粒子滤波非线性AVO反演方法

提出一种新的AVO非线性反演方法,即利用粒子滤波器来求解AVO非线性贝叶斯反演问题,利用随机带权样本逼近后验概率.论文首先论述了粒子滤波器的基本原理,包括状态转移模型与观测模型,权值预测与更新,重要性密度采样等粒子滤波器应用中的关键技术.然后建立了适合于AVO反演的粒子滤波器状态转移模型和观测模型.最后,利用该方法分别对模型数据和实际资料进行了反演计算.反演结果表明,该方法具有较好的稳定性,在AVO反演中具有的一定的应用潜力.同时对地球物理反演的其他问题求解也提供了一条新的途径.     

基于贝叶斯理论的AVO三参数波形反演

在实际的AVO反演问题中,叠前数据体中的噪声或其他因素严重影响了AVO反演问题的适定性,而采用先验地质信息作为AVO反演问题的约束条件是解决AVO反演问题不适定的一种可行方法. 文中的似然函数采用了[WTBX]ι[WTBX]p范数的解,并用Cauchy分布表示先验模型参数的分布. 以此为基础,在反演中建立了测井数据的参数协方差矩阵对反演过程进行约束,并采用了共轭梯度算法实现多参数非线性的反演过程. 同时,为了提高反演精度,避免动校正拉伸及依赖于炮检距的调谐效应对参数估计的影响,反演采用动校前地震数据进行参数估计. 从应用效果分析来看,即使叠前道集的信噪比不高,反演的结果也能较好地与实际情况相匹配,为识别储层流体性质提供了新的手段.     

基于支持向量机的非线性AVO反演

本文提出了一种新的AVO非线性反演方法,即利用支持向量机来求解AVO非线性反演问题.文中先对支持向量机的原理进行了阐述,然后建立了适合AVO反演的支持向量机模型.最后利用该方法对模型数据和实际资料进行了反演计算,反演结果表明,该方法在没有牺牲反演效果的情况下较好的解决了传统反演方法所具有的局限性,可以直接从合成记录中提取地层的弹性参数,反演速度快、稳定性好.     

基于共炮偏移的AVO反演

常规AVO多是利用CMP道集的振幅进行反演。主要有三个方面影响其精度:首先,CMP道集假设地下为水平层状介质,但是实际地下介质多为倾斜地层,地层倾角越大CMP道集的振幅所反映地下介质的位置与实际位置差距就越大。其次,NMO、DMO和反褶积等常规处理流程,都会造成振幅值失真。第三,反演所用的反射系数公式是与入射角有关的量,而欲从CMP道集得到准确的入射角与振幅之间的对应关系,则十分困难。波动方程叠前深度偏移除对复杂介质和陡倾角地层具有较强的成像能力,还可以最大限度的减少常规处理所带来的误差并使振幅归位。本文综合了保幅偏移、角度道集提取以及AVO反演等前人的工作,提出直接从炮集数据反演AVO属性的方法,以期显著减少上述三个因素对AVO反演精度的影响。     

带粒子滤波约束的PP-PS联合反演的稀疏解算法

随着地震勘探目标从构造型油气藏向岩性油气藏的转变,地震勘探难度日益增大,这就要求从地震数据中获得更多可靠且具有明确地质含义的属性信息,并充分利用这些属性信息来对储层的岩性、岩相进行分析.AVO三参数反演能够从振幅随炮检距的变化信息中直接提取纵波速度、横波速度以及密度来估计岩石和流体的性质,进而对储层进行预测.然而,AVO反演本身是一个不适定的问题,加上地震纵波反射系数对横波速度和密度的不敏感,会造成单纯利用纵波地震数据进行反演的结果误差大.随着地震接收和数据处理技术的发展,越来越多的学者对PP-PS联合反演方法进行了研究并在实际资料中得以运用.融合转换横波地震数据的联合反演在一定程度上提高了反演的精度,降低了解的不稳定性.但是在信噪比较低的情况下,联合反演的效果受到了限制.本文从优化理论出发,提出了基于粒子滤波提供先验知识的l₁范数约束极小化问题的稀疏解算法.并将上述方法运用到了不同的模型中,通过比较分析,证实了该方法在不同信噪比资料中的有效性和在信噪比较低情况下的优势.     

