基于谱元法的各向异性黏弹性介质地震波场模拟和分析

基于谱元法计算理论,通过坐标旋转算法实现任意各向异性黏弹性介质中的地震波场计算,研究复合介质中地震波场特征。根据计算结果,qSV波表现为剪切滞弹性形变,qP波表现为膨胀滞弹性形变;品质因子不仅影响地震波振幅,还影响其传播频率;黏弹性介质吸收高频快,在一定频率范围内,黏弹性介质没有频散现象。     

地层吸收对弹性参数的影响和叠前QAVO反演

地震波在粘弹性介质中传播时会发生衰减,地层的吸收必然会对岩石的弹性参数带来影响。由于地层的岩性变化和储层中含有的流体类型的变化,都会使地层对地震波产生不同的吸收作用,因此品质因子中蕴含着丰富的岩性及流体性质等信息。综合利用地层的吸收特征与地层弹性参数来进行储层预测,会更全面、更可靠地识别有效储层,减少多解性。这里从粘弹性介质的本构方程出发,推导了品质因子与波阻抗的近似关系式,讨论了地层吸收对AVO类型以及对弹性阻抗的影响,最后将地层品质因子融入到叠前弹性阻抗反演过程中,实现了地层品质因子与纵横波阻抗的同步反演,在实际应用中取得了明显效果。     

基于多目标函数的黏弹性全波形反演

全波形反演是勘探地球物理领域兴起的核心技术之一,不但可以构建地下速度结构,也能够反演衰减参数(品质因子Q)模型,有助于识别地下介质类型和构造(如流体和煤层陷落柱),对煤和油气等自然资源的勘探和开发有重要意义。参数串扰是黏弹性全波形反演的关键难点,受速度误差影响,反演的Q模型会包含非常强的串扰噪声。针对该问题,提出了基于多目标函数的黏弹性全波形反演理论与方法,首先通过旅行时反演速度结构,再通过中心频率目标函数反演Q模型,最终使用波形差目标函数同时反演速度和Q模型。由于中心频率主要受衰减影响,因此,可有效减弱速度误差对Q反演的影响。最后,通过数值模拟验证了算法可有效地反演速度和Q模型。     

利用斯通利波反演地层渗透率

以渗透性地层的测井声波传播理论为基础,研究斯通利波反演地层渗透率方法。斯通利波计算渗透率的关键在于如何将其受渗透率的影响因素与其它影响因素分离开来。已采用的计算方法有相速度(或慢度)方法、衰减幅度方法;作者使用的方法是结合相位滞后和衰减变化的测量来计算渗透率。求取渗透率过程有波场分离、正演模拟和渗透率的反演计算3个主要步骤。     

二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究

浅地表低速异常体(如空洞)的精确探测一直是地球物理领域具有重要价值与挑战性的研究课题,对城市灾害评估与复杂条件下煤田地震勘探的浅地表精细建模具有重要意义。面波全波形反演适合浅地表高精度建模,然而在实际应用中仍存在诸多亟待解决的难题。针对面波全波形反演方法中多参数串扰、实际数据预处理、震源子波估计等关键问题,开发了一套完整的瑞雷波多参数全波形反演方法流程,以实现对浅地表空洞的精确探测。该方法中模型的横波速度、纵波速度和密度随反演进程均被同步更新,减弱后两个参数偏离真实值对横波速度反演精度的消极影响。采用伴随状态法构建的拟海森算子对梯度进行预处理以压制地表伪影、增强波场照明,提高对小尺度异常的表征能力。通过褶积因子消除波场正演与实际数据采集的维数差,实现3D波场到2D波场的转换。采用校正滤波方法估计震源子波,并在迭代进程中进行动态估计,以减弱特定参数模型不准确的影响。同时,该方法采用多尺度反演策略,减轻由低速异常引起的目标函数非凸性,提高反演稳定性。合成数据和实际案例测试结果表明,瑞雷波多参数全波形反演方法得到的横波、纵波速度模型、密度模型具有基本一致性,其中横波速度模型准确度最高。实测数...     

