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。     

地震偏移成像技术回顾与展望

在简要回顾地震成像技术发展史的基础上,按照介质参数由少到多的顺序,分别对仅需纵波速度场的常规声波偏移,需纵、横波速度场的弹性波偏移,需纵、横波速度场和三个各向异性参数的各向异性偏移,以及除弹性参数场之外还增加黏滞性参数场的黏弹性波偏移等四类偏移方法及其相关的速度建模技术和计算机硬件技术进行了梳理,进而总结地震成像技术在构造解释、物性反演、振幅属性提取、井地联合属性分析以及采集参数设计等方面的应用.本文展望, 随着大数据时代和"云"时代的到来,地震成像将向基于弹性介质、各向异性介质、黏弹性介质的叠前深度偏移方向发展.     

各向异性弹性介质方向行波波场分离正演数值模拟

为了进一步提高对弹性波波场传播规律的认识,将波印廷矢量应用于多波多分量各向异性介质弹 性波波动方程方向行波波场分离正演数值模拟中。 根据弹性波波印廷矢量的波场数值特征,在多分量弹 性波正演数值模拟过程中,实现了上行波、下行波、左行波和右行波的方向行波波场分离。 以均匀各向异 性弹性介质模型、倾斜界面模型和 Marmousi 模型为例,开展了相应的方向行波波场分离数值模拟实验。 结果表明,这种方法计算量小,算法简单,能够准确实现波场快照和数值模拟记录的方向行波波场分离。 因此,在多波多分量弹性波资料的地震波场模拟分析和成像方面具有一定的应用价值。     

弹性波波场分离数值模拟

波场分离是把全弹性波场分解成纯纵波和纯横波两部分,从而能更精确地研究纵波、横波在介质中的传播规律。采用分裂算子的方法构造等效的一阶双曲型弹性波动方程实现弹性波波场分离,以等能量震源和纵波震源作为激发震源项,并按高阶交错网格有限差分格式进行数值模拟。理论模拟试验表明,该方法能成功有效地从混合波场中分离出纵波和横波分量,并且稳定性好,精度高。这对研究弹性波传播规律、地震资料采集、处理及弹性波偏移成像等具有重要的意义。     

高阶交错网格有限差分法弹性波叠前逆时深度偏移

为了更好地研究复杂构造和速度分布条件下地震资料的精确成像方法,采用高阶交错网格有限差分法推导了各向同性介质弹性波动方程逆时偏移方程,给出计算所需的稳定性条件、多分量叠前逆时成像原理、吸收边界条件等,提出采用内插旅行时作为多分量记录叠前逆时成像条件,并对倾斜界面模型进行逆时偏移成像试验。偏移结果表明,该方法能够有效地处理复杂条件下的各向同性介质联合弹性波偏移成像问题,使地表接收到的复杂多波多分量弹性波场实现准确归位,理论模型中的倾斜截面和水平界面特征成像均较清晰准确。因此,该方法可为多分量资料叠前成像问题提供参考。     

多分量地震数据处理技术研究现状

多波多分量地震勘探技术综合利用纵波和横波信号进行勘探.多分量地震资料处理技术以弹性波理论为基础,依据资料处理流程不同,可以将其分为两类:①基于标量波波场理论的波场分离多分量处理技术,该技术已经形成了较完善的处理流程并进入实用阶段,其中主要包括波场分离、横波静校正、转换横波速度分析及转换横波偏移成像等核心技术.②基于矢量波波场理论的多波联合处理技术,该技术具有较好的理论基础,能够更好地保持地震数据的原始信息,但目前尚处于研究和实验阶段,与其相配套的相关技术仍不完善,对于多分量地震实际资料的处理没有形成完整的处理流程.多波多分量技术是解决目前复杂油气藏勘探的有效手段,是地震勘探发展的必然趋势.参67     

