多测线变偏移距VSP地震各向异性反演

本文从一般弱各向异性介质参数反演中得到了使用两条相互正交的变偏VSP测线计算弱各向异性(WA)参数的反演公式. 如果仅仅使用qP波, 则可以确定9个独立的WA参数, 这9个WA参数可以完全地描述井中接收点在两个剖面内介质的各向异性性质. 通过对走时曲线进行最小二乘条件下的三次样条光滑, 可以获得慢度矢量的垂直分量和水平分量. 如果介质是横向非均匀介质, 则水平分量仅仅被用作反演时的约束条件. 为了获得偏振矢量, 本文引入质心计算方法, 该方法计算简单、 稳定, 而且不存在解的奇异问题. 在寻找与一般各向异性介质最接近的高对称性正交各向异性介质和TTI各向异性介质时, 使用qP波各向异性坐标变换方法和最小二乘求解方法, 得到了与一般各向异性介质最接近的正交各向异性和TTI各向异性参数及其对称轴方向参数的计算公式. 使用这些方法, 对瓜哇海地区布设的两条相互正交的变偏VSP测线数据进行各向异性反演, 获得了井中10个接收点处介质的WA参数. 数值计算和实际资料反演表明, 本文所使用的反演方法能够准确地得到VSP井中接收点处介质的WA参数, 这是地震勘探中研究地壳介质各向异性性质最直接和最可靠的方法.      

利用qP波慢度和偏振矢量计算弱各向异性介质参数

提出了一种使用慢度矢量分量和偏振矢量计算变井源距垂直地震剖面(walkaway VSP)钻孔中接收点附近介质弱各向异性(WA)参数的方法.假定介质是任意弱各向异性介质,从一般公式中得到了只有一条观测剖面情况下的反演公式.如果知道了慢度矢量的垂直分量和偏振矢量,可以通过反演得到与剖面和钻孔所在平面相关的WA参数,反演过程不用进行射线追踪,与上覆介质无关.用合成数据检验了公式和方法的正确性,并把它们应用于在爪哇海地区得到的一条变井源距垂直地震剖面的弱各向异性参数反演中.     

利用qP波慢度和偏振矢量计算 弱各向异性介质参数

提出了一种使用慢度矢量分量和偏振矢量计算变井源距垂直地震剖面(walkaway VSP)钻孔中接收点附近介质弱各向异性(WA)参数的方法. 假定介质是任意弱各向异性介质, 从一般公式中得到了只有一条观测剖面情况下的反演公式. 如果知道了慢度矢量的垂直分量和偏振矢量, 可以通过反演得到与剖面和钻孔所在平面相关的WA参数, 反演过程不用进行射线追踪, 与上覆介质无关. 用合成数据检验了公式和方法的正确性, 并把它们应用于在爪哇海地区得到的一条变井源距垂直地震剖面的弱各向异性参数反演中.      

变井源距垂直地震剖面各向异性参数反演

利用微扰理论推导了弱各向异性(WA)介质参数正反演计算的基本公式;给出了在已知慢度矢量的一个分量和偏振矢量情况下确定WA参数的方法.如果这一方法被用于单一的变井源距垂直地震剖面(walkawayVSP)资料,可以获得9个WA参数.这9个WA参数完全决定了qP波和两个qS波在由剖面和钻井所决定的平面内传播的特性.对单条walkawayVSP观测系统数据的产生和WA参数的反演进行了数值模拟计算,对所能确定的WA参数及其可靠性进行了详细的讨论.     

TTI介质各向异性参数多波反演与PS波AVO分析

把遗传算法引入到了TTI介质AVO信息反演各向异性参数的过程中,依据TTI介质PP波、PS波反射系数公式,建立Thomsen参数和TTI介质对称轴倾角、方位角的目标函数,分别通过PP波和PS波的反射系数反演出了各向异性参数和对称轴倾角、方位角等信息.文中对反演结果的精确度和稳定性进行了分析,发现PS波的反演结果优于PP波反演结果;对称轴倾角的反演准确性明显优于对称轴方位角.本文通过模型正演合理解释了这一现象的原因.最后,本文通过对PS波AVO梯度的研究,提出了利用PS波振幅定性分析TTI介质对称轴倾角的方法.     

TTI介质弹性波相速度与偏振特征分析

相速度和偏振方向是研究地震波传播规律和描述介质特性的重要参数,在理论研究和实际应用中有重要作用.本文假定倾斜横向各向同性(TTI)介质对称轴位于观测坐标系XOZ面内,在此观测坐标系下直接推导了TTI介质弹性波相速度和偏振方向的解析表达式,再进一步利用Thomsen弱各向异性理论,推导了弱各向异性近似条件下弹性波相速度以及qP波和qSV波偏振方向表达式.理论分析和数值试例表明,在相速度方面,随着各向异性介质参数改变,qP波和qSH波速度变化较为平缓,qSV波速度变化较为剧烈.弹性波相速度近似式误差均较小,能较好地近似精确相速度.在偏振方向方面,SH波偏振方向只是传播方向和对称轴倾角的函数,而与各向异性参数无关,SH波偏振方向既垂直于传播方向,又垂直于TTI介质对称轴方向.除特定方向外,qP波和qSV波的偏振方向与传播方向均成一定角度,并且随TTI介质对称轴倾角的改变而改变;在精确和近似情况下,qP波和qSV波的偏振方向始终垂直;在精度允许范围内,偏振方向的弱各向异性近似式与理论解析式吻合较好.     

