A few case histories of subsurface imaging with EMAP as an aid to seismic processing and interpretation1

The electromagnetic array profiling (EMAP) exploration method can be combined with a direct one-dimensional inversion process for conversion to depth to produce a subsurface resistivity cross-section. This cross-section may then be interpreted in parallel with a seismic cross-section to enhance the prediction of rock type and structure. In complex thrust environments and areas of shallow carbonate rocks, the EMAP method is often used to provide additional data either to help the seismic processor and/or to aid the seismic interpretation. In particular, the electromagnetic (EM) data can be used to build an independent seismic velocity file for depth migration. Three EMAP test areas in the western United States are used to demonstrate such a use of EMAP as an expioration tool. The first shows how a velocity file is estimated from resistivity data for seismic depth migration processing in a complex thrust environment. In the second example, the method is applied in layer-cake geology with high seismic velocity rocks at the earth's surface. The third example is another complex thrust environment, but in this case the velocity file derived from the resistivity data is used for stacking the seismic data.     

人工源宽角地震实验的谱元法模拟和逆时偏移成像方法研究

人工源宽角反射(折射)地震资料具有偏移距较大、信噪比较低等特点,通常用于地震波走时反演重建地壳速度结构。逆时偏移成像方法作为勘探地震学领域获取地下构造形态的有效手段之一,可以有效弥补走时反演方法的不足。本文针对大偏移距宽角反射(折射)地震实验,利用四边形网格谱元法进行波场模拟,结合了有限元法的灵活性和谱方法的指数收敛性,高效且高精度获取模型合成地震记录,后采用逆时偏移成像方法将合成地震记录偏移归位,获取地壳几何结构,验证了逆时偏移成像方法在宽角地震资料处理及结果解释中的适用性,为后期实际地震资料的偏移成像提供了理论依据和支持。     

布格重力异常建模反演在二连盆地油气勘探中的应用

二连盆地由众多小凹陷组成,伊和凹陷是其中之一.重力资料在盆地"探边摸底"、"定凹选带"等方面发挥着重要作用.本文基于布格重力异常资料,利用2.5D建模反演技术对其中横跨主洼槽的两条测线进行可视化建模及正演拟合.其中,初始模型的几何参数取自二维地震解释结果;物性参数中的纵向密度取自测井声波波速与密度的相关公式.正演拟合为建模反演技术的关键环节,密度横向变化,是在拟合过程中通过人机交互试错调整实现.通过正演拟合,揭示了主洼槽沉积层横向和纵向均存在较大的密度不均匀性,主洼槽有利于油气生成.与地震解释结果对比,二者在赛汉组-第四纪、腾格尔组深度相差不大,但凹陷底部拟合结果与地震解释结果有明显差异.通过钻井结果验证,正演拟合各沉积层深度与钻井揭示的各层深度结果一致,二维地震解释结果偏浅,其可能原因是时深转换选取的速度值偏小造成.     

频率多尺度全波形速度反演

以二维声波方程为模型,在时间域深入研究了全波形速度反演.全波形反演要解一个非线性的最小二乘问题,是一个极小化模拟数据与已知数据之间残量的过程.针对全波形反演易陷入局部极值的困难,本文提出了基于不同尺度的频率数据的"逐级反演"策略,即先基于低频尺度的波场信息进行反演,得出一个合理的初始模型,然后再利用其他不同尺度频率的波场进行反演,并且用前一尺度的迭代反演结果作为下一尺度反演的初始模型,这样逐级进行反演.文中详细阐述和推导了理论方法及公式,包括有限差分正演模拟、速度模型修正、梯度计算和算法描述,并以Marmousi复杂构造模型为例,进行了MPI并行全波形反演数值计算,得到了较好的反演结果,验证了方法的有效性和稳健性.     

