基于声波方程的井间地震数据快速WTW反演方法

WTW(Wave equation traveltime+Waveform inversion)反演是基于波动方程的走时反演（WT反演）和波形反演的联合反演方法.WT反演利用波动方程计算走时和走时关于速度的导数，和传统以射线为基础的走时反演相比，具有不必射线追踪、不必拾取初至、不必高频假设以及初始模型和实际模型差别较大时也能较好收敛等优点，但WT反演与波形反演相比其结果分辨率低.与之互补的是，波形反演的反演结果分辨率高，但是当所给初始模型和实际模型相差太大时，波形反演迭代算法容易陷入局部极小点.可见结合两种方法的WTW反演是一种比较好的联合反演方法.常规WTW迭代算法是首先以WT反演为主反演得到地质模型的整体特征，然后再以波形反演为主反演模型细节，该算法耗时和占用计算机存储空间接近WT反演或波形反演的两倍.为了节省运算耗时和计算机存储空间，往往采取首先单独利用WT反演然后再单独利用波形反演的算法.这样做的缺点是不能紧密结合两种反演方法，使得它们的优缺点在每一次迭代中无法得到互补，从而影响了最终的反演结果.针对以上事实，本文提出一种新的方法实现WTW，使得WTW运算速度和存储空间在任何情况下等同于WT反演或波形反演.模型计算表明新的算法具有更好的收敛性.     

牡蛎壳改性及联合释氧复合材料修复地下水氨氮污染实验研究

为研究以牡蛎壳-释氧复合材料为填料的渗透反应格栅去除地下水氨氮污染的效果及其经济实用性,开展了相关室内实验:采用高温加热方式对牡蛎壳进行改性,通过测定牡蛎壳改性后的比表面积判定其吸附效果;以过氧化钙为释氧化合物,将其与水泥、石英砂/牡蛎壳粒、钙基膨润土以一定比例混合制成粒径约1.8 cm球型释氧材料,采用静态实验研究不同原料配比的释氧材料的释氧性能;最后研究了两种不同粒径牡蛎壳粒-释氧复合材料修复地下水氨氮的效果及不同供氧方式下不同吸附材料修复地下水氨氮的效果及其经济实用性。结果表明:对牡蛎壳粒进行高温改性,牡蛎壳粒高温条件下会产生团聚现象,比表面积随煅烧温度升高呈下降趋势,高温改性方式并不能有效改善牡蛎壳粒吸附性能;实验中制作的释氧材料在95天的实验期间,各实验柱的溶解氧量可以保持在18 mg/L左右,且在嗜碱菌作用下pH值得以有效降低,所制作的释氧材料可为硝化细菌长期在溶解氧低的地下水环境中生长提供氧气;以牡蛎壳-释氧复合材料为填料的渗透反应格栅通过耐碱硝化细菌的硝化作用可以将氨氮浓度从50 mg/L降至约35 mg/L,不同粒径牡蛎壳粒修复效果差异不明显。使用牡蛎壳-释氧复合材料渗透反应格栅长期修复地下水氨氮,不仅可以达到活性炭及沸石作为骨架的修复效果,而且更加具有经济实用性。     

基于非均匀各向同性介质的黏弹性波正演数值模拟

本文基于广义线性黏弹性体,通过引入黏弹性拉梅常量,提出拉梅差异矩阵,给出了非均匀各向同性介质的黏弹性波简化方程.拉梅差异矩阵具有和物性矩阵相似的形式,与弹性、黏弹性物性矩阵之间具有特定的数量关系,体现了黏弹性与弹性物性参数之间的差异程度,可以大大简化方程.并利用该简化方程对SEG/EAGE二维盐丘模型进行了正演数值模拟,将模拟得到的单炮记录和声波、Carcione黏弹性波方程模拟得到的单炮记录进行了对比分析.结果表明该简化方程模拟得到的单炮记录不仅具有较好的效果,而且比Carcione黏弹性波方程计算效率高,与理论分析基本相符.     