VTI介质三分量井间地震观测波场数值模拟

 文中采用波动方程交错网格有限差分数值方法模拟井间三分量地震观测到的各向异性介质中传播的波场。与只用两分量地震资料模拟相比,两分量X和Z分量剖面上只能观测到快纵波和慢纵波,观测不到Y方向偏振的快横波,也观测不到横波分裂现象,在三分量地震资料模拟中,可以在Y分量地震记录上观测到快横波和横波分裂。一般来说,在TI介质中横波速度各向异性要比纵波速度各向异性具有更明显的特征。通过对大庆油田S区野外实际观测到的井间三分量地震数据进行数值模拟,证实了快横波的存在,合理地解释了井间地震记录的各向异性介质中传播的波场,为纵、横波波场分离,纵横波速度分析、成像和纵横、波综合解释等提供了基本依据。     

各向异性介质弹性波高斯束偏移方法

弹性波高斯束偏移是一种兼顾成像精度与计算效率的多分量地震成像方法,但当前的研究多集中在各向同性介质声波、弹性波成像和各向异性介质声波成像,针对各向异性介质弹性波偏移的文献相对较少。为此,在前人的研究基础上,发展了各向异性介质弹性波射线追踪方程,以二维各向异性弹性波Kirchhoff-Helmholtz积分为基础,利用弹性动力学表征的格林张量推导了各向异性介质中弹性波波场正、反向延拓公式,提出了一种针对各向异性介质多分量地震数据的成像方法。通过在成像公式中引入权函数,很好地压制各向异性介质成像中不同波型引起的串扰。通过引入符号函数,解决了转换波成像过程中的极性反转问题。TTI介质洼陷模型和TTI介质多层构造模型试算结果表明：与各向同性介质弹性波高斯束偏移方法相比,各向异性介质弹性波高斯束偏移成像结果的信噪比较高、同相轴连续性较好、构造位置更准确;使用多分量地震记录,利用纵、横波波场信息成像,有效提高了成像分辨率;与传统的基于标量波场的成像方法相比,所提方法的适应性更好。     

多分量地震资料各向异性处理中的关键技术

在多波多分量地震勘探中,转换波处理比较复杂,加上各向异性对横波的影响大于纵波,使多分量地震资料的各向异性处理更为困难。本文在大量资料调研的基础上,重点介绍了各向异性参数估算、各向异性介质中反射波旅行时方程、多分量资料的各向异性速度分析、建立4C地震资料的各向异性模型以及利用时移横波各向异性进行动态油藏描述等方面的国内外新技术情况。     

复杂TTI介质稳定的纯qP波波场模拟方法

作为各向异性逆时偏移技术的基础,复杂各向异性介质情况下精确而稳定的波场模拟至关重要。本文给出一种针对复杂倾斜横向各向同性（tilted transversely isotropic,TTI）介质的稳定的纯qP波波场模拟方法。该方法基于Xu提出的伪微分算子分解思路,通过分析新算子的频散特性,引入旋转坐标系下的自共轭算子以保证稳定性,导出新的TTI介质一阶纯qP波控制方程;在Lebedev交错网格框架下推导了新方程的高阶有限差分形式,给出2次计算波场梯度的数值算法实施策略,以进一步保证波场模拟精度。均匀各向异性介质及复杂TTI介质模型的数值试算结果表明：新控制方程不受伪横波影响;相对于有限横波qP波波场模拟等算法,新算法可得到更稳定的各向异性纯qP波波场,即能更适应各向异性对称轴参数的空间变化,可应用于高精度纯qP波逆时偏移,改善对各向异性介质的成像质量。     

