三维复杂黄土塬区变加密不等距网格初至走时计算与特征分析

三维复杂黄土塬区初至走时计算与特征分析,对于分析复杂黄土塬区地震波运动学特征、观测系统设计、初至拾取及层析反演等均具有重要意义.针对该问题：首先,采用三维分区局部变加密不等距网格剖分复杂黄土塬速度模型;然后,建立基于费马原理和迎风格式的双线性插值局部走时算法,采用修正后的群推进法作为波前扩展方式;最后,以理论模型考察了算法的精度与效率、分析了三维复杂黄土塬区地震初至波的走时特征.结果表明：变加密网格策略能在增加很少计算量的情况下,大幅降低因震源奇异性引起的计算误差问题,同时还能无条件稳定且灵活的适应三维复杂黄土塬区的复杂地震地质条件;和层状均匀模型相比,黄土塬区地震初至波的走时场和时距曲线较为复杂.     

基于MSFM的复杂近地表模型走时计算

地震走时层析成像方法是解决复杂近地表模型速度建模问题的重要技术.该方法是一种迭代反演方法,在反演过程中需要反复计算地震射线走时.故而,高效高精度且能适应复杂模型的走时计算方法是地震走时层析成像实用化的关键技术之一.本文引入医学成像领域研究的MSFM(Multi-stencils Fast Marching Methods)用于地震层析反演中的走时计算.该方法在标准FMM(Fast Marching Methods)基础上利用坐标旋转生成新的FMM计算模板,使计算网格点对角方向邻点参与计算,改善了标准FMM存在对角方向误差大的缺陷.本文分析对比了MSFM和标准FMM的计算精度和计算效率;针对地震层析成像技术解决的起伏地表模型建模问题,研究了起伏地表模型地震走时计算的MSFM实现方法;采用炮点邻近区域局部细分网格技术只需增加很少的计算量即可大幅提高计算精度.理论分析和模型试算表明MSFM算法明显改善了FMM的计算精度,同时保持了FMM算法的高效性.文章通过对崎岖地表模型的正演和层析反演试算,验证了基于MSFM的地震走时计算方法对复杂模型有很强的适应能力.研究表明该方法作为地震走时层析反演中高效高精度的正演算法,有很好的应用价值.     

各向异性TI介质qP反射波走时层析成像

地震走时层析成像是反演地层各向异性参数分布的有效方法,但是关于地震各向异性介质走时层析成像的研究并不多,其技术远远没有达到成熟的阶段.在野外数据采集时,地表反射波观测方式相对井间和垂直地震剖面观测方式的成本更低,利用qP反射波走时反演各向异性参数具有更加广泛的实用价值.本文实现的TI介质地震走时层析成像方法结合了TI介质反射波射线追踪算法、走时扰动方程和非线性共轭梯度算法,它可以对任意强度的TI介质模型进行反演,文中尝试利用qP反射波走时重建TI介质模型的参数图像.利用qP反射波对层状介质模型和块状异常体模型进行走时反演,由于qP波相速度对弹性模量参数和Thomsen参数的偏微分不同,所以可以分别反演弹性模量参数和Thomsen参数.数值模拟结果表明:利用qP反射波可以反演出TI介质模型的弹性模量参数与Thomsen参数,不同模型的走时迭代反演达到了较好的收敛效果,与各向同性介质走时反演结果相比较,各向异性介质走时反演结果具有较好的识别能力.     

