串珠状溶洞模型介质波动方程正演与偏移

为了揭示溶洞储层的地震波场特征,该文采用相移加插值波场延拓算子,该算子能适应介质速度横向变化和纵向变化、对地层无倾角限制、保振幅且可以避免层间多次波的产生.然后用该算子对根据某地区奥陶系储层溶洞的地质特征所设计的五个串珠状溶洞地质模型进行正演和偏移,并分析波场特征.溶洞储层模型数值模拟的结果揭示了在不同大小、形状、间距、分布位置等情况下溶洞地震波场特征,得出了关于串珠状溶洞介质地震波场特征的一些有意义的结论和认识.     

模型正演技术在兴城地区叠前深度偏移中的应用

松辽盆地徐家围子断陷兴城地区火山岩埋藏较深,断层发育且倾角较大,构造极其复杂,常规时间域成像效果较差,且火山岩屏蔽作用明显影响到下伏地层成像精度,对构造解释造成了一定影响.针对这一问题,采用波动方程正演模拟技术,建立反映该区实际复杂构造的模型,进行正演模拟,然后将模拟的炮集记录进行常规处理和叠前偏移处理,重点是叠前深度偏移处理.模拟结果表明,将模型正演技术应用到实际地震资料的处理中,有助于指导实际地震资料中速度-深度模型的建立,并且对于提高复杂构造的成像质量具有非常重要的作用,而且有利于下一步验证构造解释方案是否合理.     

基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移

针对接收函数正演与偏移, 本文采用波动方程有限差分算法. 借鉴成熟的勘探地震学方法, 引入等效速度概念, 建立接收函数转换波与地震勘探反射波的等效走时方程, 实现了基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移. 数值计算表明, 波动方程有限差分叠后偏移方法可以对点绕射和穹隆构造模型实现高精度成像. 本文利用数值计算讨论了波动方程有限差分叠后偏移与Kirchhoff叠后偏移对于接收函数偏移的适用性, 还对偏移过程中速度模型的误差进行了分析.     

VSP正反演综述

垂直地震剖面法是一种发展很迅速的地球物理方法,由于垂直地震剖面法是在介质内部点上直接观测,因而能够避开或减弱剖面上部低速带的干扰及外界噪声干扰,可以更直接、更有效地研究波的运动学和动力学特征,解决其地质问题,因此在地球物理勘探领域中最为活跃.本文从垂直地震剖面正反演的角度,并结合国内外实际的例子来介绍垂直地震剖面,同时讨论了垂直地震剖面未来发展的方向.     

各向异性介质中大地电磁正演研究综述

在地球物理资料处理解释中,各向异性现象是一个无法忽视的重要因素.各向异性介质中大地电磁(MT)的正演数值模拟计算一直是国内外电磁感应领域研究的前沿课题.文中简要介绍了正演数值模拟计算的发展历程和几种主要的研究方法,探讨了未来各向异性介质中大地电磁正演研究方向、需要解决的难点和面临的挑战.     

低序级断层波动方程正演及特征分析

低序级断层是复杂断块油藏勘探开发的重要研究内容,对油田开发后期落实剩余油分布、解决注采矛盾具有重要意义.本文采用声波方程有限差分正演模拟,对以下几种情形进行了研究:(1)低序级断层与埋深、主频以及信噪比之间的关系;(2)观测系统对断层的影响;(3)物性差异产生的假断层问题;(4)大断层衍生出小断层的正演问题;(5)断层破碎带的影响以及断层封堵带含流体的影响.在上述理论模型正演分析的基础上,根据胜利油田典型构造带的地震剖面建立速度模型,研究了不同组合模式的低序级断层的识别能力,最后分析了波动方程正演模拟和褶积合成地震记录的区别.通过对低序级断层正演模拟特征的分析,得出了不同资料质量、不同地质情况以及不同组合模式下,能够准确识别的断层的极限.理论上能够识别的断层最小断距为7 m左右,最小可能会达到5 m,子波主频适当提高,数据采集时炮点和检波点越密集,道间距越小,多个断层的横向或纵向间隔越大,断层的落差越大时,越能够准确地定位断点并确定断层位置.本文研究成果对油田科研生产中低序级断层的正确判别以及提高断层检测方法的可信度方面具有重要意义.     

