基于波动方程转换的时间域多尺度全波形反演速度建模

为了避免全波形反演的周波跳跃现象,提出了基于波动方程转换的时间域多尺度全波形反演速度建模策略,在时间域实现了从低波数到高波数的多尺度全波形反演。首先从声波方程参数化模式出发,研究了阻抗-速度和速度-密度两种参数化模式下速度的辐射模式:在阻抗-速度参数化模式下,速度扰动主要引起大角度波场扰动;在速度-密度参数化模式下,速度扰动对各个角度的波场扰动贡献量完全相同。基于此,提出了先利用阻抗-速度方程构建低波数全波形反演速度模型,再以此作为初始模型,利用速度-密度方程构建高波数全波形反演速度模型的方法。该方法有效避免了混合域全波形反演中的数据转换问题以及频率域反演中的吉普斯现象,同时充分发挥了时间域全波形反演在波动方程数值模拟计算效率方面的优势,保留了时间域数据匹配易控制的特点。通过MarmousiⅡ模型数据测试,对比分析了两种参数化模式下的速度梯度特征,实现了从阻抗-速度方程的低波数全波形反演速度建模到速度-密度方程的高波数全波形反演速度建模,说明该方法能够在初始速度缺失低波数的条件下充分刻画出断层的形态和位置,使断面清晰,地层起伏与真实模型吻合。     

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。     

大地电磁并行模拟退火约束反演及应用

 模拟退火方法广泛应用于地球物理数据处理,但基于串行算法存在着效率较低的缺陷。本文对非常快速模拟退火法中的退火方案进行改进,给出并实现了一种并行大地电磁非常快速模拟退火约束反演方法。改进方案的核心在于,计算的退火温度在迭代开始时下降较快,之后温度下降速率比较缓慢,从而减小在多次迭代后因温度过低使反演结果陷入局部极小的可能性。理论数据测试表明,改进的退火方案明显优于传统方法,可以提高模拟退火反演的计算效率。将此法应用于匈牙利的地热勘探资料处理、解释中,取得了较好的地质效果。     

VSP资料矢量波场分离方法

为了提高VSP矢量波场分离时参数反演的效率、增强方法对实际资料的适用性,在零井源距层状速度模型基础上,通过射线追踪正演计算不同波场的射线参数,约束不同深度下行、上行波场的入射角和视慢度参数,使反演快速收敛,反演过程更加稳定,有效提高了反演的效率,同时也避免了反演参数局部极值引起的频率混叠现象。     

基于声波方程转换的三参数递进式全波形反演

为提高基于声波方程的多参数反演精度,研究了基于波动方程转换的多参数全波形反演方法,实现了基于声波方程的速度、密度、阻抗三参数全波形反演。首先利用阻抗速度方程实现低波数速度模型和阻抗模型的全波形反演建模;将该低波数速度模型作为初始速度模型,经过声波方程转换再利用速度密度方程实现从低波数到高波数的递进式速度反演和密度反演。同时通过加德纳经验公式的约束提高了密度反演的稳定性和精度。利用Overthrust模型数据进行测试,分别实现了主频10Hz和30Hz地震数据三参数全波形反演,结果表明主频30Hz地震数据全波形反演结果能够精细刻画起伏构造形态,且断层边界清晰,断面干脆,为精细地震勘探提供了更加可靠的速度和阻抗。     

基于改进模拟退火算法的横波速度求取

模拟退火算法能够较好地实现全局最优化求解。基于非均匀变异思想,文中给出了一个新的模拟退火算法扰动模型,该模型具有一定的灵活性,通过选取合适的扰动模型参数,可以达到减少迭代次数、提高收敛速度的目的。在模拟退火算法退温前,增加最优解附近小范围内寻优,以减少对扰动模型的依赖,通过改进,模拟退火算法得到了优化。数值实例分析表明,改进后的模拟退火算法比常规模拟退火算法在迭代次数和扰动次数上有一定的优势。采用该算法,利用DEM模型进行横波速度求取后,与测井横波比较,误差较小,从而验证了新模拟退火算法的实用性和有效性。     

