一种快速建立层析反演初始模型的方法

建立近地表层析反演模型时,通常利用射线追踪方法来计算模型初至旅行时,再与观测的初至实际旅行时进行比较,反复修改模型直到计算值与观测值的误差达到最小。因此,初始模型建立的质量直接影响到层析反演的精度、收敛速度和迭代次数。通过模拟近地表模型,利用时间项反演方法快速建立初始模型,提高了层析反演的精度,加快了收敛速度,减少了迭代次数。      

旅行时差值曲线方法在时间项反演中的应用

因对初至旅行时层数的确定和拐点拾取存存不确定性．导致时间项反演方法在近地表复杂区建立的速度模型精度不高,静校正效果不理想。对此提出了利刚旅行时差值曲线方法进行层数确定和拐点拾取。理论分析认为,运用旅行时差值曲线方法时,应尽餐选择相邻的激发点。通过对三层近地表速度模型进行射线追踪。得到初至旅行时,根据其旅行时曲线初步判定层数,再运用旅行时差值曲线进一步确定层数。观察时间项反演速度模型,其与近地表速度模型较接近,经计算反演速度模型与设计的近地表速度模型之间的均方根误差仅为0．95m,可见该方法可有效提高时间项反演的精度。     

井间地震速度反演的遗传算法

井间地震速度反演具有重要的意义,不仅对于准确圈定地下构造的传统地震勘探是重要的,而且速度的变化可以指示非背斜型的地层岩性圈闭.传统的射线追踪方法一般是先给出入射角,然后根据折射定律修改入射角以达到反演的目的.该方法对每条射线均需通过扫描确定入射角,计算量较大,对初始地质模型的要求较高.遗传算法具有全局收敛性,是一种不用梯度信息的优化方法,特别适用于大型的组合优化问题.采用多项式展开表示界面深度和速度,通过弯曲射线追踪算法来计算射线的旅行时间,利用遗传算法进行迭代优化,可以同时反演出地下复杂构造的界面形态和速度变化.该方法与网格化速度反演相比,减少了未知参数,较好地克服了多解性问题,试验结果表明,该方法可以达到较高的反演精度.     

初至波地震层析成像中自动生成初始速度模型的方法研究

初至波地震层析成像需要给定初始速度模型,给定的初始速度模型很大程度上影响层析反演的质量、反演是否收敛和收敛速度的快慢。使用层析成像反演近地表速度场时,这里提出了一种利用大炮初至时间自动生成初始速度模型的方法。假定大炮初至是由直达波和折射波构成的,然后用折射波法直接求取初始速度模型,该方法生成的初始速度模型可直接由程序自动实现,无需人为干扰。将该方法应用在理论模型和实际资料中,由此产生的初始速度模型采用层析成像技术进行迭代反演,结果表明,该方法建立的初始模型加快了反演收敛速度,反演结果和真实速度模型基本一致。     

层析反演静校正

表层模型层析反演是一种非线性模型反演技术,它利用地震初至波射线的走时和路径反演介质速度结构,不受地表及近地表结构纵横向变化的约束。根据正演初至时间与实际初至时间的误差,修正速度模型,经反复迭代,最终达到要求的误差精度。求取静校正时采用射线法计算炮点到检波点的旅行时,从而得到基准面校正量。     

一种基于地质模型的电性与速度界面不一致的联合反演方法

当电性与速度界面不一致进行联合反演时,存在参与联合反演的数据不同源的问题,如果做界面一致的假设,会降低反演的可靠性,建立电性与速度统一的反演模型是解决问题的关键.文章分析了地球物理勘探各类目标之间的相互关系,建立以地质模型作为速度和电性联合反演的统一模型,根据地质模型与物性模型、以及地球物理场分布特征的关系,模拟实际地质、地球物理状况,采用基于模式识别的联合反演算法,以直流电测深与地震数据为例进行了模拟实验,实验结果表明:以地质模型作为速度与电性不一致的联合反演统一模型是可行的.     

