随机弹性介质中地震波散射衰减分析(英文)

地震波衰减一直是许多学科研究的热点,因为可以反映介质的特性。导致地震波衰减的因素很多,如:传播过程中由于能量扩散导致的几何衰减,固体岩石内部晶粒间相对滑移导致的摩擦衰减,岩石结构不均匀引起的地震波散射衰减。本文主要从统计的观点出发,通过多次数值模拟的方法研究纵波散射在随机弹性介质中所引发的衰减。首先用随机理论建立了二维空间随机弹性介质模型,然后用错格伪谱法的数值方法模拟了波在随机介质中的传播,再通过波场中虚拟检波器的记录,用谱比法估计了弹性波在随机介质中的散射衰减。不同非均匀程度随机弹性介质中的数值结果表明:介质不均匀程度越高,散射衰减越大;在散射体尺寸小于波长的前提下,不同散射体尺寸的计算结果说明:散射体尺寸越大,弹性波衰减越明显。最后提出了一种不均匀孔隙介质中流体流动衰减的方法。通过对随机孔隙介质中地震波的总衰减和散射衰减分别进行了计算,并定量得出了随机孔隙介质中流体流动衰减,结果表明:在实际地震频段下,当介质不均匀尺度101米量级时,散射衰减比流体流动衰减要大,散射衰减是地震波在实际不均匀岩石孔隙介质中衰减的主要原因。     

一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移

地下介质通常具有黏滞性,地震波在地下介质的传播过程中将不可避免地伴随着振幅衰减和速度频散,进而影响地震成像的准确性和分辨率.基于黏滞介质的衰减补偿逆时偏移能沿地震波的传播路径恢复其所经历的振幅衰减和相位畸变,有效提升成像效果.然而,由于地层对地震波的吸收衰减效应呈指数变化,衰减补偿过程中高低频分量的非同步增长易导致补偿算法数值不稳定.为此,本文提出了一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移方法.该方法基于解耦的常Q分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程描述地震波在地下介质中的传播效应,将振幅正则化因子引入该方程的时间-波数域的解析解中,以确保在补偿过程中地震波场能稳定延拓.二维、三维合成数据以及实际资料的偏移算例均证实了该方法的可行性和有效性,所提出的方法能有效地处理衰减补偿中的不稳定问题,明显提升地震资料的偏移成像质量.     

品质因子的尾波测定方法讨论

品质因子是定量刻画地震波传播过程中能量衰减情况的特征参数.理论上可根据观测台站记录的具有相同射线路径的地震波尾波品质因子的时间动态变化特征来探讨其与地震孕育过程间的关系,但实际上由不同地震的尾波测量得到的品质因子对应于不同的地震波射线路径,品质因子的时间变化除了与区域应力场的变化因素有关以外,还与区域介质的横向和纵向非弹性程度和散射波波阵面围成的椭球体的范围有关.本文根据前人研究结果并结合具体实例讨论了品质因子与地震震源距及不同流逝时间的关系;讨论了品质因子与频率变化的关系;提出了对不同地震采用不同流逝时间的尾波测定品质因子的方法.改进后的品质因子测量方法可有效去除由于不同地震或同一地震的地震散射波在纵向介质中穿透深度的不同而导致的对品质因子测量结果的影响,从而有利于捕捉到品质因子的异常变化特征与地震孕育过程的关系.     

