基于Low rank近似的黏弹性介质衰减补偿微地震逆时定位与裂缝成像

真实地下介质具有黏弹性,地震波在传播过程中会发生耗散与频散.忽视黏弹性介质的吸收衰减效应,逆时延拓过程中地震波将会出现振幅减弱、相位失真等现象,无法准确定位震源真实位置,因此需要对黏弹性介质中传播的波场进行衰减补偿,并通过采用合适的成像算子对微地震震源进行定位与裂缝成像.本文基于耗散与频散解耦的分数阶黏弹性波动方程模拟波场,采用low rank分解近似混合域算子,分离衰减相关项并反转耗散项符号,并在补偿的衰减项波场的波数域中进行低通滤波,压制噪声的影响;使用优化后的成像算子进行微地震震源定位,并通过分离散射波场,对散射波进行逆时反传寻找裂缝.数值实验证明,本文方法通过low rank近似有效提高了计算效率,衰减补偿算子在滤波器约束下能够稳定地补偿反向延拓的波场,优化后的成像算子能够在压制随机噪声的同时进一步提高计算效率和定位分辨率.

     

VSP井驱Q补偿在碳酸盐储层识别中的应用研究

沙漠区地表吸收作用强烈,导致地震成像资料分辨率降低,VSP相比常规地面地震具有更高的信噪比,波场特征更加清晰。利用VSP下行波场提取相对准确的吸收衰减因子(Q),然后对三维地面地震进行反Q滤波处理,实现了相对保幅条件下的提高分辨率目的。应用结果表明,基于VSP资料的井驱Q补偿技术使得目标储层地震分辨率更高,更有利于储层预测和钻井目标优选。     

基于自动微分的图空间最优输运全波形反演

全波形反演能够利用地震波场信息进行高分辨率地下介质速度建模,具有精确刻画模型细节特征的潜力.传统的全波形反演以L2范数作为目标函数,逐样本比较观测地震数据和合成地震数据之间差异,利用伴随状态法求解梯度.由于全波形反演是高度非线性的,当初始模型不准确时,反演结果容易陷入局部极小值.本文提出使用具有全局比较能力的图空间最优输运Sinkhorn距离作为目标函数.图空间Sinkhorn距离对信号时移和振幅变化具有较好的凸性,能够解决反演过程中的周期跳变问题.利用理论指导的数据科学算法将全波形反演问题转化为深度学习优化问题,偏微分方程约束用于优化波动方程中表征介质地球物理性质的模型参数.反演过程中采用自动微分计算梯度,并利用Adam优化算法对模型进行更新.模型测试结果表明本文方法能够取得较好的反演结果,并且具有较强的噪声鲁棒性,对于震源子波和初始模型的依赖性较低.

     

黏弹介质中勒夫波频散问题的统一解及其动态特征分析

目前完全弹性介质中面波频散特征的研究已较为完善,多道面波分析技术（MASW）在近地表勘探领域也取得了较好的效果,但黏弹介质中面波的频散特征研究依然较少.本文基于解析函数零点求解技术,给出了完全弹性、常Q黏弹和Kelvin-Voigt黏弹层状介质中勒夫波频散特征方程的统一求解方法.对于每个待计算频率,首先根据传递矩阵理论得到勒夫波复频散函数及其偏导的解析递推式,然后在复相速度平面上利用矩形围道积分和牛顿恒等式将勒夫波频散特征复数方程的求根问题转化为等价的连带多项式求解问题,最后通过求解该连带多项式的零点得到多模式勒夫波频散曲线与衰减系数曲线.总结了地层速度随深度递增和夹低速层条件下勒夫波频散特征根在复相速度平面上的运动规律和差异.证明了频散曲线交叉现象在复相速度平面上表现为：随频率增加,某个模式特征根的移动轨迹跨越了另一个模式特征根所在的圆,并给出了这个圆的解析表达式.研究还表明,常Q黏弹地层中的基阶模式勒夫波衰减程度随频率近似线性增加,而Kelvin-Voigt黏弹地层中的基阶模式勒夫波衰减程度随频率近似指数增加,且所有模式总体衰减程度强于常Q黏弹地层中的情况.

     

平面声波在粗糙界面上的反射特征研究

基于有关粗糙界面的Rayleigh假设,讨论了平面声波按余弦规律快速变化的小尺度粗糙界面上的反射特征.研究表明：这类界面与位于该位置的一个过渡地层的作用相当.该过渡层的厚度为粗糙界面的起伏幅度,速度和密度为上下两层介质相应量的平均值.研究了埋藏很深的微粗糙界面所引起的地震反射（绕射）波的频散特性和走时的构成,即包含零炮检距反射时间、正常时差和界面粗糙时差三部分内容.该粗糙时差与空间坐标和时间坐标无关,与绕射波的阶次有关,绕射波尾随在反射波之后以某一固定的时差出现.且只有当界面的粗糙波长与地震波的波长相当时,才能观测到这类绕射波.该结论为粗糙界面地震反射资料的处理方法提供了理论依据.     

