溶洞模型逆散射成像技术

针对常规叠前深度偏移成像技术难以将溶洞型储集层的多次绕射波完全归位、难以准确成像溶洞分布这一难题,引入了频率域声波逆散射成像方法。该方法直接从炮集地震资料出发,利用散射记录的逆时传播波场与入射波场褶积得到扰动速度的分布,将速度模型迭代更新与构造成像融为一体。溶洞模型数值模拟和物理模拟资料的处理效果表明,即使初始速度模型存在12%的误差,该方法仍可以将溶洞产生的多次绕射波较好地归位,较准确地将溶洞的形状、位置成像。同时,对常规偏移成像方法和逆散射成像方法影响溶洞成像精度的主要因素进行了定量分析,为提高溶洞型碳酸盐岩油气藏勘探精度提供了理论指导。图11参23     

格林函数高斯束逆时偏移

本文以Kirchhoff积分法偏移为基础,采用高斯束叠加积分表示的格林函数表示正反向延拓波场,并利用正反向延拓波场互相关成像条件得到地下成像结果。模型试算和实际资料处理结果表明：高斯束逆时偏移方法结合了射线类偏移方法的高计算效率和逆时波动方程偏移的高精度,能很好地处理焦散点、大倾角等成像问题,并且具有面向目标成像的能力。     

基于非平稳滤波算子的成像域最小二乘偏移

岩性油气藏储层的精确描述需要宽带波阻抗的成像结果。假设已经得到准确的背景阻抗,可以采用最小二乘叠前深度偏移(LS-PSDM)估计高保真、高分辨率的反射系数,进而采用合理的深度域反演方法,将背景阻抗和宽带反射系数融合成宽带波阻抗成像结果。LS-PSDM有数据域和成像域两种求解方法。数据域LS-PSDM由于其高昂的计算代价以及较慢的收敛速率,通常不能很好地应用于实际生产中;成像域LS-PSDM的关键是估计线性算子Hessian矩阵的逆,对常规成像结果去模糊,提高成像质量。由于Hessian矩阵规模庞大,无法直接进行计算及存储,研究了成像域最小二乘叠前深度偏移Hessian矩阵逆的近似估计方法:在总变差正则化约束下求解非平稳匹配滤波算子,近似Hessian矩阵的逆。将计算得到的非平稳滤波算子直接作用到常规成像结果上,即得到成像域LS-PSDM的反演结果。该方法极大程度降低了LS-PSDM的计算代价,并且计算稳定,适用于各类偏移算子。局部Sigsbee模型以及Marmousi模型的数值试验结果表明,求得的非平稳滤波算子能够较好地实现Hessian矩阵逆的功能,得到的成像域LS-PSDM结果相较于常规偏移成像结果具有更均衡的振幅,分辨率也有一定提高。根据该方法求解成像域LS-PSDM得到的高保真、高分辨率的反射系数为宽带波阻抗成像提供了重要的数据基础。     

波动方程保幅地震偏移成像方法

地震数据中饱含有丰富的旅行时信息和振幅信息。传统的波动方程地震偏移成像方法忽略了介质参数变化对地震波振幅的改造,不能准确描述地震渡传播的动力学特征。为此,基于严格的解耦理论,从全声波方程出发,进行单程波保幅分解,得到直观、高效率的的单程波动方程,直接面对地震波传播波场的压力分量进行延拓,从而将振幅误差补偿作为偏移的一部分在偏移过程中进行,实现地震偏移成像在获取正确位置的同时也获取真实振幅的信息。数值试算表明,该方法可使散射能量聚焦、归位,提高成像精度;可输出正确反映地下反射系数的振幅信息。     

波动方程保幅地震偏移成像方法

地震数据中饱含有丰富的旅行时信息和振幅信息。传统的波动方程地震偏移成像方法忽略了介质参数变化对地震波振幅的改造,不能准确描述地震渡传播的动力学特征。为此,基于严格的解耦理论,从全声波方程出发,进行单程波保幅分解,得到直观、高效率的的单程波动方程,直接面对地震波传播波场的压力分量进行延拓,从而将振幅误差补偿作为偏移的一部分在偏移过程中进行,实现地震偏移成像在获取正确位置的同时也获取真实振幅的信息。数值试算表明,该方法可使散射能量聚焦、归位,提高成像精度;可输出正确反映地下反射系数的振幅信息。     