提高逆时偏移成像效果的若干关键处理技术

逆时偏移已广泛应用于复杂构造成像中,对于复杂构造的油气勘探起到了较大的促进作用。逆时偏移要求具有高质量的原始地震数据、高精度高分辨率的速度模型以及高精度的逆时偏移算法。为了处理近地表异常导致的数据异常、消除常规全波形反演存在“周期跳跃”现象、提高信噪比,研究了一系列具有针对性的前期处理技术和新的全波形反演技术等,并为逆时偏移设计了一套新的处理流程,包括空间地震子波一致性相位校正、近地表Q吸收补偿、基于模式的面波自适应衰减和基于模式的自适应全波形反演等。应用这些关键技术可以得到高质量的地震数据以及高精度、高分辨率的速度模型,最终改善成像效果,并已通过多口实钻井证实提高了逆时偏移的成像精度。     

二维时间域黏声波全波形反演

实际地下介质具有黏滞性,因此在全波形反演中必须考虑吸收衰减效应。本文从基于广义标准线性固体（GSLS）模型的黏弹性波动方程出发,得到一阶速度-应力黏声波方程,并推导出相应的纵波速度梯度计算公式;再采用高阶交错网格有限差分法和共轭梯度法,实现了基于一阶速度-应力黏声波方程的二维时间域黏声波全波形反演方法。模型测试结果表明：与未考虑吸收衰减效应的纵波速度反演结果相比,采用本文方法能得到更准确的纵波速度反演结果。     

复杂区深井VSP层析求速度场的方法

针对中国西部山前带地区叠前深度偏移速度场尤其是深层速度场难以确定的难题,提出了一种复杂区深井VSP层析求速度场的方法。该方法以零井源距VSP速度作为相对稳定值填充井径附近速度网格,并通过零井源距VSP速度加权外推建立初始速度模型,同时还给出了一种基于置信度和射线长度的VSP初至旅行时双加权层析反演的算法,通过模型试算验证了方法的有效性。     

构造约束全波形反演及其海上资料应用

相对于陆地资料,海上资料具有信噪比高、低频信息丰富及炮、检点耦合一致性好等优点,因此海上资料的全波形反演建模(FWI)已逐渐走向实用化。但由于全波形反演是基于波动理论的全局寻优,迭代过程中不直接修改道集,且在实际资料应用过程中往往选用道集已经拉平的初始速度场,因此常规全波形反演得到的高精度速度模型往往不能改善成像质量。为此,应用射线层析技术建立较为准确的背景速度场作为初始模型,在道集拉平速度场的基础上应用构造约束全波形反演技术,重建较为准确的地质构造和较为准确的断层位置,从而建立更加精确的速度模型。南海某油田实际资料应用结果表明,海上资料基于构造约束的全波形反演模型与实际地质构造更加吻合,复杂断层附近的速度更加准确,整体成像质量得到提高,成功解决了断层成像阴影问题。     

井地联合地震勘探技术研究

垂直地震剖面(VSP)在求取地层参数(大地吸收衰减系数、速度、VTI和HTI介质参数)、时深转换与标定以及储层波场描述方面具有优势;地面地震则具有观测系统灵活均匀、成像孔径大、宏观地质解释能力强的优势。因此,井地联合地震勘探技术被视为未来地震勘探和油藏地球物理的重要发展方向之一。通过本次东部火成岩裂缝储层的VSP(零偏VSP,Walkaway VSP和160级三维VSP观测)与全方位地面地震观测的井地联合地震研究表明,基于VSP驱动的地面地震数据提高分辨率处理是有益的,但参数求取方法和近地表空间影响的消除需深入研究;基于VSP驱动的三维速度场的建立也存在一些问题需要研究;基于WVSP和三维VSP求取的VTI和HTI参数有效,并且对于驱动全方位地面地震数据的VTI处理、裂缝预测和叠前反演是有益的。最终通过基于VSP驱动的地面地震数据处理和消除近地表影响的相对保持储层振幅、频率、相位和波形的处理,以及处理过程中的质量监控,获得了火成岩裂缝储层的地质信息和火成岩相带精细解释结果。     

一种新的用于全波形反演的能量加权梯度方法

在全波形反演中,深层区域的反演效果明显不如浅层区域的反演效果好。针对这一问题,在不增加计算量的前提下提出了一种新的能量加权梯度方法,引入了反偏移方法,利用反偏移方法计算得到的加权能量对梯度进行预处理。这种改进方法克服了常规能量加权梯度方法计算加权能量不准确、迭代收敛慢的缺陷,可以在提高深、浅层整体反演效果的同时加快迭代收敛速度。模型试算结果表明,基于改进后能量加权梯度方法的全波形反演效果及迭代收敛速度明显优于常规的能量加权梯度方法。     