多分量波场的矢量法叠前深度偏移技术

本文研究了二维各向同性介质中两分量记录的矢量法叠前深度偏移方法———叠前逆时深度偏移方法。首先从弹性波波动方程出发,在交错网格空间中推导了各向同性介质中弹性波逆时延拓的高阶有限差分格式;然后从程函方程出发,采用逆时差分格式求解地下各点的地震波走时。为确保算法满足地震波传播的因果性条件及其对复杂模型的适应性,用扩展波阵面算法追踪波前并搜索全局极小,以上述方法的计算结果作为弹性波逆时偏移的成像条件,实现二维多分量资料的叠前逆时深度偏移。模型试算和实际单炮记录试验表明,叠前逆时深度偏移方法考虑了地震波的矢量特征,是一种有效的矢量波场处理技术。     

薄互层油藏模型井间地震弹性波方程正演模拟研究

 本文采用非均匀介质中弹性波方程交错网格高阶有限差分法进行数值模拟,并通过对正演过程中每一时刻的弹性波场求散度和旋度实现了弹性波场分离。其散度场以纵波场为主,旋度场以转换波和横波为主;采用模型多尺度网格化、参数化技术,建立了薄互层油藏2D井间地震弹性介质模型。数值模拟试验表明,弹性波方程数值模拟能够更加真实地模拟井间地震的波场。正演模型与偏移成像结果剖面吻合很好。     

各向异性介质三维纵横波联合叠前反演方法及应用

 为了提高储层预测精度,本文利用三维三分量资料及前期处理结果,以各向异性(TI)介质弹性波传播理论为基础,研究了多波精确振幅特征方程,进而推出三维各向异性介质纵横波联合叠前岩性参数反演方法。该方法利用叠前NMO道集,将5个岩性参数在同一方程联合求解,可同时获得5个反演参数。为保持反演参数的独立性,可直接反演地层纵波速度、横波速度、密度及另两个各向异性系数,进而计算出地层的弹性参数、弹性阻抗(EI)及弹性阻抗梯度(EIG)等共13个岩性、弹性参数,用于对岩性及流体的识别和描述。文中采用的纵横波联合叠前反演方法可提高反演的可靠性和精度,经实际三维多波地震数据处理证明了方法的适用性。     

各向异性介质中弹性波逆时偏移技术的研究现状与展望

基于矢量波动理论的多波地震技术在解决各向异性地层的精确勘探方面具有理论基础优势,纵、横波深度域成像是多波地震资料处理的关键之一,多分量联合逆时偏移是实现纵、横波深度域成像的重要方法之一。总结了横向各向同性(TI)介质中弹性波逆时偏移技术的研究现状,重点分析了弹性波延拓和纵、横波成像中各个环节的实现思路与存在的主要问题,在此基础上探讨了该领域未来的研究方向。TI介质中弹性波方程逆时偏移领域重点技术主要包括:三分量地震数据之间的频谱一致性处理技术、各向异性随机边界构建技术、各向异性逆时偏移的噪声压制技术、数据驱动的TI介质中的纵、横波解耦技术、更准确的纵、横波传播方向求取技术和横波三叉区的处理与成像技术等。     

双相各向异性介质弹性波传播交错网格高阶有限差分法模拟

含流体孔隙各向异性介质中的弹性波传播问题是目前石油勘探和地震学研究的难点之一。基于Biot理论,本文提出了二维双相任意倾斜各向异性介质三分量弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法,并对均匀及两层双相VTI介质和TTI介质中的弹性波场进行了模拟。波场快照和合成记录表明:当横波源的偏振方向与TI介质的对称轴存在一定夹角、且耗散系数较小时,在固相与流相中存在快横波、慢横波、快纵波和慢纵波;双相TI介质中横波分裂现象及波前面尖角和三分叉现象与TI介质中的基本相同,只是黏滞相界中弹性波速度有所减小,且具有频散和衰减特性;从直达波转换为反射波后,该波型具有反射波的性质。     

