地震层析成象

地震层析成象(Seismic tomography)是用地震波描述地球内部复杂的、不均匀的速度和/或衰减结构之图象的技术,它可以使用天然震源(地震)和人工震源(爆破和振动)的地震波。“Tomography”一词为医学家所创,来源于“tomograph”(即“切片图”)——一种受检病人身体某部分的高分辨率二维X射线图象。若干相邻切片图叠加在一起即可得到病体的三维图象,以辨认肿瘤或其它病变。地震层析成象与医学的层析成象有很强的相似性,二者都有来自多源的大量交叉射线从不同方向穿透物体,并被一组接收器所接收。就目前的技术发展水平,地震层析成象是用波速的变化来产生物体的图象,而医学层析成象(或称之为计算机辅助层面成象,或CT扫描)则是由X射线衰减的变化得到的。     

衍射地震CT技术的数值研究

本文首先解决了声波方程的非Born近似的正演计算问题,从而获得理论上不带近似的正演数据;然后,推导了井间（CBP）、垂直地震剖面（VSP）和地面反射（SRP）三种不同的数据采集方式下的衍射CT的重建公式;利用这些重建算法和正演数据,系统地研究了影响到地球物理CT成象质量的三种因素,即:（1）数据采集方式,（2）异常程度和（3）成象区域的尺寸,对重建图象的影响;并比较了衍射地震CT和射线地震CT的成象质量。     

垂直地震剖面的近期发展综述

垂直地震剖面(VSP)是一种小尺度地震勘探方法,具体作法是,将检波器放入井内,记录通过地层的下行波(从地表震源产生的直达波和下行的多次波)和向地面返回的上行波(一次反封波和上行的多次波).这样,由VSP得到的资料包括地下的反针波和透射波,友盖的区域依赖于VSP试验时的几何排列和井附近的构造.木文论述了最近三年中发表的关于地震勘探中的应用以及,补充上Hardage(1983)、Bal比和Lee( 1984)所做的更详细的观测. 当地下构造水平成层而井是垂直的,并且震源接近于井口处时.被VSP记录到的上行波和下行波基本上是垂直传播的,并且通过提供时间一深度曲线和由讨给定区域地下的反升和透封性质的详细分析,VSP能够被用来校准地面记录的地震剖面.这些应用在很大程度上依赖于对信号的处理,如分解上行波和下行波以及研究它们与地面记录的资料之间的关系等. 当地层存在横向变化或者震源与井口存在偏移距时,VSP能够通过提供有关井旁构造的高分辫率的图象来补充地面观刚.近来的研究工作主要集中于通过用共深度点(CDP)叠加和偏移的方法利用反射波来成象.用于反演透扮波走时和振幅的层析成象方法也正在发展,并且当井下排列和有效的井下震源成为可能的时候,它将成为重要的方法.不过,在今后几年中最有意义的进展将是一种可靠的井下三分向仪器的发展,这种仪器有用来确定仪器(放豆)方向和确定仪器与井壁藕合质量的内部装置.     

地球物理绕射层析成象的超声实验

超声实验表明,采用适当的扫描图形及近似的方法,地球物理绕射层析成象技术能够成功地为与周围介质只有4％速度差异的微弱非均匀介质成象。实验是在微机控制的水槽中进行的。采用宽频带检波器测量由物体产生的散射波场。根据图象重构中的畸变情况,比较了Born和Rytov两种近似方法,结果表明,只要由物体引起的相位变化能得到精确的测量及很好的解释,Rytov近似法要比Born近似法的适用范围广一些。文中对扫描图形,如井间、垂直地震剖面及反射等也作了评价,井间的图形在垂直方向有较好的分辨能力。反射法描述物体较近的一边要比较远的一边效果好一些。垂直地震剖面图形在图象重构中产生严重的人为畸变。在我们使用的图象重构的算法中没有考虑由于吸收造成的水下声波的衰减,可能会给结果带来误差。     

衍射CT技术和多源全息成象技术的比较研究

在本文中,我们从理论上比较研究了衍射CT技术和多源全息成象技术,讨论了在弱不均匀介质中多源全息成象技术失真的根源,推导出二维多源全息图象重建的快速算法,利用这些算法和计算机产生的非Born近似的正演数据,系统地研究了异常体的尺寸、异常程度的大小和数据采集方式对重建图象的影响.并且把它与衍射CT重建图象作了数值上的比较,所得到的许多结果（见正文结论部分）对于衍射地震CT技术和多源全息成象技术在生产中的应用有着指导意义.     