TTI介质弹性波近似解耦波动方程

借助Christoffel方程可求解出各向异性介质弹性波精确频散关系.利用近似方法进行处理,再通过傅里叶逆变换将频率波数域算子变换为时空域算子,可导出解耦的 qP波或 qS波波动方程.本文在 TTI介质弹性波精确频散关系的基础上,利用近似配方法推导了 qP波和 qSV波近似频散关系,通过傅里叶逆变换推导了 TTI介质 qP波和 qSV波解耦的波动方程.为了验证近似频散关系的有效性,利用两组模型参数对其进行数值计算,分析了相对误差在不同传播方向上的分布.随后使用有限差分方法分别对均匀、层状及复杂 TTI介质弹性波近似解耦波动方程进行数值模拟,结果显示 qP波和 qSV波完全解耦,并且在各向异性参数η＜0 以及介质对称轴倾角变化较大的情况下,纯 qP波和纯 qSV波近似波动方程依然可以保持稳定.     

带正则化校正的TTI介质qP波方程及其逆时偏移方法和应用

各向异性研究对地下介质精确成像有着重要的意义,在当前计算机硬件迅速发展及宽方位地震数据采集日益普遍的情况下,成像必须考虑介质的各向异性.逆时偏移是基于双程波动方程的较为精确的数值解的成像方法,所以相对于其他地震成像方法,它具有很大的优势,譬如不受反射界面的倾角限制、偏移速度结构合适时能够使回转波及多次波正确成像.在各向同性介质中,可使用标量波方程来模拟波场.而在各向异性介质中,P波和SV波是相互耦合的,即不存在单纯的标量波传播,通常利用能代表耦合波场中P波分量运动学特征的拟声波(qP波)进行偏移成像.本文中,我们推导出了TTI介质下qP波控制方程.该方程可采用显式有限差分格式进行求解.通过声学近似,若沿对称轴方向的剪切波速度为零,对于对称轴方向不变且ε≥δ的模型来说,可得到稳定的数值解.但对于TTI介质来说,由于沿对称轴方向各向异性参数是变化的,声学近似会引起波场传播及数值计算的不稳定.因此,我们提出了正则化有限横波的方法,很好地解决了这一问题.最后,给出了Foothill模型的测试结果及某探区实际资料试算结果,展示了采用这个方程进行复杂TTI模型正演和高质量逆时偏移成像结果,证实了该方法的正确性和实际资料应用中的有效性.     

忽略TTI介质对称轴倾角的可行性

假设横向各向同性(TI)介质的对称轴是垂直的(VTI)或者水平的(HTI)能给实际资料处理带来便利,然而实际TI介质的对称轴往往是倾斜的(TTI),忽略对称轴倾角可能给各向异性参数提取和成像带来偏差,因此需要研究是否能、以及什么条件下能忽略TTI介质对称轴倾角.本文通过理论研究和数值分析研究了与TTI介质弹性性质最接近的VTI介质(OAVTI)的弹性常数和各向异性参数与原TTI介质的弹性常数和各向异性参数之间的联系与差别.结果表明:OAVTI介质各向异性参数与原TTI介质各向异性参数之间的差别可统一表示成F(α₀/β₀,ε,δ,γ)ξ²的形式,其中F(α₀/β₀,ε,δ,γ)是无量纲各向异性参数(ε, δ, γ)的线性函数,ξ是对称轴倾角;ξ的大小对各参数的误差起主导作用,一般不建议忽略20°~25°以上的对称轴倾角;当ξ较小时,即使是对强各向异性的TTI介质作VTI近似,引起的P波各向异性参数误差也很小,因此在纵波资料处理中忽略TTI介质对称轴倾角通常是可行的;即使在小ξ条件下,倾斜对称轴对SV波也有显著影响,因此在转换波资料处理中,不建议忽略TTI介质的对称轴倾角.本文的研究为分析忽略TTI介质对称轴倾角的可行性提供了理论依据和简便的判据.     