横波预测技术在YB地区的应用

横波速度测井曲线是进行岩石物理分析、AVO正演、AVO属性分析以及叠前反演等工作必不可少的基础资料,但横波测试设备与常规测井测试仪器不同,造成额外费用,往往很多井没有横波资料;同时还存在实测横波速度异常,不能满足实际工作需要.针对这些问题,本文利用经验公式法、XuWhite法及多元线性拟合法在YB地区进行横波预测,对比了不同方法的预测精度,讨论了横波预测方法的主要影响因素.对于Xu-White法来讲,孔隙形状是影响预测结果的重要因素;对于多元线性拟合法来讲,拟合曲线及其数目的选择对预测结果影响较大.使用三种预测方法进行预测的结果表明Xu-White法及多元线性拟合法效果较好,相对误差均小于5%;其中多元线性拟合法预测结果与实测横波资料误差最小,仅为4.46%.通过对比使用实测横波与使用多元线性拟合法预测的横波进行叠前反演的结果发现两者差别不大,并且原本无横波资料的井使用预测横波速度参与反演对反演结果起到改善作用,证明横波预测技术具有较高的推广应用价值.     

基于三元柯西约束AVO反演的横波精细估算方法

横波速度是保证地震波正演模拟、岩石物理分析与叠前反演应用的重要参数.其在储层预测中的作用显著.为了提高缺失横波的估算精度.本文提出了一种基于三元柯西约束AVO反演的横波速度精细估算方法.首先.在褶积模型的假设前提下,基于贝叶斯反演框架研究了以三元柯西分布为先验正则约束的AVO反演算法,通过模型试算验证了反演参数的可靠性;然后将其应用于横波速度预测.利用Xu White岩石物理模型和测井约束反演方法计算初始横波速度,以此作为三元柯西约束AVO反演的横波输入,通过在反演过程中不断修正参数,使得横波速度的估算结果更加符合实际地下情况;最后将方法应用于实际工区,应用结果表明精细估算方法有效的提高了横波预测的精度和可靠性.     

人工蜂群算法的电震非线性联合反演研究

本文为解决直流电阻率法和瑞雷面波法反演存在的多解性问题,构建了新的电震联合反演目标函数,通过增加不同地球物理响应的反演参数,利用权系数调节各参数对反演结果的影响,实现同步联合反演,从而减少多解性.引入人工蜂群算法求解目标函数,有效解决了传统反演方法将非线性问题线性化处理产生的细节信息丢失问题,提高了反演精度.经过对较为复杂的四层速度递增AA型和四层含低速夹层HA型理论模型和实例数据的反演验证,表明基于人工蜂群算法的非线性联合反演能够有效减少单一方法多解性问题并提高反演精度.     

基于波动方程的叠前地震反演

随着地震勘探和开发的不断深入,面向地质目标的精细储层预测技术变得越来越重要.由于透射损失、层间多次波、波模式转换以及随机噪声等的影响,观测地震数据和待反演的地下介质属性之间呈现出很强的非线性.考虑到这些非线性,本文基于积分波动方程开展叠前地震反演,从观测地震数据中恢复出介质属性和整体波场,其中反演参数是波动方程中的压缩系数、剪切柔度和密度的对比度,相比于常规线性AVO反演的波阻抗弹性参数,它们对流体指示有更强的敏感性.在反演过程中,从平滑的低频背景场出发,交替迭代求解数据方程和目标方程.采用乘性正则化方法于共轭梯度框架下求解反演参数,采用优化的散射级数Neumann序列获得整体波场,这种方法不易陷入局部极值,能收敛到正确解.测井资料和典型山前带模型测试表明,利用上述反演方法能获得高分辨率的深度域地下介质属性,可直接进行储层预测和解释.     