地震学百科知识(十二)——地震波散射

正广义地说,由地球介质的任何三维非均匀性引起的地震波场畸变均可称为地震波散射。不过,通常地震波散射是指由地球小尺度(与波长相比)非均匀性引起的、不适合用射线理论(几何射线)研究的地震波场畸变现象。例如,波场传播方向的偏折和分裂,P波和S波的相互转换,地震尾波的产生,地震波的走时和振幅横跨观测台阵的随机起伏变化等。1地球介质的不均匀性及地震波散射随着对地球结构认识的深入,经典的球     

基于Low rank近似的黏弹性介质衰减补偿微地震逆时定位与裂缝成像

真实地下介质具有黏弹性,地震波在传播过程中会发生耗散与频散.忽视黏弹性介质的吸收衰减效应,逆时延拓过程中地震波将会出现振幅减弱、相位失真等现象,无法准确定位震源真实位置,因此需要对黏弹性介质中传播的波场进行衰减补偿,并通过采用合适的成像算子对微地震震源进行定位与裂缝成像.本文基于耗散与频散解耦的分数阶黏弹性波动方程模拟波场,采用low rank分解近似混合域算子,分离衰减相关项并反转耗散项符号,并在补偿的衰减项波场的波数域中进行低通滤波,压制噪声的影响;使用优化后的成像算子进行微地震震源定位,并通过分离散射波场,对散射波进行逆时反传寻找裂缝.数值实验证明,本文方法通过low rank近似有效提高了计算效率,衰减补偿算子在滤波器约束下能够稳定地补偿反向延拓的波场,优化后的成像算子能够在压制随机噪声的同时进一步提高计算效率和定位分辨率.     

地震多级散射波正演模拟方法

地震波在穿越地下散射体群时会产生多级散射波,分析其地震响应特征,可推断散射体的分布情况和性质。本文从二维标量波动方程出发,结合地震散射理论和波恩近似理论,推导了多级散射波方程。在此基础上,采用高阶有限差分法对双点散射体模型和复杂散射体模型进行数值模拟,分析了多级散射波的传播规律和波场特征,并通过抽取多级散射记录和各级散射记录的单道记录与参考单道记录的对比,验证了本文推导散射波方程的准确性。      

虑传播效应的多波保幅AVO正演(英文)

传统的AVO正演只考虑了单一界面的反射系数对地震波波场振幅的影响,忽略了地震波在介质中传播的各种传播效应。通过引入地震波在介质中传播的几何扩散、吸收衰减以及透射损失等传播效应,提出了基于射线理论的水平层状介质多波保幅AVO正演方法。推导了水平层状介质多波几何扩散校正公式,来描述多波在介质中传播的几何扩散效应。通过直接引入复旅行时,而无需借助复速度,建立了复旅行时与品质因子的关系,来描述粘弹介质的吸收衰减。直接求解Zoeppritz方程计算多波的透射系数,用于描述多波在介质中传播时的透射损失。数值计算表明,几何扩散、吸收衰减以及透射损失对多波振幅的影响是随偏移距变化而变化的,多波保幅AVO正演需要考虑波传播效应对反射波振幅的改造。     

粘弹性VTI介质地震波模拟特征分析

本文首先利用有限差分法分别对弹性和粘弹性VTI介质进行地震波传播数值模拟,并针对波场快照和波场记录特征,分析不同品质因子组合对波场能量衰减和频率吸收作用的影响.结果表明：对应于膨胀滞弹性形变的品质因子变化主要影响qP波的能量衰减;对应于剪切滞弹性形变的品质因子变化主要影响qSV波的能量衰减;对于qSH波,两个品质因子分别对应于垂直和水平方向的能量衰减;品质因子较小时,qSV波和qSH波的频率向低频方向移动,qP波频率变化不明显.     

基于拟微分算子的横向各向同性介质黏声波方程

由于地层的各向异性与黏滞性,地震波在传播过程中表现出方向上的各向异性和振幅值的吸收衰减特征.若简单地将地下介质视为各向同性,实际地质结构的地震波响应可能会被曲解,甚至忽略了有效信息.为了得到深部储层的高精度成像,本文将标准线性固体模型(SLS)扩展到各向异性介质中,并结合各向异性拟声波方程,推导出时间空间域的各向异性介质黏声波方程组,该方程中用伪微分算子来表述地震波的衰减特征.在逆时偏移的过程中,为了解决高频不稳定问题,文中通过引入规则化算子来构建稳定的逆时传播算子.模型的正演模拟表明该方程既能准确的描述各向异性介质下的标量波的传播规律,又能体现地层的吸收衰减效应.     