速度层析成像正反演技术研究

利用层析成像的基本原理对地质异常体进行速度层析成像正、反演研究,计算结果可以确定出地质模型中速度异常体的大小、位置和慢度值等物性参数。首先通过建立正演模型,将含有异常体的模型区域剖分成规则的矩形网格,在区域两边的钻孔中分别安置发射和接受装置,采用多点发射、多点接收的方法获得已知地质条件下的每条速度射线的走时值,而后根据线性回归的原则对所得的时间数据加入20%的噪声,采用医学中成熟的ART算法进行模型的反演计算,计算表明反演结果与正演模型十分地逼近,计算精度和速度都能达到满意的效果。     

基于GPU加速的包络波形反演

波形反演利用地震资料的相位和振幅信息对速度进行建模,是当前分辨率最高的速度估计方法。波形反演对初始速度场具有较高的要求,当初始速度场和真实的速度场相差较远时,容易产生周波跳跃问题。通常在进行速度反演时,采用多尺度方法减轻波形反演的非线性,然而当实际地震资料中缺少大偏移距和低频数据时,多尺度方法不再适用。此外,计算效率也限制了波形反演的应用。因此,这里提出基于GPU加速的包络波形反演来获取包含长波长信息的初始速度场,并提高计算效率。通过对Marmousi模型的测试,验证了方法的正确性和有效性。     

利用多次叠前时间偏移提取精确的偏移速度

提出了一种利用多次叠前时间偏移提取偏移速度模型的方法,以提高成像效果。通过常规的叠前时间偏移速度分析方法,提取出最好的初始速度模型,然后以此速度模型的80%至120%进行扫描,用这些速度模型进行偏移,将得到不同质量的成像剖面,他们有合理的和不合理的。准确的偏移速度可以通过选用正确的速度模型百分比估算出来,可使成像效果得到最显著的提高。此方法用于实际数据,结果证明该方法提取的偏移速度模型非常接近真实的速度。由于无需对不同百分比速度模型重复计算旅行时,多次叠前时间偏移所耗费CPU时间并不多。     

偏移垂直地震剖面的旅行时间反演——一种可行性研究

使用偏移垂直地震剖面(VSp)的旅行时间,应用迭代最小平方反演方法可以估算地下的二维倾角。利用合成数据进行试验表明,用直达波或一次反射的旅行时间,由这种反演技术能够估算一个钻井附近的倾角。这种反演方法实质上是一种“剥层”方法,即先估算浅层的倾角,然后估算深部的倾角。几个实例表明,当震源偏移距与层深度的比率很小时,一次反射是主要的波。旅行时间反演还需要精心算层速度和正确的校正静。如果不考虑这些困难和普遍存在的非单值性问题,旅行时间反演可以产生一个正确的地层模型,以用于实际数据的检验。     

基于波阻抗反演的天然气水合物地震检测技术

天然气水合物作为特殊的地质体,可以有效地粘结碎屑颗粒,降低沉积物孔隙度,它的存在改变了地层沉积物的物理性质,造成天然气水合物与围岩速度反差较大,从而与围岩之间存在明显的波阻抗差。为了对地层中是否有天然气水合物赋存进行地震检测,对南海北部神狐海域的天然气水合物赋存区域的地震资料进行波阻抗反演分析,结果显示波阻抗反演方法能够作为探测天然气水合物的一种技术手段,研究区天然气水合物矿体的波阻抗呈高值分布特征,波阻抗值约为3 850~3 960 g/cm3.m/s。综合分析认为,波阻抗反演方法能够用于天然气水合物的地震探测、储层分析和综合研究工作中,反演结果可以为天然气水合物储量计算提供比较准确的矿体面积和厚度参数。     

地面地震初至波层析反演复杂表层速度结构方法

针对复杂表层结构的反演问题,作者研究了一套利用地面地震初至波层析反演表层速度结构的理论、方法和软件系统。该方法利用了地面地震直达波、迥折波、折射波以及三者组合的初至波,并采用具有空间变速优势的层析反演,可获得任意介质类型的表层速度结构。该方法的优点是野外施工简单(不需要在井中激发、接收),反演精度高,适应性强,反演所得到的表层速度结构可直接用于环境与工程项目的表层地质结构调查和评价。     

频率域反射波全波形速度反演

全波形反演不仅利用相位和振幅信息,还利用波形的细节变化,具有刻画模型精确细节的能力.在对稀疏矩阵直接LU分解求解的基础上,采用梯度预处理方法对声波介质速度模型进行了反射波全波形反演.采用误差反向传播算法计算目标函数梯度以及伪Hessian矩阵的对角线元素来做梯度预处理.数值模型的实验结果表明,利用有效的频率段便能反演出分辨率较高的速度结构,用低频反演出的结果作为高频反演的初始模型,减少了解的非唯一性.二维高斯光滑初始模型提供了有利的低频信息,得到较好的反演结果.伪Hessian矩阵的预处理吸收了高斯牛顿法的二次收敛优势,在不增加计算量的前提下,加快收敛速度.      

