叠前深度偏移速度建模方法分析

基于层位的层析反演和基于网格的层析反演是实际地震资料叠前深度偏移的两种主要速度建模方法。根据歧口凹陷典型地质模型及其正演模拟的地震波场,对两种速度建模方法进行了实验分析。实验结果表明：基于层位的层析反演方法具有较高的稳定性,但只能得到速度模型的低频分量;基于网格的层析反演方法可以获得速度场的高频分量,但受初始模型的影响较大,不容易收敛到实际速度模型。为此联合应用两种方法,即先利用基于层位的层析反演方法获得速度场的低频分量,再利用基于网格的层析反演方法获得速度场的高频分量,这样能够提高速度模型精度,改善叠前深度偏移的成像质量。     

基于包络反演的高低波数同步反演方法

全波形反演方法存在过于依赖初始模型及局部极值等问题。为此,利用坡印廷矢量进行梯度分解并构建高低波数同步反演方法,同时将该方法与包络反演相结合,提出了一种提高全波形反演方法稳定性的分步多尺度反演策略,即首先将线性速度模型作为初始速度模型进行包络反演,以构建浅层背景速度场;再将反演结果作为初始速度,利用坡印廷矢量实现偏移分量及层析分量的分解和同步迭代反演;最终构建扰动速度场及中、深层背景速度场。迭代反演过程中,将利用层析分量得到的梯度更新量补偿到常规反演梯度中,从而恢复中、深层低波数速度模型,同时避免了偏移/反偏移计算,减少了计算量。将该方法应用于Marmousi2模型数据的反演结果表明,基于包络反演的高低波数同步反演方法对中、深层背景速度恢复能力强;误差曲线表明,基于包络反演的高低波数同步反演方法的收敛误差小、收敛速度快且稳定性强,反演得到的速度模型为油气预测奠定了基础。     

基于波场分离的层析波形反演方法

全波形反演是利用地震数据的所有信息对地下模型进行重建的重要方法。但是当采集地震数据缺失低频和远炮检距信息时,常规的全波形反演方法只能恢复地下模型的短波长成分。本文给出了一种利用梯度分解和重组增强波形反演中长波长更新量的方法,该方法将全波形反演梯度分解为层析项和偏移项,梯度的层析项主要更新模型参数的长波长分量,由传播方向相同的波场互相关得到,而偏移项更新模型参数的短波长分量,由传播方向相反的波场互相关得到。本文利用坡印廷矢量进行波场分离进而将梯度分解,在将两项重组后得到层析项加强的新梯度。数值测试结果表明,这种基于波场分离的层析波形反演方法在常规全波形反演方法难以收敛时能收敛到准确的结果。     

声介质波动方程反射旅行时反演方法

储层精细描述需要精准的背景速度场,全波形反演(FWI)能求取浅层速度场高波数成分。透射波和折射波一般具有较大入射角孔径,可用来恢复速度模型的长波长分量;反射波仅有较小反射角孔径,通常用于恢复速度场短波长分量。本文利用偏移/反偏移算子从背景速度场获取反射波信息,推导了反射波路径;进而得到了波动方程反射层析梯度公式;反演过程中结合Ma和Luo的思路改进了反射层析中伴随源的形式,并修改了梯度的计算;运用动态图像校正法计算反射波旅行时差,实现了利用反射波信息反演速度场低波数成分。模型试算结果表明,本文方法能提高反演的稳定性,具有更好应用潜力。     

波场相位相关时移全波形反演

全波形反演(FWI)算法对低频信息和初始模型的依赖比较严重,容易发生周波跳跃现象而陷入局部极小点。为减少周波跳跃现象对全波形反演的影响,提出了波场相位相关时移全波形反演算法,在反演之前对模拟数据进行处理,提高观测数据和模拟数据的匹配程度;同时为减少初始模型对FWI的影响,利用Curvelet变换的多尺度特性,在反演的不同阶段选择不同尺度的数据参与反演,从而改善全波形反演因初始模型误差较大而出现周波跳跃的问题。利用Marmousi模型对波场相位相关时移全波形反演算法进行了测试,结果表明,该反演算法以及利用Curvelet变换多尺度数据参与反演可以明显改善FWI对低频信息和初始模型的依赖,得到较好的反演结果。     