3D forward modeling and response analysis for marine CSEMs towed by two ships

A dual-ship-towed marine electromagnetic (EM) system is a new marine exploration technology recently being developed in China. Compared with traditional marine EM systems, the new system tows the transmitters and receivers using two ships, rendering it unnecessary to position EM receivers at the seafloor in advance. This makes the system more flexible, allowing for different configurations (e.g., in-line, broadside, and azimuthal and concentric scanning) that can produce more detailed underwater structural information. We develop a three-dimensional goal-oriented adaptive forward modeling method for the new marine EM system and analyze the responses for four survey configurations. Oceanbottom topography has a strong effect on the marine EM responses; thus, we develop a forward modeling algorithm based on the finite-element method and unstructured grids. To satisfy the requirements for modeling the moving transmitters of a dual-ship-towed EM system, we use a single mesh for each of the transmitter locations. This mitigates the mesh complexity by refining the grids near the transmitters and minimizes the computational cost. To generate a rational mesh while maintaining the accuracy for single transmitter, we develop a goal-oriented adaptive method with separate mesh refinements for areas around the transmitting source and those far away. To test the modeling algorithm and accuracy, we compare the EM responses calculated by the proposed algorithm and semi-analytical results and from published sources. Furthermore, by analyzing the EM responses for four survey configurations, we are confirm that compared with traditional marine EM systems with only in-line array, a dual-ship-towed marine system can collect more data.     

离散介质波场正演模拟与弱化性影响分析

从流变力学角度建立的离散介质本构关系同时考虑了介质的弹性、粘性与弱化性,与损伤力学建立的本构关系比较表明弱化因子具有损伤因子的力学意义。本文采用交错网格伪谱法正演模拟了离散介质中波的传播,并以平面波解分析了体波的频散和介质的吸收系数。高频和低频情况下波场数值模拟的结果是:饱和多孔介质中体波速度随弱化因子的增加而降低,介质吸收系数随弱化因子的增加而增加,弱化性对不同体波频散的影响程度不同。     

基于GprMax正演模拟的探地雷达根系探测敏感因素分析

应用探地雷达对植物根系进行探测的有效性已得到证实.但由于根系结构复杂,根围环境异质性强,针对基于探地雷达得到的根系探测数据的解读尚处于经验积累阶段.本研究首先通过对比根系探地雷达实测信号图像和模拟信号图像,证实了利用GprMax模拟探地雷达探测植物根系的有效性.其次通过定义不同根系空间结构和电性参数场景,模拟了不同条件下根目标反射信号的差异,并对影响探地雷达探测植物根系有效性的敏感因素进行了初步分析.模拟结果有助于探地雷达野外根系探测图谱的解译,为探地雷达在植物根系探测中的应用积累经验.     

基于空气地球分离策略的大地电磁三维正演

大地电磁正演常采用电场双旋度方程,由于工作频率低、空气电导率为零,电场双旋度方程含有空解空间,导致离散化的线性方程组严重病态、具有高的条件数.为降低大地电磁场双旋度正演方程的病态性,本文提出了一种基于空气与地球分离策略的大地电磁混合正演公式.首先,在空气层中将双旋度算子转换为Laplace算子,在地下利用电导率大于零的特征保留双旋度算子,建立空气与地下分离的混合公式系统,以便实现混合公式系统对应的离散化线性方程组条件数的大幅度降低.然后,在空气与地下分界面上,施加电磁场的切向与法向连续性条件实现空气与地下区域的耦合与信息交换,以保证电磁场分布的唯一性.再则,利用非结构化四面体网格离散技术来高精度模拟任意起伏地形和复杂地下三维地电结构,并结合节点有限元与棱边有限元法,高精度求解该混合公式系统.最后,利用国际标准大地电磁测试模型来验证该空气与地球分离算法的正确性,并展示其有效降低原有电场双旋度方程的病态性的能力.本文提出的空气与地球分离思想为寻求大地电磁最优化控制方程开启了新的求解思路,预计会产生更多、性能更佳的大地电磁混合公式,以便服务于大地电磁正反演技术的快速发展.

