三维井间地震侧面波传播特征及其分离研究

井间地震与常规地震相比具有较高的分辨率,同时波场也更加复杂.利用视速度特征的差异很容易地分离井间上下行波场,根据纵横波偏振特征的不同可将纵横波完全分离,但是针对井间地震侧面波的研究并不多.本文构建高速透镜体和断层模型进行波场数值模拟,通过对三维地震波场的传播特征进行分析可知,井间地震接收的波场既有岩性分界面的响应,还会有侧向地质不均匀体产生的干扰,严重影响成像的质量和精度.经偏振旋转后的T分量记录对物性横向变化较为敏感,综合分析X、Y、Z分量和T分量上不同连井剖面的波场传播特征,可对侧向传播的干扰波进行有效识别,利用线性Radon变换可以在一定程度上将侧面波进行压制,为后续井间地震资料处理提供高信噪比的数据.本文通过理论模型进行试算研究,验证了该方法的有效性,并对理论记录取得了较好的分离效果.     

RVSP等效地面处理方法研究

RVSP或VSP勘探,都属于垂直地震剖面法.由于激发点或接收点置于井中,距离目的层更近,在低速层中共传播一次,具有能量衰减少,频带宽等优势,在煤层气预测、岩性勘探等领域具有广泛的适用性.鉴于RVSP和VSP在野外数据采集和波场特征方面具有很大的相似性,目前RVSP资料常规处理一般采用VSP处理流程.相对于地面地震资料处理,VSP处理软件还不够成熟,影响了RVSP技术的发展.利用地面成熟处理方法来处理RVSP资料的新思路对提高RVSP成像精度具有重要意义.实现RVSP记录与地面记录的等效转换是采用地面处理方法的关键.实际资料表明RVSP等效地面处理方法具有很好的成像效果.     

一种基于地震干涉测量的VSP资料波场重构及成像应用

静校正和近地表速度建模是地震资料处理的重要组成部分.在近地表复杂区,静校正问题和近地表速度建模问题表现尤为突出.本文利用地震干涉测量在波场重构方面的优势,给出了一种同时避免静校正和近地表速度建模过程的方法,直接由重构的SWP波场来成像高陡构造.文中首先阐述了地震干涉测量的原理,给出了VSP波场向SWP波场重构的数学表达式;接着,采用几种不同的近地表模型,对比VSP波场向SWP波场重构的效果;最后,建立局部速度模型,直接利用重构的SWP波场进行偏移处理,完成高陡构造成像.模型试验结果表明该方法的可行性,有利于实现复杂地表区深层高陡构造的成像.     

2008年青海大柴旦Mw6.3地震地面运动模拟

2008年11月10日在青海柴达木盆地北缘发生了大柴旦M_W6.3地震,为了研究该地震的区域地震波传播与地面运动特征,本文利用地质资料和地壳速度结构研究成果,构建了柴达木盆地及周边区域三维传播介质模型,采用有限差分方法模拟了大柴旦地震波场传播过程以及地面运动分布特征.结果表明,柴达木盆地对波场传播有明显影响,表现为地震波传入盆地后在边界产生次生面波,盆地沉积物对地震波具有围陷作用,地震地面运动在盆地内振幅增大、持时延长.模拟结果给出的地震地面运动峰值速度分布以及理论地震图均和观测结果符合较好,反映数值模拟较好地给出了观测地面运动的主要特征以及传播介质模型的合理性.     

基于柱坐标系的隧道空间溶洞探测全波场数值模拟

溶洞作为碳酸盐岩地区常见的一类局部不良地质体,其波场特征常常与形态、填充物、空间方位等因素相关,而受此影响地震类方法对溶洞的探测效果往往不理想.因此,要想实现地震类方法对溶洞的准确探测,首先需要明确不同状态下溶洞的波场特征.针对上述问题,考虑到实际隧道空间形态,本文首次采用柱坐标系下的一阶速度-应力弹性波动方程对隧道空间进行数值模拟,通过通量矫正技术压制频散,同时对已开挖段隧道与围岩的边界采用自由边界条件处理.对不同半径、不同填充物、不同方位的溶洞以及复杂溶洞模型的数值模拟结果及波场特征分析表明:本文提出的方法可实现隧道空间全波场高精度数值模拟,波场特征符合波的运动学与动力学特征;不同情况下溶洞波场特征的差异可有效的指导溶洞的探测与识别.     

