基于反射地震数据的时频域包络反演

包络信号含有丰富的低频分量,即使在地震数据缺失低频条件下,包络目标函数也能有效缓解全波形反演的周期跳跃现象.但是,当初始速度模型较为平滑时,观测数据中的反射地震事件在模拟数据中没有与之相对应的波形,导致包络反演初期无法很好地利用反射波信号进行速度建模.本文提出基于反射地震数据的时频域包络反演方法,通过结合反射波全波形反演理论,构建反射波时频域包络目标函数,来提高包络反演的速度建模精度.本文首先利用Gabor变换获取时频域地震数据,并提取振幅信息,即为时频域包络信号.然后,推导反射波时频域包络反演的伴随震源和梯度算子.Marmousi模型数据测试结果表明,基于反射地震数据的时频域包络反演方法可以为全波形反演提供一个较好的初始速度模型.     

基于反射地震数据的时频域包络反演

包络信号含有丰富的低频分量,即使在地震数据缺失低频条件下,包络目标函数也能有效缓解全波形反演的周期跳跃现象.但是,当初始速度模型较为平滑时,观测数据中的反射地震事件在模拟数据中没有与之相对应的波形,导致包络反演初期无法很好地利用反射波信号进行速度建模.本文提出基于反射地震数据的时频域包络反演方法,通过结合反射波全波形反演理论,构建反射波时频域包络目标函数,来提高包络反演的速度建模精度.本文首先利用Gabor变换获取时频域地震数据,并提取振幅信息,即为时频域包络信号.然后,推导反射波时频域包络反演的伴随震源和梯度算子.Marmousi模型数据测试结果表明,基于反射地震数据的时频域包络反演方法可以为全波形反演提供一个较好的初始速度模型.     

局部场地上土震动的强度包络函数的特性研究

本文应用ＳＭＡＲＴ－１台阵的三次震记录研究了局部场地上地震动强度包函数的变化规律，建立了各参数的回归模型，并用方差分析法和Ｔ值法对回归方程和各个自变量进行了检验。分析结果表明，平稳段起时间ｔ１主要受测点坐标的影响，强度因子Ｉ０，平稳段长度ｔｓ和减数ｃ除了受测点坐标的影响外，还不同程度地受测点所在位置的土层厚度的影响。文中还给出了各个参数的初步预测公式，分析结果可供可点地震模拟时参考。     

不依赖子波、基于包络的FWI初始模型建立方法研究

地震全波形反演(FWI)从理论走向实际面临着诸多难题,其中之一就是需要一个较高精度的初始模型,另一个难题就是需要一个较为精确的震源子波,初始模型和震源子波的准确程度严重影响着全波形反演的最终结果.为此,本文提出了不依赖子波、基于包络的FWI初始模型建立的方法,建立了相应的目标函数,推导出了反演的梯度,给出了伴随震源的表达式,理论上分析了不依赖子波FWI的可行性.在数值试验中,讨论了参考道的选取方式,通过分析归一化目标函数收敛速率,认为近偏移距参考道优于远偏移距参考道,在地震数据含干扰噪音时,平均道作为参考道要优于最小偏移距参考道.通过包络、包络对数、包络平方三种目标函数反演结果的比较,发现包络对数目标函数对深层的反演效果最好.通过不同子波的试验进一步验证了本方法的正确性.     

接收函数反演地壳S波速度结构的有效约束方法

本文通过对径向接收函数和垂直向接收函数进行低通滤波,获取了S波视速度随低通滤波参数的变化曲线,然后利用经验关系将它转换成了台站下方的S波速度结构,并以此作为接收函数反演的初始模型.理论数值实验表明:由于初始模型的S波速度值提供了有效的约束,即使Moho面深度并不准确,但反演迭代过程还是快速地向真解逼近,另外,通过给观测波形加入10％的噪声,在保持S波速度不变的情况下,分别对波速比进行5％的正负扰动(即泊松比分别扰动为0.23和0.27),反演结果仍然快速向真解收敛.对保山台记录的远震接收函数反演结果表明:用本文方法反演所得结果与测深结果较为一致.这充分说明只要S波速度值(而非泊松比)能够提供有效的约束,接收函数的反演过程对P波速度的选取并不敏感.     

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.