声波和弹性波叠后逆时深度偏移

对比声波和弹性波叠后逆时深度偏移的成像效果,从计算波动理论出发,采用凹陷模型制作了基于爆炸反射界面原理的零偏移距剖面。并根据零时间逆时成像条件,制作了较高精度的声波、弹性波叠后逆时成像剖面。逆时延拓数值试算表明,采用两种方法均能恢复出准确的地质界面,其中声波在倾斜界面情况下与实际地质模型有所偏移,没有准确实现地震波场归位;而弹性波垂直分量得到了准确成像,倾斜界面清晰,而且垂直分量直接显示出断点和倾斜界面位置,弥补了声波深度成像的不足。图2参8     

最小二乘叠前深度偏移成像理论与方法

地震波成像的目的首先是定位反射界面或散射点的空间位置,描述地下地质体的几何结构;然后是估计地下介质的物性参数,主要是与速度和密度相关的参数;最终是与岩石物理结合描述含油气储层。以地震波传播的散射场表达以及逆散射成像为切入点,首先给出散射波的表达形式,讨论了逆散射成像的本质与逆散射成像所需要的叠前地震观测数据及对应的观测方式;然后给出一般的线性化最小二乘叠前深度偏移(Least-squares Prestack Depth Migration,LS_PSDM)基本理论框架,只要能给出用Green函数计算的波传播算子,就可以实现线性化的LS_PSDM;接着讨论了当前广受关注的最小二乘逆时深度偏移(Leastsquares Reverse Time Migration,LS_RTM)方法,给出了最小二乘偏移成像的迭代实现方法和保反射界面结构的总变差正则化方法以及数值结果;最后分析了基于反射波估计反射系数的成像方法和基于散射波估计散射强度的成像方法的差异,指出针对勘探地震介质特征和波场特征的成像方法是最具实用性的方法,逆散射成像应该在此基础上进行。基于散射波的成像方法能否满足储层描述的要求,有待进一步研究工作的检验。     

表驱Kirchhoff叠前时间偏移角度域成像方法

为解决垂向变速介质中的射线弯曲效应问题,获得可直接用于AVO分析和反演的角度域共成像点道集,提出了一种基于射线追踪的表驱Kirchhoff叠前时间偏移方法.方法实现的基本原理是:首先基于横向均匀介质中的反射时距关系,利用改进的两点射线追踪算法建立走时和反射张角的数值表;然后在偏移过程中利用该数值表得到成像孔径内各反射路径对应的双程走时与入射角信息;进而通过脉冲响应叠加方法得到角度域共成像点道集和偏移成像剖面.由于加权函数部分考虑了射线弯曲效应的影响,因此更有利于振幅的相对保真.角度域共成像点道集波形拉伸效应的时不变特征也有利于后续的波形恢复处理.理论模型和实际地震资料验证了该方法的可行性.     

各向异性弹性波高阶有限差分法叠前逆时深度偏移

采用高阶交错网格有限差分法算子构建了各向异性介质多分量弹性波动方程的高精度正演模拟和叠前逆时深度偏移的数值离散方程,在正演过程中采用最大绝对振幅能量法实现各向异性介质多分量初至旅行时的计算,并以此作为多分量双程弹性波叠前逆时成像条件,同时给出计算所需的稳定性条件、多分量叠前逆时成像的基本原理、吸收边界条件等,采用凹陷模型合成了共炮点道集,并进行多分量双程各向异性弹性波叠前逆时成像研究,并与对正演炮集进行多分量各向同性叠前逆时成像结果进行对比。计算结果表明,考虑了各向异性弹性波场的矢量特性,能够更为准确地实现叠前多分量弹性波场的成像问题,使地质层位中的断层、断点等复杂目标成像更加清晰准确,并且偏移成像精度较高,因此开展各向异性叠前逆时成像可为当前高精度岩性地震勘探提供方法指导。     