1975年海城MS7.3地震强地面运动模拟

地震强地面运动预测对工程的抗震设计,地震危害性分析以及减轻特定地区可能发生的大地震所造成的灾害具有重要的作用.本文根据辽宁省海城地区的地质资料和发生于1975年2月4日辽宁省海城市的M_S7.3地震资料,分别构造了海城地区的地下速度结构和海城地震的震源模型,并且使用可以准确描述地形起伏的曲线网格有限差分方法计算了海城地震的波场传播过程.通过对计算得到的波场快照、合成理论地震图以及地震烈度的分析表明：（1）震源模型、地下的速度结构和地形起伏对海城地震的波场传播模拟具有重要的影响,它们所产生的近断层效应、方向性效应和盆地效应明显;（2）通过计算得到的海城地震的理论烈度分布与通过震后调查得到的烈度分布大体符合,验证了本文所构造的震源模型和速度结构的合理性.     

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.     

库车坳陷高陡构造地区零井源距VSP资料波场分析与识别

库车坳陷属于高陡构造地区,油气资源丰富,勘探潜力巨大.但是该地区地下构造复杂,断裂发育,地层倾角陡,地震波场复杂,地震成像品质较差是制约库车复杂构造研究的主要因素.零井源距VSP资料波场上转换横波很发育,波场记录上转换横波和纵波同时存在造成该地区地面地震波场相当复杂,影响地面地震资料的成像品质.因此为了避免地面地震资料处理过程中各种波场的相互影响,利用VSP波场信息能防止地面地震资料处理过程中可能出现的"陷阱".本文充分发挥VSP波场信息丰富的特点,通过库车坳陷高陡构造地区零井源距VSP波场正演模拟和实际资料波场分析,准确识别纵波和转换横波波场,并利用有效的波场分离手段分离出VSP纵波波场和VSP转换横波波场.通过VSP纵横波波场与实际地面地震资料对比,能很好地识别出了地面地震资料上的纵波和转换横波波场,为库车坳陷高陡构造地区地面地震资料处理提供参考依据.研究表明:库车坳陷高陡构造地区转换横波在地震纵波成像中影响较大,建议库车坳陷高陡构造地区地面地震处理要加强转换横波的识别与应用,进一步加强井地联合处理攻关研究,获得更可靠、更高品质的纵波资料,同时也能得到更为丰富的转换横波资料.     

基于小振幅波方程的起伏海面构建及其对地震波场传播特性的影响

海面起伏状态对波场传播以及模型空间成像有着非常重要的影响,在常规海洋地震数据采集和处理中,都是将海面作为水平界面处理,实际海洋地震数据采集中,由于海水受风浪、洋流等的影响,海面呈现高低起伏状态,这样来自底层反射界面的反射波经过海水起伏界面反射后会引起波场的强烈散射,从而造成地震记录反射波同相轴抖动和畸变,最终影响成像效果.为了更加深入了解起伏海面存在对波场传播以及偏移成像的影响,本文首先基于流体力学小振幅波方程,从边界条件出发,给出包含海浪谱信息的动态边界条件,并在此基础上构建起伏海面速度模型;然后在构建的起伏海面速度模型上通过冻结不同时刻海面开展波场传播特征分析,研究起伏海面在不同冻结时刻下波场传播规律以及对反射地震记录和偏移成像的影响.研究结果表明,不管是对于简单的层状介质模型还是海底较为复杂的大水深模型,海面不同形态的起伏变化直接影响着波场记录以及波场快照形态,同时会对偏移成像结果造成较大影响,随着海水深度的增加,该影响对于简单模型影响逐渐变小,但对于复杂模型,影响依然很严重.     

Curvelet变换在深地震反射数据波场重建中的应用

反射地震采集的单炮数据中常有死道、坏道及空白道.又因深地震反射的地表条件更为复杂,所以这种现象更为常见.通过波场重建来提高原始单炮数据的利用率很有必要.基于变换域的重建方法计算速度快,对数据要求少,可以处理规则或不规则采样的数据,所以该方法适用于深地震反射数据的波场重建.Curvelet变换是一种方向性强的多尺度变换方法,因此地震数据在Curvelet域中可以稀疏的表示.利用压缩感知的原理,在Curvelet域中对深反射地震单炮记录中坏道及死道进行波场重建,并用阈值滤波技术去噪处理,结果显示该处理流程效果明显.与各向同性且均匀的介质模型检验结果区别之处是该方法能够很好地重建深层的波组抗界面的同相轴相位,但难以100%地恢复能量.这可能与地下的真实介质为各向异性的非均匀性质有关.     

