黏弹VTI介质井间地震高斯束波场正演数值模拟

为了研究黏弹VTI介质井间地震波的波场特征,理论分析地震波在黏弹VTI介质中传播特性的基础上,编程实现高斯射线束方法对黏弹VTI介质井间地震波场的正演模拟.为将黏弹VTI介质和完全弹性各向同性介质正演记录进行对比,将黏弹VTI介质的黏弹性参数和各向异性参数设定为零,得到完全弹性各向同性介质下的正演结果.两种介质正演结果对比显示的差异与地震波理论完全一致,证明了所研究的黏弹VTI介质井间地震高斯束正演数值模拟的正确性,为井间地震复杂介质地震波场研究提供了借鉴.     

各向异性介质弹性波多参数全波形反演

各向异性介质弹性波方程全波形反演过程中多参数之间的相互耦合,使得弱参数在反演过程中难得到理想的结果.本文以VTI介质为例,在各参数辐射模式分析的基础上,基于改进的散射积分算法实现目标函数梯度的直接求取,进一步构建高斯牛顿方向,实现Hessian矩阵的有效利用,以考虑Hessian矩阵非主对角线元素包含的各参数间的耦合效应,在不使用任何反演策略的情况下实现高精度的VTI介质弹性波方程多参数同步反演.同时,该方法在计算过程中无需存储庞大的核函数矩阵,且无需传统截断牛顿法中额外的正演计算,因此内存占用小,计算效率高.本文数值试验验证了该方法的有效性,为各向异性多参数全波形反演提供了一种新的解决方案.     

VTI介质SH-SH波地震反演方法研究

近年来,随着横波可控震源技术的发展,国内外已经实现了纯横波地震勘探.相较于地震纵波,地震横波对横波阻抗、横波速度尤其是各向异性参数变化更为敏感,因此地震横波能够用来更好地估算上述地层参数.VTI(具有垂直对称轴的横向各向同性)是地层介质中广泛存在的一种各向异性形式,对振幅随偏移距变化(AVO)影响显著.本文提出了一种改进的VTI介质SH-SH波反射系数近似公式,新公式具有较高的精度且仅包含两项待求参数：横波阻抗和水平横波(SH波)速度.基于新方程建立了VTI介质SH-SH波反演方法,该方法相比VTI介质的PP波反演不确定性明显下降,同时降低了常规PP波各向异性反演对大角度数据的要求.为了获得独立的横波各向异性参数,进一步地提出了一种基于岩石物理关系的横波各向异性参数估算方法.合成地震数据测试和柴达木盆地九分量地震勘探实际地震数据应用结果表明,新方法能够准确地预测地层的横波阻抗、水平横波(SH波)速度、各向异性参数,为各向异性地层的岩性解释和油气储层预测提供了可靠的解决方案,从而深化了横波地震勘探的应用潜力.     

基于Born敏感核函数的VTI介质多参数全波形反演

本文基于VTI介质拟声波方程,利用散射积分原理,在Born近似下导出了速度与各向异性参数的敏感核函数,同时结合作者前期研究提出的矩阵分解算法实现了一种新的VTI介质多参数全波形反演方法.矩阵分解算法通过对核函数-向量乘进行具有明确物理含义的向量-标量乘分解累加运算实现目标函数一阶方向或二阶方向的直接求取,从而避免了庞大核函数矩阵与Hessian矩阵的存储,该方法同时可以大大降低常规全波形反演在计算二阶方向时的庞大计算量.为了克服不同参数对波场影响程度的不同,本文利用作者前期在VTI介质射线走时层析成像研究中提出的分步反演策略实现了多参数联合全波形反演.理论模型实验表明,本文提出的基于Born敏感核函数的各向异性矩阵分解全波形反演方法可以获得较好的多参数反演结果.     

基于截断牛顿法的VTI介质声波多参数全波形反演

不同类别参数间的相互耦合使多参数地震全波形反演的非线性程度显著增加,地震波速度与各向异性参数取值数量级的巨大差异也会使反演问题的性态变差.合理使用Hessian逆算子可以减弱这两类问题对反演的影响,提高多参数反演的精度,而截断牛顿法是一种可以比较准确地估计Hessian逆算子的优化方法.本文采用截断牛顿法在时间域进行了VTI介质的声波双参数同时反演的研究.不同模型的反演试验表明,在VTI介质声波双参数同时反演中,截断牛顿法比有限内存BFGS(Limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,L-BFGS)法能更准确地估计Hessian逆算子,进而较好地平衡两类不同参数的同时更新,得到了比较精确的反演结果.     

