基于遗传算法的叠前地震波形反演构建虚拟井曲线

叠前地震波形反演能够提供详细的地下地层特征，但由于其计算量大、数据和模型之间的非线性、目标函数的多极值和反演结果的多解性使叠前地震反演的实施成为一大难点。本文通过叠前和叠后混合反演技术采用遗传算法实现了深海无井地震反演。遗传算法思想简单、易于实现和使用、具有隐含并行性和全局搜索能力等优点，基于遗传算法的叠前地震波形反演得到了与井中实际数据基本吻合的速度和密度数据。     

基于遗传算法的地震面波和大地电磁数据一维联合反演算法研究

利用快速标量传递算法进行了一维层状模型的地震面波频散曲线正演计算,得到了基阶频散曲线;利用传统方法对一维层状模型进行了大地电磁正演计算,得到大地电磁的视电阻率曲线数据和相位数据。利用遗传算法对合成数据分别进行了单独反演和联合反演,得到拟合差分布图来分析两种数据的兼容性并研究联合反演的可行性。通过对比单独反演和联合反演的结果,可以看出地震面波频散曲线和大地电磁数据的联合反演结果较之单方法的反演结果要更加精确,收敛速度更快,两种数据的耦合情况较好,同时联合反演能够有效地限制多解性。     

南海北部似海底反射层速度结构全波形反演

似海底反射层的速度异常是识别天然气水合物的重要标志,这里提出了一种针对天然气水合物似海底反射层的全波形反演方法。这种方法分为全局搜索与局部搜索二部份:首先使用遗传算法进行旅行时,反演得到背景速度模型;然后用其作为初始模型,使用共轭梯度算法进行全波形反演。通过对含噪数据的数值试验,算法表现出了较高的稳定性,并确定了进行全波形反演的遗传算子。将这种波形反演方法应用于我国南海北部海域的天然气水合物研究,反演得到了分辨率高于常规速度分析的似海底反射层速度结构,并识别出似海底反射层的速度异常。利用纵波速度反演的结果,计算出沉积物中游离气的含量,认为BSR下方的低速层可以解释为含至少1%游离气的薄层。并分析了研究区内甲烷气的来源,认为该区域游离气兼有生物气和热解气。     

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。     

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。     

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。     

基于多目标函数的黏弹性全波形反演

全波形反演是勘探地球物理领域兴起的核心技术之一,不但可以构建地下速度结构,也能够反演衰减参数(品质因子Q)模型,有助于识别地下介质类型和构造(如流体和煤层陷落柱),对煤和油气等自然资源的勘探和开发有重要意义。参数串扰是黏弹性全波形反演的关键难点,受速度误差影响,反演的Q模型会包含非常强的串扰噪声。针对该问题,提出了基于多目标函数的黏弹性全波形反演理论与方法,首先通过旅行时反演速度结构,再通过中心频率目标函数反演Q模型,最终使用波形差目标函数同时反演速度和Q模型。由于中心频率主要受衰减影响,因此,可有效减弱速度误差对Q反演的影响。最后,通过数值模拟验证了算法可有效地反演速度和Q模型。     

小波变换在波阻抗反演中的应用

根据国内外广泛采用的波阻抗随机反演理论,提出了多道小波波阻抗反演方法,消除了噪音对反演结果的影响。针对地震剖面上不同频带和时段上有不同的信噪比,以及相邻地震道反射波有效成分在波形和能量上有较强的相关性特点,运用多道记录同时进行波阻抗反演,在迭代过程中将实际记录与模型合成记录的残差道进行小波分解,形成残差道分频小波剖面,然后利用Ｋ－Ｌ变换提取分频剖面中的相干部分用于波阻抗变化量的计算,从而避免了噪音参与波阻抗反演。展示了理论模型与实际应用的例子。     

时变校正方法研究与应用

地表一致性静校正方法的基本假设是:地震波在低降速带为垂直入射、垂直反射,即地表同一位置,静校正量只与低降速带的厚度、速度和充填速度有关,而与地震波的传播路径无关.这一假设是为了计算表层的延迟时而对表层模型的近似.随着地震勘探的不断精细,以往的构造勘探逐步转向岩性勘探,叠加剖面地震响应的地质特征是正确岩性反演结果的基础.因此叠加过程中如何减小对振幅、频率、波形的影响,处理中如何保护好岩性信息是实现勘探转型的关键.本文通过模型道的约束,利用相关方法,消除了地表非一致性引起的剩余时差,使反射相位同相性增强,减少了叠加过程对地震高频成份的损失及对地震波形的改变,有利于地震属性的反演和AVO油气检测的自动识别.     

