海洋宽频地震采集系统及其应用

受鬼波的影响,常规的海洋地震采集资料地震频带较窄、分辨率低。为尽量削减鬼波的影响,设计了海洋宽频地震采集系统。该系统的激发设备由常规的平面震源改进为立体震源,接收设备由常规的水平拖缆改为不等深的斜缆。依据新的设计方案,可有效减小震源鬼波和电缆鬼波的干扰。海洋宽频地震采集系统在实际生产中应用效果良好,地震频带明显拓宽,地震分辨率提高,地层的成像效果明显改善。     

海洋宽频地震数据瞬时相位梯度属性计算方法及优势分析北大核心CSCD

与常规地震数据相比,海洋宽频地震数据中子波的波形、相位和频率特征均发生了显著变化,在改善中深层地震成像精度、提高储层预测和油气检测准确性方面具有许多明显优势。对地震资料进行Hilbert变换后的“三瞬”属性提取技术在地震层序解释、勘探研究中得到了广泛应用,但并没有考虑瞬时相位的不连续性与层序界面之间的关系,而且在显示沉积层序界面位置时也往往不够直观。本文针对宽频地震数据提出了一种保留子波相位卷绕特征的瞬时相位梯度属性计算方法,通过模拟试验分析了常规子波和宽频子波的相位卷绕现象及在瞬时相位梯度计算中的差异,并通过正演模型剖析了宽频地震数据瞬时相位梯度属性优势及产生原因。南海深水区应用表明,利用本文方法所计算的瞬时相位梯度属性剖面可以很好地展示出水道分布形态,进而清晰地刻画出水道中沉积层序及其变化规律。     

基于伪谱法的复杂构造模型双程波地震照明模拟

面向复杂构造目标的地震照明分析对采集观测系统的优化设计具有重要的指导意义。照明分析方法中以双程波波动方程法在理论上更具优势。但常用的双程波波动方程有限差分方法受计算精度和计算效率的限制。本文将基于伪谱法的波场外推算子应用于双程波地震照明的计算中,通过简单透镜体模型试算表明,伪谱法双程波照明能够有效地克服数值频散现象,同时不受传播角度的限制,计算的地震波场照明能量精度高、波场信息丰富。将该方法用于Marmousi模型的照明模拟和分析,结果表明基于伪谱法的双程波地震照明模拟能够适应强烈的横向速度变化。利用波场上传法、地面源照明分析,能够对复杂构造目标的采集观测系统进行评价和优化。     

三维随机建模方法及其波场模拟分析

为了更好地描述真实的三维地球介质以及复杂的构造、岩性、裂隙油气藏,推导了基于随机过程的谱分解理论的三维随机建模方法,其中大尺度的非均匀特性描述地球介质的平均特性,小尺度的非均匀特性描述地质模型平均特性之外的随机扰动,通常使用一个均值为0和给定方差的空间随机过程来表征。通过改变自相关长度、均值、方差、模糊度因子这4个统计量,构建了不同自相关尺度下的混合型三维随机介质模型,同时,构建了多尺度的三维随机介质模型和包含构造的复杂三维随机孔洞介质模型,并对双层均匀介质模型和随机孔洞介质模型进行了波场模拟和对比分析。数值模拟结果显示,制作的三维随机介质模型能够更加灵活、方便地描述实际地球介质,有效地模拟复杂非均匀介质的细节,同时,该模型的局部随机扰动可以引起更为复杂的散射波场,影响声波传播速度和波前形状的变化,造成局部波场能量的延时到达。     

波前快速推进法三维走时计算技术

三维叠前深度偏移简称3DPSDM,是解决复杂构造和强速变化条件下地质体成像问题的有效工具,走时计算是其配套技术。波前快速推进算法是一种非常快速、准确稳定的计算走时的方法,不仅计算速度极快（大约比有限差分法快4－5倍）,而且对任何复杂速度场都具有无条件稳定性。该算法可用于三维克希霍夫叠前偏移、三维克希霍夫叠后偏移、三维速度分析和三维克希霍夫正演模型计算等。根据此算法,在SGI并行机上研制了并行计算软件,并对其进行了基准点测试。同时,还给出了SEG／EAGE模型的计算实例。     