TTI介质各向异性参数多波反演与PS波AVO分析

把遗传算法引入到了TTI介质AVO信息反演各向异性参数的过程中,依据TTI介质PP波、PS波反射系数公式,建立Thomsen参数和TTI介质对称轴倾角、方位角的目标函数,分别通过PP波和PS波的反射系数反演出了各向异性参数和对称轴倾角、方位角等信息.文中对反演结果的精确度和稳定性进行了分析,发现PS波的反演结果优于PP波反演结果;对称轴倾角的反演准确性明显优于对称轴方位角.本文通过模型正演合理解释了这一现象的原因.最后,本文通过对PS波AVO梯度的研究,提出了利用PS波振幅定性分析TTI介质对称轴倾角的方法.     

求解二次方程的二维VTI介质qSV波和qSH波走时快速扫描算法

地震波走时计算在观测系统设计、偏移成像、速度模型走时反演和地震定位等方面起到重要作用.各向异性广泛存在于地球介质中,影响地震波传播的振幅和走时,忽略各向异性的影响将对成像、反演以及地震定位等造成一定的误差.因此对于高分辨率成像和反演,走时计算中考虑各向异性十分重要.快速扫描法不需要存储和追踪波前面信息,在各向异性初至波...     

低频缺失情况下的弹性波包络反演（英文）

多分量地震数据中低频缺失是弹性波全波形反演中的一大难题,低频的缺失导致全波形反演无法有效恢复介质的长波长成分进而使反演陷入局部极值。为此,本文提出了反演介质纵横波速度长波长分量的弹性波包络反演方法。该方法利用包络算子具有的解调多分量数据中隐含的低频信息的能力,构造多分量地震数据的包络目标函数进行反演,用以恢复地下介质纵横波速度的长波长成分。一系列数值试验表明,即使在多分量地震数据中缺失低频信息、并且初始模型缺少先验信息的情况下,这种弹性波包络反演方法能够有效降低波形反演的非线性,可以为后续的常规弹性波全波形反演或者深度偏移提供足够精确的初始模型,且该方法对横波速度长波长分量的重建尤为有效。Mamousi-2模型的高精度纵横波速度的反演结果表明,利用该方法反演的纵横波速度作为常规弹性波全波形反演的初始模型,可以显著提高反演结果的精度。此外,本文对弹性波包络反演方法的适用性也进行了初步的研究与讨论。     

基于可视性分析与能量补偿的金属矿弹性波全波形反演

采用弹性波全波形反演方法精确重建深部金属矿多参数模型,建模过程采用基于地震照明的反演策略.首先给出基于照明理论的观测系统可视性定义,利用可视性分析构建新的目标函数,对反演目标可视性较高的炮检对接收到的地震记录在波场匹配时占有更高的权重,确保了参与反演计算中的地震数据的有效性;其次将给定观测系统对地下介质的弹性波场照明强度作为优化因子,根据地震波在波阻抗界面处的能量分配特点,自适应补偿波场能量分布和优化速度梯度,以提高弹性波全波形反演过程的稳定性和反演结果的精度.理论模型和金属矿模型反演试验结果表明,基于可视性分析和能量补偿的反演策略可以使弹性波全波形反演更快地收敛到目标函数的全局极小值,获得适用于金属矿高分辨率地震偏移成像的多参数模型.     

VTI介质长偏移距非双曲动校正公式优化

常规Alkhalifah动校正公式精度低,不能精确描述各向异性介质长偏移距地震反射同相轴的时距关系.本文以提高VTI介质长偏移距地震资料动校正公式的精度为目标,在分析VTI介质常规动校正方程的基础上,根据误差最小原理建立优化校正系数图版,实现对常规动校正公式大偏移距误差的修正,建立最优化校正Alkhalifah动校正方程,实现了对VTI介质长偏移距地震资料常规动校正方程的改进.之后由Fomel群速度公式导出高精度VTI模型长偏移距时距函数,提出了高精度VTI介质长偏移距地震资料动校正方程.将以上的动校正方程用于各向异性参数反演,模型计算表明最优化校正Alkhalifah动校正方程的反演精度是常规长偏移距动校正方程反演精度的2～4倍,高精度动校正方程的反演精度是常规动校正方程反演精度的2～8倍.     

基于贝叶斯理论的叠前多波联合反演弹性模量方法

AVO反演可以获得地层岩性和流体信息,而叠前反演问题都是高维的和非适定的,因此获得可靠稳定的解对叠前反演至关重要. 本文给出了一种基于贝叶斯理论的纵波和转换波联合反演密度比和模量比的方法. 鉴于剪切模量比、体积模量比可以更好地指示油气,基于岩石物理中速度比与模量比之间的关系,将此关系式代入Zoeppritz方程的近似形式Aki-Richards公式中,得到与模量比有关的反射系数近似公式. 联合纵波和转换波,利用最小二乘准则构建目标函数,最终反演出密度比、剪切模量比、体积模量比三个参数. 在反演过程中引入贝叶斯理论,假定先验信息服从高斯分布,待求参数服从改进的Cauchy分布,并去除待求参数之间的相关性. 利用模型数据和实际数据对本文方法进行测试,并与常规的单独利用纵波数据来反演方法进行比较,结果表明联合反演稳定性更好、精度更高、抗噪音能力更强,验证了本文方法的可行性和有效性.     