大地电磁与地震反射波走时数据二维联合反演

由于地球物理反演存在固有的多解性问题,如何减小多解性,提高地球物理方法反演结果的可靠性和准确性是当今地球物理领域研究的热点。为了减小大地电磁与地震反射波走时资料反演的多解性,在Gallardo和Meju研究的交叉梯度理论的基础上,实现大地电磁与地震反射波走时数据的二维联合反演算法;设计理论地电模型和速度模型进行合成数据的单独反演和联合反演试算,并验证大地电磁和地震反射波走时数据二维联合反演算法的正确性和有效性。反演结果表明,利用交叉梯度方法耦合大地电磁电阻率参数和地震波速度参数能使联合反演过程中的这两个模型在更新的时候相互约束,联合反演结果比单一反演结果更接近真实模型,从而使反演结果更可靠,减少了反演解的多解性。     

测井曲线构建技术在BMM地区的应用

在地震储层预测中,对于无测井曲线的区域,给储层预测带来了很大的难度.为了解决这个问题,笔者利用不同入射角度的叠加偏移数据和地震速度,结合遗传算法从叠前地震波形上反演弹性参数,用于虚拟测井曲线构建.通过BMM地区的实际应用证明,该方法较好地解决了无井层段虚拟测井曲线重构问题,为地震储层预测提供了比较可靠的虚拟测并资料.     

南海北部陆坡崎岖海底区地震成像:OBS旅行时反演

深水陆坡油气资源丰富,是油气勘探的重要领域.由于陆坡水深变化较大、海底地形崎岖、地质构造复杂,地震成像存在诸多难点,其中,速度模型的建立是最大的难题之一.利用OBS(ocean bottom seismometer)数据上丰富的折射初至信息,采用旅行时反演方法建立崎岖海底区速度模型.OBS数据由广州海洋地质调查局在南海北部陆坡珠江口盆地东部海域采集,数据质量良好,存在大量的初至折射波.地震成像结果表明,在深水崎岖海底区,利用OBS的初至旅行时能够获得地震成像所需要的背景速度场.受限于高频近似的假设,初至旅行时反演结果分辨率较低.全波形反演可以提供精度更高的速度结构,初至旅行时反演结构可用作全波形反演的初始模型.     

叠前地震全波形反演实际应用的关键影响因素

叠前地震全波形反演是利用波动方程正演模拟来描述地震波传播特征,通过非线性局部寻优方法来获取高精度反演结果的方法。与其他反演方法相比,全波形反演利用的是叠前炮域地震数据,没有经过叠加处理,更好地保留了振幅、相位、频率等波形参数随偏移距变化的特征。在反演结果中得到的不再是简单的界面和旅行时信息,而是反映地层速度和构造特征的深度域数据体,有助于对地质体的分析和认识。从叠前全波形反演方法的优势出发,通过理论模型的全波形反演,分析做好全波形反演的技术关键,然后将全波形反演方法应用于实际资料处理,并将反演结果应用于偏移处理和河流相储层识别中,取得了良好的应用效果。最后针对全波形反演实际资料应用中应该注意的问题进行了总结,为叠前全波形反演的进一步发展和应用提供借鉴。     

基于共轭梯度法的全波形反演

全波形反演是一种全新的地震成像方法,主要利用全波形信息反演地下介质参数,通过非线性优化波场理论值和观测值的残差实现波形反演。基于时间域声波方程,建立了时间域波场残差目标函数,以分层模型为例,分别从波场精度、目标函数收敛性和运行时间3个方面,比较了共轭梯度（Conjugate Gradient,CG）算法和拟牛顿算法（Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,BFGS）反演的效果。同时,应用共轭梯度法对正、逆断层模型和Marmousi模型进行了速度结构反演。反演结果表明：共轭梯度法计算效率较高,反演得到的速度模型精度更高,反演效果较好,是一种有效的波形反演方法。     

时间域跨孔雷达全波形反演及实际应用

通过对目标函数求导的方式详细推导了时间域全波形反演的梯度公式,并使用共轭梯度法同时迭代介电常数和电导率。将该方法应用到一组合成数据和实际数据中,合成数据结果表明全波形反演能够准确刻画地层结构,精确重建亚波长尺寸异常体的位置和参数信息。实际数据的反演结果证明全波形反演能够反映地层中的细微结构,提供高分辨率的反演结果,其波形比配结果也更准确。     

波形指示反演在煤层屏蔽薄砂岩分布预测中的应用

受煤层强反射同相轴的影响,煤层之下的薄砂岩预测难度大,常规的子波分解技术难以分解出稳定的子波集,即便是分解出的子波集也没有明确的地质意义.文中基于地震波形指示反演,利用地震波形相似性作为指示因子,驱动宽频测井曲线模拟,实现高分辨率薄层反演.首先利用奇异值分解实现地震波形动态聚类分析,建立地震波形与测井曲线结构特征的样本集;然后在小波域确定样本曲线中的共性结构作为初始模型;最后在贝叶斯框架约束下,根据实际地震波形修正初始模型得到高分辨率的反演成果.通过正演模型和准噶尔盆地侏罗系实例研究认为,波形指示反演克服了地震垂向分辨率的限制,能够较好地预测受煤层强屏蔽影响的薄砂岩.波形指示反演为准噶尔盆地、鄂尔多斯盆地和吐哈盆地等侏罗系受煤层屏蔽影响的薄砂岩预测提供了一种全新的思路,具有广泛的应用领域和重要的现实意义.     

