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。     

声波方程参数化模式及多参数全波形反演去耦合化策略

参数耦合化是制约多参数全波形反演应用的关键因素之一。从速度-密度方程出发,基于介质弱扰动线性假设,利用波动方程的格林函数积分解推导了速度-密度、模量-密度、阻抗-密度、阻抗-速度、模量-速度及模量-阻抗6种参数化模式下的敏感核函数;研究了每种参数化模式下各参数辐射模式,分析总结了参数化模式下参数耦合性态;提出在阻抗-速度参数化模式下先利用大角度地震数据进行速度反演,再利用小角度地震数据进行阻抗反演的声波方程全波形反演优化策略。通过理论模型数值实验实现了速度-密度、模量-密度、阻抗-密度以及阻抗-速度4种参数化模式下的反演,反演结果与理论推导一致。     

基于最优输运原理的陆上单分量资料弹性波全波形反演

陆上地震单分量地震数据只包含纵波信息,没有横波信号。声波全波形反演是最常用的利用纵波数据反演地下纵波速度、密度的方法,但忽略了单分量资料的弹性AVO特征和转换纵波的存在。为此,基于弹性介质假设推导了伪压力弹性波方程,该方程数值模拟结果仍为标量波信号,但具备弹性AVO特征和转换纵波信息,能够指示横波速度的变化。在此基础上构建了利用纵波数据进行弹性参数全波形反演的理论框架。由于全波形反演的高度非线性,准确的初始速度建模尤为重要,引入基于最优输运理论的二次Wasserstein距离（W₂范数）,在不增加计算量的前提下优化了目标函数的凸性,克服了周期性跳跃导致的局部极值问题。在此基础上,再进行常规的基于L₂范数反演,克服了对初始模型的依赖。应用重采样的Marmousi模型验证了该方法仅用纵波数据反演纵、横波速度的有效性,以及避免周期性跳跃方面的优势。将该方法应用于中国东部M工区的实际地震资料,验证了该方法的实用性和稳定性。     

基于Zoeppritz方程的纵横波联合反演方法及应用

利用叠前道集数据进行叠前地震反演已经成为油藏储层预测及流体检测常用的技术手段。特别是对于致密油气、页岩油气等非常规油气藏的勘探开发,利用叠前地震反演进行地球物理“甜点”储层预测与描述是研究的热点及难点。常用的叠前地震反演方法是基于Zoeppritz方程的线性化近似式,且主要利用反射纵波数据。考虑到近似方程有着小角度入射的条件限制,对远偏移距数据不适用,而远偏移距数据有利于提高弹性参数反演精度,正演时近似方程与精确Zoeppritz方程存在误差,反演过程中累计误差会降低反演精度,因此使用精确Zoeppritz方程可以有效提高反演精度。为了提高叠前地震反演的适定性,本文提出了利用精确Zoeppritz方程解析表达式的反演方法,避免引入Zoeppritz方程近似式的限制条件,极大提高了叠前地震反演的精度,同时反演中联合使用了反射纵波及转换波数据。联合纵波与转换波数据进行反演,通过增加地震叠前反演中的输入信息,提高反演结果的准确度。而且,基于精确Zoeppritz方程的纵横波联合反演得到更准确的纵波速度、横波速度和密度三个参数,可以更好地对油气藏储层进行描述,确定油气藏的有利“甜点”区。同时,...     

一种叠前地震多属性反演方法

介绍了一种借助于地震波弹性阻抗提高常规叠前地震反演的精度和可靠性,进而同时提取多种地层弹性属性参数的地震多属性反演方法。利用全波测井资料确定声波阻抗(AI)和弹性波阻抗(射线路径弹性阻抗)(REI);将共中心点(CMP)道集变换成角道集并进行部分角度叠加;利用常规叠前弹性阻抗反演流程分别对小角度叠加数据及中等入射角的部分叠加数据进行声波阻抗和弹性波阻抗(射线路径弹性阻抗)反演;对反演得到的声波阻抗和弹性波阻抗(射线路径弹性阻抗)数据进行道运算,得到与弹性密度比、储层岩性变化和孔隙流体成分密切相关的地震属性;确定储层岩性和孔隙流体性质。该方法仅需要近、中角度的地震数据,其他弹性属性参数是由弹性密度比与声波阻抗之间的关系通过道运算获得,提高了计算效率,可用于绝大多数采集条件下获得的地震数据叠前反演。     

