基于遗传算法的叠前地震波形反演构建虚拟井曲线

 鉴于叠前反演分辨率高，叠后反演速度快、稳定性好，所以叠前和叠后混合反演正成为人们研究的热点。其关键技术是叠前地震波形反演构建虚拟井曲线，在此基础上以虚拟井作为控制信息进行叠后反演。本文采用遗传算法（GA）全局寻优的非线性反演方法构建虚拟井曲线，成功地解决了叠前地震波形反演面临的数据和模型之间高度非线性及目标函数具有多个极小值问题。文中给出了利用GA地震波形反演的计算步骤及关键步骤的注意事项。实例结果表明该方法可行。     

利用叠前全波形反演进行储层预测

利用完整地震反射波形求取地层弹性参数是叠前全波形反演的核心内涵。该方法可同时提取纵、横波阻抗和泊松比等多种岩性信息,在此基础上结合孔隙结构动力学分析成果与碎屑岩弹性参数分布规律,采用聚类分析方法,了解储层与产气层空间展布规律。对四川盆地YB地区珍珠冲段的储层预测结果表明,利用叠前全波形反演与孔隙结构动力学相结合,能够解决该区复杂的致密储层与产层预测问题。     

主成分分析波场重构反演与全波形反演联合速度重构

全波形反演倚重低频成分,但地震资料中往往缺乏低频信息。为确保全波形反演在缺少低频信息时能稳定收敛,本文联合波场重构反演和全波形反演,利用波场重构反演在优化过程中拥有较大自由度的优势模拟低频部分,并以波场重构反演结果作为较高频部分的初始模型,进行全波形反演。实际应用过程中,低频部分的波场重构反演使用主成分分析法,通过降维缩短计算耗时;高频部分使用基于Curvelet变换的稀疏全波形反演和主成分分析,使得全波形反演在缺少低频成分时也能高效地收敛。二维Marmousi模型试算结果表明,本文方法在缺少低频信息条件下可得到高效稳定的全波形反演结果。     

Laplace-Fourier域多尺度高效全波形反演方法

针对常规Laplace-Fourier域全波形反演计算量大、耗时长的问题,提出一种多尺度高效Laplace-Fourier域全波形反演方法,并针对Marmousi和Overthrust模型进行数值模拟。Laplace-Fourier域多尺度高效全波形反演方法对于不同频率点选择大小不同的网格,并且根据Laplace衰减常数选择不同的模型计算区域深度,既不影响反演精度,又显著提高反演计算效率,同时由于反演网格数减少,反演稳定性也有所提高。Marmousi和Overthrust模型的反演结果验证了算法的有效性,同时在缺失低频信息时,Laplace-Fourier域多尺度高效全波形反演结果仍较好。     

三维声波全波形反演的实现与验证

全波形反演利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下地球物理参数,具有揭示复杂地质背景下构造细节及岩性的潜在能力.介绍了频率域反演联合时间域正演的优化算法的三维声波全波形反演方法及算法实现.该算法的正演实现使用了伪保守形式的一阶速度-压力场声波方程.应用三维SEG/EAGE模型反演实例验证了三维声波全波形反演方法的有效性.     

叠前波形反演技术在深水扇储层预测中的应用

为提高无井或少井区储层预测准确度和降低深水勘探风险,采用基于叠前波形反演技术提取控制井曲线的方法,进行深水扇储层预测。叠前波形反演技术是基于遗传算法的反演方法,其通过复制、交换和变异运算来产生下一代,再与叠前入射角道集数据对比和反复迭代而输出最佳结果。某被动大陆边缘深水扇A区块均方根振幅属性显示其重力流水道较发育,但缺乏钻井证实。在已钻井位置进行叠前波形反演计算,通过井曲线以及叠前入射角道集对比验证了该方法在研究区的可靠性。根据控制井选取原则选取了12口控制井,反演得到了密度和纵波与横波速度曲线,开展叠前弹性波阻抗反演。纵波阻抗刻画出该区重力流水道在东南方向物源供给之下,平面上具有叠置型水道向迁移型曲流状水道演化的特点,泊松比指示的气层分布受构造与岩性综合控制。结果表明叠前波形反演技术对于深水勘探是一种较为可靠实用的技术。     