三维井间地震高斯射线束正演

使用高斯射线束方法对三维井间地质模型进行波场正演,解决三维井间地震复杂构造波场识别问题.正演模拟时将每一个检波点与炮点拟合出一个接收平面,使得每一个检波点处的能量都由其接收平面上检波点的有效半宽度范围内所有射线能量高斯加权.高斯束正演具有地震波动力学特征且能够有效解决复杂构造盲区问题,同时保持波场的相对振幅特征,因而适用于不同地质构造模型.比较三维井间地震逐段迭代正演方法,高斯束正演克服了复杂地质模型的盲区与动力学特征问题;并且高斯束正演时反射点的分布范围广,大大提高了反射波成像精度.应用三维井间地震高斯束正演方法对X地区进行波场正演,结果表明该方法可以有效分辨波场特征,为进一步地震数据处理提供准确依据.     

黏弹介质VSP高斯射线正演模拟

为了研究黏弹介质中VSP地震勘探地震波的波场特征,在理论分析地震波在黏弹介质中传播特性的基础上,采用高斯射线束方法对黏弹介质VSP地震进行波场正演模拟.正演结果与各向同性介质及VTI介质VSP正演对比,体现了地震波在黏弹介质中传播的特点.同时VSP高斯束正演方法能够解决复杂构造正演盲区问题,其动力学特征更能反映黏弹介质对地震波传播的影响,计算速度又优于波动方程类正演方法,正演结果能有效分辨地震波场特征,为VSP数据处理与解释提供了借鉴.     

徐家围子断陷致密砂砾岩目标地震处理技术

地震资料的逆时偏移是基于双程波发展起来的适合复杂波场的高精度成像方法.松辽盆地北部深层的致密砂砾岩是天然气勘探的重点领域,受上覆火山岩地层的屏蔽影响,加之地质构造复杂,使得该地区的地震波场特征复杂.在传统保幅处理的基础上,对研究区进行表层Q的吸收衰减补偿,可有效展宽地震资料的频带;另外,基于网格层析方法和Kirchhoff深度偏移完成深度域的速度模型建立,将预处理后的炮记录和深度域速度模型作为输入,应用GeoEast-Lightning软件的逆时偏移方法完成了研究区三维地震资料的逆时偏移处理,成像效果较以往Kirchhoff积分法叠前深度偏移有较为明显改善,成像数据体可用于后续构造解释和综合地质研究中,所形成的成像处理流程可在大庆探区推广应用.     

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.     

时间二阶积分波场的全波形反演

通过对波场的时间二阶积分运算以增强地震数据中的低频成分,提出了一种可有效减小对初始速度模型依赖性的地震数据全波形反演方法—时间二阶积分波场的全波形反演方法.根据散射理论中的散射波场传播方程,推导出时间二阶积分散射波场的传播方程,再利用一阶Born近似对时间二阶积分散射波场传播方程进行线性化.在时间二阶积分散射波场传播方程的基础上,利用散射波场反演地下散射源分布,再利用波场模拟的方法构建地下入射波场,然后根据时间二阶积分散射波场线性传播方程中散射波场与入射波场、速度扰动间的线性关系,应用类似偏移成像的公式得到速度扰动的估计,以此建立时间二阶积分波场的全波形迭代反演方法.最后把时间二阶积分波场的全波形反演结果作为常规全波形反演的初始模型可有效地减小地震波场全波形反演对初始模型的依赖性.应用于Marmousi模型的全频带合成数据和缺失4Hz以下频谱成分的缺低频合成数据验证所提出的全波形反演方法的正确性和有效性,数值试验显示缺失4Hz以下频谱成分数据的反演结果与全频带数据的反演结果没有明显差异.     