     

基于单程波正演模拟的多尺度地震资料特征分析

多尺度地震资料在油藏地球物理中发挥着重要的作用,通过开展单程波正演模拟并对模拟结果进行偏移,有利于深入剖析多尺度地震资料之间的联系与差异.正演模拟表明,地面地震资料、VSP资料和井间地震资料三种尺度的地震资料都是相同地下地质体对应于该观测尺度下的地震波响应特征,差异在于由于观测方式的不同,资料所包含的波场信息丰富程度不一样,反映地质体信息的范围不一样,在分辨能力上具有一定的差异性.地面地震资料具有较强的横向连续性但纵向分辨率低,VSP资料具备比较精确的时深关系,井间地震资料分辨率高但是覆盖范围小,对三种多尺度地震资料开展综合研究有利于更好的揭示地下地质信息.     

二维应变速率正演模拟

由给定的随时间和空间变化的二维应变速率分布计算速度场,根据速度场计算二维热传导方程,得到岩石圈的热演化结构,然后计算由热扰动引起的密度变化,进而确定加载到岩石圈上的载荷,根据载荷计算挠曲方程,最终得到盆地的沉降.在此基础上讨论了热源对地表热流和沉降的影响以及岩石圈有效弹性厚度对盆地几何形态的影响.结果表明,热源对地表热流影响显著,对沉降影响不大,岩石圈有效弹性厚度则控制盆地的几何形态.二维应变速率正演为下一步的反演奠定了基础.     

波动方程数值模拟的三种方法及对比

波动方程数值模拟方法是研究地震波场传播的一种重要手段,本文采用交错网格高阶有限差分方法分别对双程声波方程和双程弹性波方程进行了波场数值模拟,并且根据定位原理采用傅立叶有限差分算子进行了单程波方程数值模拟,在分析定位原理的基础上,对其计算过程稍作修改,将延拓到地面的波场直接由每个检波点接收,无需横向叠加过程,得到了单程声波方程共炮记录.基于不同波动方程的数值模拟结果表明,双程波方程结果包含直达波、多次波等干扰波,信噪比低;单程波数值模拟结果只包含了介质分界面的一次反射波,信噪比高,但对于大角度入射波误差较大,并且对于同一个地质模型而言,双程弹性波方程计算速度最慢,双程声波方程次之,单程声波方程计算速度最快.因此对于复杂地质模型,三种模拟方法可以取长补短,综合应用.     

面向目标自适应三维大地电磁正演模拟

本文将面向目标的自适应算法应用于三维大地电磁数值模拟.使用基于非结构网格的矢量有限单元法对起伏地表大地电磁正演模拟问题进行求解.使用利用垂向电流密度在物性界面上的连续性对后验误差进行估算的算法指导网格优化.由于全局自适应算法针对观测点优化网格的能力较差,本文通过求解正演问题的对偶问题计算后验误差的加权系数,并对相关加权系数进行改进,从而实现了面向目标的自适应算法.与传统基于结构化网格的电磁正演算法相比,采用非结构网格能够更好地拟合起伏地表和地下不规则异常体.由于使用了面向目标的自适应算法,本文能够使用更少的网格达到较高的计算精度.通过对比本文模拟结果与半空间响应和全局自适应算法计算结果,并通过对比使用改进前和改进后加权系数得到的网格剖分结果验证了本文算法的有效性.

     

多通道瞬变电磁m序列全时正演模拟与反演

传统瞬变电磁方法主要用于金属矿勘查,无法满足油气资源高阻目标体的勘探需要.多通道瞬变电磁(MTEM)系统的出现解决了这一问题.该方法采用伪随机序列发射波形和拟地震观测方式,测量同线电场分量,记录全时发射电流及多道观测数据,实现对高阻薄层的高精度探测.鉴于国内对此方法的研究还处于理论探索阶段,尚未进行相应的仿真模拟和数据处理工作,本文针对m序列发射波形多通道瞬变电磁法的全时正演模拟和反演解释进行研究,为国内正在进行的MTEM仪器系统研发及数据解释提供理论指导.我们利用方波响应移位叠加和电流导数与阶跃响应褶积两种方法实现理论m序列和实际发射波形的全时正演模拟;再通过相关辨识技术,削弱噪声影响,计算脉冲响应;最后对积分得到的阶跃响应进行共中心点道集数据联合反演,获取地下电性分布信息.     