基于微动H/V谱比法的土石分界面探测研究——以济南中心城区为例

土石分界面对城市抗震设防和地下工程建设具有重要意义.城市中复杂的干扰限制了常规地球物理勘探方法的使用,本文选用环境友好且抗干扰能力强的微动H/V谱比法对济南中心城区的土石分界面展开研究.在济南中心城区开展三分量微动测量,得到了400多个测点的微动数据,计算了对应的H/V谱比曲线.将得到的H/V曲线划分成单峰、宽峰、双峰和无峰四种类型,分析了不同类型曲线与地质结构的关系.根据基岩性质不同,将研究区的基岩划分为灰岩和岩浆岩两种类型,总结出了基岩为灰岩时的深度-频率关系式,同时发现当基岩为岩浆岩时无法得到可靠的关系式.根据关系式计算得到了济南部分测线的土石分界面深度分布,另外,关系式的计算结果与钻孔资料十分吻合,能满足工程探测的精度要求.本方法为在城市强干扰环境中确定土石分界面深度提供了快速准确的解决方案.     

常Q衰减介质分数阶波动方程优化有限差分模拟

本文基于Kjartansson常Q模型理论,推导了常Q衰减介质中黏声波和黏弹性波的速度-应力方程,并采用基于二项式窗函数的优化交错网格有限差分方法进行了数值模拟,同时引入不分裂的复频移卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件,以消除边界反射.使用基于自适应时间步长记忆方法的中心差分近似时间分数阶导数,与常用的短时记忆方法相比,提高了波动方程的离散化精度和计算效率.通过对比均匀模型下声波的数值解与解析解,验证了算法的精确性,并进一步分析了不同品质因子下地震波的频散及衰减特征.对BP盐丘模型的数值模拟结果可以较好地反映本文数值方法对复杂介质的适应性及频散压制效果.      

Construction of constant-Q viscoelastic model with three parameters

The popularly used viscoelastic models have some shortcomings in describing relationship between quality factor (Q) and frequency, which is not consistent with the observation data. Based on the theory of viscoelasticity, a new approach to construct constant-Q viscoelastic model in given frequency band with three parameters is developed. The designed model describes the frequency-independence feature of quality factor very well, and the effect of viscoelasticity on seismic wave field can be studied relatively accurate in theory with this model. Furthermore, the number of required parameters in this model has been reduced fewer than that of other constant-Q models, this can simplify the solution of the viscoelastic problems to some extent. At last, the accuracy and application range have been analyzed through numerical tests. The effect of viscoelasticity on wave propagation has been briefly illus-trated through the change of frequency spectra and waveform in several different viscoelastic models.     

黏弹性VTI介质微地震数据目标导向裂缝染色逆时偏移

水力压裂技术能够改善储层中裂缝的连通性,实现致密储层油气增产,利用压裂过程中产生的微地震事件进行裂缝偏移成像有助于评价水力压裂效果.水力压裂通常在具有黏弹性和各向异性的页岩油气储层中进行,地震波传播过程中会发生具有方向性的衰减,此外微地震震源及检波器通常分布在有限区域内,导致偏移剖面上存在远场照明较差和成像干扰的问题,难以有效进行裂缝描述.本文提出了一种黏弹性VTI介质目标导向逆时偏移裂缝成像方法,首先推导了黏弹性VTI介质染色波动方程并提出了多组偏移剖面互相关染色成像条件,然后通过裂缝逆时偏移成像测试分析了微地震数据信噪比、介质参数和事件定位精度对偏移结果的影响,最后结合地震干涉法减轻了定位误差造成的干扰.数值模拟实验表明,目标导向的染色逆时偏移成像算法能够有效压制成像剖面中的伪影干扰,改善目标区域照明,提高裂缝成像的空间分辨率.

     

基于组稀疏约束的微地震震源参数谱投影梯度反演

震源参数反演是微地震监测中的关键技术,常规走时或逆时定位方法可以快速获取震源的空间位置,但是会忽略震源的时间信息.全波形反演(FWI)是一种有效的工具,利用完整的波形信息,通过选用合适的优化算法对微地震事件震源参数进行迭代反演,虽然存在计算量大的问题,但是反演出的结果信息丰富并且精度较高.本文依据微地震震源的特点,提出了基于谱投影梯度组稀疏约束的优化算法来进行震源参数全波形反演,模型测试结果表明: 该算法相比于逆时定位定位精度更高,且可以反演子波波形信息; 对低信噪比微地震记录具有一定的鲁棒性; 对不同时刻的多震源参数反演也能得到较好的结果; 该方法对速度模型具有敏感性,通过微地震数据更新速度模型再进行震源参数反演可以提高反演准确性.