波场延拓速度分析

对常用的静校正方法进行分析,认为把复杂地层速度用其下覆地层介质替换,去掉复杂地层对处理带来的影响,可以提高速度分析的精度,对于CMP道集地震数据,在共中心点一半偏移距中,可以利用波动方程的叠前双平方根算子,实现延拓,进行层层剥离．本文提出层速度替换速度分析方法,用来解决复杂地层速度对地震速度分析的影响,理论模型计算表明,该方法是可行的。     

维波场延拓复杂表层模型校正方法及应用

如何正确地消除复杂地表对地震波场的影响，提高地下构造成像的质量一直是中国西部复杂地区地震勘探中存在的难题.本文在三维复杂表层速度模型层析反演\[1\]的基础上，研究了关于复杂地表的静校正问题，提出用三维波动方程在炮集上对地震波场进行正、反向延拓，消除复杂地表对波场的影响，实现三维复杂表层模型校正.理论和实际应用证明，该方法已超越常规静校正的含义，属时变校正方法.用本方法处理复杂地表问题，不但能消除表层对不同深度反射波产生的不同时差影响，提高叠加剖面质量，而且能使校正后的地震波场保持波动特征不发生畸变，可为建立正确的深层速度模型和波动方程叠前深度偏移奠定良好的基础.     

一种稳定的波场延拓反Q滤波算法

反Q滤波算法中稳定性是关键。针对地下介质为层状Q模型结构,本文提出一种稳定的反Q滤波算法,基于波场延拓原理,对于每个常Q层反Q滤波算法分两步完成:(1)利用一种稳定的波场延拓算法,将地表波场记录直接延拓到当前层上;(2)在当前层内进行常Q反滤波。在步骤(1)中,利用稳定的波场延拓算法并结合稳定因子,将地表波场记录直接延拓到当前层上,避免了上覆层反Q滤波误差的累积。在步骤(2)中,对于当前层内的反Q滤波,通过对该层地震信号的Gabor谱分析,拾取时变的限幅频率,并确定相应于该频率值的限幅增益值来实现反Q滤波算法的稳定性。最后通过理论模型与实际数据验证了算法的优越性。     

位场数据曲化平的迭代法

位场数据曲化平是位场数据处理解释中的重要运算,但是它的计算量和计算的复杂性影响了它在许多处理和解释方法技术中的应用.本文提出一种位场数据曲化平的迭代方法,即通过把位场数据曲化平视为平面位场数据向上延拓的反问题,得到曲化平的线性积分方程,再把曲面上位场数据视为曲面平均高程面上的位场数据,利用向下延拓的波数域广义逆算法把平均高程面上的位场数据向下延拓到设定平面上,再根据曲面和其平均高程面的相对起伏对设定平面上的向下延拓数据进行起伏校正,最后再把所得平面上的位场数据向上延拓得到曲面上的位场数据,并进行迭代.把这种方法用于三维理论模型数据和实际磁场数据的曲化平处理均获得了理想的结果.     

复杂地表边界元-体积元波动方程数值模拟

复杂近地表引起来自深部构造的地震反射信号振幅和相位的异常变化,是影响复杂近地表地区地震资料品质的主要原因.本文采用边界元-体积元方法,通过求解含复杂地表的波动积分方程,来模拟地震波在复杂近地表构造中的传播.其中,边界元法模拟地形起伏和表层地质结构对地震波传播的影响;体积元法模拟起伏地表下非均质低降速层的影响.与其他数值模拟方法比较,其主要优点为几何上精确描述不规则地表界面,实现精确模拟自由表面对地震波的边界散射;显式应用近地表地层界面的连续边界条件,实现半解析的数值模拟;分区处理近地表复杂结构,有效模拟复杂地表下非均匀介质对地震波场的体散射.数值试验结果表明了该方法的实用性和有效性.     

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.

     

利用CFP技术解决复杂近地表问题综述

复杂近地表条件会降低地震数据的质量,通常采用基于地表一致性的时移静校正消除其影响.但静校正与速度是密不可分的,而确定复杂近地表速度是非常困难的.基于CFP技术处理复杂近地表问题时避免了对速度的直接操作,使得静校正和速度的确定相互独立.首先根据叠前数据估算出波场的传播算子,然后依据等时原理在DTS模板中进行算子更新,再用这些更新的算子重建基准面和实现近地表单程时间成像.获得正确的算子振幅也是重建基准面的关键.     