频率域叠前波动方程反演及其应用

基于波动方程的叠前反演是地球物理反演的重要发展方向,它利用全波场信息反演的弹性参数对预测地下储层的含油气性有重要的参考价值。本文推导了频率空间域全波形反演公式,并将波动方程写成矩阵形式,反演过程中采用波场回传技术和可控共轭梯度算法来更新模型参数。推覆体模型试算结果表明,该方法适用于速度横向变化剧烈地质体,经过几十次迭代可以收敛到真实速度模型。在我国西部某气田实际资料应用表明,反演出的弹性参数与井数据吻合较好,能够为流体识别和储层含油气性预测提供可靠的地球物理参数。     

波形驱动下多参数约束高分辨率反演方法——以四川盆地渝西地区龙马溪组页岩气为例

基于叠后地震波形指示反演在薄储层预测方面的优势，以及叠前弹性参数较叠后弹性参数信息更丰富、对储层的敏感性更高的特点，根据岩石物理资料，应用地震驱动+储层构型约束的高精度叠前随机反演方法，探寻定量表征优质薄页岩的技术，以期为深层页岩气地质甜点预测提供技术支撑。首先，基于道集波形相似性、AVO特征和空间距离的三变量优选方法提取结构相似的井数据作为空间估值样本，然后建立待判别道集初始模型；其次，以统计的弹性阻抗作为先验信息，应用“基于叠前道集特征指示的马尔科夫链-蒙特卡洛随机模拟算法”进行叠前地震波形指示反演，最终得到高精度的叠前弹性参数反演成果。实际应用表明，应用所提方法有效预测了龙一段一亚段1-2小层优质页岩厚度，基于特征参数的井震高频模拟精确模拟了龙一段一亚段1-2小层地质甜点参数，为页岩气勘探提供了技术支撑。     

简化的混合域全波形反演方法及GPU加速

全波形反演(FWI)方法综合利用叠前地震波场的动力学和运动学信息,能够高精度地重建地下介质模型参数场,但巨大的计算量一直是制约其发展的一个重要因素。GPU组成的高性能计算集群为提高全波形反演计算效率提供了重要的硬件基础。基于GPU平台,采用简化的混合域全波形反演算法实现了更快速的三维全波形反演计算。首先简单介绍了GPU加速技术应用于简化的混合域全波形反演时的一些优化技巧,包括线程调度、GPU之间数据传输以及共享内存的使用等,然后通过多GPU全波形反演测试了简化的混合域全波形反演的效果,证明了GPU加速技术能够有效地提高全波形反演的计算效率,相比CPU具有十几倍的加速比。     

虚拟井技术在深水无井区碎屑岩储层预测中的应用

以某海域深水无井区的中央水道砂岩储层为研究对象,采用叠前和叠后混合反演技术解决无井约束下的地震反演问题。利用遗传算法,在一些控制点进行精细的叠前地震波形反演并构建虚拟井曲线,以虚拟井曲线作为控制信息进行叠后反演,达到预测储层的目的。结合叠前弹性参数(泊松比)反演和油气敏感地震属性分析综合预测有利储层的分布特征。实际应用结果表明,虚拟井技术在海相油气勘探初期和深海无井勘探区储层预测中是可行的,可以极大地降低勘探风险。     

