基于构造导向滤波的多道反褶积方法及应用

传统线性反褶积方法无法大幅度提高地震资料的分辨率,因此逐渐被非线性的稀疏反褶积方法替代。然而大多数非线性反褶积方法是基于单道反演的,没有考虑道与道之间的空间结构关系,得到高分辨率的结果容易产生横向不一致或者不连续问题,而且当地震资料品质较差时,单道反演方法的结果很不稳定。为此,提出一种基于数据驱动和反演策略的多道反褶积方法,即从地震数据本身出发,利用局部倾角获取构造信息,构建构造导向滤波算子,再将其作为正则化算子引入稀疏多道反褶积中,通过分裂Bregman优化算法求解得到稀疏反射系数系列,在提高分辨率的同时,改善了传统非线性反褶积结果的空间连续性。模型试验和实际地震资料处理结果验证了该方法的有效性和实用性。     

基于稀疏反演的多道匹配追踪地震信号去噪方法及其应用

基于超完备子波库的单道匹配追踪方法在自适应分解地震道时未能分离有效信号和噪声,故难以直接、准确地去除噪声。为此提出了基于稀疏反演的多道匹配追踪去噪方法,以多个连续地震道为研究对象,首先采用多方向矢量中值滤波法计算同相轴倾角,以中间道为标准将同相轴校正后再水平叠加;然后采用基于基追踪降噪的稀疏反演方法分解叠加道,选择与叠加道中有效信号匹配的子波作为中间道匹配追踪分解的子波库;最后根据其它道相对中间道的校正量,对中间道匹配追踪分解的子波库进行反校正,分别构建各道匹配追踪分解的子波库。将基于有效信号匹配子波构建的子波库代替超完备子波库,在搜寻最佳匹配子波时选择性地提取地震道中有效信号,可直接分离有效信号和噪声。单道信号测试结果验证了该方法去除噪声的可行性;合成和实际地震数据应用结果表明,该方法相较于单道匹配追踪方法具有更好的去噪效果,且去噪后剖面的横向连续性更好。     

基于空间约束的裂缝密度反演方法

常规利用法向弱度、切向弱度间接预测裂缝密度的方法存在较大误差。为此,提出一种针对碳酸盐岩（HTI介质）裂缝密度直接反演的方法。在振幅随炮检距和方位角变化（AVAZ）反演的基础上,引入反距离加权插值法（IDW）以优化传统各向异性全变分（ATV）多道反演的横向差分算子,充分利用相邻多个地震道之间的相关性,提高反演算法的横向连续性和稳定性;将横向约束、低频约束及稀疏约束共同用于构建反演目标函数,采用交替方向乘子法（ADMM）优化求解。利用裂缝密度直接反演和反距离加权插值的优点,先对Marmousi II模型测试,验证了该方法的有效性和抗噪性;再将该方法应用于塔里木盆地YM区块的实际数据,验证了该方法的可行性。该方法对裂缝密度预测结果更准确、可靠,可在类似地区推广应用。     

基于自动相关判别先验的叠前同时反演方法研究

基于叠前地震数据振幅随入射角变化特征的叠前反演方法是获得储层弹性参数估计的重要手段。常规贝叶斯叠前反演假设弹性参数反射系数满足某一特定分布,利用该分布作为先验信息约束反演,且分布一经确定不再随不同地震道变化,但在弹性参数反射系数的分布横向变化较大或不满足既定分布时会产生误差。为此,通过引入自动相关判别先验,提出了一种贝叶斯叠前同时反演方法,将弹性参数反射系数的先验信息融合到反演中,该先验信息不再对弹性参数反射系数的总体分布作出假设,且随着地震数据的变化自适应改变,使弹性参数反射系数的反演结果具有更好的准确性、更符合横向变化的地质特征,并且更好地反映岩性边界;在构建反演目标函数时,加入了趋势约束算子,提高了反演的稳定性;采用同时反演策略,避免了基于弹性阻抗的叠前反演过程中存在转换误差。单道弹性参数模型和经典推覆体2D模型测试结果证实了方法的可行性和正确性,实际地震数据测试结果证实了方法在提高分辨率和反映地质体特征及边界上的优势。     