基于高阶广义标准线性体模型的三维黏弹性介质弹性波正演模拟

吸收衰减是地震波在实际地球介质中传播的固有特征.在实际应用中,通常假设表征吸收衰减特征的品质因子Q在地震频带范围内不随频率变化.高阶广义流变模型能够在时间域内精确的表征品质因子Q不随频率变化的特征,为黏弹性介质波动方程精细模拟奠定了基础.基于广义标准线性体模型理论,采用最小二乘拟合方法对Q值不随频率变化特征进行拟合,分析了不同阶次广义标准线性体模型对黏弹性介质Q值特征的拟合程度,在权衡计算精度和三维计算量的基础上,确定了五阶广义标准线性体模型并建立了相应的三维黏弹性波的速度-应力方程,结合CFS-PML边界条件开展了高精度三维黏弹性波正演模拟.通过均匀介质正演模拟,验证算法的正确性,明确了地震波的传播时的吸收衰减特征,对三维盐丘模型进行数值模拟,表明了五阶广义标准线性体可以精确的模拟黏弹性介质地震波吸收衰减特征.     

北京及其邻区Q值分布特征的研究

地震波通过地球介质时,由于实际介质並非完全弹性,因此,地震波的振幅除了因波阵面的几何扩散而减少外,还有因介质内摩擦等因素造成的吸收而使地震波的振幅随距离而减小。研究地震波在地球介质中的衰减特性,对研究震源本身及其周围环境都很重要,归纳起来有以下几方面的意义: 1.用于解决一系列与地震波在实际地球介质中传播有关的地震问题;     

各向同性介质中射线理论与有限差分地震波场模拟方法比较研究

地震波场数值模拟不仅是研究复杂地区地震资料采集、处理和解释的有效辅助手段,而且是研究地球深部精细构造和地球深部探测的有效工具.射线理论和波动方程理论是地震波场数值模拟的理论基础.射线理论主要刻画地震波在介质中传播的走时场、地震射线等运动学属性;波动方程理论通过求解波动方程来描述地震波在介质中传播的弹性动力学响应(能量衰减、相位特征、偏振属性、以及全波形等).基于波动方程理论的波场数值模拟由于能够引入丰富的波场信息,使得人们对不同介质中地震波的传播过程有了较全面的了解.本文以二维层状均匀介质模型为例,通过射线追踪法和交错网格有限差分法模拟得到的波场快照图、单炮地震记录剖面、合成理论地震图的分析比较,不但对地震波在各向同性层状均匀介质中的传播规律和特点有了深刻的理解和认识,同时又可以相互验证两种不同方法的正确性和有效性.     

零偏VSP反演Q值CFS方法及影响因素研究

当地震波在地层中传播时,能量的衰减是传播介质非弹性性质的反映.这种介质所固有的衰减特性通常用品质因子(Quality Factor, Q)来描述.本文基于地震波在传播过程中主频降低的衰减特性,利用质心频率偏移法(Centroid Frequency Shift,简称 CFS)对零偏VSP正演模型进行Q值计算,分析薄层、上下行波场、频带宽度、反演波速、震源位置等因素的影响.模型结果显示:CFS法比频谱比法、振幅衰减法能更加准确识别薄层界面,可准确反演出厚度10m的地层;上行波场的加入降低反演结果准确度,尤其对高Q值层;当有效波频带增宽时,高频部分衰减明显,Q值反演结果接近理论值;反演波速误差对反演准确性影响很大.最后,利用CFS对实际井旁地面地震资料进行Q值反演,反Q滤波后其主频由25Hz提高到35Hz,分辨率得到改善,证明了CFS方法的实用性.     

