黄土塬覆盖区的层析反演静校正方法研究

我国北方地区黄土塬覆盖区的静校正问题是地震数据处理中的难点问题之一.黄土塬表层覆盖巨厚黄土,高差起伏较大,地震静校正问题严重;而且黄土塬覆盖区的潜水面普遍较深,常规折射静校正方法无法取得令人满意的处理效果.本文针对黄土塬覆盖区的静校正难题,研究层析反演静校正方法在黄土塬地区的适用性和可靠性.层析反演静校正利用地震波初至走时数据、通过迭代反演的方法构建速度模型,进而依据所得的近地表速度模型对地震数据进行静校正处理.本文的迭代反演采用同步迭代重构算法（SIRT）,并且对同步迭代重构算法进行了改进,使得层析反演的迭代过程趋于稳定.但是,因为黄土塬覆盖区地表高程的横向变化剧烈,相邻检波点的高差及其静校正量有时差异很大,在运用层析静校正求取长波长静校正量的同时,还需采用初至波剩余静校正方法求取短波长静校正量.实例证明,综合应用依据初至波走时数据的层析静校正和剩余静校正方法,同时计算长波长和短波长的静校正量,能够有效地解决黄土塬覆盖区实际地震资料的静校正问题.     

复杂地形条件下静校正的综合寻优

复杂地形，特别是山地条件下地震勘探中的大静校正问题是 一个非线性的、具有多参数多极值的全局优化难题. 本文综合利用最大能量法、模拟退火与 遗传算法的各自优势，提出一种具有局部收敛速度快、全局搜索能力强的综合寻优反演方法 . 其中对产生伪静校正量的零空间现象进行空间平滑滤波剔除. 理论数值计算及实际资料的 处理说明本方法适应能力强、静校正效果较好.     

团体粒子群与最大能量串行融合算法转换波静校正

估计转换波的静校正量是一个复杂的非线性问题,常规的线性静校正方法无法取得好的效果.粒子群算法是一种很好的非线性全局最优化方法,但其缺点是"早熟"现象严重.最大能量法是一种常规求取静校正量的方法,局部寻优能力强且收敛速度快是其优点,但是当地震记录含有大的静校正量时易收敛于局部极值.本文在标准粒子群算法的基础上发展出了一种改进的粒子群算法:团体粒子群算法.并且通过对Rastrigin函数的寻优实验证明了其全局寻优能力优于标准粒子群算法.同时为了解决转换波静校正问题串行融合了团体粒子群算法和最大能量法.最后,建立了含一个水平反射层的模型并合成地震记录,加入随机值作为检波点静校正量.对合成的地震数据分别利用团体粒子群和最大能量的串行融合算法、标准粒子群算法和最大能量法求取静校正量并进行静校正.结果证明串行融合算法得到的静校正量与理论值误差很小,静校正后的叠加剖面连续性较好.     

川东南复杂山地灰岩区静校正技术综合应用研究

复杂山地灰岩出露区勘探存在严重的静校正问题,解决静校正问题难度较大,由于静校正问题的存在会降低地震资料的垂向分辨率、出现假构造、影响速度分析,严重影响地震资料成像质量,降低勘探成功率.为解决复杂山地灰岩区勘探存在的静校正问题,本文研究了高程静校正、折射静校正和初至层析静校正,分析对比不同方法的优缺点和应用效果,在此基础上提出并研究融合静校正技术,在本研究区中,该方法是采用折射静校正和初至层析静校正量的优势区域进行融合,充分发挥不同方法的优点和适应性,较好的解决一次静校正;针对剩余静校正问题,提出了基于反射波剩余静校正、成像域射线束剩余静校正和速度建模的循环迭代综合剩余静校正处理技术,分步逐级迭代解决剩余静校正问题,该方法集成了反射波剩余静校正、成像域射线束剩余静校正的优点,明显提高地震剖面的细节成像质量.通过本文研究,建立了一套针对复杂山地灰岩区低信噪比资料的静校正处理技术序列并形成一套处理流程,在川东南复杂山地灰岩区低信噪比数据处理中,验证了该技术序列的可行性,取得比较好的效果.     