Cosine-modulated window function-based staggered-grid finite-difference forward modeling

The numerical dispersion and computational cost are high for conventional Taylor series expansion staggered-grid finite-difference forward modeling owing to the high frequency of the wavelets and the large grid intervals. In this study, the cosine-modulated binomial window function (CMBWF)-based staggered-grid finite-difference method is proposed. Two new parameters, the modulated time and modulated range are used in the new window function and by adjusting these two parameters we obtain different characteristics of the main and side lobes of the amplitude response. Numerical dispersion analysis and elastic wavefield forward modeling suggests that the CMBWF method is more precise and less computationally costly than the conventional Taylor series expansion staggered-grid finitedifference method.     

瞬变电磁法正反演问题研究进展

对瞬变电磁法的方法发展概况和仪器研制状况做出了综述性评价.对瞬变电磁法正反演问题的研究成果进行了系统总结.目前的数值模拟正演方法主要有一维滤波系数法,三维积分方程法,二维,三维有限差分法,2.5维有限元法等,主要的反演方法有:一维浮动薄板解释法,人机对话自动反演法,烟圈理论解释法,神经网络反演法,成像类反演等,论述了瞬变电磁法各种计算方法的特点.瞬变电磁法的正反演发展趋势主要是研究三维正反演的计算方法和目标体成像系统.     

Study on forward modeling of through-casing resistivity logging

Through-casing resistivity logging (TCRL) is a new kind of logging method for formation evaluation,reservoir monitoring and saturation changes tracking. In this paper,the basic principle of TCRL is de-tailed,and the modified transmission line equation method (MTLEM) is first proposed in China. The MTLEM has been employed to simulate the responses of TCRL,on the basis of which,the effects of formation resistivity,cement and casing on the responses of TCRL are analyzed,and the signals in-duced in different formations are also calculated,which can help the design of TCRL tool and data processing and interpretation in China.     

地球物理学中的电磁场正演与反演

本文在近年来众多的地球物理研究者的研究基础上,总结了当前地电磁模型正反演已有成果,定量分析了各种主要正反演的性能测试,指出不同正反演法的优点、缺点以及应用范围局限,提出了各种方法的发展趋势以及当前计算地球物理领域的核心内容,指出了计算地球物理领域的数值模拟发展方向.     

瞬变电磁Crank-Nicolson FDTD三维正演

时域有限差分（FDTD）方法使用Yee网格剖分电磁场的空间采样, 通过时间步迭代实现电磁场数值模拟, 具有内存消耗低、计算简单等特点, 常用于瞬变电磁三维正演.然而, 常规FDTD方法的时间迭代步长Δt受Courant-Friedrich-Lewy（CFL）条件严格限制, 过多的迭代次数以及过密的采样往往导致计算速度慢、累积误差不断增大.本文提出一种不受CFL条件约束的无条件稳定隐式差分算法Crank-Nicolson FDTD（CN-FDTD）用于瞬变电磁三维正演.基于Crank-Nicolson差分方法对Maxwell方程组重新离散, 空间网格仍然采用Yee元胞, 时间步进采用在整时间步电场、磁场同时采样的策略, 建立无条件稳定FDTD格式, 突破CFL条件限制.与常规FDTD交替采样相比, CN-FDTD电场、磁场同时采样的策略构成的隐式差分格式, 需要求解大型稀疏矩阵方程组.通常, 瞬变电磁三维正演模型中产生的矩阵阶数往往较大, 需要占用大量内存和求解时间.为解决上述问题, 采用Crank-Nicolson-cycle-sweep-uniform（CNCSU-FDTD）方法近似求解CN-FDTD方程, 在保证求解精度的同时, 计算效率大幅提高.在边界条件处理上, 采用双线性变换推导了复频率参数完全匹配层（CFS-PML）吸收边界.采用均匀半空间模型、四类三层模型进行精度验证, 发现CN-FDTD三维正演结果与解析解、线性数字滤波解吻合较好.之后, 与接触带上的低阻复杂模型进行对比, 结果显示CN-FDTD正演结果与矢量有限元、有限体积法以及FDTD计算结果吻合较好.在此基础上, 研究了时间步放大对CN-FDTD计算精度的影响, 发现最大时间步放大到常规FDTD的3200倍时才会在晚期出现较明显的误差.在一台CPU为Intel Core i5-7300HQ的笔记本电脑单线程计算条件下, 模拟到关断后30 ms仅需要50 min.在进行并行化后, 将有望实现复杂模型分钟级的三维正演, 从而为三维反演提供可靠、快速的正演方法.