初至波层析影响因素分析

 在山地地震勘探中，目前广泛采用初至波走时层析方法反演起伏地表速度结构，但其最终反演结果受许多因素影响。本文通过大量数值试验对影响表层模型层析反演精度的方程解法、先验信息利用、观测系统、初始模型及平滑因子等主要因素进行了详细的分析对比，总结出了最佳参数的选择原则和范围，并建立了内部约束方程。将本文方法应用于实际资料处理，取得了较好的成像效果。     

有效利用初至信息的偏移距加权地震层析成像方法

在基于射线理论的初至波地震走时层析成像方法中,很多因素会影响反演效果,其中观测数据能否有效利用是影响反演结果精度的一个重要因素。数值实验表明,初至层析成像反演表层速度结构时,不同偏移距数据对于提高不同深度反演精度的贡献是不同的。根据这一认识,提出了多偏移距(MOR)层析反演策略,以提高表层建模反演的精度;通过理论模型与实际资料测试证实了该策略的有效性。但MOR反演策略实现过程复杂,且只能实现偏移距的离散利用,考虑到多偏移距层析实质上是对观测数据的一种加权实现,进一步提出了利用偏移距构建协方差矩阵的偏移距加权地震层析成像方法。模型数据与实际资料的反演实验结果表明,偏移距加权地震层析成像方法避免了MOR层析过程中的多次嵌套反演,只需一次反演就可以达到连续多偏移距层析策略的反演效果。     

非线性层析静校正在川西地区资料处理中的应用

川西地区近表层结构复杂，存在较严重的长波长静校正问题。折射静校正、折射层析静校正、初至时间层析静校正由于其使用的模型较简单或反演结果不稳定等原因，不能很好地解决该地区的静校正问题。为此，将非线性层析静校正方法用于川西地区地震资料的处理中。影响非线性层析效果的因素较多，采用以下措施来保证非线性层析静校正质量：①通过自动拾取、交互修改和质量控制等手段提高初至时间的拾取质量；②用延迟时方法联合表层调查资料建立较合理的初始模型；③用道间距作为网格单元的尺寸；④在反演中使用梯度项和光滑项进行约束。反演后的结果与实际情况吻合，单炮记录的质量得到了较大的改进，消除了叠加剖面中层位错断现象，资料品质得到较大的提高。     

近地表复杂区早至波全波形反演建模技术与应用

为提高近地表复杂区速度建模的精度,开展了早至波全波形反演的近地表速度建模技术研究,并将其应用于陆上三维实际地震资料处理。分析了全波形反演中非线性来源,确定地震数据偏移距选取范围,讨论了观测地震数据早至波提取及其波动方程正演模拟方法,介绍了早至波全波形反演的方法原理,探讨了早至波全波形反演在实际资料应用中的关键技术流程。研究确定了早至波全波形反演的反演策略:首先利用初至走时层析方法恢复近地表模型低波数信息,然后将其作为早至波全波形反演的初始模型,利用早至波信息进行反演,恢复模型的高波数成分。研究表明,早至波全波形反演对初始模型的依赖性低于常规全波形反演。陆上三维实际地震资料测试结果表明,早至波全波形反演建模结果相对于走时层析速度模型细节更加丰富,异常体空间展布描绘更加清晰。     

立体层析反演方法理论分析与应用测试

立体层析反演方法是针对传统反射层析数据拾取困难这一问题提出的.该方法重新定义了层析反演的数据分量和模型分量,使得数据的提取不再需要沿着连续的层位进行；除地震波走时之外,炮、检点位置与炮、检点处射线的局部传播方向也被用来约束速度模型,且将模型分量映射到数据分量这一正过程只需要进行初值射线追踪.这些特点都增强了反演的稳定性.根据立体层析反演方法的特点,简化了立体层析反演的数据分量与模型分量,从而减小了反演的规模.考虑到射线扰动理论在射线中心坐标系下实现更简捷,Fr∈chet导数的计算在该坐标系下进行.通过3个二维理论模型数据反演实验,对简化后的方法进行了测试.实验一在理想无噪声数据中进行,验证了简化后方法的有3效性；实验二在含噪声数据中进行,进一步测试了方法的稳定性以及对噪声的适应能力；实验三以拾取的运动学属性作为反演的数据输入,为下一步将简化方法应用于实际数据反演奠定了基础.     