川东北复杂山地三维静校正应用及实例分析

川东北复杂山地由于地表高程变化大、风化层厚度不均匀、低降速带速度横向变化大、高速层底界不稳定等因素,得到的地震资料具有严重的静校正问题,因此,如何解决山地静校正问题是后续地震资料处理的关键之一,本文首先分析高程静校正、折射静校正、层析静校正的基本原理和适用条件,结合实际复杂山地三维地震资料的特点,进行试验对比,提出了进行山地静校正的基本思路,即：首先进行高程静校正,这样可以利用高程静校正更容易拾取初至时间,然后利用折射静校正结合微测井等资料建立近地表速度-深度模型,以此速度-深度模型作为层析静校正的初始模型进行迭代处理,最后得到最终的近地表速度-深度模型和静校正值.根据以上处理流程,我们建立了适合于川东北山地三维复杂地表地震资料的静校处理正方法,并在实际生产过程中取得了良好的效果.     

广义线性反演初至折射静校技术在金属矿区的应用

在复杂地表地区,近地表速度构造模型的确定在地震资料处理和成像过程中是一个至关重要的工作.针对传统方法只能解决静校正中的部分问题,精度不高,本文采用的广义线性反演折射法,利用初至时间对大量数据进行统计,用交互、迭代的方法计算静校正量.该法在土屋斑岩铜矿区的应用,表明在提高信噪比方面比较传统方法有明显的提高.     

起伏地表煤田地震资料静校正

由于地表起伏和近地表结构变化产生的静校正问题严重影响了煤田地震资料的成像质量.为此,首先利用低速带分片拟合的广义线性反演技术进行折射波静校正,解决长波长静校正问题和部分短波长静校正问题,然后,利用叠加能量最大静校正技术进一步解决剩余静校正问题,最后,利用非地表一致性剩余时差校正技术,解决速度和射线等误差引起的非地表一致性剩余时差问题.实验结果表明,在以串连的方式应用了三种校正方法之后,在共炮点道集上,折射渡同相轴的线性形态得到了恢复;在动校正后的共中心点道集上,煤层反射的双曲线同相轴被拉平;在叠加剖面上,煤层反射的信噪比得到了改善.     

地震静校正全局最优化问题的求解

针对地震静校正存在的非线性和多参数性等问题，本文提出了一种全局优化的剩余静校正方法.在模型更新规则上，把模拟退火方法和均匀优化设计方法结合在一起，使模型的更新更为合理，从而加快了搜寻全局最优解的速度.同时提出了模型的不同分量的温度参数和退火过程的选取方式，把温度参数的选取与地震剖面的能量联系起来，使温度参数的选取具有自适应的特点.该方法克服了常规模拟退火方法所具有的寻优空间不均匀以及退火参数需通过多次试验选取的缺陷.通过实际地震资料的计算证明，本文提出的方法对地震静校正问题合理而有效.     

复杂山区初至波层析反演静校正

提高静校正精度是取得复杂山区良好地震成像的一个重要条件.而建立在水平折射面假设基础之上折射波静校正方法,无论是假设前提还是实际应用效果,都不适应于地表剧烈起伏,速度纵、横向变化大的复杂区.为此本文提出使用初至波层析反演静校正方法,即利用地震记录中初至旅行时反演出表层速度模型,计算出炮点和检波点的静校正量.通过正演模拟数据和实际资料的验证,很好的解决了复杂地表引起的静校正问题.     