初至波波形反演方法及其数值模拟试验

近地表速度模型的反演精度是影响复杂地表条件下地下地质构造成像效果的主要因素之一。初至波波形反演方法将速度建模问题转化为寻求地震数据信息和理论模型的最佳拟合,即转化为求解目标函数极小化问题,利用观测记录和模型正演记录之间的最佳匹配关系建立地下模型。梯度类波形反演方法的关键因素是目标函数、梯度和步长,梯度问题可以通过确定合适的目标函数来解决,选取合适的步长可以有效地提高波形反演的计算效率和反演精度。初至波波形反演方法类似于对地表模型同时做偏移和层析,能够同时分辨出高波数和低波数成分,并且同时恢复速度值和速度界面。初至波波形反演结果与初至波射线走时层析反演结果的对比分析表明,对于速度变化比较缓慢的起伏地表,前者的反演效果明显优于后者。     

Imagingcomplex near-surface structures in Yumen oil field by joint seismic traveltime and waveform inversion

The first-arrival traveltime tomography is a standard approach for near-surface velocity estimation.However,it cannot resolve complex near-surface structures and will produce a smooth velocity model with low resolution.Early arrival waveform inversion is a robust tool for imaging the near surface structures,but it requires a good initial model to avoid cycle skipping between the predicted and observed data.Furthermore,waveform inversion requires substantial computation efforts.Therefore,we present joint seismic traveltime and waveform inversion method,and we expect the joint inversion method retains the advantages of both traveltime inversion and full waveform inversion and overcomes their respective drawbacks at the same time.The objective function includes both the traveltime and waveform misfit.At each iteration,the traveltimes are calculated by wavefront raytracing,and the waveforms are computed using a finite-difference method.The nonlinear optimization problem is solved by the conjugate gradient method.We apply the joint inversion method to study complex near-surface area where shallow overthrust and rugged topography present a significant challenge for applying traveltime inversion and waveform inversion alone.We test synthetic data to verify the advantages of the joint method,and then apply the method to a 2Ddataset acquired in Yumen Oil field,China.The inversion results suggest that the joint traveltime and waveform inversion helps constrain the very shallow velocity structures and also resolve complex overthrust with large velocity contrasts.     

近地表速度结构层析反演方法综述

(1.同济大学海洋与地球科学学院，上海 200092；2.中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710021) 摘要:对目前国内外初至波走时加波形联合反演近地表速度结构的研究现状进行了阐述，同时对初至波走时层析、初至波波形层析这2类方法的原理和特点进行了简单论述，并且对这3类方法的优劣以及适用性进行了比较。最后指出，随着现代计算机能力的不断提高，综合利用初至波走时及振幅等多种信息的初至波走时加波形联合层析方法，是一种解决近地表速度建模较理想的方法，从仅利用P波数据到利用多波数据的层析方法研究是今后实际应用的发展方向。     

基于自适应震源子波提取与校正的瑞利波波形反演

近年来,基于瑞利波的全波形反演技术取得了较大进展,在接收点覆盖面积足够的情况下,该方法对横向不均匀复杂介质具有较高的分辨能力。影响波形反演精度的关键因素之一是震源子波,然而野外地震记录对应的地震子波是未知的,采用不正确的震源子波势必对反演结果产生负面影响,常规处理方法是利用合成数据进行子波校正,但子波校正需进行多次迭代,导致反演计算时间增加。为了解决这一问题,引入加窗自适应子波提取方法,从观测记录中提取与实际数据匹配较好的震源子波,将其作为初始子波进行子波校正,达到进一步优化反演结果的目的。分别采用真实子波、错误子波、错误子波联合子波校正、提取子波、提取子波联合子波校正五种子波对断层模型进行反演测试。测试结果表明：所提方法获得的子波对应的反演结果最好,错误的子波对应的结果最差;仅利用提取的子波也可以获得较好的反演效果,而采用子波提取与校正相结合的方法可以节省计算时间,进一步提高瑞利波波形反演的精度。最后通过实际数据测试进一步验证了该结论。     

Wave equation tomographyin baseband with phase correction from the first arrival traveltimes