物理模型的井间地震数据的卷积反投影成象

作为地下界面成象方法的井间地震层析成象的发展因缺乏真实资料而受到很大限制。对于深度超过数百米的钻井,井间地震资料采集技术尚欠发展,且花费昂贵。超声地震模拟系统的运用部分地弥补了这种数据的不足。由实验室的物理模型获得的超声数据,能够有效地检验井间成象软件。特别地,超声数据已被用于验证井间成象的卷积反投影算法的有效性。结果表明,此算法对噪声的敏感性不及SIRT法,计算上亦更有效。     

陆上纵波源VSP资料中的纯横波

常规陆上VSP(Vertical Seismic Profiling)勘探普遍采用纵波震源激发,三分量检波器接收,主要利用的是纵波和转换横波信息。已有的研究表明,炸药震源在井下激发、可控震源在地面垂向振动,均会产生较强的纯纵波和一定强度的纯横波;泊松比差别较大的分界面有利于形成较强的透射转换横波。本文通过对激发形成的纯横波和下行转换形成的横波进行对比分析,认为纯横波的主频往往低于纯纵波的主频,而下行转换横波的主频通常接近纵波的主频。本文分别对两个陆上纵波源零偏和非零偏VSP资料进行分析,结果表明这些资料中普遍存在纯横波,只是横波的强弱存在不同程度的变化。利用纵波源零偏VSP资料,可以获得横波速度信。最后对VSP纵波和横波联合应用前景进行了分析,应该充分利用纵波源VSP资料中的横波信息。     

井间地震技术在松南油气开发中的初步应用研究

为了研究松南地区陆相砂泥岩薄互层储层岩石物性横向变化、微构造等对油气聚集的影响和探索利用高分辨率井间地震技术直接指示油气分布的可能性,开展了井间地震及地面小三维地震、VSP、测井等立体地震观测．使用了自行研制的井中炸药震源和常规地震记录仪器．采用层析成像方法、反射资料叠前偏移成像方法等对采集到的资料进行研究,得到了不同分辨率的地下构造和岩石物性信息,展示出不同方法技术在分辨薄储层能力上的差异．高分辨率的井间地震成果较好地实现了井间地层对比,查清了两井间储层横向变化和油气分布情况．层析速度与构造信息等的综合应用解释了两井油气产能差异的原因,建立了油气地质模型．所得成果显示出井间地震技术在油气开发中的潜力．     

基于波动方程正演模拟的多尺度地震资料反射特征分析

地面地震、VSP和井间地震等多尺度地震资料在油气勘探开发中发挥着重要的作用,但不同的观测尺度和资料采集处理方式限制了多种资料之间的有效匹配和综合应用.通过对同一地质体模型采用波动方程开展正演模拟分析,进一步开展逆时偏移有利于更好地建立起多尺度地震资料之间的联系与差异.分析表明,地面地震、VSP和井间地震等不同尺度下的观测资料都能在对应的范围内准确反映地质体的地震反射特征,而观测尺度和观测方式的不同则导致多尺度地震资料在分辨率、波场信息丰富程度和观测范围等方面存在差异;正演模拟地震道的时频分析进一步表明多尺度地震资料在时间域和频率域都存在着较好的联系,特别是井间地震和VSP等井中地震资料能够提供更为合理、可靠的高频信息,在提高地面地震资料分辨率方面具有明显的优势,为开展多尺度地震资料的综合研究与应用提供了基础.     

利用模型试验研究井间地震CT成像

随着科学技术的迅速发展,对图象处理的要求越来越高,因而各种图象处理技术应运而生,CT(computcrized Tomography)技术就是其中极为有效的方法之一。在医学上的X射线CT成象技术已取得了很大的发展,而将CT成象技术应用于地球参数的反演成像只是近几年才受到人们的普遍关注,虽然利用CT直接成像进行地震反演取得了一定的成果,但是利用CT技术实现地球参数的直接成象还面临着一定的困难。本文试图应用医学上的超声CT成象技术,作数学和物理模型的地球物理CT成象,寻求地球物理CT成象提高精度和分辩率的途径,探讨关于地震层析成象应用的影响因素和限制条件,当然,由于地球物理反演的复杂性和特殊性,必须把医学CT与基本的地球物理方法结合起来这样,才能充分发挥CT技术的作用。我们对井间地震数据进行地震层析成象研究,这主要是由于井间地震学的研究目前已成为一个有意义的研究课题,与传统的反射地震学相比,它有以下特点: (1) 井中震源和井中检波器可以避免地表风化层,减少高频信号的损失,为提高分辩率打下了物理基础。 (2) 井间地震可以把震源和检波器的排列直接布置在目标层的附近,避免了波在从地面到目标标层漫长的往返传播中所受的损失。这也可以使接收到的地震信号能保留更高频率的有效成分。 (3) 井间地震是从不同的角度来探测目标,可利用直接透射波,这就有可能探测目标的低频成分,并对目标层内的速度分布进行成象,这是地表反射地震学所不能比拟的。     