被动源反射地震数据起伏地表静校正问题分析

主动源地震中采用静校正技术将地震数据校正到平面上进行常规处理,被动源反射地震数据处理中同样面临该问题,其中涉及到了两种方法,一种是生成拟炮集记录后,采用主动源地震方法进行静校正处理;第二种方法是在背景噪声上,根据检波点高程将数据校正到平地表上再进行拟炮集记录计算.本文主要分析了第二种静校正计算方法的原理、以及实现步骤,并通过数值模拟起伏被动源地震数据,对两种静校正方法校方法进行了综合对比.实验结果表明：在被动源原始数据上静校正和在互相关生成的拟炮集上静校正都能实现起伏地表校正为平地表,但在被动源原始数据上静校正再相关会导致静校正量发生改变,需对反射记录非因果部分进行两倍炮点校正,因果部分进行两倍检波点校正才能叠加生成拟炮集.     

A two‐phase automatic static correction method

Statics are an effective approach to correct for complex velocity variations in the near surface, but so far, to a large extent, a general and robust automatic static correction method is still lacking. In this paper, we propose a novel two‐phase automatic static correction method, which is capable of handling both primary wave statics (PP statics) and converted‐wave statics (S‐wave statics). Our method is purely data driven, and it aims at maximizing stacking power in the target zone of the stack image. Low‐frequency components of the data are analysed first using an advanced genetic algorithm to estimate seed statics and the time structure for an event of interest, and then the original full‐band data are further aligned via the back‐and‐forth coordinate descent method using the seed statics as initial values and the time structure for event alignment guidance. We apply our new method to two field datasets, i.e., one for 2D PP static correction and the other for 3D S‐wave static correction.     

三维频率域航空电磁反演研究

航空电磁数据的三维解释由于数据量大需要有高效的反演算法作为支撑.本文利用两种目前主流的数值优化技术（非线性共轭梯度和有限内存的BFGS法）实现了三维频率域航空电磁反演,并进一步比较了两种方法的有效性和运算效率.在反演过程中,为了更好地反演异常体的空间位置,模型方差矩阵中的光滑系数在反演起始阶段取值较大;当数据拟合差下降趋于平缓时,再利用较小的光滑因子约束反演过程来实现聚焦和获得精确的反演结果.理论数据反演表明这两种优化策略具有相似的内存需求,但是有限内存的BFGS技术比非线性共轭梯度法在计算时间和模型反演分辨率上具有一定的优越性,因此有限内存BFGS法更适合于求解大规模三维反演问题. 模型试验进一步表明目前主流的迭代法求解技术不适合大规模航空电磁数据反演,未来移动平台多源电磁数据快速正反演可通过引入矩阵分解技术来实现.     

Inversion of near-field waveform data for earthquake source rupture process (I): Method and numerical test

In seismological study, most of the earthquake source rupture processes are inverted via matching the waveforms. The hypocenter location and fault parameters (such as strike direction, dip angle, etc.) are assumed firstly, and the fault is divided into a …     

Surface-wave analysis for static corrections in mineral exploration: A case study from central Sweden

In mineral exploration, increased interest towards deeper mineralizations makes seismic methods attractive. One of the critical steps in seismic processing workflows is the static correction, which is applied to correct the effect of the shallow, highly heterogeneous subsurface layers, and improve the imaging of deeper targets. We showed an effective approach to estimate the statics, based on the analysis of surface waves (groundroll) contained in the seismic reflection data, and we applied it to a legacy seismic line acquired at the iron-oxide mining site of Ludvika in Sweden. We applied surface-wave methods that were originally developed for hydrocarbon exploration, modified as a step-by-step workflow to suit the different geologic context of hard-rock sites. The workflow starts with the detection of sharp lateral variations in the subsurface, the existence of which is common at hard-rock sites. Their location is subsequently used, to ensure that the dispersion curves extracted from the data are not affected by strong lateral variations of the subsurface properties. The dispersion curves are picked automatically, windowing the data and applying a wavefield transform. A pseudo-2D time-average S-wave velocity and time-average P-wave velocity profile are obtained directly from the dispersion curves, after inverting only a reference curve. The time-average P-wave velocity profile is then used for the direct estimation of the one-way traveltime, which provides the static corrections. The resulting P-wave statics from the field data were compared with statics computed through conventional P-wave tomography. Their difference was mostly negligible with more than 91% of the estimations being in agreement with the conventional statics, proving the effectiveness of the proposed workflow. The application of the statics obtained from surface waves provided a stacked section comparable with that obtained by applying tomostatics.     