We use the first arrival traveltime to correct the phase distortion in a nonlinear wave equation inversion scheme.This improves the precision of tomographic reconstruction of a velocity structure with large variations and helps solve the ill-posed problem of wave equation inversion.When the variation of the velocity distribution is large,general non-linear wave equation inversions are very ill-posed and for such strong nonlinear we can not obtain a correct inversion.One of main reasons is that the calculated and observed phase of the wavefield differs greatly if the initial model is far from the true model.This leads to highly mismatched phase between the calculated and the observed wave field.This is so-called"Cycle Skipping"problem in the full waveform inversion.The phase mismatch is even more pronounced if a high operating frequency is employed in order to increase resolution.To address this problem,we use the first arrival to"demodulate"the wave field in the frequency domain with a goal of restoring the phase of wave field.Then we minimize an objective function consisting of so called"demodulated"wave field to solve wave equation inversion problem.In this way,we find that the inversion is much improved,and when the velocity perturbation in a complicated model reaches 35%,we can still obtain a good inversion.A computer simulation shows that our method is very robust for acoustical wave inversion with good reconstruction precision.     

一种基于修正Cauchy 分布的高分辨率AVO 三参数反演方法

AVO 三参数波形反演可以同时获取纵、横波反射率和密度反射率3 个参数。但AVO 三参数反 演问题通常是“病态”的,而且不易得到高分辨率的反演结果。该文基于贝叶斯反演理论,结合反褶积数学 框架,提出了一种改进的基于修正Cauchy 分布的先验约束方法。从数值模拟的结果看,该方法不仅提高 了反演的稳定性,很好地恢复了反射率序列的稀疏性,而且较好地保护了弱反射体信息,能够快速得到较 可靠的高分辨率反演结果。     

论油藏地球物理学方法研究

论述了油藏地球物理学的一些基本概念,并介绍一种新的高分辨率地震反演技术——自适应波阻抗外推.在油藏地球物理学中,人们主要利用的地震信息是反射波形,但波形的直接解释是很困难的,原因是波形间的相互干涉,干涉的影响距离相当于子波的延续度,这比常规的时间分辨率1/2周期要大得多.波形干涉问题是地震资料的带限性质所造成的,这个问题只能通过地震和测井资料相结合才能解决.结合测井的地震反演是油藏地球物理学各种技术所共同采用的基本方法.自适应波阻抗外推是一种结合测井的地震反演新方法,此方法根据测井曲线和井旁地震记录的自适应映射关系.推导出一系列自适应算子.利用这些算子可以从地震记录估算出高分辨率波阻抗剖面.     

一般TI介质中多震相旅行时层析成像——以井间成像为例

传统的各向异性介质中的正、反演研究大多基于弱各向异性假设下的VTI介质,且主要是有关初至波的射线追踪和相应的旅行时反演。然而,随着勘探精度要求的不断提高,一般普适的(含强)TI介质中的多震相射线正、反演方法,则成为急需解决的问题。鉴于此,本文将基于各向同性介质多震相分区多步最短路径射线追踪算法推广到一般各向异性TI介质,结合相、群速度导数的一阶旅行时扰动方程,采用共轭梯度求解带约束的阻尼最小二乘问题,进而提出了一种利用多震相旅行时进行一般TI介质弹性参数反演的方法。井间地震数值实验结果表明,多震相旅行时联合反演可有效提高成像分辨率,验证了方法的有效性和正确性。     

地震波形反演与测井联合的三维建模方法

基于褶积模型的地震反演能得到较高分辨率的结果,但它对初始模型的依赖性强。依托波动理论的波形反演法可获得准确、稳定的低频信息,横向保真性高;测井资料纵向分辨率高,频率信息丰富。本文提出一种基于波形反演结果和测井资料的联合建模方法,综合波形反演结果横向高保真性和测井资料纵向高分辨的优势,提高初始模型的构建精度,进而提高反演结果的精度。应用结果表明,联合构建的三维模型不仅具有波形反演结果的低频特征,还具有测井资料纵向高分辨率的优点,以此作为褶积模型反演的初始模型,提高了储层预测的精度。