基于位场曲面延拓的航磁成图数据精度评价方法研究

为了评价航磁成图数据精度,通常在完成精细调平等处理后依据航空磁测总精度评价方法进行评价.但经过精细调平或反复调平可以使成图数据精度达到很高,不能反应实际情况.针对这一问题,本文提出了一种基于位场曲面延拓的航磁成图数据精度评价方法,该方法是将航磁数据经各项改正后、精细调平前的测线数据通过非规则网延拓算法延拓至切割线测点(或交叉点)处,再计算二者的均方根偏差来进行精度评价.该精度评价方法不需要经过精细调平也可避免多次调平,不需要舍弃交叉点,并且克服了交叉点处点位坐标不一致的问题,可以客观地评价航磁成图数据的精度,也作为评价航磁数据精度的一种新方法,同时也可用该曲面延拓方法进行曲面数据处理成图.通过模型测试和实际资料处理,验证了该方法的正确性和实用性.

     

Studying surface structure in desert areas using multiple kinds of surface wave data

Shallow surface wave methods are mostly used for investigation of the surface velocity structure in environmental and engineering geophysics in non-desert areas. For the special geological features of the Takelamagan Desert area, we use the multi-channel analysis of surface wave （MASW） method to process multi-channel shallow surface wave records to determine the near surface velocity structure in the desert area. We also process, analyze, and compare the surface waves in many-trace records extracted from the oil exploration shot gathers in the area. We show that the MASW method can determine detailed shallow velocity structure in desert areas and the many-trace records can be used to get detailed deep geological structure. The combination of the two different datasets can obtain the exact velocity structure upper 60 m depth in the survey area.     

浅地表地球物理技术在岩土工程中的应用与挑战

地球物理勘探方法在岩土工程的应用已有很长一段时间, 但其成效与工程师的期待往往有不小的落差, 以致于在一般的工程应用上仍不普遍.近年来浅地表地球物理技术有显着的进展, 特别是在走时速度层析成像(Traveltime Tomography)、电阻率层析成像法(Electrical Resistivity Tomography)及多道瞬态面波法(Multi-channel Analysis of Surface Wave).本文首先介绍这些方法在台湾岩土工程的应用, 主要包括地层土壤液化潜能评估、坝体的安全检测、土壤与地下水污染调查及地基改良的质量管控等, 应用案例以台湾常使用的地球物理勘探方法逐一介绍.虽然许多成功案例与新的应用方向对于浅地表地球物理技术在岩土工程应用的推广起了鼓舞作用, 本文从工程师的角度提出地球物理勘探工程大量应用的挑战与瓶颈, 包括如何提升探测数据的客观性、数据反演非唯一性问题、探测深度与分辨率的限制、实际条件违背反演基本假设的情况、以及地物性质与工程性质链接的不确定性问题, 并进一步针对这些问题说明相关研究的进展与实务对策.希冀透过上述探讨, 降低物探师与工程师认知上的差距, 提升地球物理勘探在工程的应用的合理性与普及性.     

利用多种面波数据研究沙漠区表层结构

浅层面波法调查表层速度结构多用于非沙漠区的工程与环境领域。本文利用多道面波分析(MASW)技术针对塔克拉玛干沙漠地区特殊地质情况,对所采集的浅层多道面波资料进行处理分析得到沙漠区表层速度结构;同时对该地区所获得的地震大炮记录上的面波进行了处理、分析和对比,探讨了沙漠区利用大炮面波法调查表层结构的可行性。实践表明,多道面波资料可以得到很好的浅层速度结构,而大炮记录则可得到详尽的深层地质结构,将二者相结合便得到测区表层60m范围内的速度结构信息,也证明了在沙漠区利用大炮面波记录提取表层地下介质结构是可行的。     

变换坐标系下相移法起伏地表地震波场延拓

为解决地表起伏变化对地震波场的影响问题,本文提出将(x-z)域的曲网格映射成(ζ-η)域的矩形网格,推导出(ζ-η)域中的标量声波方程,根据推导出来的波动方程采用双平方根法将地表采集到的地震波场在(ζ-η)域中向下延拓,以解决地表起伏带来的负面影响.通过对模型的计算,该方法取得了一定的效果.     