频率域位场快速正则化反演界面和物性分布

从理论与模型算例两方面对一种以Ｐａｒｋｅｒ公式为基础的频率域位场反演方法做了进一步深入研究。表明它是一种能够更有效地引入低通滤波因子的迭代方法。与改进的正则化稳定因子相结合，提出新的快速正则化反演方法。除了将其用于反演求解均质界面以外，它也被推广至变物性的界面反演以及物性反演     

气云区全波形反演约束Q场建模技术

复杂的浅层气云使地下波场严重扭曲,地震剖面呈现模糊带,影响工区的构造认识和储层描述。品质因子Q是地震波在地层中的衰减属性,Q深度偏移是考虑了地层吸收衰减的偏移成像技术,是提高气云区成像质量的有效方法;但是当浅层气云和深层底辟构造复杂发育时,常规Q场建模的精度往往不能满足Q偏移精细建模的需求。为解决以上难题,本文创新性地提出了全波形反演（full wave inversion, FWI）约束Q场建模技术思路：基于常规网格层析建立初始速度模型,利用FWI技术精细刻画速度异常进而约束Q模型的建立。这一“常规层析-FWI-Q反演”迭代的技术思路在白云凹陷Q深度偏移成像中得到成功应用,不仅提高了气云模糊区的成像质量,而且避免了油气勘探认识的多解性,证明了FWI约束Q场建模和Q深度偏移技术方法对改善复杂气云发育区的成像有效性。     

基于共轭梯度法的全波形反演

全波形反演是一种全新的地震成像方法,主要利用全波形信息反演地下介质参数,通过非线性优化波场理论值和观测值的残差实现波形反演。基于时间域声波方程,建立了时间域波场残差目标函数,以分层模型为例,分别从波场精度、目标函数收敛性和运行时间3个方面,比较了共轭梯度（Conjugate Gradient,CG）算法和拟牛顿算法（Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,BFGS）反演的效果。同时,应用共轭梯度法对正、逆断层模型和Marmousi模型进行了速度结构反演。反演结果表明:共轭梯度法计算效率较高,反演得到的速度模型精度更高,反演效果较好,是一种有效的波形反演方法。      

频率域位场快速正则化反演界面和物性分布

从理论与模型算例两方面对一种以Ｐａｒｋｅｒ公式为基础的频率位场反演方法做了进一步深入研究，表明它是一种能够更有效地引入低通滤波因子的迭代方法，与改进的正则化稳定因子相结合，提出新的快速正则化反演方法，除了将其用于反演求解均质界面以外，它也被推广至变物性的界面反演以及物性反演。     

基于改进的Kolsky模型波场延拓公式的纵波Q值、横波Q值估计

描述地层吸收作用的品质因子Q作为PP波和PS波联合反演中的一个重要物理参数,对地下岩石物性参数及油气预测起着重要的作用。以改进的Kolsky模型波场延拓物理机制为理论基础,结合Zhang和Ulrych提出的计算层旅行时方法,提出了基于改进的Kolsky模型波场延拓公式的纵波Q值、横波Q值估计方法。该方法是通过不同记录道间振幅谱比对数与频率的线性回归估计出一系列的Q值,然后通过筛选、平均处理得到各层位的Q值。模型试验中,估计出的P波、PS波Q值与理论Q值误差均小于2%,这表明了该方法估计Q值的正确性和估计结果的准确性。将本文方法应用于实际地震资料中,获得了合理的P波Q值估计结果。     

基于BFGS 算法的地层品质因子反演方法

目前,油气勘探已经从简单构造勘探转向岩性勘探,今后勘探的主要地质目标之一是地层--岩性油气藏,Q 值在地层--岩性油气勘探中有重要作用。为较好地估计地层的Q 值,本文提出了基于 BFGS 算法和广义S 变换的Q 值估计方法。通过广义S 变换得到不同旅行时刻的振幅谱,构造一个最优化问题,引入BFGS 算法估计出地震品质因子。该方法可以在整个频带范围内计算振幅谱的互相关系数,避免了频带范围选择的问题,而且收敛速度更快。模拟算例和实际资料处理结果均表明,该方法可以有效快速地估计品质因子,并具有较好的抗噪性。     

反转构造模型的地震波模拟及成像

为了检验由地震剖面解释得出的反转构造的可靠性,探讨反转构造地区在地震数据采集,处理中应采用的有效方法,设计了一个典型的反转构造模型－突起构造。以该模型为基础,针对复杂构造地震波模拟中常见起源频散严重、人为边界反射吸收不理想两个问题,应用高阶差分法以及一种新的边界吸收条件,对反转模型进行了地震波场数值模拟和深度偏移成像处理。采用中心放炮两边接收的观测方式,共模拟了185炮地震记录。研究表明,波动方程高阶差分法是模拟复杂构造模型中地震波传播的有效方法,除了近于直立的断层因难以接收到其反射波而较难成像外,其余的反转断层及其组合在理论上是可以通过合适方法（如Fourier有限差分深度偏移）较好地成像的。     

基于L1正则化的地震谱反演方法

将L1正则化方法应用到地震谱反演的实现中,验证了谱反演方法在拓宽频谱宽度、提高分辨率上的可行性。对谱反演中L1正则化解的稀疏性和应用矩形窗造成结果不稳定的现象做了详细讨论,提出自动选择窗口长度进行谱反演的算法模式,并基于该模式对地震模型进行了试算。该方法有效地拓宽了数据的频谱宽度,提高了反射地震勘探的精度,为薄层的识别和更加复杂的地震勘探提供了一种新的思路。     