Hausdorff分数维识别地震道初至走时

地震波初至走时的识别在地震勘探、人工地震层析成像以及全球地震层析成像方法研究中起重要作用．初至走时拾取的精度在很大的程度上影响地震层析成像及演的精度．本研究以提高地震波初至走时拾取的精度及定量化程度为目标,利用计算地震道时间序列分数维的方法,实现了地震波初至走时的自动拾取．本文以分形理论为基础,进行了地震道时间序列Hausdorff分数维的计算．计算结果表明地震道时间序列的分数维在初至到达前后具有不同的数值,其变化点能够定量指示出初至走时的位置．本文还给出了利用该方法对实测数据进行初至走时拾取的实例．     

三角网最小走时射线追踪层析成像

针对层析成像模型矩形网格剖分存在的一些问题,提出了复杂结构三角网最小走时射线追踪层析成像方法。以Delaunay三角剖分的优化准则,根据模型点、线、面的几何结构关系,进行三角网格剖分;采用三角网波行面扩展法计算声波初至走时,追踪出任意接收点至激发点处的射线路径,射线路径包含了从接收点至源点的坐标、所在三角单元等信息,形成矩阵方程。应用稳定性较好的联合迭代重构技术求解矩阵方程,得到模型的速度分布。数值模拟结果表明,三角网射线层析成像方法分辨率高,成像结果更接近实际结构形态,有效地解决了矩形网剖分对复杂区域网格参数化灵活性差,速度界面描述精度低等问题。     

利用井间地震层析成像方法探测隐伏断层

针对目前隐伏断层探测中存在的技术难题,提出了在地面反射地震勘探初步确定的断点附近,用井间地震层析成像方法探测隐伏断层及其上断点的埋深。首先介绍井间地震技术的应用现状和井间地震层析成像的基本原理,并结合实例讨论了井间初至走时层析成像的野外数据采集和室内资料处理方法。芦花台隐伏断层的井间地震层析成像结果表明,采用弯曲射线追踪方法反演得到的跨芦花台隐伏断层的井间纵波速度结构图像与钻孔联合剖面揭示的断层特征相吻合。      

地震立体层析成像的实现方法及效果分析

立体层析成像是一种新的地震反射波层析成像方法,能为叠前深度偏移提供较为精确的宏观速度模型。本文研究了立体层析成像的实现方法,包括斜率与走时数据的拾取、离散速度模型构建和初始化、射线参数的确定、斜率和走时及射线计算以及反演问题解法等,建立立体层析成像的算法流程。并通过对Marmousi模型试验,对立体层析成像运行所需的主要参数,如初始速度模型、拾取数据量、离散网格尺寸、速度平滑权重等进行测试和分析,总结这些不同参数对立体层析反演结果的影响规律,用以指导生产实践。     

反射地震层析成像在海洋天然气水合物储层识别中的应用

海底地层速度结构是识别海洋天然气水合物储层的直接依据,本文应用地震反射走时层析成像建立了海底地层速度模型.采用不规则网格对模型进行离散化,使速度单元与反射界面单元完全耦合;利用基于不规则单元波前扩展和走时插值的射线追踪方法,精确确定反射射线路径和反射波走时;在反演中同时使用先验约束、平滑约束、归一化和正则化技术,提高了层析反演的稳定性和结果的可靠性.对南海北部神狐海域SH2井附近的二维地震测线资料,利用多域人机交互法拾取了反射走时,用反射走时层析成像方法获得了SH2井附近含水合物目标区的速度结构.该反演结果与测井声波速度和钻探结果一致,其中的高速带对应水合物储层,表明反射走时层析成像能够有效地得到海洋天然气水合物储层的速度结构,为海洋天然气水合物储层识别提供依据.     

井间高分辨率纵横波层析成像研究井间油藏

采用视速度-偏振井间波场分离法分离得到纵波和横波波场,使用跨孔地震走时层析成像级联方法计算井间纵波和横波速度结构以及泊松比空间分布.综合纵横波速度、泊松比和测井参数,分析两井间岩性和储层特性.数值模型试验表明该方法垂直分辨率达到主频波长的1/4,并能准确分辨倾斜断层和垂直断层.处理相同纵波资料结果表明本文方法分辨率远远高于以往的井间走时层析成像方法,比井间声波层析成像分辨率更高.使用该方法处理垦71区井间资料,得到同台同源纵波和横波速度结构和泊松比分布.泊松比的低/高变化与测井参数指示的砂/泥岩层基本吻合.根据泊松比分布,参考岩石地震物理学测试数据,可以区分井间介质中的泥岩层、砂岩层,以及砂岩层中的饱水和饱油区,确定储层的连通性,圈定井间的剩余油藏.     