地震相干偏移与数据自参照偏移的关系

地震相干偏移和数据自参照偏移是最近几年发展起来的地震成像新方法,并且已在地震勘探研究领域开始应用.该方法在VSP（垂直地震剖面）中的应用尤其值得关注,因为它部分地解决了一些在地面反射地震方法中难以解决的问题.地震相干偏移是用地震数据的互相关处理后的数据进行偏移,而数据自参照偏移则不必在偏移前对数据进行互相关处理,而是通过记录数据中的两个不同部分波场的延拓来互相参照进行偏移.二者的优点都是在偏移运算中可以不考虑原始震源位置、激发时间以及地震波初始传播路径.本文从偏移成像的理论出发分析了这两类算法,发现二者在成像原理上是一致的.本文还通过一个二维VSP多次波偏移的数值模拟实验,比较和归纳了这两类算法在实际应用中的特点.     

北京断陷黄庄—高丽营断层伪随机可控震源地震剖面

位于北京断陷西北边界的黄庄—高丽营断层是区域新构造运动中的一条重要的隐伏断层,本研究利用伪随机可控震源及其高精度反射地震方法,调查了该断层在北京奥林匹克公园段的特征.研究工作首先从理论上分析了可控震源解码原理和抗噪声能力,然后利用三分量波动方程正演指导了黄庄—高丽营断层的野外地震观测,在城市强噪声环境下采集了高精度的地震数据,经过数据处理在该地区第一次得到地震偏移深度剖面.获得的地震偏移深度剖面清晰地显示了黄庄—高丽营断层的位置,地质解释结果为进一步明确剖面上断层两侧新生代地层的厚度提供了依据.     

测井曲线的奇异性特征在高分辨率层序地层学研究中的应用

本文改进了单尺度分数高斯小波变换奇异性分析算法,在原有奇异点位置及奇异性指数探测算法的基础上,实现了对奇异性极性的探测.分析认为测井曲线的奇异性信息具有明确的地质意义：测井曲线中奇异点的位置指示层序界面,奇异性指数的大小与沉积环境间存在一定的对应关系,而奇异性极性信息可用于判断基准面的升降方向.提出了利用不同尺度下测井曲线的奇异性特征来识别和研究不同级次沉积旋回的方法,该方法弥补了常规方法的缺陷,为高分辨率层序地层划分提供了定量分析工具,实际资料的成功应用验证了本方法的有效性.     

基于图形结构的三维射线追踪方法

在地震层析成像研究中,为了克服最小走时射线路径追踪方法存在的问题,对该方法计算过程中的关键步骤进行了改进．在节点走时的计算中引入Ｂｒｅｓｅｎｈａｍ画线算法;在最小走时节点查寻中,结合使用快速排序算法与插入排序算法,替代以往方法中多采用的堆排序算法;所采用的节点设置方式,可以引入速度界面,还可以实现反射波射线追踪．模型计算证明,改进的最小走时射线路径方法具有精度高,速度快的特点,所提出的三维空间反射波射线追踪算法简便易行。     

单轴压缩下含孔脆性材料的力学行为研究

运用材料破裂过程分析MFPA2D系统,在单轴压缩条件下对含单孔和双孔脆性材料破坏过程进行数值模拟。结果表明：原始的萌生裂纹不一定是最后形成宏观贯通破坏的主裂纹。岩石等脆性材料破坏的局部化特征,说明非均匀性是岩石类脆性材料发生局部破裂的根本原因。分析了孔的分布对材料强度以及破坏模式的影响,并给出破坏过程的应力-应变关系。指出了有的孔洞分布会增加应力的集中程度,而有的孔洞分布可以降低应力集中。数值模拟与试验结果具有较好的一致性。     

逆时偏移中波形光滑性分析与波形校正研究

针对RTM成像波形不光滑的问题进行研究,利用简单模型分析了空间、时间采样间隔对成像波形光滑性的影响。结果表明,空间采样间隔对波形光滑性的影响较大,而时间采样间隔的改变并不能改变波形光滑性。利用三次样条插值,在空间上对RTM成像波形进行插值,可以解决波形不光滑问题。通过复杂模型进行验证,也证明了该方法的有效性。同时对RTM成像剖面沿层地震属性(瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位)进行了分析,结果表明波形经过光滑校正后可以提高地震属性的横向空变稳定性。     

基于频率衰减补偿的微地震定位方法

本文分析了不同频率的震源子波在传播过程中频率衰减与传播距离的关系,提出了地震波频率衰减补偿的微地震定位方法.该方法通过对地震波频率衰减的补偿,间接获取微地震事件的道间时差,避免了微地震事件的信号识别与走时拾取,实现了对微地震事件的定位.本文提出了方法的基本原理和计算方法,并通过理论计算和误差分析表明该方法是合理的和有效的.