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。     

Walkaway VSP井旁各向异性速度模型反演方法

针对一个井源距VSP初至反演的井旁速度模型不能用于同一口井多个不同井源距VSP数据的偏移成像这一问题,本文介绍了一种使用Walkaway VSP的初至旅行时反演井旁各向异性模型的层速度和各向异性参数的方法。该方法根据声波测井速度的变化趋势对井旁一维速度模型进行分层,以零井源距VSP初至时间反演的速度作为初始速度模型,用一种接近沉积岩特性的多层各向异性介质模型描述和定义井旁速度模型的各向异性参数,利用不同井源距VSP的多条VSP初至时距曲线反演井旁水平层状各向异性速度模型的层速度和各向异性参数,得到Walkaway VSP偏移成像的井旁各向异性速度模型。把该模型用于Walkaway VSP实际数据的偏移成像处理,取得了较好的效果。     

复杂高陡构造零偏VSP空变倾角时差校正及其处理技术

零偏VSP以水平地层为假设条件,当地层倾斜时,零偏VSP时深关系精度和走廊叠加记录精度出现误差,更严重的是,走廊叠加记录上观测井段之下地层的上行反射波成像位置错误,需进行倾角时差校正处理。针对复杂高陡构造零偏VSP资料处理,提出了空变倾角时差校正的基本概念和方法,利用零偏VSP上、下行波场计算反射界面倾角,建立二维层速度初始模型,通过射线追踪修正速度模型,使倾角空间变化的高陡构造地层的VSP上行反射波场得到充分拉平,不仅提高了零偏VSP走廊叠加记录的精度,而且观测井段之下地层的上行反射也得到有效拉平并能精确成像,从而实现观测井段之下地层深度的精确预测和波组特征预测,时深关系也校正到地震波自地面震源到井下检波器的铅直传播时间,有效解决了复杂高陡构造的零偏VSP时深关系、层位标定和钻前地层预测等问题,实际资料处理效果验证了方法的有效性。     

基于极快速模拟退火算法的地层横波各向异性反演

介绍了利用正交阵列偶极子声波测井资料反演地层横波各向异性的计算过程,研究了极快速模拟退火算法在阵列偶极子声波波形反演处理中实现全局寻优的方法。利用基于极快速模拟退火算法自主编制的软件对多口井的正交阵列偶极子声波测井资料进行了处理。结果表明,极快速模拟退火算法无论是在计算精度还是在计算速度上都达到了对阵列偶极子声波进行波形反演的要求,可以用于正交阵列偶极子声波测井资料的实际处理。     

稳定的反Q滤波统一算法及其在地震资料高分辨率处理中的应用

稳定的反Q滤波被引入到叠前和VSP记录的衰减补偿中得到了较好的效果,但是前人给出的算法比较复杂。基于地下介质的水平层状假设,根据叠前地震记录和VSP记录观测系统的特点,给出了叠前地震记录和VSP记录(零偏和非零偏)反Q滤波的统一算法和公式,实现了对叠前地震记录和VSP记录的高分辨率处理。模型试算和实际地震资料的应用结果表明,本文方法可显著提高叠后、叠前及VSP地震记录的分辨率。     

降低弹性波全波形反演强烈非线性的分步反演策略

弹性波全波形反演是一种高精度估计地下弹性参数的有效工具,然而其面临的非线性问题比声波更加突出。本文提出一种降低非线性程度的分步反演策略,用于纵、横波速度的高精度重建。首先利用基于包络的弹性波波形反演方法重建纵横波速度的背景模型;然后应用基于时间域正演的频率域弹性波全波形反演方法,利用多尺度策略进一步降低弹性波全波形反演的非线性程度,恢复模型的中、高波数成分。数值实验结果表明,当地震数据中缺少低频和大炮检距成分时,这种分步反演策略对于重建高精度纵、横波速度模型非常有效,对于提高横波速度的反演精度效果尤其明显。     

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。     

基于声波波动方程的全波形反演方法及应用

全波形反演利用的是整个或部分地震记录波形,此波形不仅包含时间、速度等地震波运动学特征,还包含振幅、相位等地震波动力学特征,通过迭代反演,理论上可以实现更加准确的速度参数构建。针对全波形反演方法的基本实现原理和实际应用,结合伴随状态原理研究,建立了以波场误差反传为迭代修正算法的梯度引导型全波形反演方法,同时针对全波形反演方法在实际资料应用过程中存在的问题,研究建立了实际地震资料的针对性优化预处理流程,实现了全波形反演的实际应用。理论模型和实际资料的分析表明,该方法具有较好的应用效果。