地震波旅行时计算方法及其模型试验分析

地震波旅行时的计算是地震波偏移成像技术和地震层析成像技术的核心内容,同时也是实现保幅叠前偏移成像的重要因素。推导了地震波波动方程高阶有限差分法计算格式,提出了最大绝对振幅能量节点初至旅行时拾取的方法。均匀介质模型试验表明,该方法与用解析解、程函方程法计算的旅行时等值线基本重合。基于层状介质模型、凹陷模型和Marmousi模型对方法的适用性进行了试验,将由该方法计算得到的初至旅行时作为叠前逆时成像条件,对凹陷模型和Marmousi模型的数值模拟记录进行了叠前逆时偏移成像,偏移叠加剖面很好地反映了模型的地质特征。     

基于正态分布权函数的VSP-CDP叠加成像

基于偏移理论的成像技术受观测系统限制,导致成像剖面边缘的“画弧”现象严重,基于射线追踪的VSP-CDP叠加成像方法可实现VSP保幅成像,但是面对复杂构造时难以获得准确的成像和速度模型。为此,基于动态射线追踪有效邻域波场近似理论,提出了一种非零井源距VSP资料叠加成像方法。通过研究正态分布的性质及特点,推导了基于正态分布叠加的权函数计算公式,并用于VSP叠加成像,将深度—时间域的每一个采样点转换成反射点井源距—深度域的多个样点,使反射点的覆盖次数均匀。模型试算及实际资料处理结果表明,基于正态分布权函数的VSP-CDP叠加成像方法提高了成像精度。     

关于深度偏移的几个相关概念

本文仅对深度偏移和时间偏移的关系，叠前深度偏移和叠后深度偏移的关系．法向射线与成像射线、射线偏移、相干反演等相关概念进行了分析。明确了所有的偏移公式都是在深度域定义的；只有当前层以上所有各层的速度都正确时，修改速度模型使其共成像点道集上同相轴达到平直，方可认为该速度和深度接近于真实值。论述了射线偏移在建立速度一深度模型过程中的重要作用，它可以把时间域层位转化为深度域层位；进一步明确了法向射线与成像射线的概念．利用法向射线可以将叠加时间剖面上层位转换为深度域层位；利用成像射线可以把时间偏移剖面的层位转化为深度域层位；提出了利用相干反演建立初始速度深度模型的优缺点及克服其缺点的办法。只有深入地理解这些概念才能提高利用深度偏移方法解决问题的能力。     

深海声道对波场传播的影响

深海声道是存在于一定水深中的声波波导,造成海水速度呈层状结构分布,引起波场传播中射线路径、走时以及振幅的变化,进而影响偏移成像的质量,其影响程度随着传播距离的增加而变化。为了定量研究海水速度沿垂直方向的变化对地震偏移剖面的影响程度,本文建立了深海声道模型,并在深海声道模型和海水速度取常数模型上分别应用波前构建法计算地震波走时、射线路径以及振幅,通过对比两种模型的计算结果和偏移成像结果,了解深海声道对波场传播的影响,得出以下认识：深海声道对射线路径造成的影响在海洋地震资料处理时是不可忽略的;深海声道对地震波走时的影响可以忽略;深海声道对振幅的影响非常强烈。     

声波各向异性时间域高斯束叠前深度偏移

作为一种改进的射线类偏移方法,高斯束偏移不仅具备射线类偏移灵活、高效的特性,而且还拥有接近波动类偏移的成像精度。与传统频率域高斯束偏移相比,时间域高斯束偏移通过调整成像公式,把频率域积分转换为成像时刻的函数,提升了计算效率。随着地震采集方位角的变宽和观测排列的加长,各向异性对地震偏移成像的影响变得不容忽略。文中将基于相速度的各向异性射线追踪算法应用于时间域高斯束偏移,并对动力学射线追踪相关系数进行优化,形成一种更高效的各向异性声波时间域高斯束偏移方法。模型试算表明,相比于其他各向异性算法,在保证成像精度前提下,所提方法具有更高计算效率和更强适用性,尤其适用于各向异性复杂构造成像。     