非均匀各向异性介质中弹性波的传播

平面波分解法是研究地震波场简捷有效的方法,各种复杂的波场可用平面波合成的方法得到．文中采用平面波方法研究非均匀各向异性介质中的弹性波．对时空域非均匀各向异性介质波动方程,运用f-k变换,可得到频率空间域波动方程(Christoffel方程)．利用非均匀各向异性介质中,弹性参数及其空间变化率与Christoffel矩阵元素关系,提出非均匀各向异性介质Christoffel矩阵方程的求解方法,并运用于非均匀TIV介质和非均匀EDA介质．在连续介质条件下,当波沿速度增加方向传播时,振幅的方向导数小于零,即振幅衰减;当波沿速度减小方向传播时,振幅的方向导数大于零,即振幅增强．波的振幅强度是传播方向的函数(各向同性条件下也是如此),但并不总是衰减．若只研究波沿速度增加方向传播的情况即得出波在连续介质中传播振幅衰减的结论是不全面的．      

地震逆散射偏移与反演综述

随着油气勘探领域逐渐向深层、复杂型、隐蔽性油气藏转移,油气资源的勘探难度越来越大,传统反射地震勘探技术难以满足日益增长的油气勘探需求,亟需发展适合复杂地质构造的地震波偏移反演新技术.针对地球深部非均匀结构体引起的地震散射波,发展地震逆散射偏移反演理论和技术将有可能解决复杂构造成像反演的技术难题.本文回顾地震波逆散射偏移反演理论的发展历史和基本原理,以逆广义Radon变换求解线性化逆散射问题为基础,介绍逆散射理论在介质结构成像、物性参数反演、多次波衰减等方面的技术延伸,同时将其应用到合成数据和实际数据资料,探讨地震勘探逆散射方法的技术优势和应用潜力.     

衰减补偿的黏弹性最小二乘逆时偏移

地震勘探是发现和认识油气藏的重要方法,随着国内油气勘探领域、勘探对象的日趋复杂化,油气勘探迫切需求地震成像的精准度、分辨率和保真度的大幅度提升.相比于常规逆时偏移方法,最小二乘逆时偏移成像有较少的伪像,成像振幅均衡,成像分辨率高.目前常用弹性最小二乘逆时偏移方法来对地下介质进行成像.但由于地下介质通常表现出黏弹性性质,在含油气地层中表现尤为明显,若忽略地下介质的吸收衰减作用,地震波传播中的振幅衰减和频散累积将会影响成像的振幅和相位,进而降低成像分辨率,致使地下构造定位不准.本文基于标准线性体模型的黏弹性波动方程,提出一种衰减补偿的黏弹性最小二乘逆时偏移成像方法,推导了准确的黏弹性最小二乘理论框架下的偏移算子、反偏移算子、步长,并给出了算法的数值实现流程.通过对层状模型和Marmousi模型进行测试,得到本文提出的黏弹性波最小二乘逆时偏移方法的成像结果和收敛速度,并与其他方法的测试效果进行了对比.结果表明,黏弹性最小二乘逆时偏移方法能够准确地归位包含强衰减的多分量地震记录,能够有效避免弹性波最小二乘逆时偏移成像错误的反射层位置,压制成像噪声,收敛速度快,成像精度高.     

弹性波逆散射微扰论

本文将普遍声逆散射微扰论应用于弹性波层析成像问题,在Born变换下推出了以旋转角为补偿参数的各阶微扰重建公式,实现了对非均匀各向同性散射体内3个参数（质量密度ρ和两个Lamé系数λ,μ）的同时重建. 对于层析成像问题,在弹性波的传播过程中P波与SV波有耦合,但它们不会和SH波发生耦合,于是可以得到3个形式相对简单的标量方程. 在Born变换下,在散射波中引入微扰参数,将散射体的3个参数分别按该微扰参数展开,然后利用二维自由空间的Green函数分别得到散射的P波、SV波和SH波的积分表示. 最后,经一维傅氏变换后,得到Born变换下散射体3个参数的各阶微扰重建公式.     