地震反演的子波敏感性分析

确定地震反演子波以及处理其与各井最优标定子波之间的差异是地震反演与解释所面临的问题之一。以陕北侏罗纪煤田榆横矿区某勘探区为例,对其地震资料采用不同的子波进行标定与反演实验,研究地震子波变化引起的波阻抗数值和结构在纵横向上的变化规律,并讨论其对地质解释的影响。研究表明,在基于模型的反演中,标定和反演所用的地震子波对最终得到的波阻抗具有明显的影响,具体表现在波阻抗幅值、时间轴偏移、纵向变化细节以及横向连续性等。在该区选取子波的研究中还发现,子波变化产生的波阻抗差异逾700(m/s)*(g/cm3),这将导致在密度为2.6 g/cm3的地层中速度误差达300 m/s,其结果必会影响岩性解释的准确性。     

波形指示叠前地震反演方法在致密含油薄砂层预测中的应用

岩石物理研究的实践表明,叠前弹性参数及其多参数交会对储层和烃类更为敏感,以此为基础的叠前地震反演是定量预测含油气储层的有效方法。对于致密砂岩薄储层及其含油性预测而言,因其地震响应极其隐蔽、地震信号分辨率不足,目前普遍采用基于变差函数理论的高分辨率叠前随机反演方法,但其反演结果的高频成分随机性较强、可靠性降低,对预测结果的精度和可靠性造成较大的影响。为解决上述问题,以四川盆地中北部地区侏罗系沙溪庙组致密含油薄砂层的预测为例,在储层及含油性敏感弹性参数分析的基础上,开展了波形指示叠前地震高分辨率反演方法的应用研究。该方法利用叠前地震波形相似性代替传统变差函数优选测井样本,并以此进行随机模拟建立各弹性参数的初始模型;在贝叶斯框架下,联合初始模型、测井弹性参数先验概率分布和叠前同时反演弹性参数结果建立后验概率分布,对其进行Metropolis-Hastings采样得到收敛的平稳分布即为一个反演实现。实际应用效果表明,波形指示叠前地震反演方法能够从叠前地震资料中获取地层各项弹性参数的高分辨率宽频结果,且其高频成分的确定性增强,提高了致密砂岩薄储层及含油性的预测精度和可靠性。该项技术是陆相致密碎屑岩储层及含油气性高精度预测的有效方法,具有广阔的应用前景。     

虚拟井约束地震反演方法在台地斜坡带鲕滩储层预测中的应用——以四川盆地龙岗地区某单元为例

目前的地震反演均是基于已钻井的地质信息,对无井或少井地区的地震储层预测仍然比较困难。采用叠前和叠后混合反演的办法,实现虚拟井约束地震反演,能弥补缺少钻井的缺陷。该方法充分利用了叠前反演分辨率高和叠后反演效率高、抗噪能力强的优点,运用遗传算法原理,在优选控制点处进行精细的叠前地震波形反演以构建虚拟井,然后以虚拟井作为约束信息进行叠后反演,能够达到储层预测的目的。对四川盆地龙岗地区无井台缘斜坡带鲕滩储层进行了应用尝试,预测效果较好。虚拟井约束地震反演方法对油气勘探初期少井或无井研究区的储层预测是行之有效的技术方法之一。     

2019年5月18日松原M5.1地震构造机制分析

基于区域地震台网的数字化波形资料,使用ISOLA方法对2019年5月18日吉林松原M5.1地震进行矩张量反演,研究地震的震源机制,并且收集了地震序列中M_L2.5以上地震的震源机制解,采用FMSI（focal mechanism stress inversion）方法反演震中区构造应力场。结果显示：松原M5.1地震的矩震级为4.9,矩心深度为6 km,双力偶分量为91.5%,主压应力P轴方位角、倾角分别为76°和3°,主张应力T轴方位角、倾角分别为166°和16°,震源机制解显示典型的构造地震特征;震中区构造应力场理论应力轴σ₁方位角、倾伏角分别为88.0°和0.9°,σ₂方位角、倾伏角分别为178.2°和9.6°,σ₃方位角、倾伏角分别为352.5°和80.4°,这一结果与区域构造应力场一致。推断认为区域构造应力场触发了2019年松原M5.1地震活动,地震震源机制解的北西向节面与震中区附近的第二松花江断裂现今活动性质完全一致,认为第二松花断裂可能是松原M5.1地震的发震断层。