起伏层状介质中曲线网格有限差分法与射线法波场模拟对比研究

针对处理起伏地表(或含地下不规则波阻抗界面)条件下发展起来的地震波场数值模拟算法的模拟结果与解析解(大多数情形下无法得到)无法进行对比,且其有效性和正确性难以验证的情况,本文提出了一种可以相互验证波场数值模拟结果与射线追踪数值模拟结果的正确性和有效性的佐证方法,验证了参考射线追踪法.其中,波场数值模拟中采用曲线网格DRP/opt MacCormack有限差分法,射线追踪模拟则采用分区多步三角网格最短路径算法.通过系统对比上述两种方法得到的波场快照、单炮地震记录,以及合成理论地震图的结果显示,本方法相互作证了两种方法所得结果的正确性和有效性.双层和三层起伏层状模型的对比分析结果表明,这种方法不但可以加深理解地震波在复杂介质中的传播规律,同时射线法的引入为清晰识别和标定地震波场数值模拟中各种不同震相提供了一种便捷的途径.      

二维超声物理模拟的波场快照实现

本文基于二维模型的超声地震物理实验,提出了二维地震波场快照的获取方法,并得到了均匀半空间和横向非均匀半空间模型的二维波场快照.以两种模型的实验观测和处理后数据绘制的波场快照以及近自由表面记录的瑞利面波的频散特征,与对应的二维数值模拟的结果对比,二者具有很好的一致性,验证了超声技术模拟波场快照方法的可行性和可信性.研究结果表明,本文提出的物理模拟方法具有直观地揭示二维复杂介质中全波震像的时空响应特征的优势.此外,比较于基于动态光弹法对实验材料的透明性限制,该方法可适用于目前超声模型实验中的所有模型材料,故其在超声物理实验中具有很好实际应用价值.     

基于耦合反射/透射系数单程波传播算子的地震波模拟研究

单程波近似实际上是一种多次前向散射和单次后向散射近似.利用单程波近似来描述波传播可以极大地节省地震数值模拟的计算时间和内存,实现地震波长距离传播模拟和三维地震模拟快速计算.本文基于单程波近似和波动积分方程的分离变量逼近,从广义Lippmann-Schwinger波动积分方程推导出耦合反射/透射系数的单程波传播算子.该算子由两部分构成：分离变量Fourier单程波传播算子和薄板间的反射/透射系数表达.前者将常规的Fourier分裂步单程波传播算子(SSF)推广适应横向强速度变化介质和大角度传播波场.后者是利用垂直波数来表示反射/透射系数,自然耦合到波场传播的计算过程中,其为地质界面倾角的隐式表达,精确描述振幅随入射角的变化,能适应任意复杂的模型.通过两个数值算例和一个实际地质模型的计算,本文将该方法和边界元法进行了比较,结果表明：在算例给出的介质横向速度变化情况下,本文提出的方法在相位和振幅方面与全波数值方法基本吻合.     

基于各向异性分析的微地震震源矢量场重建和裂缝解释

针对微地震裂缝解释的复杂性,从震源矢量场的重建开始研究,在研究VTI介质速度模型各向异性条件下的走时和透射系数的变化特征基础上,形成了各向异性条件下的群、相速度及透射系数的计算方法.针对多级检波器水平分量朝向的多向性特点,提出了多级检波器水平分量的偏振分析方法,得到了完整的水平特征矢量,克服了单级检波器水平分量偏振分析构建特征矢量信息不全的问题,形成了高精度微地震事件定位方法,实现各向异性VTI介质速度模型的高斯束微地震格林函数正演模拟.利用格林函数模拟场、观测记录场,从构建完整场研究入手,重建震源矢量场.根据重建的震源矢量场,提出了裂缝解释的全新的系列方法,包括单条裂缝、裂缝网络的解释方法.通过实际资料的测试分析,验证了研究技术的实用性.     

山前褶皱带模型正演模拟及波场分析

巴布亚褶皱带是巴布亚盆地的主要油气聚集带,已累计发现40亿桶油当量,但其勘探程度依旧很低.该构造带地表大部分区域为灰岩所覆盖,地形起伏剧烈,地下构造复杂,逆掩推覆构造广泛发育,地震资料采集处理效果很差.为此,在构建逼近巴布亚褶皱带实际复杂地表复杂构造模型的基础上,进行基于波动方程的波场地震正演模拟和地震照明模拟,分析褶皱带复杂地震资料采集和处理的影响因素.结果表明,波场正演模拟方法能够很好地适应复杂地表和复杂构造模型,模拟结果与实际地震资料具有很好的一致性,地面不同位置激发得到的单炮记录和地震照明分布具有很大的差异,探讨了影响复杂构造成像的主要因素.针对工区实际地下目标,提出了地震采集观测系统优化设计和后续处理建议,为复杂地表复杂构造区地震资料采集处理提供了借鉴和参考依据.