接收宽频地震信号的涡流检波器的选用方法

无论高分辨率地震勘探,还是高精度、高密度地震勘探,都要求野外资料采集环节接收到宽频带的地震信号.在资料采集过程中,检波器类型和信号传输方式对地震资料的品质影响很大,它直接关系到地震勘探的成效.本文从高精度地震勘探的需求出发,通过地震信号的特征和传输方式、数字检波器的性能、地震仪器记录特点及野外试验资料的综合分析,阐述了检波器与地震仪器记录方式之间的匹配关系,给出了涡流数字检波器对中高频弱小地震信号的良好记录效果,指出了在高密度地震勘探中,采用涡流数字检波器接收宽频地震信号是一个较好的选择.     

照明分析中面向目标的波场延拓算法

利用照明分析设计观测系统,可以避免常规观测系统设计中因地下介质均匀假设带来的误差。对波动方程正演算法中的单程波方法进行了近似,提出了一种适合三维复杂介质且面向目标区域的快速波场延拓算法,可以直接对目标区域进行照明分析,无需从地表逐层延拓,计算精度与常规单程波方法相当。通过三维模型进行检验,证明了该方法的可行性。     

波前快速推进法起伏地表地震波走时计算

波前快速推进法(FMM)是一种快速、准确而稳定的走时计算方法，它不仅计算速度快、灵活性好，而且对任何复杂速度场都具有无条件稳定的特点。常规的走时计算基本都是基于水平地表，这限制了方法在山区、丘陵等起伏地表地区的应用。以FMM为基础，提出了一种在复杂地质条件下计算起伏地表起伏界面地震波走时计算方法。理论模型的计算结果表明，该方法对于复杂地质条件下的走时计算是切实可行的。     

斜井VSP波场特征及其分离方法

斜井VSP方法是一种特殊的VSP观测方法，由于并轨迹的变化，致使VSP的波场特征随之而变化。文中介绍了三种斜井VSP的观测方法及垂直入射斜井VSP的波场特征。理论和实际资料表明，在均匀或层状介质的假设条件下，垂直入射升井VSP与垂直井零井源距VSP的波场相似，从而提出一种分频波场分离法。实例表明，该分离方法具有实用价值，可以纳入常规生产流程。     

海上宽频地震反演方法及其在南海深水区的应用北大核心CSCD

海上常规地震资料中普遍缺失6~8 Hz以下低频信息,加之钻井数量非常少且分布极不均匀,很难通过常规方法建立准确的低频模型,从而影响着地震波阻抗反演的精度和可靠程度。提出了一种经济、高效实现海上宽频地震反演的方法,首先利用基于5参数广义S变换的分频技术高效补偿地震中缺失的低频信息,拓宽了资料频带;其次通过立体层析速度反演构建更为精确的低频模型,更好地反映了地下地质体的结构性差异变化,解决了少井、无井情况下低频模型构建的难题;最后提出了针对宽频地震资料反演的子波求取步骤,提取的子波旁瓣得到了明显压制,频谱宽度有了明显拓宽。在南海珠江口盆地深水区W构造储层预测中的应用表明,本文方法有效提升了地震反演精度,为深水区油气勘探开发提供了技术支持,具有很好的应用推广价值。     

起伏地表条件下二维地震波场的数值模拟

地震波场数值模拟一般基于水平地表条件，而当前近地表地震方法研究中急需起伏地表条件下的正演模拟数据。起伏地表条件下的二维地震波场波动方程高阶有限差分数值模拟方法研究中面临的主要问题是边界条件的处理。从以速度应力表示的一阶波动方程出发，导出了起伏边界情况下的边界条件。该条件与波动方程具有相同的形式，可以用同样的方法来处理正演过程中的网格内部点和边界点。用交错网格的高阶有限差分方法解波动方程，在满足稳定性要求时，可获得时间和空间都是高阶精度的结果。本算法在高性能计算机集群MPI环境中并行实现时，采用主从模式设计程序，合理调配各节点的计算负载，并应用容错处理手段，达到了较高的并行效率。理论模型和实际速度模型的计算结果证明了方法的正确性和有效性。     