三维复杂地壳结构非线性走时反演

中国大陆中西部乃至全球造山带普遍具有复杂地壳结构.随着矿产资源勘探和深部探测研究的深入,探测造山带及盆山耦合区下方地壳精细结构正逐渐成为当前面临的巨大挑战.人工源深地震测深方法正越来越清晰地揭示出不同构造域地壳速度结构的基本特征,然而传统的层状结构模型参数化方法难以准确描述复杂地质模型,通常情况下多忽略速度结构的精细间断面且采用层边界平滑处理,难以满足地壳精细结构成像的发展要求.针对上述困难,本文采用最近发展的块状结构建模方案构建三维复杂地壳模型,基于逐段迭代射线追踪正演走时计算方法,推导了走时对三角形界面深度以及网格速度的偏导数,开展了非线性共轭梯度走时反演方法研究.发展了利用直达波和反射波等多震相走时数据对界面深度和网格速度的多参数联合反演方法,并引人不同种类震相数据的权系数和不同类型参数偏导数归一化的方法.数值算例表明,基于块状结构的非线性共轭梯度走时反演方法适用于复杂地壳结构模型,在利用人工源走时数据反演复杂地壳精细结构领域具有良好的应用前景.     

概率神经网络技术在煤田地震反演中的应用研究

实现从构造勘探向岩性勘探阶段的转变,是煤田地震勘探亟待解决的重要问题。其中,地震反演技术是岩性勘探的一种重要手段。为了规避常规反演方法的固有限制,利用概率神经网络技术预测井数据和地震数据之间的非线性关系,得到密度数据体和速度数据体,并获得相应的波阻抗数据体。对某矿区的实际地震资料采用该技术进行岩性反演,得到了较为准确的波阻抗数据体,为岩性解释提供了不可或缺的资料。     

转换波叠前横波速度反演

摘要 地震波速度对地震资料偏移成像、岩性和岩相解释以及储层预测,均起着非常重要的作用. 在储层预测中,需要获得横波层速度信息,以减少仅用纵波速度在区分岩性和孔隙中流体类型以及含气饱和度方面的不确定性. 基于Zoeppritz方程组,提出了数值求解和速度扫描方法,对叠前转换波资料求取横波层速度. 理论模型和实际转换波资料的反演结果, 均表明该方法的效果较好.      

Inversion of shear wave interval velocity on prestack converted wave data

Seismic velocity is important to migration of seismic data,interpretation of lithology and lithofacies as well asprediction of reservoir.The information of shear wave velocity is required to reduce the uncertainty for discrimi-nating lithology,identifying fluid type in porous material and calculating gas saturation in reservoir prediction.Based on Zoeppritz equations,a numeral and scanning method was proposed in this paper.Shear wave velocitycan be calculated with prestack converted wave data.The effects were demonstrated by inversion of theoreticaland real seismic data.     

Migration velocity analysis and waveform inversion

Least‐squares inversion of seismic reflection waveform data can reconstruct remarkably detailed models of subsurface structure and take into account essentially any physics of seismic wave propagation that can be modelled. However, the waveform inversion objective has many spurious local minima, hence convergence of descent methods (mandatory because of problem size) to useful Earth models requires accurate initial estimates of long‐scale velocity structure. Migration velocity analysis, on the other hand, is capable of correcting substantially erroneous initial estimates of velocity at long scales. Migration velocity analysis is based on prestack depth migration, which is in turn based on linearized acoustic modelling (Born or single‐scattering approximation). Two major variants of prestack depth migration, using binning of surface data and Claerbout's survey‐sinking concept respectively, are in widespread use. Each type of prestack migration produces an image volume depending on redundant parameters and supplies a condition on the image volume, which expresses consistency between data and velocity model and is hence a basis for velocity analysis. The survey‐sinking (depth‐oriented) approach to prestack migration is less subject to kinematic artefacts than is the binning‐based (surface‐oriented) approach. Because kinematic artefacts strongly violate the consistency or semblance conditions, this observation suggests that velocity analysis based on depth‐oriented prestack migration may be more appropriate in kinematically complex areas. Appropriate choice of objective (differential semblance) turns either form of migration velocity analysis into an optimization problem, for which Newton‐like methods exhibit little tendency to stagnate at nonglobal minima. The extended modelling concept links migration velocity analysis to the apparently unrelated waveform inversion approach to estimation of Earth structure: from this point of view, migration velocity analysis is a solution method for the linearized waveform inversion problem. Extended modelling also provides a basis for a nonlinear generalization of migration velocity analysis. Preliminary numerical evidence suggests a new approach to nonlinear waveform inversion, which may combine the global convergence of velocity analysis with the physical fidelity of model‐based data fitting.     