     

频率域全波形反演中关于复频率的研究

Laplace-Fourier域全波形反演可以利用简单的初始模型,从缺失低频信息的地震数据中得到长波长速度模型.Laplace-Fourier域全波形反演等价于本文的复频率全波形反演,但二者的实现方式不同,因此研究复频率全波形反演,可以为二者的对比研究并发展更有效的方法奠定重要基础.本文首先比较用线性增加模型作为初始模型时几个包含不同高低频成分的频率组的反演效果,再比较结合复频率之后各个频率组的反演效果,从简单模型和复杂模型的测试中都可以看出这种复频率+频率反演的方式对反演效果有明显改善.     

基于逆算子估计的AVO反演方法研究

传统反演算法以优化算法为主,而基于逆算子估计的AVO反演算法则利用了直接求逆的思路.算法的关键在于寻找存在逆函数的子域,进而可以在子域内直接求逆,这种解决反问题的思路不同于一般的优化类算法所采用的直接搜索解的方式,具有更高的效率.AVO反演利用了振幅随着偏移距的变化特征,反演的精度受到地震资料质量的影响,通过加入L1范数约束以及合理的初始模型有助于提高反演的稳定性以及准确度.模型测算和实际应用表明,基于逆算子估计的AVO反演方法具有较高的精确程度和可靠性.     

叠前地震数据弹性参数反演及反演策略浅析

反演本质上具有不适定性,在反演过程中采用一定的策略很有必要.本文采用反射率法正演、共轭梯度法反演的正反演体系,从不同频带数据的最佳收敛步长、目标函数的组成等方面对反演的影响进行了探讨.在此基础上采用分频反演、分层反演及变权重目标函数的策略,利用海上测井弹性参数模型对地震叠前波形数据进行了弹性参数反演试验.通过对反演结果的分析指出对反演的中间结果进行质量评估和质量控制的必要性.     

Seismic envelope inversion: reduction of local minima and noise resistance

Waveform inversion met severe challenge in retrieving long‐wavelength background structure. We have proposed to use envelope inversion to recover the large‐scale component of the model. Using the large‐scale background recovered by envelope inversion as new starting model, we can get much better result than the conventional full waveform inversion. By comparing the configurations of the misfit functional between the envelope inversion and the conventional waveform inversion, we show that envelope inversion can greatly reduce the local minimum problem. The combination of envelope inversion and waveform inversion can deliver more faithful and accurate final result with almost no extra computation cost compared to the conventional full waveform inversion. We also tested the noise resistance ability of envelope inversion to Gaussian noise and seismic interference noise. The results showed that envelope inversion is insensitive to Gaussian noise and, to a certain extent, insensitive to seismic interference noise. This indicates the robustness of this method and its potential use for noisy data.     

地震数据互相关驱动的多道反演方法

地震反演是储层定量描述和地震油气识别的关键技术,反演结果在复杂构造区域的横向连续性和保真性是影响地震资料定量解释精度的重要因素.基于此,本文发展了地震数据互相关驱动的多道反演方法.考虑地层反射系数与地震数据在结构上具有相似性的特点,基于地震数据互相关描述地层反射系数的结构特征,并将其作为多道地震反演的横向约束条件;此外,为改善地震数据本身横向连续性差对反演结果的影响,在目标泛函的惩罚项中引入局部优化算子,构建了一个易于求解的多道地震反演目标泛函.与常规多道地震反演方法相比,本文方法能够设计更合理、更符合实际情况的横向约束算子,提高反演结果的横向连续性,并且能有效降低地震资料质量对反演结果的影响.模型测试和实际应用验证了本方法的可靠性和稳定性.

     

地震数据互相关驱动的多道反演方法

地震反演是储层定量描述和地震油气识别的关键技术,反演结果在复杂构造区域的横向连续性和保真性是影响地震资料定量解释精度的重要因素.基于此,本文发展了地震数据互相关驱动的多道反演方法.考虑地层反射系数与地震数据在结构上具有相似性的特点,基于地震数据互相关描述地层反射系数的结构特征,并将其作为多道地震反演的横向约束条件;此外,为改善地震数据本身横向连续性差对反演结果的影响,在目标泛函的惩罚项中引入局部优化算子,构建了一个易于求解的多道地震反演目标泛函.与常规多道地震反演方法相比,本文方法能够设计更合理、更符合实际情况的横向约束算子,提高反演结果的横向连续性,并且能有效降低地震资料质量对反演结果的影响.模型测试和实际应用验证了本方法的可靠性和稳定性.     