地震波形约束的蒙特卡洛—马尔科夫链随机反演方法

以地质统计学为基础、以测井资料为条件数据的地震随机反演方法的分辨率高于常规确定性反演,因此迅速得到广泛应用,但是提高计算效率以及消除随机性一直是难点。为此,提出了基于地震波形约束的蒙特卡洛—马尔科夫链（MCMC）随机反演方法。充分利用观测地震数据和待反演参数之间的地球物理映射关系,应用相关系数,根据已知的地震波形之间的相似性特征指导井数据进行伪普通克里金插值模拟,建立具有地震波形指示的初始模型;在此基础上,进一步在贝叶斯框架下构建观测地震数据和测井数据协同约束的后验概率密度分布,结合Metropolis-Hastings采样算法多次随机模拟具有地震波形指示的初始模型参数,利用后验均值作为模型参数的最优解。该方法有效地提高了反演稳定性和横向连续性,降低了随机性,有效地弱化了地震噪声对反演结果的影响,并且极大地加快了马尔科夫链的收敛速度,有效地提高了运算效率和估算精度。模型试算和实际资料反演效果表明,基于地震波形约束的MCMC随机反演方法具有较好的抗噪性,有效提高了反演精度,对识别调谐尺度内薄互储层具有一定优势,在提高纵向分辨率的同时也提高了横向分辨率。     

无井多道反演

在深入研究波阻抗反演技术的基础上，针对其单道计算的特点，提出了一种简单易行的多道反演方法。该方法具体的实现步骤是：（１）采用频域归一化滤波算子将中、低频分量相加，形成无井多道反演的初步模型；（２）采用常规最小平方法制取最小相位反子波，求出子波，然后转换成零相位子波；（３）对数据拟合差剖面进行信噪分离或做压制噪声处理。应用结果表明，本文方法明显优于单道反演方法。     

基于正交匹配追踪算法的叠前地震反演方法

为了给地质解释提供更为有利的反演数据,本文提出一种基于正交匹配追踪算法的叠前稀疏反演方法.采用正交匹配追踪算法先搜索稀疏的反射系数位置再计算大小,利用L₀范数对反射系数的稀疏性进行约束,构建基于正交匹配追踪算法的叠前地震反演目标函数,并加入模型约束以增强反演的稳定性.由于L₀范数具有较强的稀疏性,反演结果界面块化,地层界面清晰.反演得到的反射系数可通过积分的方式转化为地层弹性信息.模型测试表明该方法稳定可靠,抗噪能力强.实际地震数据反演的井旁道与测井资料匹配较好,与常规反演方法相比,提升了反演结果对地层的分辨能力.     

叠前反演数据优化处理技术

叠前反演技术已逐步成为寻找岩性油气藏的主要工具。但是,目前叠前反演前对地震数据进行预处理的技术及流程大都仍然采用常规处理中的思路与方法,而常规处理中产生的剩余时差和残余噪声将直接影响反演结果的精度,因而需要对叠前反演数据进行优化处理。分析了剩余时差和残余噪声的产生原因,选用常规多项式拟合及叠加技术确定记录道上每一时刻信息的正确位置,应用静态时移的方法消除剩余时差;采用多道识别、单道消除的横向滑动时空变小波阈值去噪方法,消除残余噪声产生的根源,保证去噪结果具有更高的保真度。理论模型试算和实际地震资料处理结果证明了叠前反演数据优化的必要性以及所论优化处理技术的正确性。     

