广义旅行时反演

本文介绍一种非线性反演方法,该法主要适用于确定整体速度模型(Global Velocitymodels)。从某种意义上讲,它可以看作为反射旅行时基础上各种方法的推广;它用要求定义包括所感兴趣的主要反射波在内的(或复合反射波)时窗(虽不严格,但较客观),去代替原来必须要求精确测量的旅行时间。本方法建立在与波场相位有关的误差范数基础上,其值可根据波场测量结果直接计算而得。因而避免了解释波至和测量波至时间的繁重工作。这种方法用来根据平面波响应重建与深度有关的整体速度模型,并且也和其他方法作了比较.尽管新的误差范数只利用了几个赫的瞬时带宽,但是它的性能与旅行时反演中的误差范数的性能极为相似。     

用旅行时反演确定层速度的横向变化

本文用叠前共炮点或共中心点道集记录的反射波旅行时反演来确定目的层层速度的横向变化。采用正演模型的旅行时与实测旅行时最佳拟合的方法求取层速度参量,这种方法与地震反射波层析技术是一致的。但常规的地震反射波层析技术求解的参数多,使得计算结果不稳定,且具有多解性。本文采用了一些措施,如选用合理的地质模型及等效层的方法和平衡雅可比矩阵元素的方法等,力求减少反演的参数,稳定了求解过程和提高了求解的精度。在实际应用上取得了良好的效果。另外,文中还论述了旅行时反演原理和有关的技术问题,并给出了工作流程。最后介绍了该方法在大庆地区对地震资料进行反演的实际例子。     

波在PTL介质中传播的旅行时反演

本文对Byun(1990)的横向各向同性介质的旅行时反演方法作了两点改进:其一是根据优化后的V_r值计算一个初始的F值,然后再根据这个初始值进行最小均方误差分析;其二是对初始值进行优化分析时,提出用测量值(或由式(4)和式(10)计算的理论值)作为实际值进行拟合,而Byun的方法是用式(11)的计算来得到一个实际值。理论模型证明:本文所述方法有一个比较宽的适应性,而Byun方法只在弱各向异性时才可以得到较精确的结果。     

VSP多波旅行时反演

本文基于几何地震学原理,分别利用VSP直达波、反射纵波及上行转换横波旅行时反演层速度。直达波旅行时反演只能获得检波点所在井段地层的速度;上行纵波旅行时反演能获得最深检波器以下地层的速度,即井底以下地层的速度;上行转换横波旅行时反演则能获得横波速度。本文主要研究利用VSP直达波和上行反射波求取井段及井底以下地层的速度,最终根据三维VSP资料获取三维速度体。     

旅行时与波阻抗联合反演求取层速度

层速度是一个十分重要而又难以求准的参数。在很多情况下，传统的Dix公式已远远不能满足地质任务的要求。虽然使用叠前旅行时反演或叠后地震道波阻抗反演求取层速度的精度较传统方法都有所提高，但两种方法单独使用时都存在较大的局限性。叠前旅行时反演对薄层的反演精度很低，即对薄层的层速度难以求准，而叠后波阻抗反演又易出现整体的漂移，即对厚层层速度的变化控制不好。因此，本文对叠前、叠后联合反演的方法进行了研究，并采用遗传算法进行叠后波阻抗反演，提高了计算的精度。从试算结果可见，效果是明显的。     

低秩动态匹配约束下的反射波走时反演

反射波走时反演兼具走时反演与反射波形反演的低波数特征,对与走时相关的地下大尺度背景信息具有较好的更新能力。走时反演时移量的准确估算是反射波走时反演的关键点。传统全局时延互相关可有效估计全局时移量,但难以准确描述地震道的局部非稳态时移特征且单道估计容易造成空间连续性较差的问题。为此,综合考虑反射波走时反演伴随源的空间连续性及时间非稳态特征,引入低秩近似和动态图像估计,构建低秩动态匹配约束算法,以增强时差估计结果的时间非稳态性及空间连续性。实验结果表明,相比单纯采用动态图像估计得到的时差剖面,低秩动态匹配约束结果具有更好的多维度稳定性,反演梯度横向连续性更好,更符合地质沉积的结构特征,反演结果连续性更优。利用低秩动态匹配约束下的结果作为初始模型的全波形反演及逆时偏移成像结果均证明了方法的有效性。     

基于反射波动方程的地震反射数据波形成像

在有关波现象和地下介质物理性质空间变化的高频近似条件下,散射波退化为反射波,相应的散射波动方程退化为基于阻抗相对扰动的反射波动方程;再通过定义反射率为阻抗相对扰动沿入射波传播方向的方向导数,推导出基于反射率变化的反射波动方程。利用推导出的反射波动方程和线性反演理论,建立基于反射波动方程的地震一次反射数据波形成像方法。根据基于阻抗相对扰动的反射波动方程和基于反射率变化的反射波动方程,首先应用反射波传播算子的伴随算子,建立阻抗相对扰动近似反演方法和反射率波形偏移方法;再应用反射波传播算子的最小二乘逆算子,建立阻抗相对扰动最小二乘反演方法和反射率最小二乘波形偏移方法。针对波场传播算子的最小二乘逆算子的巨大计算量和不稳定性,在阻抗相对扰动的最小二乘反演和反射率的最小二乘波形偏移中均采用迭代方式求解。本文提出的波形成像方法,可在波动方程意义下真实地应用地震数据的波形信息,因此是真正的波动方程偏移成像方法。     

