹性介质边界上的四种反射波的振幅反射率的理论表达式。在此基础上进行数值计算,分别讨论平面S波的入射频率、入射角和热膨胀系数等参数对四种反射波的振幅反射率的影响情况。结果表明:各反射波的振幅反射率分别随频率和热膨胀系数的增大而增大,同时也受到平面S波入射角变化的影响。该结论对于土动力学的理论研究及其相关的工程勘探具有一定的指导意义。     

黏弹性EDA介质中地震波的衰减特性研究

本文首先由Christoffel方程推导出黏弹性EDA介质中均匀、 非均匀P波、 SV波和SH波的相速度表达式, 然后参照极端各向异性介质的相关计算方法, 推导出EDA介质中均匀、 非均匀地震波相衰减系数和群衰减系数的表达式, 并通过数值计算分析了相速度、 相衰减系数、 群衰减系数与裂隙方位的关系. 结果表明: 均匀介质中SH波的相速度和相衰减系数均可指示裂隙的走向; 非均匀介质中SH波相衰减系数随非均匀角的增大而增大, 且其对称轴与介质对称轴的夹角也相应增加; 由于地震波振幅的衰减随岩石物理性质的变化比地震波速度的变化更为灵敏, 而且携带了更多的岩石物理性质信息, 因此可用来探明裂隙走向、 密度及含水特性, 进而应用于预测、 预防地下工程地质灾害事故.      

TTI介质qP波入射精确和近似反射透射系数

介质各向异性是影响振幅随炮检距变化(AVO)的重要因素之一本文将Aki和Richards以及Rüger的方法进行推广,推导出两个弹性倾斜横向各向同性(TTI)介质密接条件下平面波反射和透射系数及其近似式.从位移波函数出发,利用位移连续和应力连续边界条件,建立了TTI介质qP波人射的拟Zoeppritz方程,求解得到精确...     

柯西波场及在角度域成像条件中的应用

角度域成像道集是叠前深度偏移的重要输出结果,它是偏移速度分析、各向异性分析和AVA分析等研究工作的基础.目前存在的角度域成像道集的生成方法受计算效率或角度分辨率的影响,仍然满足不了实际生产的要求.角度域成像道集的生成方法可以大致分为直接法和间接法两大类.在直接方法中,波矢量方向计算和局部平面波分解是两个最重要的内容,它们共同决定角度域成像条件的实现效率和角度域成像道集的质量.为了完善现有的角度域成像道集生成方法,本文提出一种新的波矢量计算方法和局部平面波分解方法.本文先用波动方程任意时刻的柯西条件构造一个只含原波场负频率成分的柯西波场,然后根据柯西波场在时间波数域的振幅谱计算波场的波矢量方向.该方法仅在需要计算波矢量方向的时刻合成柯西波场,不需要增加额外的数据读写操作,是一种高效的波矢量计算方法.本文还以柯西波场为基础提出一种高效的局部平面波分解方法,保证角度域成像条件的实现效率.结合柯西波场和局部平面波分解方法,本文最后给出一种新的角度域成像方法.文中最后的数值实验证明该方法得到的角度域成像道集具有理想的角度分辨率,可以反映地下构造的角度照明情况.     

TTI介质隐式有限差分平面波偏移

文章研究了TTI介质隐式有限差分(IFD)波场外推算子和TTI介质平面波偏移.与各向同性和VTI介质相比,TTI介质频散关系要复杂的多,很难得到频散关系的显性表达,也不能再只用对称的偶函数表示,需要加入一个奇函数.文中设计TTI介质IFD波场外推算子并用非线性优化方法求解算子系数.将各向同性介质下平面波偏移理论与TTl...