基于改进的贝叶斯推断和最小二乘支持向量机的非线性多波联合AVO反演（英文）

多波地震资料采集和处理技术的发展促进了联合PP波和PS波数据的多波联合AVO反演的应用,常规多波联合反演是线性的,通常基于Zoeppritz方程近似式进行多次迭代,导致其在远炮检距情况下求解得到的纵、横波速度和密度等参数精度不高。多波联合反演存在非线性问题。为此,本文提出了一种基于精确Zoeppritz方程的非线性反演方法。该方法结合改进的贝叶斯推断和最小二乘支持向量机方法来求解非线性反演问题。首先,采用粒子群算法来优化贝叶斯推断的参数初始值。改进的贝叶斯推断是通过最大化超参数的后验概率来获得最小二乘支持向量机的最优参数,提高了最小二乘支持向量机的学习和泛化能力。然后,利用此最优参数建立PP波、PS波反射振幅与弹性参数之间的最优非线性最小二乘支持向量机模型,从而提高了多波联合反演的精度。该方法只需训练一次模型,就可以解决多波联合反演的非线性问题。模型测试表明,利用该方法反演出的弹性参数精度要高于仅用PP波进行贝叶斯线性近似式反演得到的结果。此外加噪模型数据的反演结果表明,该方法具有较好的抗噪性。实际多波资料的应用进一步验证了方法的可行性及其相对于PP波贝叶斯线性近似式反演的优势。     

AVO反演的不确定性分析

叠前地震数据反演可以得到比常规叠后波阻抗反演更丰富、更有效的岩性信息,但叠前数据体的噪声及其它因素严重影响了AVO反演的稳定性,如何评估AVO反演结果的可靠性显得尤为重要.本文从贝叶斯理论出发,假定均匀先验分布、高斯噪音分布,推出不确定性分析方程,利用协方差矩阵中的方差描述反演问题的不确定性,模型研究显示反演不确定性与叠前信噪比、纵横波速度比、覆盖次数及反演采用的角度范围相关,方法预测的反演误差可定量解释反演结果的可靠性,为解释人员提供有效的质量监控手段.     

An Accurate Method of Computing the Gradient of Seismic Wave Reflection Coefficients (SWRCs) for the Inversion of Stratum Parameters

The optimization inversion method based on derivatives is an important inversion technique in seismic data processing, where the key problem is how to compute the Jacobian matrix. The computational precision of the Jacobian matrix directly influences the success of the optimization inversion method. Currently, most of the AVO (amplitude versus offset) inversions are based on approximate expressions for the Zoeppritz equations to obtain the derivatives of the seismic wave reflection coefficients (SWRCs) with respect to the stratum parameters. As a result, the computational precision and range of applications of these AVO inversions are restricted undesirably. In order to improve the computational precision and to extend the range of applications of AVO inversions, the partial derivative equations of the Zoeppritz equations are established, with respect to the ratios of wave velocities and medium densities. By solving the partial derivative equations of the Zoeppritz equations accurately, we obtained the partial derivative of SWRCs with respect to the ratios of seismic wave velocities and medium densities. With the help of the chain rule for derivatives, the gradient of the SWRCs can be accurately computed. To better understand the behavior of the gradient of the SWRCs, we plotted the partial derivative curves of the SWRCs, analyzed the characteristics of these curves, and gained some new insight into the derivatives. Because only a linear system of equations is solved in our method without adding any new restrictions, the new computational method has both high precision and a quick running speed; it is not only suitable for small incident angles and weak reflection seismic waves but also for large incident angles and strong reflection seismic waves. With the theoretical foundations established in the article, we can further study inversion problems for layered stratum structures and we can further improve the computational speed and precision of the inversions.     