声介质下基于波形互相关的反射波反演方法研究

背景速度是决定地震波传播的关键因素,是进一步反演速度场中高频成分的基础。针对反射波反射角孔径较小,通常只用于恢复速度场短波长分量的问题,重新推导了反射波场对背景速度的Fréchet导数,得到反射波路径,利用反偏移算子从背景速度场中获取反射波信息,以数据域反射波互相关函数作为目标泛函进行反演,实现了利用反射波信息来反演速度场的低波数成分的目的。该方法降低了波形反演对波动方程的依赖程度,从而能更好地克服局部极值问题。模型试算结果表明,该方法能够提高反演的稳定性。     

水力压裂诱发的剪张型微地震震源机制矩张量反演方法

受井中接收器数量的限制以及井中监测张角小且方位单一等因素的影响,井中微地震监测信号的震源定位和震源机理分析结果有时不够准确。为此,研究了利用地表接收的P波初动振幅信息反演压裂裂缝震源机制解的方法原理,首先利用点源在均匀弹性介质中P波和S波的质点运动方程计算格林函数,然后通过理论模型计算振幅信息,最后测试、分析矩张量反演方法的应用效果,得到以下认识：①采用全矩张量反演时各向同性（ISO）分量相对补偿线性矢量偶极（CLVD）分量对误差不敏感,这是由于在矩张量分解时,ISO分量是矩张量特征值的线性函数,而CLVD分量是非线性函数;②观测系统对非双力偶（非DC）分量的反演结果非常重要,合适的观测系统可增加地震矩张量DC和非DC分量分析的可信度;③辐射花样可观测破裂面的几何分布和破裂机制类型,不同震源类型的辐射花样间存在差异,因此有限的震源球覆盖导致反演多解性。     

基于波场计算的最优化速度反演

本文提出了一种适用于声学近似的地震反演方法，这种方法是基于混合法波场计算和最优化方法而建立的一种迭代速度反演。在波场计算中，采用了非均匀离散网格的混合算法使反演的计算速度有所提高。通过对长波长速度信息的恢复和合理使用最优化方法，加快了迭代反演的收敛。文中给出了这种反演方法用于地震反射资料的理论计算实例，表明方法是有效的，同时也说明了初始模型、噪音和信噪比对选代反演结果的影响。     

全走时反演及其应用

波动方程速度建模方法是利用地震数据或成像道集中的旅行时信息或运动学特征自动反演出背景速度模型,但是已有方法普遍面临一个严重的问题,即反演过程无法避免受振幅信息的影响。为此,提出了一种基于波动方程的旅行时反演方法,称之为全走时(即完全依赖于走时信息)反演,从地震数据中自动估计出运动学意义上正确的速度模型,其核心思想是使反演完全依赖于走时信息,从而防止反演受到振幅信息的干扰。基于速度扰动只产生旅行时变化这一假设,介绍了数据域和成像域两种全走时反演方法,分别对应透射波和反射波走时反演。全走时反演不需要准确的初始速度模型和地震数据中的低频信息。理论模型和实际资料测试结果表明,全走时反演在常速度初始模型的情况下也能得到令人满意的反演结果。     

井中磁测三分量联合反演

本文实现了井中磁测三分量联合反演,根据最小二乘原理建立了井中磁测三分量联合反演的目标函数,利用加阻尼因子的广义线性反演方法求解长方体模型几何参数与物性参数。通过5个理论模型反演结果的对比,得出三分量联合反演无论是对于井旁异常还是井底异常,无论是信息充分还是信息不充分,其反演结果都比单分量好。究其原因,是因为地磁场本身是一个矢量场,三分量联合反演充分利用了矢量场信息,提高了目标函数对未知参数的敏感度。将该方法用于新疆A矿区井中磁测资料的反演解释,较好得出井旁矿体的空间位置及下延情况。     