基于复程函方程和改进的快速推进法的复旅行时计算方法

直接对复程函方程进行数值求解计算地震波复旅行时存在困难,因为复程函方程融合了复旅行时实、虚两部分。本文结合扰动理论和梯度点积而形成的一种最优化方法,使数值求解复程函方程来计算复旅行时成为可能。为了将这种计算方法应用于弯曲射线,引入了不等距迎风差分法,并提出了改进的多点起算快速推进法的方案,对以弯曲射线为边界的区域进行处理,从而准确求取复旅行时。数值结果表明,本文的计算方法和处理策略是有效的。     

一种基于新差分模板和无穷范数的震源波场重建方法

伴随状态法广泛应用于偏移成像和全波形反演中。模型的像或梯度可通过震源波场和伴随波场之间的相互运算得到。但两种波场分别沿时间正向和反向传播,无法同时访问。为避免对震源波场进行存储,可采用边界波场逆向重建震源波场。但现有的重建方法仍无法平衡精度和存储需求。为此,发展了一种新的交错网格有限差分震源波场重建方法。新方法通过存储边界区域的N层波场和M-N层波场的线性组合来重建内部区域的震源波场(M为差分算子长度参数,0≤N≤M)。推导了基于新差分模板的频散关系,构建了无穷范数型目标函数,采用Remez交换算法优化了重建系数。详细分析了所提方法的精度和稳定性,并将其应用于声波逆时偏移和弹性波全波形反演。数值结果表明：新方法可以获得足够精确的重建波场、偏移剖面和反演结果;其内存需求仅为传统方法的(N+1)/M。     

快速行进法射线追踪提高旅行时计算精度和效率的改进措施

快速行进法(FMM)是一种基于网格的新型射线追踪方法,其旅行时计算精度和效率受差分格式及网格剖分大小的影响。本文针对传统FMM旅行时的精度和效率存在的问题,给出三项改进措施: ①加入角点计算; ②细化并补充改进一阶差分计算公式; ③引入Vidale差分方法,并采用双重网格技术与三者结合。模型试算结果表明:第一项改进措施可提高一阶差分格式及其计算精度,后两项改进措施可不同程度地提高FMM旅行时计算的精度和效率,增强了FMM的适用性,有利于基于网格的射线追踪法的应用。     

组合边界条件下二维三分量TTI介质波场数值模拟

从TTI介质一阶应力—速度方程出发,利用旋转交错网格高阶有限差分方法,将非分裂完全匹配层(Non-spliting Perfect Match Layer,简称NPML)边界吸收条件和自由边界条件相结合形成组合边界条件,进行了二维三分量TTI介质弹性波场数值模拟。波场快照和炮记录表明:①采用非分裂式边界条件能较好地消除近地表大角度入射波和瞬逝波;②组合边界条件与NPML边界吸收条件相比,不仅有效地压制了边界反射,同时实现了对自由地表的模拟,获得了丰富的全波场信息,其中在地表产生的PS转换横波作为一种特殊的横波现象,可为近地表结构调查以及多波波场分析等提供有益信息;③自由地表引起的面波以及多次波对偏移结果有着重要影响,因此在实际地震资料处理中应当充分考虑自由地表条件对波场的影响效应。数值模拟结果证实了组合边界条件下二维三分量TTI介质波场数值模拟方法的可行性和正确性。     

波动方程非规则网格任意阶精度差分法正演

在波动方程正演中通常采用有限差分算法，而有限差分的计算精度又取决于所用离散网格类型及差分阶数。采用规则网格进行离散，对于倾斜界面无法避免绕射噪声，若加密网格又过度增加工作量。为此，本文提出一种非规则网格任意阶精度差分正演方法，在不增加太多计算量的前提下，达到了基本消除离散绕射噪声，提高正演精度的目的。通过两个模型试算，特别是在有倾角的反射界面处，较好地克服了由于数值离散带来的离散绕射噪声问题，为提高复杂地质模型的正演精度提供了一种实用有效的方法。