Multi-trace basis-pursuit seismic inversion for resolution enhancement

Seismic inversion is an important tool that transfers interface information of seismic data to formation information, which renders the seismic data easily understood by geologists or petroleum engineers. In this study, a novel multi-trace basis-pursuit inversion method based on the Bayesian theory is proposed to enhance the vertical resolution and overcome the lateral instability of inversion results between different traces occasionally seen in the traditional trace-by-trace basis-pursuit inversion method. The Markov process is initially introduced to describe the relationship between adjacent seismic traces and their correlation, which we then close couple in the equation of our new inversion method. A recursive function is further derived to simplify the inversion process by considering the particularity of the coefficient matrix in the multi-trace inversion equation. A series of numerical-analysis and field data examples demonstrates that both the traditional and the new methods for P-wave impedance inversion are helpful in enhancing the resolution of thin beds that are usually difficult to discern from original seismic profiles, thus highlighting the importance of acoustic-impedance inversion for thin bed interpretation. Furthermore, in addition to yielding thin bed inversion results with enhanced lateral continuity and high vertical resolution, our proposed method is robust to noise and cannot be easily contaminated by it, which we verify using both synthetic and field data.     

随机反演在储层预测中的应用

针对隐蔽油气藏储层预测的需要,开展了地震反演研究,根据目前的实际应用将储层预测中的基于模型的地震反演分为三个实施阶段:即构造反演、声波波阻抗或弹性波阻抗反演以及岩性反演,并对每个阶段的目的、关键技术及其原理进行了详细描述,尤其是详细描述了基于马尔科夫链的蒙特卡罗随机模拟技术.最后给出了一个综合应用测井、地质、地震资料进行反演,从而进行储层预测的实例.     

基于声波方程的井间地震数据快速WTW反演方法

WTW(Wave equation traveltime+Waveform inversion)反演是基于波动方程的走时反演（WT反演）和波形反演的联合反演方法.WT反演利用波动方程计算走时和走时关于速度的导数,和传统以射线为基础的走时反演相比,具有不必射线追踪、不必拾取初至、不必高频假设以及初始模型和实际模型差别较大时也能较好收敛等优点,但WT反演与波形反演相比其结果分辨率低.与之互补的是,波形反演的反演结果分辨率高,但是当所给初始模型和实际模型相差太大时,波形反演迭代算法容易陷入局部极小点.可见结合两种方法的WTW反演是一种比较好的联合反演方法.常规WTW迭代算法是首先以WT反演为主反演得到地质模型的整体特征,然后再以波形反演为主反演模型细节,该算法耗时和占用计算机存储空间接近WT反演或波形反演的两倍.为了节省运算耗时和计算机存储空间,往往采取首先单独利用WT反演然后再单独利用波形反演的算法.这样做的缺点是不能紧密结合两种反演方法,使得它们的优缺点在每一次迭代中无法得到互补,从而影响了最终的反演结果.针对以上事实,本文提出一种新的方法实现WTW,使得WTW运算速度和存储空间在任何情况下等同于WT反演或波形反演.模型计算表明新的算法具有更好的收敛性.     

基于多射线联合反演的速度无关叠前地震数据Q值估计

描述地震波衰减特征的品质因子Q对地震数据处理和油藏描述非常重要,在地震勘探领域,Q值一般通过垂直地震剖面(VSP)数据或地面地震数据得到.由于叠前地面地震数据具有复杂的射线路径且存在噪声、调谐干涉效应等影响,从叠前地震数据中准确估计Q值相对困难.本文以地震波射线传播为基础,根据同相轴局部斜率和射线参数的映射关系,将多射线波形频谱同时带入谱比法联合反演估计Q值,提出了基于多射线联合反演的速度无关叠前Q值估计方法.该方法通过局部斜率属性避开了速度对Q值估计的影响,局部斜率携带地震波传播的速度信息,具有相同局部斜率的地震反射波具有相同的传播射线参数.同相轴局部斜率是地震数据域的属性,而速度是模型域的参数,在估计Q值中采用数据域的属性参数可以直接应用于数据的联合反演,而不需要通过速度对其做进一步的转化,从而提高了Q值估计的精度.同时,本方法采用预测映射(predictive mapping)技术将非零炮检距反射信息映射到零炮检距处,从而获得零偏移距走时对应的Q值.模拟和实际算例验证了本文方法的有效性.