剪切波分裂的复量分析:实例研究

把复分量分析方法应用于4组剪切波数据:美国克恩县Lost Hills地区四分量单偏移距VSP;巴黎盆地单一震源、二分量多偏移距VSP;Lost Hills地区四分量反射测线二澳大利亚的G~an Creek煤矿煤层内的跨孔测量.在所有上述实例中,分裂的快剪切波(或槽波)的偏振可由地震波特性的色标记录剖面估算.特别是在测线内和测线外震源复分量色标剖面上和源无关的一致性偏振允许可以求得剪切波的偏振涌,而无需旋转仪器和震源的轴.我们的结论是:复分量分析方法有助于由地震剖面识别和估计剪切波的分裂,帮助进行地层解释,并可简化各向异性介质中多分量反射资料的处理过程.     

基于单程波正演模拟的多尺度地震资料特征分析

多尺度地震资料在油藏地球物理中发挥着重要的作用,通过开展单程波正演模拟并对模拟结果进行偏移,有利于深入剖析多尺度地震资料之间的联系与差异.正演模拟表明,地面地震资料、VSP资料和井间地震资料三种尺度的地震资料都是相同地下地质体对应于该观测尺度下的地震波响应特征,差异在于由于观测方式的不同,资料所包含的波场信息丰富程度不一样,反映地质体信息的范围不一样,在分辨能力上具有一定的差异性.地面地震资料具有较强的横向连续性但纵向分辨率低,VSP资料具备比较精确的时深关系,井间地震资料分辨率高但是覆盖范围小,对三种多尺度地震资料开展综合研究有利于更好的揭示地下地质信息.     

工程VSP与地震CT联合探测方法及其在岩土工程的应用

垂直地震剖面（Vertical Seismic Profile,简称VSP）和层析成像（Computerized Tomography,简称CT）方法,不仅能够使用统一的数学方法描述（如射线理论）,并且在其勘探实践活动中完全可融为一体而成为优化技术组合下的高分辨工程物探方法.特别是在井间地震CT数据采集现场施工中,充分利用VSP和井间CT数据采集方式的兼容性和优化观测系统参数设计,几乎可以不增加野外工作费用,就能够同时获取井间地震CT数据和施测孔的逆向VSP数据体.如井中排列多点激发,地面各接收点构成多偏移距逆向VSP道集,并可组成关于孔中各炮点的变偏移距逆向VSP道集.这种高分辨技术组合在近地表大中型岩土洞室工程测试环境中更易于实现.本文简述了工程VSP与地震CT数据一体化观测系统,介绍了联合速度反演初始模型的建立与成像处理流程,给出VSP和CT联合成像方法应用于三峡大坝工程物探检测中的一个实例简介,最后得出相关结论并提出建议.     

地震层析成象技术在测井和地面反射资料集中的应用研究

本文以射线的折射和反射定律为基础,采用阻尼最小二乘法（在CT技术中,常称为SIRT算法）和单井单侧多偏移距的反射资料以及地面反射资料,研究反射波层析成象技术对二维弯曲界面的成层结构进行重构的情况。数字模拟试验表明,本文提出的逐层成象方法对透镜体和尖灭地层的成象颇为有效,反演结果对误差扰动是稳定的。 本文所述的成象方法及处理技术可推广到只用地面反射资料进行地层重构的情形。     

基于伪谱法的VSP逆时偏移及其应用研究

逆时偏移被认为是对地下复杂构造进行成像的精确偏移方法,尤其是能够有效地对回转波、绕射波、多次波等各种波动现象进行成像.近几年来随着并行计算机和存储设备的快速发展,逆时偏移方法备受关注.本文采用伪谱法实现了VSP逆时偏移,该方法不仅实施简便,而且计算效率高,精度好.并运用反周期扩展法来消除伪谱法中特殊的周期性边界效应问题.对VSP绕射点模型进行试算,分析了因覆盖次数不足在近井区产生的假象问题.对地堑模型和半圆隆起模型也获得了较好的VSP逆时偏移成像效果.并分别对VSP全波波场及分离出的上行波场进行了逆时偏移成像,可明显发现直达波在炮点和检波点位置处收敛成像,也产生了很强的成像噪声.最后对某地区实际观测的VSP资料进行了逆时偏移成像,并与Kirchhoff法VSP偏移结果和地面地震偏移结果进行了对比,显示了VSP逆时偏移在近井区成像上的优势.     