Reflection multi‐scale envelope inversion

Sufficient low‐frequency information is essential for full‐waveform inversion to get the global optimal solution. Multi‐scale envelope inversion was proposed using a new Fréchet derivative to invert the long‐wavelength component of the model by directly using the low‐frequency components contained in an envelope of seismic data. Although the new method can recover the main structure of the model, the inversion quality of the model bottom still needs to be improved. Reflection waveform inversion reduces the dependence of inversion on low‐frequency and long‐offset data by using travel‐time information in reflected waves. However, when the underground medium contains strong contrast or the initial model is far away from the true model, it is hard to get reliable reference reflectors for the generation of reflected waves. Here, we propose a combination inversion algorithm, i.e., reflection multi‐scale envelope inversion, to overcome the limitations of multi‐scale envelope inversion and reflection waveform inversion. First, wavefield decomposition was introduced into the multi‐scale envelope inversion to improve the inversion quality of the long‐wavelength components of the model. Then, after the initial model had been established to be accurate enough, migration and de‐migration were introduced to achieve multi‐scale reflection waveform inversion. The numerical results of the salt‐layer model and the SEG/EAGE salt model verified the validity of the proposed approach and its potential.     

三种算法联合迭代反演求取最佳剩余静校正量

估算剩余静校正量可看作是以激发点及接收点剩余静校正量为模型参数的、以叠加能量为目标函数的全局最优值的搜索问题．当地震记录的剩余静校正量大而信噪比较低时，应用相关统计法不能有效地拾取静校正量．本文分别采用了ＣＭＰ道集内道间互相关法、图像边缘提取的Ｌａｐｌａｃｉａｎ算法及ＤＦＰ算法，三种不同算法联合迭代反演可求取最佳的模型参数，使目标函数值达到或接近于全局最优．理论试算及实际资料处理效果表明，这种方法能够解决低信噪比及大静校正量造成的周期跳跃等静校正问题．     

三维井间电磁场的正反演计算

提出了一种计算体积分方程的方法－改进型局域非线性迭代（MLNI），并用其对三维井间电磁场进行反演计算，该方法将井间大尺度散射体分为近场和远场区域两部分，它们的位置和尺寸均随场点位置的变化而改变，采用局域非线性近似计算近场区域的影响，将远场区域的影响作为外部激励源，采用迭代方法计算，该方法具有计算速度快，所需内存量少，收敛性好的优点，在反演中采用基于MLNI的非线性反演方法，利用这种方法可以将成像区域集中于一定范围内而不是整个三维空间，该反演方法由于考虑到了雅可比矩阵元素的非线性项，因而与传统的Born迭代反演方法相比更为精确和稳定，考虑到信息量和计算机内存的限制，第1次成像采用双重体元分割法进行较粗略的成像，然后缩小成像范围进行第2次较精确的成像，数值计算结果表明，MLNI是一种有效的计算井间大尺度异常体散射场的方法，将该方法用于反演过程能够得到较高分辨率的三维井间电导率图像。     

2D多尺度非线性地震速度成像

将遗传算法和单纯形算法相结合,得到了一种高效、健全的2D混合地震走时反演方法.把速度场划分为不同的空间尺度,定义网格节点上的速度作为待反演参数,采用双三次样条函数模型参数化,正问题采用有限差分走时计算方法,反问题采用多尺度混合反演方法.首先在较大的空间尺度内反演,然后减小空间尺度,将大尺度的反演结果作为次一级尺度反问题的初始模型,再进行混合反演,如此类推逐次逼近全局最优解.一个低速度异常体的数值模拟试验和抗走时扰动试验表明该方法是有效和健全的.我们将该方法应用到青藏高原东北缘阿尼玛卿缝合带东段上部地壳速度结构研究中,并与前人的成果进行了对比.