Joint PP and PS AVO inversion based on Zoeppritz equations

Considering Zoeppritz equations, reflections of PP and PS are only the function of ratios of density and velocity. So the inversion results will be the same if the ratios are the same but values of density, velocities of P-wave and S-wave are different without strict constraint. This paper makes efforts to explore nonlinear simultaneous PP and PS inversion with expectation to reduce the ambiguity of AVO analysis by utilizing the redundancy of multi-component AVO measurements. Accurate estimation of ratio parameters depends on independence of input data. There are only two independent AVO attributes for PP reflectivity (i.e. intercept and gradient) and two for PS reflectivity (i.e. pseudo-intercept and pseudo-gradient or extreme amplitude), respectively. For individual PP and PS inversion, the values of least-squares objective function do not converge around a large neighborhood of chosen true model parameters. Fortunately for joint PP and PS inversion the values of the least-squares objective function show closed contours with single minima. Finally the power function fitting is used to provide a higher precision AVO attributes than traditional polynomial fitting. By using the four independent fitting attributes (two independent attributes for PP and PS respectively), the inversion of four ratio parameters (velocities and densities) would be estimated with less errors than that in traditional method.     

基于精确Zoeppritz方程三变量柯西分布先验约束的广义线性AVO反演

常规AVO三参数反演是通过Zoeppritz方程的近似公式来建立AVO正演模拟的过程,然而在P波入射角过临界角和弹性参数在纵向上变化剧烈的情况下,Zoeppritz方程近似公式精度有限.针对这种情况,可以使用精确的Zoeppritz方程来构建反演目标函数,由于精确Zoeppritz方程中P波反射系数和弹性参数之间是一种复杂的非线性关系,通常解决途径是利用非线性的优化算法来进行数值计算,但是非线性优化算法的缺点是计算量过大;另外一种途径是利用广义线性反演的方法,通过泰勒一阶展开式将P波反射振幅展开后,用线性关系近似表达非线性关系,经过几次迭代后,在理论上可以达到很高的精度,但是广义线性反演算法的核心部分--Jacobian矩阵由于矩阵条件数过大,往往会造成反演算法的不稳定,其应用范围得到了限制.贝叶斯反演方法是通过引入模型参数的先验分布结合噪声的似然函数,生成模型参数的后验分布,通过求取模型参数的最大后验概率分布来得到模型参数的反演解,由于引入模型参数的先验分布信息,可以有效的降低反演的不适定问题.本文将两种反演算法的思想相结合,利用广义线性反演算法的思想,构建AVO正演模拟的过程来提高大角度地震数据反演的精度,同时结合贝叶斯理论,通过引入模型参数的先验分布信息构建反演目标函数的正则化项,可以有效降低由于Jacob矩阵条件数过大带来的反演不适定问题,该算法假设模型参数服从三变量柯西分布.     

非线性AVO反演方法研究

与叠后地震数据相比,叠前地震数据包含有更多的反映地下地层特征的信息,利用AVO( Amplitude Versus Offset,振幅随偏移距的变化)信息通过求解Zoeppritz方程的近似公式,叠前反演可直接得到反映地下岩石特征的弹性参数——密度、纵波速度和横波速度.从本质上讲,叠前地震反演是非线性的,但目前多采用线...     

Multi-parameter nonlinear inversion with exact reflection coefficient equation

Amplitude variation with amplitude or angle (AVO/AVA) inversion has been widely utilized in exploration geophysics to estimate the formation of elastic parameters underground. However, conventional AVO/AVA inversion approaches are based on different approximate equations of Zoeppritz equations under various hypotheses, such as limited incident angles or weak property contrast, which reduces their prediction precision theoretically. This study combines the exact P-wave Zoeppritz equation with a nonlinear direct inversion algorithm to estimate the six parameters imbedded in the exact equation simultaneously. A more direct and explicit expression of the Zoeppritz equation is discussed in the case of P-wave exploration, under which condition the incident longitudinal wave produces the reflected longitudinal (P–P) wave and upgoing converted shear (P–SV) wave. Utilizing this equation as the forward solver, a nonlinear direct inversion method is introduced to implement the direct inversion of the six parameters including P-wave velocities, S-wave velocities, and densities in the upper and lower media around an interface, respectively. This nonlinear algorithm is able to estimate the inverse of the nonlinear function in terms of model parameters directly rather than in a conventional optimization way. Model tests illustrate that the nonlinear direct inversion method shows great potential to estimate multiple parameters with the exact Zoeppritz equation.     

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.