基于总变分(TV)正则化约束的微地震井下速度模型校正

利用均匀细层速度模型代替声波测井模型作为初始速度模型,利用射孔信号数据对微地震井下监测速度模型进行校正,将不同检波器的P波走时差、S波走时差以及同一检波器的P/S波走时差作为观测数据,反演每层速度值。同时由于采用细层模型作为初始模型,未知数个数远远多于数据个数,采用总变分(total variation)正则化约束反演模型,以获得具有最少等效层位的反演模型。合成数据和真实数据测试显示,利用该方法获取的速度模型,能够对射孔信号和微地震事件进行良好地定位。     

基于模式搜索的微地震速度反演——以渤海K油田为例

无论是井间地震还是水力压裂微地震,都需要知道相对准确的地层速度,笔者提出了一种新的微地震层速度反演方法,即模式搜索算法。首先利用测井资料和地质认识建立初始速度模型,然后拾取射孔记录的地震初至时间。由于有些地震记录激发时间难以确定,因此可利用各地震道之间的时差建立目标函数,最后利用模式搜索算法寻找目标函数最优解。模型试算结果及实际资料的应用都表明,该方法对于参数较少的层状介质模型有比较好的效果,为渤海水力压裂等技术提供一定借鉴意义。     

初至波地震层析成像中自动生成初始速度模型的方法研究

初至波地震层析成像需要给定初始速度模型,给定的初始速度模型很大程度上影响层析反演的质量、反演是否收敛和收敛速度的快慢。使用层析成像反演近地表速度场时,这里提出了一种利用大炮初至时间自动生成初始速度模型的方法。假定大炮初至是由直达波和折射波构成的,然后用折射波法直接求取初始速度模型,该方法生成的初始速度模型可直接由程序自动实现,无需人为干扰。将该方法应用在理论模型和实际资料中,由此产生的初始速度模型采用层析成像技术进行迭代反演,结果表明,该方法建立的初始模型加快了反演收敛速度,反演结果和真实速度模型基本一致。     

数字台网观测资料中sPn震相的测定与应用

对于发生在地壳内的地震 ,sPn具有与Pn震相到时差与震中距无关以及振幅和周期都比Pn大的运动学和动力学特征 ,利用数字台网观测技术的优势 ,将震中距不同的台的Pn震相对齐后可同时测定多台的sPn震相 ,进而测定该地震的震源深度。这种分析和测定方法简捷准确 ,可在台网的日常近震分析中推广应用。     

利用不规则网格地震层析成像研究2008年日本岩手地震及岛弧火山活动(英文)

为了深入了解日本东北俯冲带的地震构造及火山活动,利用布设在日本列岛上密集地震台网所记录到的高质量浅震及深震到时数据,反演求得了该区域地壳及上地幔的三维P波和S波速度结构。为了最大程度地利用地震数据提取模型空间中更为精细的速度结构信息,采用不规则网格模型采进行地震层析成像反演。所得的高分辨率成像结果清晰地显示,2008年岩手地震(M 7.2)位于高低速异常的转换区,而且震源区的地壳介质非均匀性极强。在震源区的下地壳及上地幔顶部存在着明显的低速异常,可能代表了岛弧岩浆和流体在该深度处的储集。研究结果表明,2008年岩手地震的产生受到了来自上地幔楔的岩浆和流体的影响,且这些岩浆和流体与俯冲太平洋板块的脱水作用有着密切的联系。     

高密度速度分析方法在水合物无井约束波阻抗反演中的应用研究

波阻抗反演对水合物识别具有一定的辅助意义。由于地震波形数据缺少低频信息,在地震数据波阻抗反演时,一般要利用测井信息提供低频约束,但在我国南海水合物调查中,由于测井资料少,使得基于模型的波阻抗反演方法受到一定的限制。常用的无井约束波阻抗反演方法采用层速度建立初始模型,但常规速度分析方法密度低、精度不高,导致补偿的低频信息成分不丰富。针对这一限制,这里提出利用高密度速度分析方法获得层速度建立初始模型,该方法利用叠前时间偏移数据,对空间上的每一道,时间上每一个样点都进行分析,尽可能利用了数据的走时,能为阻抗反演提供低频成分更丰富、分辨率更高的初始模型。实际资料处理结果表明,该方法所得到的波阻抗反演结果与水合物特征对应良好,能取得良好的反演结果。     