叠前地震反演精度影响因素

叠前地震反演能够提供更加丰富的地球物理信息,但影响其反演精度的因素较多。设计了包含不同速度特征的地质模型,再对基于地质模型提取的地震模型数据体进行反演,将反演结果与理论值进行误差对比,分析了初始约束模型、信噪比、反演子波选取、反射系数计算公式选择对叠前地震反演精度的影响。结果显示,精度高的初始约束模型反演结果好于精度低的初始约束模型;信噪比大的地震数据体的反演结果优于信噪比小的地震数据体;选取的反演子波与地震数据主频的匹配程度越近似,反演精度越高;可以选取适用条件相对较合理的Zeoppritz方程作为反射系数计算公式。地质模型数据与实际资料反演结果对比表明,构建与实际地质模型弹性属性接近的反演初始参数模型,对采集数据进行滤波去噪和修饰处理提高地震资料信噪比,通过测井和地震资料提取主频与地震数据相匹配的反演子波以及反射系数计算公式等参数的合理选择有利于提高叠前地震反演精度。     

利用平滑模型约束的频率域多尺度地震反演

频率域地震反演是利用带限地震信号的频率域响应信息预测出地层模型参数。针对频率域反演的高分辨率特性和地震信号的带限特征,本文综合探究频率域反演和贝叶斯反演的思路,提出了基于平滑模型约束的频率域多尺度贝叶斯反演方法。通过对目标函数加入平滑模型约束信息,有效地解决了带限地震信号的低频分量缺失问题,并进一步提高了频率域反演过程的抗噪性和反演结果的空间连续性。此外,由于地震信号在频率域中实现了多频率分量的自动解耦,从而可通过多频率分量逐级迭代方式搜索到反问题的最优解,进而提高反演结果的收敛精度和分辨率,且减弱了反演算法对初始模型精度的过度依赖。最后,通过平稳和非平稳理论模型测试及实际资料的处理,验证了该方法的高分辨率特性和稳健性。     

井间地震波形层析成像在大庆长垣油田的应用

本文在简要介绍波形层析成像原理的基础上,给出了波形层析反演的主要实现步骤及反演策略。由于实际地震数据往往是有限带宽的,并且缺少低频成分,波形层析成像需要一个好的初始模型以填补低频缺失。在反演每一次迭代过程中同时使用一组频率数据,以抑制数据噪声的影响。在反演中必须对模型进行平滑约束,以降低数据噪声、射线覆盖范围的不均匀和短波长模型参数剧烈变化的影响。本文应用频率域波形层析成像重建了井距230m井间地震速度场。虽然地质情况复杂、速度变化剧烈,使反演问题高度非线性,但是波形层析成像结果还是能够提供真实可信的地质信息。     

地震资料分步最优化反演方法

利用地震资料分步最优化演可以构成一种新的无井ＬＯＧ处理方法。该法不采用井中信息和不用人工干预，用分步最优化的方法求取正确的导速度信息，其步骤是：（１）采用奥登伯格的算法，在反演前对地震记录进行预处理；（２）用模拟退火法计算层速度，获取较好的低频分量；（３）用低频分量作为反演解的初始猜测值，再用共轭梯度法进行迭代计算，获得更精确的层速度信息。经理论模型和实际资料处理结晶验证，该法的精度高，稳定性好，     

约束层析反演及其在地震速度计算中的应用

由于广义线性反演的局限性,由旅行时残差,层析反演无法同时准确反演速度值和界面几何形态。提出了一种以已知速度信息作为约束条件,从浅到深分层约束反演地震速度的方法。该方法以微测井资料对小折射初至波进行约束层析反演,获得比较准确的极浅层速度场;以得到的极浅层层速度和低降速带资料约束大炮初至波层析反演,得到了精度更高的近地表速度模型和静校正量;以静校正计算中用充填速度替换低降速带后获得的速度模型,作为浅层反射波层析的初始约束条件,可提高浅层偏移速度建模精度;用VSP、地球物理测井速度约束反射波层析反演,得到精度更高的中深层偏移速度场。实际资料处理结果表明,该方法明显提高了层析反演精度,获得了更准确的速度场,改善了叠前偏移成像效果。