约束等效源稳定向下延拓方法研究

在等效源向下延拓方法的理论基础上,研究提出加入观测平面以下空间实测数据作为约束的等效源约束向下延拓法,用于二维位场数据向下延拓.与传统的向下延拓方法和等效源法延拓相比,等效源约束向下延拓法抗噪声性强,能延拓出由于延拓深度过大而衰减至难以探测的高频信号,使延拓结果更接近真实值.理论重力模型数据的延拓结果显示该方法有效,延拓结果优于传统波数域迭代法和等效源法.利用等效源约束延拓法对我国某海域水面实测重力值进行向下延拓并与水下实测值进行对比,结果表明该方法延拓结果最接近实测值.本文方法为我国深水油气近海底重磁高精度探测研究提供一定的技术支撑.

     

3-D surface wave group velocity distribution in Central-Southern Africa

Group velocities estimated from fundamental mode Love and Rayleigh waves are used in a tomography process in central-southern Africa. The waves were generated by eighteen earthquakes, which occurred along the East African Rift and recorded at BOSA, LBTB and SLR seismic stations in southern Africa. The group velocities from Love and Rayleigh waves were isolated using the Multiple Filter Technique (MFT) at the period range of 10 to 50 seconds. The tomography method developed by Ditmar and Yanovskaya (1987) and Yanovskaya and Ditmar (1990), was applied to calculate the lateral distribution of surface wave group velocities in central-southern Africa. The results of the tomographic inversion were plotted as distribution maps. In addition to the maps, I also produced two velocity cross-sections across the area of study. The velocity distribution maps show the regional tectonic units, though with poor resolution. The azimuthal bias of the surface wave paths is reflected in the distribution of the group velocities. The Moho depth appears to correlate with velocities at a period of about 30 s. A low velocity feature observed beneath the Zimbabwe craton implies a thickening upper asthenosphere and lithospheric thinning beneath the Zimbabwe craton. Also estimated was a shear wave velocity model beneath the Zimbabwe craton.     

位场曲化平积分方程的迭代解

提出了位场曲化平的新方法. 给定观测曲面S上的位场、S对下方水平面P的相对高程,确定P上的位场. 利用由P向上延拓到S的积分式,建立这两个面上位场及相对高程三者所满足的方程,它是第一类Fredholm积分方程. 用Fourier逆变换式把这一空间域积分式化为波数域积分式,再由指数函数的Taylor展开进一步化为级数式. 积分方程的解采用逐次逼近法迭代计算,即用S上的位场观测值作为P上位场的初始迭代值,用导出的级数式求得S上的位场计算值、由S上的位场观测值与计算值之差校正P上的位场,多次迭代,直到满足迭代终止准则. 我们还给出该积分方程的波数域迭代计算方法. 模型算例表明,重力异常曲化平的均方差和磁异常曲化平的均方差分别为0.0008 mGal和0.0019 nT,在主频为2.26 GHz的笔记本电脑运行,2048×2048数据量,计算时间是975 s. 野外磁场实际资料处理也证实这种方法的有效性.     

复杂地表低信噪比地震数据处理研究

焉耆盆地地质条件复杂,侏罗纪末燕山运动和第三纪喜山运动的挤压推覆作用在焉耆盆地南缘霍拉山前形成一系列推覆构造.由于地形起伏大,近地表结构复杂,采集的地震资料信噪比较低;以推覆构造为主体的地下地质复杂性给地震成像造成极大的困难.针对该复杂地区低信噪比地震资料,在偏移前资料预处理中,通过采取一系列旨在提高信噪比、重建反射信号的技术,为后续的复杂构造成像处理奠定基础.针对断裂交错的复杂推覆构造成像,采用增强高波数波场成像的半解析Fourier地震偏移方法,能很好地成像强速度对比下的陡倾角大断裂地质构造,有效突出推覆体构造的空间形态,改善推覆体下的成像效果.     