基于改进反射系数近似方程的纵横波阻抗同步反演

基于地震波反射系数近似公式的叠前反演是油气勘探的重要工具.本文在已有研究的基础上,推导了一个改进的射线参数域地震纵波反射系数近似方程.该方程建立了地震纵波反射系数与纵波阻抗和横波阻抗的非线性关系,在中、小角度的范围内较现有的反射系数线性近似公式精度更高.另外,由于该方程仅包含纵波和横波阻抗反射系数项,因此基于新方程的反演能够有效地降低同步反演纵波速度、横波速度、密度三个参数的不适定性.在此基础上,结合广义线性反演法(GLI)理论和贝叶斯理论,相应地发展了一种叠前地震同步反演方法.模型测试和实际资料的应用表明,基于新方程的反演方法能够利用有限角度(偏移距)的数据稳定地反演纵波和横波阻抗,由于在反演过程中,不需要假设纵横波速度为常数,因此该方法还能有效地提高反演结果的精度.     

A new method to directly invert the elastic parameters

IntroductionMoreandmoreevidencesshowthatstratapropertiesareanisotropic.Itisveryimportanttoutilizegeophysicalwaystouncoverthepropertiesofstratainpetroleumsurveyandcoalbedmethaneexplorationaswellasearthquakeforecasting.Becauseofdetectablecharacteristicsofseismicvelocityanisotropy,itissuccessfulinpastyearsthatlayersareshiftedcorrectlytotheoriginalpositioninmigrationprocessionofseismicwaves.Anewwayofdirectinversionofstrataelasticparametersisputforthinthepaper.Itusesmultiple-wavesdatatodiscoverorp…     

Joint PP‐ and PSV‐wave amplitudes versus offset and azimuth inversion for fracture compliances in horizontal transversely isotropic media

We propose a robust approach for the joint inversion of PP‐ and PSV‐wave angle gathers along different azimuths for the elastic properties of the homogeneous isotropic host rock and excess compliances due to the presence of fractures. Motivated by the expression of fluid content indicator in fractured reservoirs and the sensitivity of Lamé impedances to fluid type, we derive PP‐ and PSV‐wave reflection coefficients in terms of Lamé impedances, density, and fracture compliances for an interface separating two horizontal transversely isotropic media. Following a Bayesian framework, we construct an objective function that includes initial models. We employ the iteratively reweighted least‐squares algorithm to solve the inversion problem to estimate unknown parameters (i.e., Lamé impedances, density, and fracture compliances) from PP‐ and PSV‐wave angle gathers along different azimuths. Synthetic tests reveal that the unknown parameters estimated using the joint inversion approach match true values better than those estimated using a PP‐wave amplitude inversion only. A real data test indicates that reasonable results for subsurface fracture detection are obtained from the joint inversion approach.     

Cauchy prior distribution-based AVO elastic parameter estimation via weakly nonlinear waveform inversion

Cauchy priori distribution-based Bayesian AVO reflectivity inversion may lead to sparse estimates that are sensitive to large reflectivities. For the inversion, the computation of the covariance matrix and regularized terms requires prior estimation of model parameters, which makes the iterative inversion weakly nonlinear. At the same time, the relations among the model parameters are assumed linear. Furthermore, the reflectivities, the results of the inversion, or the elastic parameters with cumulative error recovered by integrating reflectivities are not well suited for detecting hydrocarbons and fuids. In contrast, in Bayesian linear AVO inversion, the elastic parameters can be directly extracted from prestack seismic data without linear assumptions for the model parameters. Considering the advantages of the abovementioned methods, the Bayesian AVO reflectivity inversion process is modified and Cauchy distribution is explored as a prior probability distribution and the time-variant covariance is also considered. Finally, we propose a new method for the weakly nonlinear AVO waveform inversion. Furthermore, the linear assumptions are abandoned and elastic parameters, such as P-wave velocity, S-wave velocity, and density, can be directly recovered from seismic data especially for interfaces with large reflectivities. Numerical analysis demonstrates that all the elastic parameters can be estimated from prestack seismic data even when the signal-to-noise ratio of the seismic data is low.     

