层析成像反演速度建模方法研究

本文应用层析成像反演方法优化叠前深度偏移速度模型。阐述叠前深度偏移速度建模流程,详细介绍利用两种不同层析反演方法来优化深度域的层速度模型,对同一实际地震资料速度模型建立的应用效果表明,在资料信噪比较高的地区能提供准确解释层位信息的前提下,模型层析反演优化后的速度模型精度要比网格层析反演优化后的速度模型更高,且稳定性强。     

非线性AVO反演方法研究

与叠后地震数据相比,叠前地震数据包含有更多的反映地下地层特征的信息,利用AVO(Amplitude Versus Offset,振幅随偏移距的变化)信息通过求解Zoeppritz方程的近似公式,叠前反演可直接得到反映地下岩石特征的弹性参数——密度、纵波速度和横波速度.从本质上讲,叠前地震反演是非线性的,但目前多采用线性近似方法求解,降低了地震反演的精度.本文研究基于Aki-Richards近似公式的非线性叠前反演方法,分析了引起弹性参数非线性反演误差的因素,提出了反向加权系数的方法以均衡各反演参数的系数所引起的响应差异,并把具有较强的非线性搜索能力、能够更好地求取全局最优解的量子蒙特卡罗方法引入到叠前三参数非线性反演,改善了叠前反演的精度.理论和实例试算表明:该方法计算精度较高、稳定性较好.     

P-P波及P-SV波叠前深度偏移速度模型建立方法

针对多波叠前深度偏移速度模型的建立问题,提出在CDP道集上利用互换原理组成伪地集作为叠前偏移速度分析的数据道集,先用叠前时间偏移方法求取层间互不影响的等效偏移速度模型,再用餐前深度偏移方法逐层求取层速度模型．对各层的速度质量、整个速度模型层位结构及速度横向变化,采用人机交互方式进行监控,并在速度叠代中引入全局寻优的遗传算法,使整个速度模型建立过程具有稳定、可靠和可视化的优点．经理论和实际资料处理结果证明,本方法是行之有效的．     

偏移速度分析与速度反演方法评述

本文阐述了各向同性介质中纵波偏移速度建模中的速度分析方法原理及其优缺点,包括常规速度分析、偏移速度分析、层析偏移速度分析以及全波形反演。其中着重阐述了深度域速度建模中的速度分析方法原理及其在实用中的优缺点。最后对深度域偏移速度分析方法进行了展望。     

波动方程法共成像点道集偏移速度建模

叠前深度偏移的成像效果对偏移速度场相当敏感，建立正确的偏移速度场是实现高质量叠前深度偏移成像的关键。首先应用成像精度高的波动方程法叠前深度偏移抽取共成像点道集；然后基于摄动法通过参数化速度函数和改进的剩余曲率分析建立偏移速度误差和成像深度误差的定量关系；最后采用单参数／多参数联合迭代反演实现偏移速度建模。对Marmousi模型的试算结果表明：该方法对复杂地质体具有较强的适应性和较好的建模和成像效果，一般只需分析和控制主要反射层，通过3－4次近代就可以满足精度要求。     

非线性层析反演速度建模技术

深度速度模型的构建仍然是地震成像中的巨大挑战,获得一个精确的深度速度模型和减少深度成像项目周期都是至关重要的。常规层析反演速度建模每次迭代相当于一次线性反演,且需要重新的拾取工作,导致非常耗时,效率低下。本文提出非线性层析反演速度建模技术来建立速度模型。拾取共成像点道集的RMO量,转换到叠前域,作为运动学不变量,通过层析反演迭代进行模型更新。用一个多次的线性反演来逼近一个非线性的物理过程,避免重复的拾取工作,大大提高项目的运转效率。通过实例证明该方法的有效性。     

变背景速度2.5维反散射技术在地震勘探中的应用问题

在三维点源、二维介质构造定义下的Ｂｏｒｎ反散射模型，采用ＷＫＢＪ近似，建立由地震反射数据求取速度摄动量或反射系数（界面）的反演公式，反演效果与深度偏移类似。本文目的是将所反演的反射系数（界面），用作最优拟合参数反演的反射层位约束信息，也可用作深度偏移处理。     

基于角道集的各向异性全局走时层析反演方法

当今的油气勘探工作中,叠前深度偏移成像技术由于其高精度的优点在工业中得到了广泛应用.然而,叠前深度偏移成像质量依赖于速度模型的精度,层析速度反演是实际生产中最常用的速度反演方法之一,传统的全局网格层析反演方法属于反射波层析.它虽然可以全局行反演,但浅层速度的准确性远不如初至波层析反演,并且忽略了误差由浅层至深层的积累以及地下介质的各向异性.除此之外,在缺少层位约束的情况下很难还原出速度模型本来的形态.而基于“层剥离”的各向异性层析反演方法虽然可以减小误差的积累,但其反演效率也大大降低.为此,本文提出了一种基于角道集的各向异性全局层位约束的走时层析反演方法,在计算累计误差的同时全局更新速度模型,并将初至波层析反演出的浅层速度模型融合到了初始速度模型中,提高了模型精度以及全局层析的效率.简单模型试算结果证明了方法的正确性,复杂模型试算结果证明了适用性.     