多频段组合菲涅尔带走时层析成像方法研究

针对传统射线层析存在的种种局限性,菲涅尔带走时层析成像摒弃了传统的数学射线,考虑到地震信号具有一定的频带宽度,中央射线附近的介质对地震波的传播产生不同程度的影响。本文提出了多频段组合菲涅尔带走时层析成像方法。该方法以频率域波动方程Born和Rytov近似为基础,推导出建立在带限地震波理论基础上的波动方程 Rytov 近似走时敏感核函数,实现第一菲涅尔带约束下的波动方程走时层析反演方法。同时由于多个频段的引入,充分利用低频段和高频段的特有优势,从而兼顾菲涅尔带层析的计算效率与分辨率。模型试算结果证明了本方法的有效性和稳定性。     

初至波相位走时层析

近地表速度结构通常是利用射线走时层析或菲涅尔体走时层析等反演方法得到的,但它们的目标函数仍利用射线走时残差构建,导致反演精度不高.为此,本文提出了基于散射积分算法的初至波相位走时层析成像方法.该方法的核心是:(1)提出了依赖于频率的相位走时概念;(2)利用依赖于频率的相位走时信息,而非单一的无限频率射线走时;(3)发展了一种改进的相位展开方法,即通过监测相位不连续性和2π周期判定来消除相位折叠现象;(4)考虑了地震波传播的有限频特征,即基于波动理论而非传统的射线路径或有限空间的菲涅尔体构建核函数.通过利用Overthrust模型的数值实验及与传统射线走时层析和菲涅尔体走时层析的对比表明:本文提出的方法是一种有效的初至波走时反演方法.同时,基于Overthrust模型的数值试验还证明了下列结论,即通过挖掘更多的走时信息的确可以获得更高的反演精度和分辨率.     

Joint 3D traveltime calculation based on fast marching method and wavefront construction

3D traveltime calculation is widely used in seismic exploration technologies such as seismic migration and tomography. The fast marching method (FMM) is useful for calculating 3D traveltime and has proven to be efficient and stable. However, it has low calculation accuracy near the source, which thus gives it low overall accuracy. This paper proposes a joint traveltime calculation method to solve this problem. The method firstly employs the wavefront construction method (WFC), which has a higher calculation accuracy than FMM in calculating traveltime in the small area near the source, and secondly adopts FMM to calculate traveltime for the remaining grid nodes. Due to the increase in calculation precision of grid nodes near the source, this new algorithm is shown to have good calculation precision while maintaining the high calculation efficiency of FMM, which is employed in most of the computational area. Results are verified using various numerical models.     

Wave equation tomographic velocity inversion method based on the Born/Rytov approximation

This paper discusses Born/Rytov approximation tomographic velocity inversion methods constrained by the Fresnel zone. Calculations of the sensitivity kernel function and traveltime residuals are critical in tomographic velocity inversion. Based on the Born/Rytov approximation of the frequency-domain wave equation, we derive the traveltime sensitivity kernels of the wave equation on the band-limited wave field and simultaneously obtain the traveltime residuals based on the Rytov approximation. In contrast to single-ray tomography, the modified velocity inversion method improves the inversion stability. Tests of the near-surface velocity model and field data prove that the proposed method has higher accuracy and Computational efficiency than ray theory tomography and full waveform inversion methods.     