基于遗传算法与Levenberg-Marquardt算法构建微震速度模型

为在射孔时间未知条件下达到微震速度模型矫正的目的,采用遗传算法交叉互换搜索最优初值和Levenberg-Marquardt算法局部锁定最优解的方式来构建微震速度模型。通过6层层状模型及井下不同数量检波器进行试算,随着检波器数量增加,构建的速度模型准确度越高,当检波器数量增加到20个时,误差约13.4×10~(-3),目的层检波器数量越多,构建目的层速度误差越小,第5层检波器由1增加到3个时,精度提高9.1×10~(-3),并且反演震源与实际震源距离相差10 m,说明此方法在射孔时间未知条件下可以良好构建速度模型。     

基于GPU加速的包络波形反演

波形反演利用地震资料的相位和振幅信息对速度进行建模,是当前分辨率最高的速度估计方法。波形反演对初始速度场具有较高的要求,当初始速度场和真实的速度场相差较远时,容易产生周波跳跃问题。通常在进行速度反演时,采用多尺度方法减轻波形反演的非线性,然而当实际地震资料中缺少大偏移距和低频数据时,多尺度方法不再适用。此外,计算效率也限制了波形反演的应用。因此,这里提出基于GPU加速的包络波形反演来获取包含长波长信息的初始速度场,并提高计算效率。通过对Marmousi模型的测试,验证了方法的正确性和有效性。     

初至波地震层析技术及其在四川复杂地区的应用

近地表速度场的重建是获得准确静校正量的关键。根据实际地震数据的初至波时间建立初始速度模型;采用改进的最短路径射线追踪算法进行正演;利用改进的约束带阻尼联合迭代重建技术(CDSIRT)求解大型、稀疏的方程组来反演近地表的速度场。理论模型和实际资料的反演结果表明,该方法能稳定、快速、准确地重建复杂地区的近地表速度场,建立准确的近地表速度场,从而可计算准确的静校正量,保证复杂地区的构造成像。     

Structuring velocity model of microseism based on genetic algorithm and Levenberg-Marquardt algorithm

为在射孔时间未知条件下达到微震速度模型矫正的目的,采用遗传算法交叉互换搜索最优初值和 Levenberg-Marquardt 算法局部锁定最优解的方式来构建微震速度模型。通过 6 层层状模型及井下不同数量检波器进行试算,随着检波器数量增加,构建的速度模型准确度越高,当检波器数量增加到 20 个时,误差约 13. 4 ×10 －3 ,目的层检波器数量越多,构建目的层速度误差越小,第 5 层检波器由 1 增加到 3 个时,精度提高 9. 1 ×10 －3 ,并且反演震源与实际震源距离相差 10 m,说明此方法在射孔时间未知条件下可以良好构建速度模型。     

基于井数据约束的高精度层析速度反演

测井数据是一种准确可靠的先验信息。在层析反演方程组中加入井数据信息一定程度上提高了反演精度和效率,但仍无法精确描述微幅构造地质体。针对这一特点,笔者提出了基于井数据约束的高精度层析速度反演方法。首先进行常规的井约束层析速度反演,假定测井处的网格速度不更新,建立井约束反演方程组,更新速度场,得到初步的偏移成像结果;然后在此基础上利用测井速度信息约束偏移深度,对更新后的速度场进行速度分析及精细化建模,提高速度建模精度,同时减少了反演迭代更新次数,提高了反演效率。模型试算及实际资料处理结果表明,该方法具有更高的反演精度和计算效率。     