基于照明补偿的单程波最小二乘偏移

最小二乘偏移是一种基于反射地震数据与地下反射率间线性关系而建立起来的地震数据线性反演方法,相比常规偏移成像具有更好的保幅性能.本文提出了一种基于照明补偿的单程波最小二乘偏移方法,首先利用单程波方程的稳定Born近似广义屏波场传播算子构建反射地震数据与地下反射率间的线性算子,然后再应用线性最优化方法求解最小二乘偏移所对应的线性反问题.在迭代求解最优化问题的过程中,以地震波场的地下照明强度作为迭代反演的预条件算子加快迭代的收敛速度.单程波传播过程中考虑了速度分界面产生的透射效应,并用单极震源代替常规偏移中的偶极震源.把本文提出的方法应用于层状理论模型和Marmosi模型地震数据的数值试验中均取得了理想的结果.     

基于精确震源函数的解调包络多尺度全波形反演

本文提出解调包络方法来重构地震记录中缺失的低频信号,同时该方法能够降低全波形反演的非线性程度;提出伴随状态震源函数反演方法来得到精确的震源函数,并推导了梯度计算公式;解调包络方法结合低通滤波技术,实现了从低频到高频的多尺度反演策略,有效缓解了全波形反演的周波跳跃问题.数值算例证明了解调包络、伴随状态震源函数反演方法和低通滤波多尺度反演策略的可行性及优越性.震源函数反演精度测试结果表明:即使观测记录在缺失低频信息的情况下,也能反演得到精确的震源函数.缺失低频测试和抗噪能力测试结果表明:即使地震数据中缺失9Hz以下的低频信号或者信噪比极低的情况下,利用反演得到的精确震源函数进行解调包络多尺度全波形反演,同样可以得到高精度的全波形反演结果.与Hilbert包络全波形反演对比结果表明:解调包络在重构低频和降低伴随震源主频方面具有一定优势.     

利用深反射地震数据构建的多阶面波频散曲线反演近地表横波速度结构——以跨班公湖—怒江缝合带深反射地震资料为例

深反射地震剖面法为了获取深部结构特征常常采取大的偏移距采集数据.目前公开发表的相关资料中,鲜有利用深反射地震炮集数据获取近地表的结构特征.为此,本文通过正演测试了相关数据处理流程,即利用有限差分正演了起伏地表模型的大偏移距地震单炮弹性波场特征,通过共检波点域面波信号F-K频谱叠加构建新方法,从深反射地震数据集中提取了高品质的多阶面波频散曲线,再利用多阶面波联合反演获得了近地表的结构特征.在前述正演流程基础上,利用跨越班公湖—怒江缝合带的SinoProbe深反射地震剖面中的实际炮集数据,求取了基阶和一阶瑞利波频散曲线,联合反演后得到近地表横波速度结构.该结果与初至波走时反演获取的纵波速度结构具有较好的一致性,且在近地表的浅层分辨率较纵波速度结构特征更高,而更与已有地质认识相吻合.本文提供的相关数据处理流程表明利用深反射地震炮集数据,也能够获取近地表浅层的横波速度结构.     

地层衰减对地震波速度逆散射反演的影响研究

在利用地震波数据进行地球物理反演时,地层对地震波的吸收衰减效应会对地层物性参数的准确反演产生较大的影响,因此利用黏弹性声波方程进行反演更符合实际情形.本文在考虑地层衰减效应进行频率空间域正演模拟的基础上,提出基于黏弹性声波方程的频率域逆散射反演算法并对地震波传播速度进行反演重建,在反演过程中分别用地震波传播复速度和实速度来表征是否考虑地层吸收衰减效应.基于反演参数总变差的正则化处理使反演更加稳定,在反演中将低频反演速度模型作为高频反演的背景模型进行逐频反演,由于单频反演过程中背景模型保持不变,故该方法不需要在每次迭代中重新构造正演算子,具有较高的反演效率;此外本文在反演过程中采用了基于MPI的并行计算策略,进一步提高了反演计算的效率.在二维算例中分别对是否考虑地层吸收衰减效应进行了地震波速度反演,反演结果表明考虑衰减效应可以得到与真实模型更加接近的速度分布结果,相反则无法得到正确的地震波速度重建结果.本文算法对复杂地质模型中浅层可以反演得到分辨率较高的速度模型,为其他地震数据处理提供比较准确的速度信息,在地层深部由于地震波能量衰减导致反演分辨率不太理想.     