基于广义模式识别面波基模式频散曲线反演研究

面波多道分析方法(MASW)是获取垂向剪切波速度剖面的一种有效方法。频散曲线反演是MASW中关键的一步。由于瑞雷波频散曲线反演具有非线性、多参数和多极值的特征,这对于常规的局部线性化反演方法是极大的挑战。为此,本文采取确定性的全局优化算法,广义模式识别算法(GPS)对瑞雷波频散曲线进行反演。其原理可以简述为:算法首先通过模式以确定性的方式对目标函数进行采样来搜索一个点序列;然后使序列中每一个点到下一个点的目标函数值逐渐减少,从而使点序列逐渐逼近全局最优解,最后的解便为待求的最优模型参数。为验证GPS的有效性,首先利用设计的3种典型的6层地质模型通过快速矢量传递算法正演模拟产生基模式频散曲线(频率范围为5~101Hz,频率间隔为2Hz,频点数为49),并对理论频散曲线进行反演。反演结果表明,模型的真实值已经被高度精确地重建。说明GPS可以用于实际勘探中的基模式频散曲线反演。为进一步验证GPS的有效性,在吉林大学校园采集瑞雷波实测数据,并提取基模式频散曲线,应用GPS进行反演。反演重建的横波速度剖面与先验的地质信息吻合得很好。理论模型和真实数据的反演结果表明,GPS可以应用在瑞雷波频散曲线非线性反演中。     

用γ道集信息修正偏移速度模型的层析成像法

介绍了利用克希霍夫叠前深度偏移进行CRP速度扫描求取γ道集的快速方法．利用γ道集进行偏移速度分析不需对地下介质模型做任何假定．通过利用对γ道集的解释拾取数据,本文提出了一种新的偏移速度模型修正层析成像方法．对实际数据试算结果表明本方法有效．     

Tomographic velocity inversion for ADCIGs in areas with a rugged surface

Pre-stack depth migration velocity analysis is one of the key techniques influencing image quality. As for areas with a rugged surface and complex subsurface, conventional prestack depth migration velocity analysis corrects the rugged surface to a known datum or designed surface velocity model on which to perform migration and update the velocity. We propose a rugged surface tomographic velocity inversion method based on angle-domain common image gathers by which the velocity field can be updated directly from the rugged surface without static correction for pre-stack data and improve inversion precision and efficiency. First, we introduce a method to acquire angle-domain common image gathers (ADCIGs) in rugged surface areas and then perform rugged surface tomographic velocity inversion. Tests with model and field data prove the method to be correct and effective.     

三维叠前深度偏移速度分析及蒙特卡洛自动层速度拾取

是否能够正确地建立深度域三维速度模型是三维叠前深度偏移成败的关键.本文根据Deregowski循环,利用叠前深度域地震成像对速度模型变化的敏感性,采用偏移迭代逐次逼近最佳成像速度,研究开发了一套快捷有效的三维叠前深度偏移深度域速度模型建立技术.借鉴时间域CDP(共深度点)道集上常规叠加速度分析的策略,在深度域CRP(共反射点)道集上,提出剩余慢度平方谱的概念并建立相应的实现技术.导出深度域中均方根速度与层速度之间的关系;按照串级偏移原理确定偏移循环过程中初始速度、剩余速度及修改后速度之间的关系;采用蒙特卡洛非线性优化算法实现从剩余慢度平方谱中自动拾取层速度,讨论了其地质速度约束条件和蒙特卡洛非线性优化的收敛准则,使得所拾取的层速度模型具有合理的地质意义并获得最佳偏移成像效果.SEG-EAGE理论模型数值试算验证了方法的有效性,在海拉尔盆地霍多莫尔工区,58km2三维资料的速度模型建立并获得满意的三维叠前深度偏移成像.     

三维叠前深度偏移速度分析及蒙特卡洛自动层速度拾取

是否能够正确地建立深度域三维速度模型是三维叠前深度偏移成败的关键 .本文根据Deregowski循环 ,利用叠前深度域地震成像对速度模型变化的敏感性 ,采用偏移迭代逐次逼近最佳成像速度 ,研究开发了一套快捷有效的三维叠前深度偏移深度域速度模型建立技术 .借鉴时间域CDP(共深度点 )道集上常规叠加速度分析的策略 ,在深度域CRP(共反射点 )道集上 ,提出剩余慢度平方谱的概念并建立相应的实现技术 .导出深度域中均方根速度与层速度之间的关系 ;按照串级偏移原理确定偏移循环过程中初始速度、剩余速度及修改后速度之间的关系 ;采用蒙特卡洛非线性优化算法实现从剩余慢度平方谱中自动拾取层速度 ,讨论了其地质速度约束条件和蒙特卡洛非线性优化的收敛准则 ,使得所拾取的层速度模型具有合理的地质意义并获得最佳偏移成像效果 .SEG EAGE理论模型数值试算验证了方法的有效性 ,在海拉尔盆地霍多莫尔工区 ,5 8km2 三维资料的速度模型建立并获得满意的三维叠前深度偏移成像 .     