怀来、 延庆及其周边地区地壳 介质各向异性研究

提出了利用人工爆破P波走时反演地壳介质方位各向异性参数的方法. 在假定介质是弱各向异性介质的情况下, 使用扰动理论得到了线性化的反演公式, 其中待反演的弱各向异性参数是P波走时的线性函数. 如果在反演公式中参考走时取相同震中距接收点的P波平均走时, 那么所获得的弱各向异性参数与参考介质速度的选取无关. 反演得到的弱各向异性参数可以看作是不同震中距和不同深度范围内介质的等效弱各向异性参数. 等效弱各向异性参数在一定程度上反映了不同深度范围内水平方向相速度随方位的变化. 这种变化可能是不同时期构造应力作用的结果. 2007年中国地震局在首都圈怀来地区实施了一次大吨位人工爆破实验, 以爆破点为中心, 布设了高密度的地震观测台网和台阵. 台站相对于爆破点具有360°的全方位覆盖, 所得到的地震记录数据为研究怀来、 延庆地区地壳介质P波方位各向异性提供了必要条件. 我们通过走时反演获得了与水平方位相关的弱各向异性参数, 并对弱各向异性参数进行坐标变换, 得到了能够直观描述岩石弱各向异性的具有水平对称轴的横向各向同性介质, 给出了对应的3个独立弱各向异性参数及其对称轴方位, 讨论了介质各向异性与构造应力场的关系. 结果表明该地区地壳介质存在明显的方位各向异性, 其最大值约为4.6%.      

一种TI介质纯qP波正演方法及其在逆时偏移中的应用

基于Tsvankin提出的精确频散关系,利用近似展开的方法,推导出解耦合的TTI介质纯qP波近似方程,并将方程中的偏微分算子分解成一个laplace算子和一个标量算子,用于代表qP波的精确传播方向,构建时间域二阶纯qP波方程.此推导过程无需设置横波速度为零,能够更加精确地描述qP波的运动学特征.这个方程相比于求解波数域二阶解耦qP波方程,计算效率高,存储需求小;相比于基于Alkhalifah频散关系推导的时间域二阶纯qP波方程,假象干扰压制好,数值误差小,更具一般性.但此方法求解波矢量时采用波场梯度一阶渐近近似,会造成垂直于对称轴方向的波场振幅不准确.为了较正振幅,将椭圆分解方法应用于此方程中,构建纯qP波椭圆分解方程,使得振幅更加均衡,并与Xu等提出的方程比较分析,应用本文构建的纯qP波椭圆分解方程得到的波场振幅值更加准确.本文首先选取了均匀TI介质模型进行了qP波正演模拟,并抽取波场单道波形进行振幅分析,验证了本文构建的纯qP波方程和纯qP波椭圆分解方程的正确性及有效性;然后选取BP TTI模型进行了qP波正演模拟,将其qP波正演结果和均匀TI介质模型振幅分析结果相结合,突出了本文构建的纯qP波椭圆分解方程的优势及适应性;最后选取逆冲模型和BPTTI模型,应用本文构建的纯qP波椭圆分解方程对其进行逆时偏移成像,验证了本文构建的纯qP波椭圆分解方程在逆时偏移中的可行性和适用性.     

Interval anisotropic parameter estimation from walkaway vertical seismic profiling data

This paper presents a new explicit method for the estimation of layered vertical transverse isotropic (VTI) anisotropic parameters from walkaway VSP data. This method is based on Dix‐type normal moveout (NMO) inversion. To estimate interval anisotropic parameters above a receiver array, the method uses time arrivals of surface‐related double‐reflected downgoing waves. A three‐term NMO approximation function is used to estimate NMO velocity and a non‐hyperbolic parameter. Assuming the vertical velocity is known from zero‐offset VSP data, Dix‐type inversion is applied to estimate the layered Thomsen anisotropic parameters ?, δ above the receivers array. Model results show reasonable accuracy for estimates through Dix‐type inversion. Results also show that in many cases we can neglect the influence of the velocity gradient on anisotropy estimates. First breaks are used to estimate anisotropic parameters within the walkaway receiver interval. Analytical uncertainty analysis is performed to NMO parameter estimates. Its conclusions are confirmed by modelling.     

Estimation of Thomsen＇s anisotropic parameters from walkaway VSP and applications

Estimation of Thomsen＇s anisotropic parameters is very important for accuratetime-to-depth conversion and depth migration data processing. Compared with othermethods, it is much easier and more reliable to estimate anisotropic parameters that arerequired for surface seismic depth imaging from vertical seismic profile （VSP） data, becausethe first arrivals of VSP data can be picked with much higher accuracy. In this study, wedeveloped a method for estimating Thomsen＇s P-wave anisotropic parameters in VTImedia using the first arrivals from walkaway VSP data. Model first-arrival travel times arecalculated on the basis of the near-offset normal moveout correction velocity in VTI mediaand ray tracing using Thomsen＇s P-wave velocity approximation. Then, the anisotropicparameters 0 and e are determined by minimizing the difference between the calculatedand observed travel times for the near and far offsets. Numerical forward modeling, usingthe proposed method indicates that errors between the estimated and measured anisotropicparameters are small. Using field data from an eight-azimuth walkaway VSP in TarimBasin, we estimated the parameters 0 and e and built an anisotropic depth-velocity modelfor prestack depth migration processing of surface 3D seismic data. The results showimprovement in imaging the carbonate reservoirs and minimizing the depth errors of thegeological targets.