基于分数阶时间导数的黏弹性衰减VTI介质中平面波传播

目前在地震勘探频带范围内通常假设品质因子Q与频率无关,且呈衰减各向同性.事实上,相比较速度各向异性,介质的衰减各向异性同样不可忽视.本文将衰减各向异性和速度各向异性二者与常Q模型相结合,建立了黏弹性衰减VTI介质模型,并基于分数阶时间导数理论,给出了对应的本构关系和波动方程.利用均匀平面波分析和Poynting定理,推导出准压缩波qP、准剪切波qSV和纯剪切波SH的复速度、相速度、能量速度以及品质因子的解析表达式.对模型的正确性进行了数值验证,并分析了qP,qSV和SH波在介质中的传播特性.数值试验结果表明:本模型能够实现理想的恒定Q行为,表现了品质因子和速度的各向异性特征,显示出黏弹性增强将导致能量速度和相速度的频散曲线变化剧烈;速度和衰减各向异性参数与传播角度之间的耦合效应对qP,qSV和SH波的速度和能量影响明显;qP,qSV和SH波的频散曲线和波前面随着衰减各向异性强度的改变发生显著变化,其中耦合在一起的qP和qSV波变化趋势相同,而SH波与它们呈现相反的变化规律.本研究为从常Q模型角度分析地震波在衰减各向异性黏弹性介质中的传播特征奠定了理论基础.     

地震波散射:理论与应用

传统的球面对称(或层状构造)地球模型正经历着一场革命。地球被揭示从地壳、地幔到地核到处都呈现多尺度的横向非均匀性。这些具有不同尺度的非均匀体对地震波具有不同的效应。速度和密度的非均匀体能改变波形,引起走时和振幅的起伏以及产生直达波的视衰减。地球岩石层的非均匀体还能产生P尾波、S尾波和Lg尾波等。核-幔边界附近的非均匀体能产生对PKP波的散射而成为PKIKP的前驱波,PKKP波的散射波可成为主震相自己的前驱波。近源和近台站的复杂构造可通过共振、散射来改变地震波形。粗糙地形或粗糙界面能造成体波和面波的耦合。地壳内规则排列的裂隙可产生有效各向异性而使S波分裂。由三维非均匀体所引起的地震波的变化,在广义上被称为地震波散射。近十多年来,由于高质量的高频数字地震资料的逐渐增多,对地震波散射的研究在急速发展并引起了越来越多的地震学家、工程学家和勘探地球物理学家的兴趣。本文综述了地震波散射的基本理论和在这一领域各方面的最新进展。其内容大致为:一、地球横向非均匀性的谱及各种散射态式二、地震波散射的研究方法1.理论研究(1)不连续非均匀介质的边界匹配方法(2)弱散射的微扰法(3)高频近似法(4)随机方法和非均匀体的统计特性2.数值模拟和物理模型试验3.野外观测三、弹性波散射的基本特征和标量波近似1.弹性波瑞雷散射2.弹性波瑞雷-甘斯散射3.随机介质的弹性波散射四.地震波散射的表现和应用1.透射起伏2.尾波产生及包络消减3.散射衰减4.核-幔边界附近的散射5.地表地形、近地表结构和深部构造引起的散射6.裂缝散射和有效各向异性7.散射和非线性。     

由地方震测定的林县地区的Q值及其时空分布

一个地区的地震灾害取决于两个因素,即震源和传播地震波的介质特征,而描述地震波在地球介质中的传播特征有两个重要的物理量,一是地震波的传播速度,二是能量传播的衰减,亦即描述介质吸收特性的Q值。地震波衰减快慢与传播路径上的介质情况有很大关系,通过对地震波穿过不同地区的衰减大小的研究,可以了解介质背景。近年来,国