外刊题录

《石油物探》,Vol.4 1,No.3,2 0 0 2裂隙介质的运动学特征反演与应用　朱成宏等各向异性弹性波叠后逆时深度偏移　张美根等最小极化度滤波　张金强时延地震方法初探　张国才等用 VSP数据中下行 P- SV转换横波求取横波速度　徐仲达等地震和测井联合反演储层波阻抗技术　高少武等惩罚函数法井约束地层压力预测　张世晖等储层条件下砂岩纵波和横波速度的理论计算　云美厚等遗传算法的改进及其在各向异性介质参数反演中的应用　傅旦丹等储层地震反演方法以及应用中的关键问题与对策　王延光时频域有色谱校正　夏洪瑞等非规则噪音地震记录的…     

VTI介质弹性波波场分解的空间域算法

本文在波数域波场分解方法的基础上,研究了VTI介质中弹性波波场准纵波、准横波分解的空间域算法。通过求解克里斯托弗尔方程,得到准纵波与准横波的偏振方向及波数域波场分解算子,对其进行反傅里叶变换得到空间域波场分解算子;由空间域波场分解算子与原始波场的褶积即可得到对应不同波型的具有多分量特征的波场分解结果。由于在不同空间位置处采用不同的分解算子,故本文算法能适应各向异性参数随空间位置变化的情况。分别采用均匀VTI介质模型、层状VTI介质模型和Sigbee2A VTI模型进行了模拟试算,模拟结果验证了算法的有效性。     

多波联合反演研究进展

纵波和横波虽然同为地震弹性波,但是动力学特征差异显著。与地震纵波相比,地震横波对地下介质的横波速度和密度更为敏感,因此联合反演地震纵波和横波有助于更好地估算速度和密度参数,提高储层描述和流体检测的精度。回顾了多波联合反演的发展历程,其中纵横波旅行时反演具有较高的计算效率,但由于反演结果精度有限,难以直接用于油气检测;多波AVO反演利用地震波振幅信息反演多个弹性参数,有效提升了横波速度、横波阻抗、密度等参数的反演精度。大量实际应用结果表明,多波联合反演为提高储层定量化预测精度提供了有效途径,而多波数据匹配是保证多波联合反演结果可靠性的重要基础。继续发展深度域反演技术、智能化反演算法将有助于推动多波联合反演的应用。近年来横波可控震源技术的快速发展,极大地提升了纯横波地震数据的品质。最新现场试验结果表明,纯横波地震数据已具备与纵波地震数据相当的品质,并在实际生产中显示出较好的应用前景:SH-SH波可用于疏松砂岩气云区的高精度成像,SV-SV波可用于准确、可靠的高分辨率密度反演。因此基于横波震源的九分量地震勘探将是未来多波勘探技术的重要发展方向,需要进一步提升和完善对地震横波响应特征的认识,明确横波与纵波的动力学特征差异,为地震纵、横波油气直接检测提供重要的理论依据和方法支持。     

TTI各向异性逆时偏移技术及应用

地下介质广泛存在各向异性,传统各向同性地震偏移成像技术往往会导致成像精度不高甚至深度偏差问题,宽方位采集技术和高精度逆时偏移(RTM)成像技术的应用更是突显了各向异性的影响。从弱各向异性弹性波波动方程出发,首先采用拟声波近似得到VTI各向异性伪声波控制方程,然后引入交叉导数项进行坐标旋转得到TTI各向异性伪声波控制方程,再由高阶有限差分方法得到TTI-RTM偏移算子,最后采用波场校正消除横波分量影响,提高各向异性偏移算子的精度。模型试算和实际资料处理结果表明,该技术在处理各向异性介质地震资料时具有更高的精度,是高精度地震成像理想的技术手段。     

弹性波Kirchhoff叠前深度偏移速度分析

本文提出的弹性波偏移速度分析方法是基于Kirchhoff叠前深度偏移形成纵波和转换波炮检距域共成像点道集拉平准则,分别对纵波和横波偏移速度进行更新。当两分量地震数据成像深度不-致时,通过调整横波偏移速度进行深度匹配,完成高精度的弹性波场偏移速度分析。文中分别给出速度更新及深度匹配方法。模型数据和实际资料试算结果表明了该方法的可行性和有效性。