基于逐减随机震源采样法的频率域二维黏滞声波方程全波形反演

全波形反演方法利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下速度结构,具有揭示复杂地质背景下构造与岩性细节信息的潜力。然而,巨大的计算量是阻碍其发展的一个瓶颈问题。为此,研究者们提出了震源编码技术来减少计算量,但是此方法在模型更新过程中会引进随机串扰噪声,降低反演结果准确性。所以,在保证计算精度的情况下,本文提出了采用逐减随机震源采样的方法来高效计算全波形反演问题。笔者将此方法应用于频率域二维黏滞声波波动方程全波形反演,开始了在频率域进行随机震源采样类方法的研究,计算过程中共使用了依次增大的8个频率段;并应用Overthrust模型来验证此类随机震源采样法的正确性。实验结果表明：基于逐减随机震源采样法的反演结果与实际Overthrust模型的拟合误差为0.065 65,而应用基于全部震源的全波形反演方法得到的反演结果与实际Overthrust模型的拟合误差为0.064 64,两者差别不大;但计算用时由740 min减少到291.2 min,即计算效率提高了2.54倍。为了更好地确定方法的有效性,将其应用于Marmousi模型进行试算。模型试算结果表明：基于逐减随机震源和基于全部震源得到的反演结果与实际Marmousi模型的拟合误差分别为0.080 12和0.078 97,相差不大;但计算用时由1 218.9 min减少到274.4 min,计算效率提高了4.44倍。综上,在保证反演精度的情况下,基于逐减随机震源采样法的频率域全波形反演方法大大减少了计算量,具有不可替代的计算优势,并且没有引进随机串扰噪声。     

小生境遗传算法及其在区域速度结构波形反演中的应用研究

利用波数-频率积分法(F-K方法)合成不同震中距、不同方位角的三分量加噪理论地震图,之后采用小生境遗传算法对上述波形进行地壳速度结构的反演,探讨了震中距、方位角及单路径和多路径反演对反演结果的影响。研究表明,运用不同震中距和方位角所合成理论地震图进行波形反演其结果并无明显差异,说明震中距和方位角对波形反演方法的影响很小。尽管单路径反演和多路径反演均能得到较为准确的反演结果,但多路径的反演结果的准确性明显优于单路径。基于小生境遗传算法的波形反演方法是一种十分有效的求取区域一维速度结构的方法,可以为地震定位、震源矩张量反演及精细速度结构反演等研究提供基础资料,具有一定的实用价值。     

基于贝叶斯理论面波频散曲线随机反演

面波频散曲线反演是获得地下横波速度结构的重要地球物理方法。常规基于迭代最小二乘等线性反演方法依赖于初始模型,且存在多极值、容易陷入局部最小、反演精度低等问题。基于贝叶斯理论的随机反演方法是一种可以融合先验信息的非线性反演方法,该方法无需人为给定初始模型,仅利用先验信息对模型进行随机采样,根据概率分布筛选接受合适的后验概率密度估计结果,可达到对细节信息的准确估计。本文针对瑞利面波频散曲线,提出了基于GPR数据先验资料约束的贝叶斯马尔科夫蒙特卡洛(MCMC)随机反演方法,通过随机改变模型参数并计算其频散曲线与实际频散曲线的似然函数来选择是否接受新的模型参数,不断重复此过程,最终得到与实际频散曲线拟合效果最佳的最优解以及横波速度解的后验概率密度分布。通过理论模型以及实际数据反演测试,验证了该方法与常规无约束的随机反演相比,可以有效地提高反演速度和反演精度。     

微地震技术在农安油页岩靶区的应用

微地震初至时间拾取是微地震资料处理过程中的一个重要步骤,也是地层速度模型建立的重要依据。为提高拾取精度,本文提出一种新的自动拾取初至时间的方法,计算三分量地震数据的小时窗协方差矩阵特征值,将其作为特征函数引入到STA/LTA能量比法当中,从而实现自动拾取初至时间,并结合P波时差法完成震源定位。理论模型及农安浅井油页岩水力压裂试验的微地震资料处理结果表明,该方法可以有效地拾取微地震初至时间并实现震源定位。     