3D simultaneous joint PP‐PS prestack seismic inversion at Schiehallion field,United Kingdom Continental Shelf

A workflow for simultaneous joint PP‐PS prestack inversion of data from the Schiehallion field on the United Kingdom Continental Shelf is presented and discussed. The main challenge, describing reasonable PS to PP data registration before any prestack or joint PP‐PS inversion, was overcome thanks to a two‐stage process addressing the signal envelope, then working directly on the seismic data to estimate appropriate time‐variant time‐shift volumes. We evaluated the benefits of including PS along with PP prestack seismic data in a joint inversion process to improve the estimated elastic property quality and also to enable estimation of density compared with other prestack and post‐stack inversion approaches. While the estimated acoustic impedance exhibited a similar quality independent of the inversion used (PP post‐stack, PP prestack or joint PP‐PS prestack inversion) the shear impedance estimation was noticeably improved by the joint PP‐PS prestack inversion when compared to the PP prestack inversion. Finally, the density estimated from joint PP and PS prestack data demonstrated an overall good quality, even where not well‐controlled. The main outcome of this study was that despite several data‐related limitations, inverting jointly correctly processed PP and PS data sets brought extra value for reservoir delineation as opposed to PP‐only or post‐stack inversion.     

TI介质偏移速度建模研究

经过多年的研究发展,各向异性叠前深度偏移算法已经趋于完善.然而,在地震资料处理过程中导致成像结果不理想的主要原因还是由于建立的地层参数场不够精确.当地层参数接近其真实值时,基于波动方程的剩余曲率建模方法由于不受构造的影响,能够在各向异性和横向变速介质中进行速度分析,所以得到了广泛的研究.本文从偏移结果中抽取共成像道集,然后通过交互运用叠前深度偏移和参数更新实现各向异性偏移速度建模.对理论模型和实际资料进行的试算表明,该方法具有较强的适应性,能极大改善VTI介质反射界面成像效果和分辨率.     

各向异性衰减薄层地震响应特征研究

薄储层的叠前地震响应特征研究,特别是针对具有速度各向异性的含流体薄层,对储层描述具有十分重要的意义.文中基于波动方程数值模拟方法,正演得到各向同性弹性、各向同性衰减、速度各向异性、各向异性衰减模型的地震波场,并对比分析了四种模型的纵波(PP)和转换横波(PS)地震反射特征.研究结果表明:在衰减介质背景下,引入各向异性,PP和PS波的反射波振幅较弹性介质均减弱,且衰减因素对薄层振幅的影响强于各向异性.同时,VTI各向异性衰减在单频PS振幅曲线上表现出强差异性,而HTI各向异性衰减则会影响PP和PS波单频振幅曲线的极值点幅值和位置,通过分析单频振幅曲线的极值点振幅和极值点位置对各向异性衰减薄层预测有指导作用,尤其对平时较难分辨的VTI各向异性衰减薄层,单频分析方法的优势更明显.     

纵横波弹性阻抗联立反演在GD地区的应用

在GD油田复杂油藏描述中应用叠前纵横波弹性阻抗反演,精确地进行了油藏岩性的划分。利用三个或三个以上部分叠加数据,进行纵横波弹性阻抗联立反演,既克服了因叠后地震反演结果单一而不能满足复杂储层描述的需求,又避免了由于叠前道集信噪比低造成反演结果不稳定的缺陷。本文论述了叠前弹性波阻抗反演的基本原理,结合GD地区实际资料,对反演过程中涉及的角道集子波提取、层位标定、横波速度预测、弹性参数提取与解释等关键步骤进行了详细研究,指出基于测井资料分析的多种弹性参数综合解释是提高叠前地震反演应用效果的关键。     

Elastic reverse-time migration based on amplitude-preserving P- and S-wave separation

Imaging the PP- and PS-wave for the elastic vector wave reverse-time migration requires separating the P- and S-waves during the wave field extrapolation. The amplitude and phase of the P- and S-waves are distorted when divergence and curl operators are used to separate the P- and S-waves. We present a P- and S-wave amplitude-preserving separation algorithm for the elastic wavefield extrapolation. First, we add the P-wave pressure and P-wave vibration velocity equation to the conventional elastic wave equation to decompose the P- and S-wave vectors. Then, we synthesize the scalar P- and S-wave from the vector Pand S-wave to obtain the scalar P- and S-wave. The amplitude-preserved separated P- and S-waves are imaged based on the vector wave reverse-time migration (RTM). This method ensures that the amplitude and phase of the separated P- and S-wave remain unchanged compared with the divergence and curl operators. In addition, after decomposition, the P-wave pressure and vibration velocity can be used to suppress the interlayer reflection noise and to correct the S-wave polarity. This improves the image quality of P- and S-wave in multicomponent seismic data and the true-amplitude elastic reverse time migration used in prestack inversion.