井间地震数据的声波动方程旅行时和波形的反演

本文介绍了根据井间地震数据重建井间速度分布的一种混合波动方程旅行时和波形反演方法。这种方法被称为WTW,它保留着全波反演和旅行时反演的优点;这就是说,这种方法的特点在于合理地快速收敛,这种收敛多少有点不受初始模型的限制,而且,该方法可以分辨出速度模型的详细特征。一般,WTW方法不需要进行旅行时拾取,它的计算费用与全波反演的大致相同。 我们把这种WTW方法应用于由Exxon公司在得克萨斯州Friendswood试验基地采集到的合成数据和野外井间数据中。结果表明,这种WTW层析图象的构造信息比旅行时层析图象的要丰富得多。分辨这种WTW Friendswood层析图象中的隐蔽构造特征所能达到的空间分辨率大约为1.5米,而在旅行时层析图象中,这些隐蔽构造特征仍然是模糊不清或完全就没有被反映出来。这表示中频方式获得的高质量井间数据(清晰的反射)可能要比高频方式获得的中等质量数据(高质量的初至,但反射却埋没于噪声之中)好些。 与用震源井的一条测井曲线重建的速度分布图作比较就可看出,在0米～200米的层段内吻合得相当好。而在200米～300米的层段内,速度变化也吻合得令人满意,但层析图象的速度分布图却与声波测井的速度之间相差了一个DC位移。以上着重强调了这种WTW方法的希望之处和面临的困难;它可以重建模     

初至旅行时层析反演近地表模型精度分析

为了提高初至旅行时层析反演近地表速度模型的精度,改善静校正效果,本文研究了激发井深以及约束速度对反演精度的影响。通过建立典型低降速层近地表模型,首先对比分析零井深、井深穿过低速层和井深穿过降速层三种情况下,射线穿过网格的特性及激发井深在低速层以下时,最小约束速度对低速层反演效果的影响;其次利用井口时间确定最小约束速度,并提出了辅助点激发确定最小约束速度的新方法;最后应用于合成与实际地震数据,提高了反演精度。     

井间地震数据的声波动方程旅行时和波形的反演

本文介绍了根据井间地震数据重建井间速度分布的一种混合波动方程旅行时和波形反演方法。这种方法被称为ＷＴＷ，它保留着全波反演和旅行时反演的优点；这就是说，这种方法的特点在于合理地快速收敛，这种收敛多少有点不受初始模型的限制，而且，该方法可以分辨出速度模型的详细特征。一般，ＷＴＷ方法不需要进行旅行时拾取，它的计算费用与全波反演的大致相同。     

应用修正正交有限内存拟牛顿算法的全波形反演

全波形反演(FWI)通过最小化观测数据与计算数据之间的误差,得到高分辨率的地下模型参数。正则化技术常用来克服FWI的不适定性。复杂地质模型可能同时具有平滑特征及锐利边界,单一的正则化方法往往不能得到令人满意的反演结果。为此,针对带有混合正则化的目标泛函不可微性,提出一种修正正交有限内存拟牛顿方法,求解相应的正则化目标泛函。在具有复杂构造的修正Marmousi模型以及BG Compass模型上进行数值模拟试验,且与不带有正则化的全波形反演及邻近有限内存拟牛顿方法进行比较,结果表明所提修正正交有限内存拟牛顿算法在计算效率及定量分析上具有明显的优越性。     

基于互相关目标函数的反射波波形反演

在速度—密度参数化模式下,传统全波形反演（FWI）得到的密度结果存在严重的偏移效应,即无法恢复模型中的低波数信息。反射波波形反演（RWI）能够反演密度模型的低波数分量,将其与FWI结合能够更准确地反演密度模型。为此,提出基于互相关目标函数的速度—密度双参数RWI方法。首先回顾了传统声波变密度方程双参数反演,并利用辐射模式分析了密度反演的偏移特征;然后在实施RWI过程中借助速度和密度高度耦合性,通过Gardner公式同步更新速度和密度参数;再将最终的反演结果作为输入模型进行传统速度—密度双参数FWI;最终建立了基于RWI+FWI的速度—密度双参数反演流程。简单双层模型和重采样的Sigsbee 2A模型测试结果表明,RWI可克服反演局部极值并减弱密度偏移特征,在实施RWI过程中利用Gardner经验公式同时对速度和密度进行更新,可精确地恢复速度、密度的低波数信息。     