低秩动态匹配约束下的反射波走时反演

反射波走时反演兼具走时反演与反射波形反演的低波数特征，对与走时相关的地下大尺度背景信息具有较好的更新能力。走时反演时移量的准确估算是反射波走时反演的关键点。传统全局时延互相关可有效估计全局时移量，但难以准确描述地震道的局部非稳态时移特征且单道估计容易造成空间连续性较差的问题。为此，综合考虑反射波走时反演伴随源的空间连续性及时间非稳态特征，引入低秩近似和动态图像估计，构建低秩动态匹配约束算法，以增强时差估计结果的时间非稳态性及空间连续性。实验结果表明，相比单纯采用动态图像估计得到的时差剖面，低秩动态匹配约束结果具有更好的多维度稳定性，反演梯度横向连续性更好，更符合地质沉积的结构特征，反演结果连续性更优。利用低秩动态匹配约束下的结果作为初始模型的全波形反演及逆时偏移成像结果均证明了方法的有效性。     

基于稀疏约束贝叶斯估计的相对波阻抗反演

地震道积分是一种利用地震资料进行的无约束反演技术,可以方便地得到地层的相对波阻抗,但采用稀疏反演的反射系数递推反演相对波阻抗,横向连续性差、可用性低。给出了一种基于稀疏约束贝叶斯估计的地震相对波阻抗反演算法,即在反射系数Cauchy概率分布稀疏约束下,基于贝叶斯最大后验概率估计,采用预条件共轭梯度法估计地震子波和反射系数,从而得到高分辨率的反褶积结果,进而得到高分辨率的相对波阻抗剖面。利用理论模型和实际数据对算法进行了验证,结果表明:基于稀疏约束贝叶斯估计的相对波阻抗反演方法可行;与直接法稀疏反演相比,预条件共轭梯度法稀疏反演精度高、收敛快、数值计算稳定。     

基于构造滤波的VTI介质平面波最小二乘FFD叠前深度偏移

中国中东部地区沉积地层广泛发育,地下介质中地震波传播速度不仅与空间位置有关,还受传播方向影响,研发适用于各向异性介质的成像方法有利于提高反演成像精度。通过将VTI介质高阶傅里叶有限差分波场延拓算子纳入反演成像体系,本文实现了基于VTI介质的最小二乘FFD叠前深度偏移。针对该方法计算量大、相干成像噪声明显的不足,进行了优化：采用引入平面波编码策略,压缩地震数据,显著提高计算效率;迭代过程中提取CIG道集,在该道集上应用平面波构造滤波算子压制相干成像噪声,提高成像信噪比。基于各向异性Marmousi 2模型的数值测试结果表明,本文的优化偏移成像方法取得三点改进： ①适用于复杂强横向变速VTI介质; ②成像信噪比提高,效率更高; ③克服了单程波类算法近地表成像精度低的缺陷。     

噪声被动源数据一次波估计

由噪声源引起的被动源数据(噪声源数据)可以通过互相关算法的地震波干涉技术,形成类似于常规采集系统得到的虚拟炮集记录,其中不仅含有一次反射波信息,还包括了表面相关多次波和其他噪声。在传统稀疏反演一次波估计方法的基础上,推导了噪声源数据一次波估计算法,并将其转化为一个最小二乘反演问题进行求解,直接对噪声源数据进行一次波估计,得到了不含有表面相关多次波的虚拟炮集记录。与传统基于互相关算法的地震波干涉技术相比,避免了对虚拟炮记录中的表面相关多次波预测减去的过程,降低了对虚拟炮记录处理的难度,同时,提高了虚拟炮记录的利用效率。     