井间地震走时波形层析成像方法

提出了井间地震走时波形顺序反演方法。该方法先利用井间地震走时反演得到速度模型的低频成分 ,然后用井间地震波形反演获得速度模型的高频成分。数值模型试验和实际应用结果表明 ,该方法反演稳健 ,提高了走时成像的分辨率 ,克服了波形成像易于陷入局部极小的缺陷 ,实现了快速高分辨率成像。     

气云区全波形反演约束Q场建模技术

复杂的浅层气云使地下波场严重扭曲,地震剖面呈现模糊带,影响工区的构造认识和储层描述。品质因子Q是地震波在地层中的衰减属性,Q深度偏移是考虑了地层吸收衰减的偏移成像技术,是提高气云区成像质量的有效方法;但是当浅层气云和深层底辟构造复杂发育时,常规Q场建模的精度往往不能满足Q偏移精细建模的需求。为解决以上难题,本文创新性地提出了全波形反演（full wave inversion, FWI）约束Q场建模技术思路：基于常规网格层析建立初始速度模型,利用FWI技术精细刻画速度异常进而约束Q模型的建立。这一“常规层析-FWI-Q反演”迭代的技术思路在白云凹陷Q深度偏移成像中得到成功应用,不仅提高了气云模糊区的成像质量,而且避免了油气勘探认识的多解性,证明了FWI约束Q场建模和Q深度偏移技术方法对改善复杂气云发育区的成像有效性。     

基于二维NLCG反演的水文地质结构辨识研究

地下水调查是草原水资源合理开发利用的前提,而探明水文地质结构对地下水调查尤为重要.笔者充分利用大地电磁法(MT)和地面核磁共振(SNMR)各自的优点,尝试采用MT和SNMR对水文地质结构进行探测,并通过二维非线性共轭梯度(NLCG)反演解译了电性与地层两者的对应关系;实现了典型层状含水层模型和局部含水层模型正反演试验;...     

基于L-BFGS算法和同时激发震源的频率多尺度全波形反演

全波形反演可以利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下速度结构,具有揭示复杂地质背景下构造与岩性细节信息的潜力。然而,庞大的计算量和存储空间需求,限制了全波形反演的发展。在频率多尺度全波形反演中将L BFGS数值优化算法与同时激发震源技术相结合的方法来改善这一现状。首先,对Marmousi模型进行了速度反演：在计算过程中明显发现对计算机内存的占用减少,最终反演结果与实际Marmousi模型的拟合误差为0.095 9,较小;采用10个频带单炮震源正演384炮所需时间约为32 640 s,而采用同时激发震源（384炮）正演一次所需时间仅约为700 s。然后,基于高速楔形体模型进行了抗噪能力研究：原始含噪地震记录信噪比为11.147 3 dB;对反演得到的速度模型进行正演,其地震记录信噪比为22.251 8 dB。最后,基于逆冲断层模型进行了反演速度扰动能力研究,反演得到的最终模型很清晰,与具有速度扰动特性的实际模型非常接近,拟合误差仅为0.036 0。数值模拟试验结果表明：此方法反演精度高,内存开销较小,能够显著提高计算效率,并且具有良好的抗噪能力,能够反演出具有速度扰动特性的介质。     

A Simple Algorithm for Sequentially Incorporating Gravity Observations in Seismic Traveltime Tomography

The geologic structure of the Earth's upper crust can be revealed by modeling variation in seismic arrival times and in potential field measurements. We demonstrate a simple method for sequentially satisfying seismic traveltime and observed gravity residuals in an iterative 3-D inversion. The algorithm is portable to any seismic analysis method that uses a gridded representation of velocity structure. Our technique calculates the gravity anomaly resulting from a velocity model by converting to density with Gardner's rule. The residual between calculated and observed gravity is minimized by weighted adjustments to the model velocity-depth gradient where the gradient is steepest and where seismic coverage is least. The adjustments are scaled by the sign and magnitude of the gravity residuals, and a smoothing step is performed to minimize vertical streaking. The adjusted model is then used as a starting model in the next seismic traveltime iteration. The process is repeated until one velocity model can simultaneously satisfy both the gravity anomaly and seismic traveltime observations within acceptable misfits. We test our algorithm with data gathered in the Puget Lowland of Washington state, USA (Seismic Hazards Investigation in Puget Sound [SHIPS] experiment). We perform resolution tests with synthetic traveltime and gravity observations calculated with a checkerboard velocity model using the SHIPS experiment geometry, and show that the addition of gravity significantly enhances resolution. We calculate a new velocity model for the region using SHIPS traveltimes and observed gravity, and show examples where correlation between surface geology and modeled subsurface velocity structure is enhanced.