井间地震层析成象

多数井间地震走时层析成象法是将震源到接收器间的射线路径近似为直线,但这只有当研究区域速度变化较小时才有效.实际上许多地区都可观测到速度变化达到10—20%以上,引起显著的射线弯曲.虽然在研究井间成象问题时有人已考虑到这一非线性效应.但多数结果并不令人满意.本文提出一种二维射线追踪的迭代反演方法并成功地应用于野外实测数据. 本方法是先进行迭代射线追踪然后来修改速度模型.每次迭代都把在当前模型中经射线追踪计算得到的理论走时与观测走时之差通过线性方程组与未知的速度扰动联系起来,并通过阻尼最小二乘法求出用来修改模型的速度扰动.迭代一直进行到理论走时与观测资料拟合到给定误差,或走时拟合无法再改进时为止.理论模拟表明本方法经几次迭代后就可收敛到正确解. 利用这一方法处理了结晶岩地区的实测井间地震实验数据.地震波的频率范围是1—6.6 kHz,允许的分辨率为几米.得到的速度图象与其它地质和地球物理资料十分吻合.根据求解的速度模型计算出的马斯洛夫(Maslov)理论地震图与实际波形图相当一致,这也有力地验证了本反演方法的有效性.     

反演=偏移+层析成象

广义的地震反演等于同时进行偏移和反射波层析成象。与医学成象法一样,当源与接收器位于研究区周围时衍射层析成象和反演效果最佳。理论研究已表明,用表面地震反射资料反演可求出速度挠动波数谱上的高垂直波数部分,但低垂直波数部分必须分步骤地得出(如速度分析或反射层析成象法)。作者提出了一种非线性迭代反演法。该法不断地修正非常数背景速度,得出了可分别用偏移和层析成象法分辨的全部波数谱。背景速度必须含有反射面以便能提供穿过大地的上行和下行射线路径,从而提供低波数信息。把地表源与隐伏镜像检波器之间看作为下行传播路径;地震检波器与镜像源之间看作上行传播路径。源和接收器的覆盖区效果上与医学成象一样,虽然虚源与虚检波器的深度必须在求反射面深度的反演过程中确定。理论例子证明理论预计是正确的,并且表明即使没有反射面的先验信息也可同时得出反射面位置和层速度。但是通常要求一个初始模型具有好的低波数谱,以保证反演解的整体收敛。     

克希霍夫法VSP多波联合成像

VSP 转换波跟VSP 纵波或常规地面转换波相比,具有较高的分辨率和信噪比,但传统的VSP成像方法只利用了反射P波信息,而把转换波（反射S波、透射S波）以及透射P波当作影响成像质量的噪音.本文给出了一种VSP共炮点道集多分量地震资料克希霍夫法偏移成像的方法.本方法充分利用了多波（反射P波、反射S波、透射P波、透射S波）信息,根据转换点处四种波同时起跳,能量叠加最大的原理,从接收点分别用向绕射点延拓它们的能量,并将其叠加起来,求得的和最大的一点即反射点.通过模型试算和实际资料处理表明,此法成像精度高,信噪比高,且有利于改善剖面的频率特性.     

利用射线追踪作井间层析成象

许多井间地震走时的层析成象解释方法是将震源和接收器之间的射线路径近似为直线,而不管射线路径上速度结构的不均匀性效应。当速度没有多大变化时,这样的近似是有效的。在许多地区观察到的速度横向变化为10—20％,甚至更多,这引起了射线相当大的弯曲。有些工作已经考虑了这种非线性效应,但在应用于井间地震问题时,还没有出现许多成功的实例。在这里我们提出了一个基于二维射线追踪的迭代反演方法,并成功地应用于野外资料。这个解释方法是由迭代射线追踪和更新速度模型来实现的。在每次迭代中,通过一个线性方程组将资料和由射线追踪得到的当前模型的走时差值与未知的速度扰动量联系起来。用阻尼最小二乘法求得这个速度扰动量,并因此更改模型。这个迭代过程一直进行到合成走时和野外资料间的拟合达到给定的误差范围之内,或者直到走时拟合不再有改进为止。我们把这个方法应用于结晶岩中井间试验所得的野外资料(Wong,1983)。地震图的频率范围是1—6.6kHz,允许速度结构的分辨率达到几米的数量级,所得的速度图象与其它地质和地球物理数据符合得很好。     

零偏移距VSP资料层Q反演及其应用研究(英文)

地层品质因子Q的可用于地震资料高分辨率处理,而从VSP资料下行直达波更容易获取准确的地层品质因子。通过对零偏移距VSP资料的监控子波和下行初至波的频谱进行综合分析,仿照Ricker子波频谱的表达式,本文提出了震源子波频谱新的表达式。在震源子波频谱新的表达式基础上,我们介绍了改进的频谱拟合法和改进的谱比法的层Q值反演方法及相应的处理流程。基于本文提出的层Q值反演方法,利用实际的零偏移距VSP资料的下行直达波,反演稳定的层Q值,并用于零偏移距VSP资料及井旁地面地震资料的反Q滤波振幅补偿处理,提高了地震资料的分辨率。