山地复杂障碍区下煤层准确成像混合震源采集技术研究与实践

山区复杂障碍区的模型正演表明,利用井炮采用常规恢复性放炮(或重复放炮)进行数据采集,因在障碍区相应部位失去中小偏移距数据,不仅不利于单炮静校正分析及浅层速度模型的建立,同时受其影响,深部煤层反射波也难以得到准确的空间归位。通过实例分析发现,在复杂障碍区内,可根据目地(的)层埋深采用非炸药震源(机械震源、锤击等)进行混合震源数据采集克服这一难题。混合震源采集既可准确获得障碍区相关静校正分析数据,实现浅层速度模型的反演与重构,又可对混合震源采集资料利用多域联合保真去噪、子波一致性、振幅一致性等技术进行保真、保幅处理,克服混合震源资料在相位、频率、信噪比、能量等方面的差异,实现复杂障碍区下深部煤层反射波准确的空间归位及精细成像。     

基于组合震源编码的多尺度全波形反演方法

全波形反演(full waveform inversion, FWI)是目前精度最高的一种速度反演工具,通过迭代反演得到高精度的地下构造,为叠前成像技术提供更准确的速度场,满足目前勘探开发日益复杂的需求。但FWI需要估计精确的震源子波,而从野外采集的地震数据提取子波是非常困难的,此外,反演过程中,模型参数与观测数据存在强的非线性关系,容易产生周波跳跃现象。针对中低波数反演过程中存在周波跳跃现象与地震子波难提取的问题,本文构建了一种基于组合震源的多尺度波形反演方法。首先对子波和地震数据进行时移组合叠加,再进行互相关梯度求取,只需要一次逆时偏移的计算量,就可以完成梯度的求取,实现多尺度反演的目标。通过模型试算,基于组合震源的FWI方法,可以达到多尺度反演的目的,使得反演结果更稳定;与不依赖子波的方法相结合,反演结果相对准确。     

月震重定位

由于前人的月震定位结果主要是基于20世纪70、80年代的月球速度模型, 定位结果误差较大, 无法为月震层析成像等研究提供精确的月震参数.随着对月球内部结构研究的不断深入, 月球速度模型及分层结构的精细程度已经有了很大提高.通过对Apollo月震数据解码及分析, 重新拾取了月震初至数据, 在总结前人震源定位的基础上, 利用月球新近速度模型, 采用Geiger震源定位方法进行了月震震源定位, 给出了较为全面的月震参数目录, 并对月震和地震的分布及形成机制进行了对比, 可为以后月震及月球内部结构的深入研究提供更多的依据.      

基于L-BFGS算法和同时激发震源的频率多尺度全波形反演

全波形反演可以利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下速度结构,具有揭示复杂地质背景下构造与岩性细节信息的潜力。然而,庞大的计算量和存储空间需求,限制了全波形反演的发展。在频率多尺度全波形反演中将L BFGS数值优化算法与同时激发震源技术相结合的方法来改善这一现状。首先,对Marmousi模型进行了速度反演：在计算过程中明显发现对计算机内存的占用减少,最终反演结果与实际Marmousi模型的拟合误差为0.095 9,较小;采用10个频带单炮震源正演384炮所需时间约为32 640 s,而采用同时激发震源（384炮）正演一次所需时间仅约为700 s。然后,基于高速楔形体模型进行了抗噪能力研究：原始含噪地震记录信噪比为11.147 3 dB;对反演得到的速度模型进行正演,其地震记录信噪比为22.251 8 dB。最后,基于逆冲断层模型进行了反演速度扰动能力研究,反演得到的最终模型很清晰,与具有速度扰动特性的实际模型非常接近,拟合误差仅为0.036 0。数值模拟试验结果表明：此方法反演精度高,内存开销较小,能够显著提高计算效率,并且具有良好的抗噪能力,能够反演出具有速度扰动特性的介质。     

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。