井间地震物理模拟研究

井间地震资料具有极高的分辨率,但是,其波场十分复杂,特别是有效一次反射波场能量较弱,且往往被管波等强相干干扰淹没,波场的识别与分离难度较大.地震物理模拟技术是认识复杂地震波场的有效手段.我们通过单一地质体模型、复杂地质体模型和真实井间模拟模型等多种逼真地质模型的物理模拟,揭示了井间地震观测下直达波、透射波、反射波、折射波,多次波和导波等各类波型的特征.物理模拟试验表明,在炮检域平面上分析直达波的信噪比与能量分布,可以使处理人员对旅行时的误差有更直观的认识.所以识别初至与拾取旅行时间时,不仅要在共震源点道集(CSG)上分析拾取,而且还要在共炮检距道集(COG)上分析拾取,这样就提高了直达波识别的可靠性与拾取时间的精度.     

时间域全波场各向异性弹性参数反演

从各向异性弹性波的有限元正演方程出发 ,导出了反问题中时间域雅可比矩阵求解的计算公式 .它具有与时间域有限元正演方程相同的表达形式 ,故可通过有限元正演计算来获得雅可比矩阵 .研究了有限元正演算法的效率和精度、吸收边界条件等方面的问题 ,以提高反演系统的效率和精度 .在此基础上 ,实现了叠前全波场各向异性弹性参数反演 .计算表明 ,在初始模型偏离真实模型较大的情况下 ,层状模型和横向不均匀模型的反演结果均能准确地收敛到真实模型上 .     

逆时偏移计算中的边界处理分析及应用

在地震资料的处理中,逆时偏移方法可以实现复杂构造高精度成像,但计算量和存储量两大问题影响了该方法的实际应用.逆时偏移算法中的边界处理方式的优化可以大大减少存储量,本文讨论了记录波场边界信息的吸收边界和随机边界这两种方法的计算效率和成像效果,提出了吸收边界中只记录边界范围内未衰减单层波场的方法并通过数值实验验证了其可行性,选择了不同的边界策略应用于模型数据和实际资料的处理.结果表明:记录单层波场边界信息的吸收边界的成像效果同传统存储波场历史的方式几乎无差别,但要额外存储每个时刻的波场边界信息;随机边界不需要额外存储波场信息,但会带来边界漫反射影响和计算区域的增加;记录单层波场边界可以明显减少存储量,并且不影响成像效果.     

层间多次波傅里叶有限差分偏移成像

传统地震偏移方法仅利用一次反射波进行偏移成像,多次波对其来说是一种噪声,在成像前需要将多次波去除.然而多次波偏移比一次反射波偏移拥有更高的照明度,可以提高地震成像的精度.通过修改传统傅里叶有限差分偏移方法,将层间多次波作为输入数据,可将层间多次波成像.本文提出的层间多次波傅里叶有限差分偏移方法,通过波场延拓和全波场方法获得上行波场和下行波场,利用层间多次波成像条件对不同阶数的层间多次波分别进行成像,正传波场和反传波场在零时刻进行互相关.数值实例验证了本文方法的正确性和实用性,表明层间多次波成像可以突出盐丘体的同相轴,恢复盐下的构造信息,弥补传统成像方法的不足,提高地震偏移成像分辨率,有效地为地下提供额外照明.

     

基于辛-谱元-FK混合方法的保结构远震波场模拟

远震全波形层析成像能获得研究区域下方岩石圈乃至地幔过渡带高分辨率速度结构,是研究地球深部构造与动力学过程的有效工具.该类方法需以高精度及长时程远震波场正演模拟为基础,这为设计高精度长时程稳定的正演算法带来了挑战.在此背景之下,本文提出了一种适用于远震波场模拟的保结构算法.该方法采用谱元法（SEM）对研究区域进行空间离散,在不考虑耗散项情况下,将空间离散后的常微分方程变换为哈密顿系统形式,采用保辛分部龙格-库塔方法数值求解.在三级保辛分部龙格-库塔算法基础上添加额外空间离散项,得到修正辛算法.本文将该时间-空间全离散形式称为修正辛-谱元法（SSEM）,并将SSEM算法与频率波数域（FK）方法结合,发展了可模拟高频远震波场在局域模型内传播的SSEM-FK混合方法.该方法结合了FK方法模拟层状介质中平面波传播的高效性和SSEM计算复杂介质中弹性波传播的精确性.数值实验表明,SSEM-FK能够准确模拟高频远震波场在研究区域内的传播,结合该方法在计算效率上的优势,可为高效、高精度的远震全波形层析成像打下基础.