频率域波形反演中与频率相关的影响因素分析

波动方程深度偏移是解决复杂地质体成像的关键技术,基于波动方程的速度建模为其提供更为精确的速度模型.频率域波形反演是目前研究最为广泛的波动方程速度建模方法之一,它推动了波形反演在勘探尺度下的应用.本文通过对频率域波形反演的实现,分析对比了其有效执行过程中与频率相关的影响因素.介绍了时间域的多尺度反演方法在频率域的一种实现方式,对比分析了输入数据的频点带宽和应用的子波频带范围不同时对反演结果的影响.本文通过设计的山地地质模型对频率域波形反演进行了测试和对比,得到的结论为频率域波形反演的有效计算提供了依据和参考.     

逆时偏移与Kirchhoff偏移的抽道集对比研究

共成像点道集(CIG)可用于速度建模、偏移质量控制以及地下属性解释等。对于复杂碳酸盐岩储层,叠前AVO反演技术在储层识别、裂缝预测和流体检测方面的作用日益显著,叠前反演的精度很大程度上依赖于共成像点道集的AVO特性是否符合地下介质的真实地震响应。因此,叠前偏移不仅要实现反射点的准确归位,还必须得到振幅保真的共成像点道集,从而为AVO/AVA反演提供保幅的共成像点道集输入数据。本文在理论上对真振幅Kirchhoff叠前深度偏移和逆时偏移(RTM)抽道集技术的保幅性进行分析:真振幅Kirchhoff偏移抽道集通过改变加权函数实现振幅保持,仅适用于横向速度变化不大的情况;基于双程波动方程的逆时偏移采用互相关成像条件抽取共成像点道集,成像精确且无倾角限制,相对保幅性优于前者,适应任意复杂速度模型。模型和实例测试结果表明:在简单构造区域,真振幅Kirchhoff保幅叠前深度偏移与保幅逆时偏移抽取的共成像点道集都能起到良好的保幅效果;但在复杂构造区,基于逆时偏移抽取的共成像点道集,保留了全部波场的路径与振幅信息,其保幅性与成像精度优于Kirchhoff保幅叠前深度偏移。因此,针对探区的复杂程度差别及勘探精度的不同要求,应选择不同的抽道集方法,保证振幅精度的同时,兼顾生产效率。      

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.     

全波形反演在缝洞型储层速度建模中的应用

速度是地震偏移成像准确与否的关键所在.全波形反演综合利用地震波场运动学和动力学信息,能够得到相比传统速度建模方法更高频的成分.全波形反演的理论比较成熟,但实际应用成功的例子相对较少,特别是对于陆上地震资料.塔里木盆地地震地质条件复杂,为了实现缝洞型储层的准确成像,本文开展了针对目标靶区的全波形反演精细速度建场研究.采用一种时间域分层多尺度全波形反演流程:首先通过层析成像建立初始速度模型;其次利用折射波反演浅层速度模型;最后利用反射波反演中深层速度模型.偏移成像结果表明基于全波形反演的速度建模技术能有效改善火成岩下伏构造的成像精度,显示了全波形反演在常规陆上采集资料的应用潜力.     

地壳三维构造反演和速度层析成像

本文给出利用空间深地震测深反射资料重建地壳三维构造和速度分布的方法，适用于任意分层并且每层可由若干断块组成的地壳模型。通过采用适当的反演方法获得地壳界面的三维构造，并在此结果基础之上，进一步将剩余走时残差归因于地壳速度的不均匀性，采用东分块的反演方法，重建地壳三维速度分布，数值模拟的结果表明算法是有效的。