波场延拓反Q 滤波的正则化方法

基于波场向下延拓的反Q 滤波是补偿大地衰减效应的一种常用方法,但其振幅补偿的不稳定性限制了该方法在中、深层地震资料处理中的应用。针对于此,提出波场延拓反Q 滤波的正则化方法,该方法不仅较好地解决了地震波能量补偿的不稳定问题,同时对经过品质因子较低地层的深层地震波有着较好的能量补偿效果。模型试验和实例应用均表明: 与常规稳定的反Q 滤波方法相比,基于正则化法的反Q 滤波不仅具有较强的抗干扰能力和较好的振幅补偿能力,而且有效地提高了中、深层地震资料的分辨能力。     

重磁联合反演解释在长白山天池深部构造中的应用

重磁联合反演可以解决火山岩强反射屏蔽作用导致地震深层反射能量弱的问题。为了解译长白山天池深部断裂构造并描述地层形态,笔者依托Oasis Montaj重磁拟合平台,参考地震地质资料建立原始重磁模型,并利用岩性参数作为约束条件进行联合反演解释。根据布格重力异常与地磁法异常分布特点,成功反演了地下8 km基底范围内的地层分布特征,解译了7处断裂分布位置。其中深大断裂位置与地质、遥感研究结果能够良好吻合,并更加精确。     

非均匀弹性介质地震波场伪谱法正演模拟

基于一阶速度—应力弹性波波动方程,利用傅里叶变换将空间导数变换到频率域求解,对介质波场进行正演模拟。本文结合实际勘探中可能存在的地质问题,设计了多种地质模型,包括背斜模型、向斜模型、透镜体模型和断层--侵入体模型等,进行了伪谱法地震波场正演模拟、合成地震记录的实现,并分析了其波场动力学变化特征。结果表明,应用伪谱法对复杂模型的模拟有较高的精度和可靠性,可直接用于辅助地震野外工作设计、反演解释和资料解释等工作。     

逆冲推覆带储层波阻抗反演方法研究

由于在逆冲推覆带上主要发育逆冲断层,其上下盘层位重叠严重、由根部至顶部倾角变化大,影响储层建模的精度。针对这一问题,笔者以三维地震资料为基础,结合钻井资料,利用波阻抗反演技术实现逆冲推覆带的储层预测与评价。波阻抗反演的关键步骤是初始波阻抗模型的建立。通过上下盘分开、将断层转换为层位并与地层层位相融合的建模方法,有效提高了逆冲推覆带初始波阻抗模型的精度;采用上、下盘分开反演方案进行波阻抗反演;利用体融合的方法完成波阻抗反演。经已钻井验证,运用该方法进行的波阻抗反演准确度较高,为逆冲推覆带储层预测和目标评价奠定基础。     

浅海海底表层速度建模技术及其应用研究

浅海海底起伏和速度变化对OBC资料成像质量产生较大影响。建立浅海海底表层速度模型不仅能够解决OBC资料的静校正问题,也可用于海底反射系数计算、双检资料合并、多次波压制等,但是,目前针对浅海海底表层速度建模的研究还不多。文中提出了针对浅海地区OBC资料的海底表层速度建模的三维初至走时反演技术,主要包括:(1)震源位置校正技术。根据地震波在海水中传播特征,把在海水中激发的震源位置校正至海底,使震源和接收点都位于海底,利于初至走时反演计算;(2)快速三维初至走时反演方法。利用回折波走时和射线方程,形成了高效率初至走时反演方法。将该技术应用于胜利油田莱州湾浅海区海底OBC资料的处理中,建立了三维海底表层速度模型,用此速度模型进行静校正,取得了良好的应用效果。     

含煤地层转换波叠后横波波阻抗反演

叠后地震反演方法适用于纵波和横波地震资料的反演,但对转换波地震资料却不适用。为了实现利用转换波剖面得到横波波阻抗信息,通过建立转换波反射系数和横波反射系数之间的关系,直接从转换波地震数据中获取横波反射系数,把转换波叠后波阻抗反演问题转化为横波波阻抗反演问题。基于测井约束反演原理,利用横波反射系数和转换波解释层位建立初始横波波阻抗模型,优选反演处理参数,实现转换波叠后横波波阻抗反演。含煤地层转换波横波波阻抗反演结果,为进一步研究岩性参数比属性奠定了基础。和横波勘探相比,转换波勘探施工方便,工作成本相对低廉,因此利用转换波叠后地震反演获得横波波阻抗,是一种经济的办法。但由于在计算横波反射系数时采用了近似公式,所以反演结果精度会受到一定影响。