     

一种加权抛物Radon变换地震波场重建方法

基于带限正反抛物Radon变换的基本原理和计算方法,笔者给出了一种加权抛物Radon变换(PRT)算法,该方法可应用于叠前地震波场恢复和重建,如缺失偏移距地震数据的插值外推和反假频重采样,其权系数完全由数据域来确定,也就是说在迭代计算过程中,该权系数也在变化.对于均匀采样的地震数据,笔者给出了近偏移距外推和波场的反假频重采样的计算结果,试算表明笔者给出的加权PRT方法可有效地应用于地震波场重建中,并具有算法稳健、计算精度高和效率高的特点.     

基于自适应变步长波场延拓的可控层分阶层间多次波模拟

地下低速夹层的存在导致地震数据中包含较强能量的层间多次波,有效识别和预测深部储层上覆地层产生的层间多次波是提高深部储层解释精度的重要环节,而准确模拟层间多次波是辅助识别地震数据中层间多次波的一种非常有效的方法.本文提出了一种基于自适应变步长波场延拓的可控地层分阶层间多次波模拟方法,该方法基于自适应变步长波场延拓,以递归循环的方式实现分阶层间多次波的模拟.通过对模型添加双重层位约束,可以模拟指定地层产生的各阶层间多次波.利用二维反周期延拓方法压制波场延拓的边界反射优于传统方法,例如吸收边界法.提出自适应变步长波场延拓技术,大大提升了波场模拟的效率.理论和数值例子表明,本文方法模拟的一次波和各阶层间多次波与常用的有限差分方法模拟结果具有很好的一致性,且克服了有限差分方法无法分阶模拟波场的不足,显著提升了层间多次波识别的效率.

     

大步长波场深度延拓的理论

波场延拓是地震偏移成像的基础. 快速进行目标区波场延拓对石油勘探中急需发展的深部地震勘探和无组合海量地震数据的成像有重要意义. 在目标区成像中,目前已有的波场延拓方法,包括基于走时计算的Dix方法和射线追踪方法,以及基于小步长波场递推的方法,在适应复杂介质、计算精度和计算效率的某一方面还不能完全满足实际需要. 本文提出一种基于“算子相位”李代数积分的快速计算延拓算子的方法,称为大步长波场延拓方法. 在该方法中,指向目标区的波场延拓算子象征的复相位被表示成波数的线性组合. 线性组合的系数是层速度函数及其导数的深度积分,计算和存储较为方便. 波场延拓算子通过相移算子加校正的方法,利用快速Fourier变换在空间域和波数域予以实现. 利用动力学等价关系导出了便于计算的表达式. 本文比较了算子主象征函数用一步法展开和用两步法展开的精度,从而说明大步长方法的精度要高于递推方法. 在横向和纵向线性变化介质中,将大步长方法的脉冲响应与递推法做了比较,说明大步长延拓算子的走时精度主要取决于相移因子中的横向变速校正项;且在各种近似下,大步长算子发生的频散都非常小.     

频率域单程方程三维叠前正演中的波场替换

利用定位原理进行三维叠前正演,仅靠单程声波方程的延拓即可形成复杂地质条件下的正演记录,运算效率高无多次反射出现。但速度模型中对于过大或过小的速度常使波场在延拓时有频率和波数成分的损失,这种损失引起波场畸变并严重影响正演记录的质量。本文采用波场替换技术,在每次延拓时用零相位子波形成一个同时保留了原波场的动力学特征与空间位置信息的新波场,然后用新波场取代原畸变波场并参与正演记录合成。在频率域单程方程三维叠前正演中特别适合做波场替换,因为震源脉冲与接收响应(均可视为点脉冲)的延拓波场在形态上相似,而且在延拓波场中每道记录之振幅包络只有一个极值点。理论试算结果表明,采用波场替换技术后最终正演记录质量比替换前有了很大改善。     

横向非均匀介质远震体波接收函数的波场特征

系统研究了台站下方存在倾斜界面时,远震体波接收函数的波场特征及多方位接收函数对台站下方介质横向非均匀特征的反映能力．我们利用合成三维横向非均匀介质接收函数的Maslov方法,具体模拟了台站下方存在倾斜界面时的接收函数响应．结果表明,当台站下方存在倾向一致的倾斜界面时,远震体波接收函数的径向分量和切向分量分别随震源方位角的变化呈现对称和反对称的规律性变化．利用不同震源方位角接收函数径向分量和切向分量的变化规律,可以估计台站下方界面的倾向和倾角．当台站下方各界面的倾向不同时,随方位角的变化,接收函数只能直观给出界面的整体倾向．实际观测数据的分析结果表明,对于利用单个台站接收函数研究台站下方介质的横向非均匀特征来说,简单倾斜界面可以看作较好的一级近似．