高精度速度建模和高斯射线束深度偏移技术在渤海地区的应用

为解决渤海地区地震勘探中存在的次生断层发育区、高陡构造区、局部速度异常区和潜山内幕等复杂构造区域的地震成像问题,提出了一种以高精度速度建模为基础,应用高斯射线束深度偏移改善复杂构造成像质量的技术方法。高精度速度建模是配合倾斜横向各向同性(TTI)速度模型,利用高精度层析反演技术得到较准确的速度模型。高斯射线束偏移方法是弹性动力学方程集中于射线附近的高频渐近时间调和解,它克服了标准射线方法在焦散面附近振幅急剧、不固定变化的缺点,在复杂构造区也能保证正常响应。实际资料处理表明,两种技术在渤海地区的联合应用改善了高陡构造和复杂断裂的成像质量,有效提高了地震资料的品质。     

一种高精度的偏移速度分析方法——广义屏偏移加Born反演

在波动方程叠前深度偏移中，速度是最关键的成像参数。首先分别对各种求取速度的方法进行了回顾和分析，然后按照判断速度正确性的不同标准将求取速度的方法分为3类：第1类是以正演结果与实际数据的拟合最优作为判断标准；第2类是以成像质量最优作为判断标准；第3类是解析类型的方法。在此基础上提出，基于逆散射理论反演慢度扰动的方法和双域偏移成像方法在理论基础上有相当的一致性，所以在利用波形信息的高精度速度分析中可以将二者有机地结合起来。进而提出了一种将广义屏偏移与Born反演结合在一起实现速度分析的新思路。该方法保证了速度分析和偏移在理论基础上的一致性，能够充分发挥波动方程偏移在振幅保真方面的优势，是一种稳定的、高精度的速度分析方法。     

双迭代偏移方法研究

碳酸盐岩地区地质构造复杂,有的地区地层陡峭,倾角超过45度,横向速度变化剧烈。为了研究复杂构造的成象问题,我们提出并进行了双迭代偏移方法试验。双迭代偏移包括迭代时间偏移和迭代深度偏移。迭代时间偏移是基于这样的思想:第一,时间偏移方法所用的速度参量大多是由迭加速度乘上某个加权系数,在横向速度变化大,断层发育,构造复杂的地带,这种参量的精度是不够的。我们利用时间偏移结果来修改速度参量。第二,对于超过45度倾角的地层,做二次(或多次)偏移。将前一次偏移的输出作为下一次偏移的输入,以提高偏移质量,在实施中将两者密切结合,做二次偏移的同时修改速度参量,以达到速度渐变逼近速度剧变。在迭代时间偏移之后,进行迭代深度偏移,以获得比较正确的地层界面形态和空间位置。我们经过合成记录和实际野外资料试验,可以直接从迭代时间偏移的最后输出剖面上提取初始速度界面模型(先验模型)。文中给出了迭代的准则和双迭代偏移方法处理复杂构造剖面的例子。这个例子说明方法是可行的,效果也是比较明显的。应该指出,本文提出的双迭代偏移方法为中小型计算机上处理复杂地区地震资料提供了一种有现实意义的途径。     

射线层析与波动方程联合成像

射线层析与波动方程联合成像是构造和速度同时成像的新思路。由偏移共成像道集算出深度偏差,进而算出速度修正量,把速度修正量按射线路经均匀地分配,由浅入深,逐层修正速度模型;再用修正后的速度作波动方程偏移,抽取共成像道集,算出速度修正量,再将其按射线路经均匀地分配。如此反复进行波动方程偏移和射线法反演迭代,直到共成像道集深度方差满足预设的精度为止,最后得到速度和深度构造同时成像。仿真实验验证了本方法。     

相射线Maslov求和法：一个完全的有限频率射线法

现有的有限频率射线方法，包括Maslov射线求和法和相射线法，只能部分地模拟菲涅耳干涉和介质非均匀性散射这两个影响有限频率波在非均匀介质传播的基本物理过程。为克服这些局限性，提出了一种新的有限频率射线方法。该方法融合了Maslov射线求和法和相射线法两者的长处，可以同时精确地模拟由菲涅耳干涉及介质非均匀性散射产生的有限频率波动现象，因此是一个完全的有限频率方法。此外，由于精确地描述了波场在焦散区附近由散射引起的波场平滑过程，也从根本上解决了渐近射线理论的奇异性问题。