近地表地震地质复杂性的一种定量分析方法

复杂近地表散射衰减所有的地面观测波场,形成半随机半相干的近地表强散射噪音背景,弥漫整个炮集,淹没深层反射信号,是导致地震资料极低信噪比的主要原因.如何研究和评价近地表散射强度一直是石油勘探未解决的问题,这与起伏地表的粗糙度、近地表速度横向变化和结构倾角分布密切相关.基于前期复杂近地表边界元法波动方程数值模拟研究,本文提出一种复杂近地表散射振幅矩阵方法来分析近地表散射强度.首先对复杂近地表结构进行边界元配置方法离散,根据边界积分方程生成矩阵方程.我们不求解该矩阵方程（涉及海量计算）,只是利用矩阵分析技术来解析矩阵方程中的散射振幅系数矩阵,研究复杂近地表结构对不同频率波场的散射强度.该方法利用边界元对近地表结构几何特征的精确表征,研究起伏地表和非规则地质分界面对地震波传播的影响,由基本解及其在边界上的法向导数经过高斯数值积分计算得到的散射振幅系数矩阵,不仅描述了任意两点之间的相互影响,同时还刻画了边界形状特征的影响,为评价不同地质结构的散射强度提供了可能性.作为初步评价手段,我们采用矩阵元素总和与矩阵维数之比作为表征散射振幅系数矩阵散射特征的标量复杂系数,通过理论和实际模型测试,形成了一套行之有效、计算快速的近地表复杂性分析方法.

     

三维地震与地面微地震联合校正方法

由于地面微地震监测台站布设在地表,会受到地表起伏、低降速带厚度和速度变化的影响,降低了微地震事件的识别准确度和定位精度,限制了地面微地震监测技术在复杂地表地区的应用.因此,将三维地震勘探技术的思路引入到地面微地震监测中,提出了三维地震与地面微地震联合校正方法,将油气勘探和开发技术更加紧密地结合在一起.根据三维地震数据和低降速带测量数据,通过约束层析反演方法建立精确的近地表速度模型,将地面微地震台站从起伏地表校正到高速层中的平滑基准面上,有效消除复杂近地表的影响.其次,根据射孔数据和声波测井速度信息,通过非线性反演方法建立最优速度模型,由于已经消除复杂近地表的影响,在进行速度模型优化时不需要考虑近地表的影响,因而建立的速度模型更加准确.最后,在精确速度模型的基础上,通过互相关方法求取剩余静校正量,进一步消除了复杂近地表和速度模型近似误差的影响.三维地震与地面微地震联合校正方法采用逐步校正的思路,能够有效消除复杂近地表的影响,提高微地震数据的品质和速度模型的精确度,保证了微地震事件的定位精度,具有良好的应用前景.

     

Application of a perfectly matched layer in seismic wavefield simulation with an irregular free surface

Recently, an effective and powerful approach for simulating seismic wave propagation in elastic media with an irregular free surface was proposed. However, in previous studies, researchers used the periodic condition and/or sponge boundary condition to attenuate artificial reflections at boundaries of a computational domain. As demonstrated in many literatures, either the periodic condition or sponge boundary condition is simple but much less effective than the well‐known perfectly matched layer boundary condition. In view of this, we intend to introduce a perfectly matched layer to simulate seismic wavefields in unbounded models with an irregular free surface. We first incorporate a perfectly matched layer into wave equations formulated in a frequency domain in Cartesian coordinates. We then transform them back into a time domain through inverse Fourier transformation. Afterwards, we use a boundary‐conforming grid and map a rectangular grid onto a curved one, which allows us to transform the equations and free surface boundary conditions from Cartesian coordinates to curvilinear coordinates. As numerical examples show, if free surface boundary conditions are imposed at the top border of a model, then it should also be incorporated into the perfectly matched layer imposed at the top‐left and top‐ right corners of a 2D model where the free surface boundary conditions and perfectly matched layer encounter; otherwise, reflections will occur at the intersections of the free surface and the perfectly matched layer, which is confirmed in this paper. So, by replacing normal second derivatives in wave equations in curvilinear coordinates with free surface boundary conditions, we successfully implement the free surface boundary conditions into the perfectly matched layer at the top‐left and top‐right corners of a 2D model at the surface. A number of numerical examples show that the perfectly matched layer constructed in this study is effective in simulating wave propagation in unbounded media and the algorithm for implementation of the perfectly matched layer and free surface boundary conditions is stable for long‐time wavefield simulation on models with an irregular free surface.