一阶近似瞬时频率时间域声波全波形反演

通过全波形反演（FWI）在理论上可得到较高精度的深层速度模型,而在实际中相关条件却难以完全具备。究其原因主要为：FWI对初始速度模型的依赖性强;深层信号弱,在目标函数中的贡献较小。为此,提出基于一阶近似瞬时频率的时间域声波FWI方法。根据瞬时相位公式推导出一阶近似瞬时频率的目标函数和伴随震源项公式;充分发挥瞬时频率可突出低频信息和深层弱信号的特点,为FWI建立初始速度模型;同时加入梯度衰减因子以进一步提高深层反演效果、防止深浅层间互相干涉。模型和实际资料测试证明了该方法的可行性和有效性。     

基于双对角通量校正的多尺度全波形反演

油气勘探的不断深入使地震勘探面临的问题越来越复杂。全波形反演(FWI)以其高精度优势成为一种极具潜力的速度建模方法,但其反演效果很大程度上受初始模型精度和炮记录频带范围的影响。在实际地震数据处理中,初始速度模型的精度往往不高,而精确的初始速度模型又是防止FWI陷入局部极值的关键,因此降低FWI对初始模型的依赖性至关重要。为此,提出一种基于双对角通量校正的多尺度FWI方法,利用通量校正运输技术对二维时间域声波方程进行校正,获得不同频率成分的校正波场,并据此推导出FWI梯度及步长计算公式,使用低频~高频的校正波场进行多尺度反演。为了验证该方法的有效性,利用改进Marmousi模型进行模拟测试。结果表明,该方法有效地拓展了波场的中低频成分,降低了FWI对初始模型的依赖性。     

高斯束层析与全波形反演联合速度建模

基于叠前地震波场模拟的全波形反演（FWI）技术走向实用化充满挑战性。陆上地震资料的低信噪比、缺失低频、复杂近地表及三维数据的巨大内存需求和海量计算等因素都制约了FWI技术的应用推广。为此,研究并开发了高斯束层析速度建模技术,弥补了传统射线层析无法反演得到的中波数速度成分,为FWI提供了高精度宏观速度模型,有效避免了周波跳跃现象;利用基于相位匹配的互相关目标泛函取代L₂范数求解梯度,降低了反演对低频数据的依赖,有效解决了FWI海量计算难题;利用伪保守波动方程形成自伴随的正演算子,大幅度提升了基于伴随状态法的梯度计算能力,增强了反演对陆地数据的适应性,实现了陆地资料的FWI高分辨率速度建模能力。     

地质模型约束的全波形速度建模反演及在复杂断块区的应用

全波形反演（FWI）速度建模方法可构建高精度速度模型,但复杂断块区因受地震数据低信噪比及频带宽度的限制,反演结果不甚理想。为此,基于常规FWI理论,提出将地震解释数据作为约束条件,推导出基于地质模型约束的误差泛函表达式,利用相关解释数据约束全波形反演求解过程。模型和实际数据测试结果表明,改进后的地质模型约束的全波形反演方法,能反演出高精度复杂断块区速度场,改善复杂断块区的成像效果。     

The Behavior of Acoustic Wave Velocity in Some Paleozoic Sandstone Samples

Abstract

Seismic properties of reservoir fluids are of greater importance and the elastic inversion is fast becoming a commodity data product that oil companies understand and use for risk reduction. This study is an attempt to determine the effect of some petrophysical parameters (porosity, permeability dry density, saturated density, and water saturation) on the behavior of both P-wave (compression wave velocity) and S-wave (shear wave velocity) in sandstone rock samples. Acoustic wave velocity has been carried out for 46 sandstone samples. The measurements have been done for both dry and fully saturated rock samples.     

基于射线追踪的CMP相干速度反演技术在渤海油田的应用

 利用钻、测井资料对地震层位进行标定,或者确定地震层位的深度,以及将地震等t0图转换成深度构造图,均需要进行时深转换。时深转换的精度取决于速度的精度。通常使用H T函数法、井间简单数学插值法和DMO速度场法,获取时深转换的速度场,但是由此获得的速度精度均不能满足工作的需要。本文基于射线追踪的CMP相干速度反演技术获取的速度场,在渤海油田JZ251地区取得了成功。CMP相干反演的速度误差分析表明,此类误差是一种全区比较稳定的误差,可以通过相应的校正得到消除。     

可控源电磁法2.5维自适应有限元各向异性正反演

本文基于非结构化的三角单元网格的自适应有限元法进行各向异性介质的正演模拟,其优势在于对起伏地形和复杂地质构造的模拟,采用自适应策略的网格剖分在满足计算精度的前提下尽量减少了计算量;反演运用基于高斯牛顿法改进的Occam算法,在对初始条件要求不高的前提下能快速地搜索拉格朗日乘子、减少模型的搜索量。对一维VTI介质模型和经典二维各向异性海洋油气藏模型进行了正演计算,验证了程序的计算精度和效率;对海底起伏地形各向异性模型进行了反演计算,该算法能够比较准确地还原海底各向同性的围岩、基岩异常体的电阻率以及各向异性异常体的埋藏情况。最后对实测数据进行了反演,进一步验证了算法的可行性。