海洋拖缆地震资料初至波走时层析反演

初至波走时层析反演技术作为建立近地表速度模型的重要手段,是解决陆地资料复杂静校正问题的关键技术。而折射波广泛发育的海洋地震资料,对折射波信息的关注与运用并没有得到广泛的重视。本文首次将层析反演方法应用于海洋拖缆地震数据的近海底速度模型的建立。本文方法与陆地资料层析反演的主要区别在于:①在震源信号的最小相位化处理后进行初至时间的拾取,避免了混合相位子波初至拾取不准带来的误差;②以海水深度与海水速度作为反演约束条件,减小了迭代误差。实测二维资料的层析反演结果表明,本文方法可反演出较为精确的海洋地层速度结构。      

基于三维层状介质模型地震层析成像正演网格研究

地震层析成像技术是研究地层速度结构的一个重要手段,该技术是利用震源到接收点的地震波走时或波形的观测数据,结合建立的数学物理模型来重建地层速度结构。而层析成像正演模拟的精度将直接影响反演出的速度与地层真实速度的拟合度,因此找出一种精度较高的层析成像正演模拟算法是非常重要的。本文针对三维层状介质,通过网格化模型,采用最小走时射线追踪方法展开层析成像正演研究,分别采用三角形网格、矩形网格和六边形网格进行模型参数化,并对比分析各自正演结果的精度,总结出针对三维层状介质模型的最佳网格划分方式。      

一种改进的地震反射层析成像方法

针对复杂介质的地震反射走时层析成像存在数据拾取困难问题,本文提出了一种新的地震反射层析成像速度模型建立方法,该方法用速度和地震射线走时描述模型,用地震反射波走时、地震波在源点和接收点处的传播方向信息反演模型.为提高反演的稳定性和计算效率,引入了Hamilton函数描述射线,在相空间计算反演所需的射线路径和目标函数对模型参数的导数,对理论模型和实际地震资料进行了试算,试算表明该方法对复杂介质具有较强的适应能力.     

起伏地形下的高精度反射波走时层析成像方法

全球造山带及中国大陆中西部普遍具有强烈起伏的地形条件.复杂地形条件下的地壳结构成像问题像一面旗帜引领了当前矿产资源勘探和地球动力学研究的一个重要方向.深地震测深记录中反射波的有效探测深度可达全地壳乃至上地幔顶部,而初至波通常仅能探测上地壳浅部.为克服和弥补初至波探测深度的不足,本文基于前人对复杂地形条件下初至波成像的已有研究成果,采用数学变换手段将笛卡尔坐标系的不规则模型映射到曲线坐标系的规则模型,并将快速扫描方法与分区多步技术相结合,发展了反射波走时计算和射线追踪的方法.进而利用反射波走时反演,实现起伏地形下高精度的速度结构成像,从而为起伏地形下利用反射波数据高精度重建全地壳速度结构提供了一种全新方案.数值算例从正演计算精度、反演中初始模型依赖性、反演精度、纵横向分辨率以及抗噪性等方面验证了算法的正确性和可靠性.     

Seismic traveltime inversion of 3D velocity model with triangulated interfaces

Seismic traveltime tomographic inversion has played an important role in detecting the internal structure of the solid earth. We use a set of blocks to approximate geologically complex media that cannot be well described by layered models or cells. The geological body is described as an aggregate of arbitrarily shaped blocks, which are separated by triangulated interfaces. We can describe the media as homogenous or heterogeneous in each block. We define the velocities at the given rectangle grid points for each block, and the heterogeneous velocities in each block can be calculated by a linear interpolation algorithm. The parameters of the velocity grid positions are independent of the model parameterization, which is advantageous in the joint inversion of the velocities and the node depths of an interface. We implement a segmentally iterative ray tracer to calculate traveltimes in the 3D heterogeneous block models. The damped least squares method is employed in seismic traveltime inversion, which includes the partial derivatives of traveltime with respect to the depths of nodes in the triangulated interfaces and velocities defined in rectangular grids. The numerical tests indicate that the node depths of a triangulated interface and homogeneous velocity distributions can be well inverted in a stratified model.