海底节点高效混采海量数据分离技术

与陆上混采数据混叠干扰类型单一相比,由于海底节点（OBN）高效混采施工的特殊性,OBN高效混采数据中存在多种混叠干扰类型,其中非生产炮数量过多造成逻辑坐标系统下的重炮以及复杂海域导致的严重变观现象,是OBN高效混采资料中产生多种类型混叠干扰的两种主要原因。为此,通过分析OBN高效混采数据中混叠干扰类型,研究了迭代动态映射技术以及炮点逻辑坐标预处理、稀疏反演法的技术方案。选择基于FKK变换的稀疏反演法预测噪声的分离方法,同时以迭代的方式对所有重炮的逻辑位置进行全局动态映射预处理,高效识别多种混叠干扰,从而精准、快速地分离高混叠度的OBN海量地震数据。对A区OBN高效混采数据的分离结果表明,分离的单炮数据保真度高,在优化分离效率的前提下,取得了较理想的分离效果。     

一种考虑噪声干扰的地表风化层Q值反演方法

风化层对地震波的吸收十分强烈，补偿风化层对地震波的吸收，可以提高地震记录的分辨率。反演风化层的品质因数Ｑ是补偿吸收作用的重要一步，现今有很多反演Ｑ值的方法，但各各方法求出的Ｑ值的可靠性均与信噪比有关，当记录信噪比较低时，没有任何一种现行方法能求出可靠的Ｑ值。本文提出一种考虑噪声干扰近地表风化层的Ｑ值反演方法，并用理论记录和实际记录作了实验，得到了较好的效果。     

叠前AVA广义非线性纵、横波速度反演

利用叠前AVA地震资料反演地下介质的纵、横波速度，可以为地层岩性、储层物性及含油气性解释提供丰富的弹性参数信息。本文以Aki和Richards近似公式为基础，将最小平方问题转化匆大型稀疏矩阵的求解问题，直接反演出纵、横波速度；根据建立的反演目标函数导出了广义非线性矩阵反演方程；噪声协方差矩阵和模型协方差矩阵的加入，使叠前反演稳定性增强；通过AVA合成记录标定、AVA反演子波佶算以及测井、构造层位信息的共同约束，有效地降低了反演的多解性问题。理论模型试算和实际资料处理结果均表明，该方法处理效果良好。     

高斯束层析与全波形反演联合速度建模

基于叠前地震波场模拟的全波形反演（FWI）技术走向实用化充满挑战性。陆上地震资料的低信噪比、缺失低频、复杂近地表及三维数据的巨大内存需求和海量计算等因素都制约了FWI技术的应用推广。为此,研究并开发了高斯束层析速度建模技术,弥补了传统射线层析无法反演得到的中波数速度成分,为FWI提供了高精度宏观速度模型,有效避免了周波跳跃现象;利用基于相位匹配的互相关目标泛函取代L₂范数求解梯度,降低了反演对低频数据的依赖,有效解决了FWI海量计算难题;利用伪保守波动方程形成自伴随的正演算子,大幅度提升了基于伴随状态法的梯度计算能力,增强了反演对陆地数据的适应性,实现了陆地资料的FWI高分辨率速度建模能力。     

用面波反演风化层Q值──补偿风化层吸收提高分辨率

风化层对地震波的强烈吸收作用的导致地震记录分辨率降低。根据粘弹波动理论，这种吸收作用相当于线性时不变滤波。对地震记录进行吸收的补偿处理可以提高分辨率，为此，需要反演风化层的Ｑ值。     

空间域加窗二维希尔伯特变换在三维地震资料体边缘检测中的应用

根据地震资料的不连续性能识别河道、断层、裂缝发育带等。为此提出并实现了基于二维希尔伯特变换的三维地震资料体边缘检测方法。通过在三维目的层段时间和深度方向加窗,并引入二维高斯函数,建立了改进后的二维希尔伯特体边缘检测算子,可以在三维空间调节计算孔径以提取不同尺度的不连续性地震异常,并压制噪声。模型试算和实际资料处理结果表明,基于二维希尔伯特变换的地震资料体边缘检测方法能够有效刻画地质异常体的空间分布,很好地突出裂缝发育带的边缘以及走向信息,提高了地震数据解释的准确性。