Residual curvature migration velocity analysis for angle domain common imaging gathers

Pre-stack depth migration velocity analysis is one of the keys to influencing the imaging quality of pre-stack migration. In this paper we cover a residual curvature velocity analysis method on angle-domain common image gathers (ADCIGs) which can depict the relationship between incident angle and migration depth at imaging points and update the migration velocity. Differing from offset-domain common image gathers (ODCIGs), ADCIGs are not disturbed by the multi-path problem which contributes to imaging artifacts, thus influencing the velocity analysis. On the basis of horizontal layers, we derive the residual depth equation and also propose a velocity analysis workflow for velocity scanning. The tests to synthetic and field data prove the velocity analysis methods adopted in this paper are robust and valid.     

角度域剩余深度对剩余速度的敏感性分析

本文针对地震勘探深度域偏移速度建模研究, 利用角度域共成像点道集(ADCIGS)建立了以剩余速度为自变量, 剩余深度为目标函数的关系式, 及目标函数的梯度公式.利用导出的两个公式分别对剩余深度与剩余速度的关系进行了定量分析.通过理论分析和模型试算证明初始速度模型的误差具有方向敏感性, 即正误差较负误差对速度建模迭代收敛更敏感.利用此结论进行深度域速度建模既可以提高计算效率也可以提高建模精度.     

弹性矢量波成像域联合层析反演

在地震弹性矢量波场框架下,推导了多波联合层析速度反演方程以及走时残差与角道集剩余曲率的转换关系式,提出了一种利用成像域角道集更新P波、S波速度的走时层析反演方法.其实现过程可以概括为:将弹性波多分量数据作为输入,基于高斯束实现矢量波场成像并提取角道集,利用层析反演方程求解慢度更新量,最终获得多波联合反演结果.模型试算和实际资料处理验证了该方法的反演效果,能够为弹性矢量波联合深度偏移提供高质量的叠前速度场.     

Migration velocity analysis and waveform inversion

Least‐squares inversion of seismic reflection waveform data can reconstruct remarkably detailed models of subsurface structure and take into account essentially any physics of seismic wave propagation that can be modelled. However, the waveform inversion objective has many spurious local minima, hence convergence of descent methods (mandatory because of problem size) to useful Earth models requires accurate initial estimates of long‐scale velocity structure. Migration velocity analysis, on the other hand, is capable of correcting substantially erroneous initial estimates of velocity at long scales. Migration velocity analysis is based on prestack depth migration, which is in turn based on linearized acoustic modelling (Born or single‐scattering approximation). Two major variants of prestack depth migration, using binning of surface data and Claerbout's survey‐sinking concept respectively, are in widespread use. Each type of prestack migration produces an image volume depending on redundant parameters and supplies a condition on the image volume, which expresses consistency between data and velocity model and is hence a basis for velocity analysis. The survey‐sinking (depth‐oriented) approach to prestack migration is less subject to kinematic artefacts than is the binning‐based (surface‐oriented) approach. Because kinematic artefacts strongly violate the consistency or semblance conditions, this observation suggests that velocity analysis based on depth‐oriented prestack migration may be more appropriate in kinematically complex areas. Appropriate choice of objective (differential semblance) turns either form of migration velocity analysis into an optimization problem, for which Newton‐like methods exhibit little tendency to stagnate at nonglobal minima. The extended modelling concept links migration velocity analysis to the apparently unrelated waveform inversion approach to estimation of Earth structure: from this point of view, migration velocity analysis is a solution method for the linearized waveform inversion problem. Extended modelling also provides a basis for a nonlinear generalization of migration velocity analysis. Preliminary numerical evidence suggests a new approach to nonlinear waveform inversion, which may combine the global convergence of velocity analysis with the physical fidelity of model‐based data fitting.     

高精度混合法叠前深度偏移及其并行实现

叠前深度偏移是复杂构造成像的重要手段.本文基于波场分裂理论,首先给出了波场延拓的一般方程,即一个上下行波的耦合方程组.通常所用的波场延拓方程就是该耦合方程组的特例.根据平方根算子的近似,推导了一种新的高精度混合法偏移方法,用分裂法即可进行计算.通过对一个横向强烈变速模型的叠后偏移及Marmousi复杂构造模型的叠前偏移计算,说明了方法的有效性,精度较高.采用MPI并行编程实现并行计算,提高了计算效率.该方法可用于对横向强烈变速的复杂构造的精确成像.     

高精度混合法叠前深度偏移及其并行实现

叠前深度偏移是复杂构造成像的重要手段.本文基于波场分裂理论,首先给出了波场延拓的一般方程,即一个上下行波的耦合方程组.通常所用的波场延拓方程就是该耦合方程组的特例.根据平方根算子的近似,推导了一种新的高精度混合法偏移方法,用分裂法即可进行计算.通过对一个横向强烈变速模型的叠后偏移及Marmousi复杂构造模型的叠前偏移计算,说明了方法的有效性,精度较高.采用MPI并行编程实现并行计算,提高了计算效率.该方法可用于对横向强烈变速的复杂构造的精确成像.