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。     

井间地震资料全变差正则化波形反演

针对井间地震资料走时层析成像分辨率低、稳定性差的问题,研究了一种井间地震资料成像新方法——全变差正则化波形反演方法(TVWI)。该方法基于Gauss-Newton波动方程反演,将井间地震资料的速度求取问题归结为波动方程反演问题,通过极小化合成地震记录与观测地震记录的差实现波动方程反演;利用局部线性化逐步迭代的方法实现非线性泛函优化问题的求解;将波动方程反演的目标泛函加入全变差约束项,提高反演过程的稳定性和反演结果的分辨率。设计了一个复杂的速度模型验证了TVWI方法的有效性,结果表明,在给定不同速度初值的情况下,反演结果都具有较高的精度。选取与真实速度相差较大的初始速度模型讨论了TVWI方法对初值选取的依赖性：反演结果对初值选取的依赖性不强,但初值选取不好,会增加迭代次数和计算成本。最后进行了抗噪能力试验,结果表明,TVWI方法具有较强的抗噪能力。     

基于波动方程解析解的块约束广义声阻抗反演

由于前期处理过程多数情况下基于声学介质假设,叠前地震道集更趋向于声学AVO特征。密度作为一种非常可靠的弹性参数在储层描述中起着关键作用,但反演过程不稳定。为此,提出基于声波方程解析解的块约束广义波阻抗反演方法。该方法通过部分叠加剖面反演随入射角变化的广义声阻抗,在此基础上提取稳定的速度和密度参数。针对常规阻抗反演方法忽略透射损失、层间多次波问题,基于推导的递归公式,对一维声波方程进行解析求解,获取不同入射角的全波场响应,并利用链式法则推导了对应的模型导数用于梯度类反演算法。为提高反演结果的分辨率,在贝叶斯理论框架下引入块约束,以获取稳定且边界清晰的反演结果。模型数据验证了所提出的正、反演方法的有效性;通过噪声测试验证了块约束反演方法的抗噪能力以及边界刻画能力;实际资料反演结果表明,新方法的反演结果分辨率高,边界刻画清晰,提取的速度、密度参数稳定且准确。     

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。     

多参数声学全波形反演及气藏检测

致密油气藏储层物性与围岩差异小,地震异常弱,需要更高灵敏度的检测方法和技术。基于多参数声学全波形反演提供的高精度地层体积模量和密度,通过多相介质岩石物理模型,获取储层物性参数并进行致密气藏"甜点"预测。阐述了时间域体积模量和密度两参数声学全波形反演,分析了Gassmann方程和Koster-Toksöz方程的特征,提出了基于全频带地震数据的多参数声学全波形反演策略及联合Gassmann方程和Koster-Toksöz方程的气藏检测方法。该方法充分利用了先验信息及时-空域多参数全波形反演,给出了高精度地层弹性参数,同时考虑了Kuster-Toksöz方程刻画孔隙形态能力和Gassmann方程易用性特征,所构建的气藏指示因子考虑了孔隙流体和孔隙度因素,能较准确地指示气藏的存在和品质。通过在致密砂岩气田的实际应用,有效气藏("甜点")预测结果与测井及钻井基本一致。     

叠前AVA岩性参数反演方法及精度分析

以VTI介质振幅特征方程为基础,研究了基于波形的多波多参数叠前AVA岩性参数反演方法。该方法利用动校正后的CMP及CCP全部角道集,建立多波多参数联合反演方程,进而求解出目的层段的岩性参数。以多个理论模型为例,对反演方程的建立、求解、抗噪能力以及P-P波单分量、P-SV波单分量、P-P与P-SV波联合反演的结果及精度进行了分析研究,结果表明,利用中心差分法建立反演方程误差最小;带阻尼的最小二乘QR分解(LSQR)法求解方程的精度和效率最高;多波联合反演结果最优,其反演结果的精度和抗噪能力都最强。对某地区储层模型正演的多波数据及实际多波资料分别进行了联合反演,获得的目的层段纵、横波速度及密度参数较好地反映了反演方法的有效性。     

利用叠前全波形反演进行储层预测

利用完整地震反射波形求取地层弹性参数是叠前全波形反演的核心内涵。该方法可同时提取纵、横波阻抗和泊松比等多种岩性信息,在此基础上结合孔隙结构动力学分析成果与碎屑岩弹性参数分布规律,采用聚类分析方法,了解储层与产气层空间展布规律。对四川盆地YB地区珍珠冲段的储层预测结果表明,利用叠前全波形反演与孔隙结构动力学相结合,能够解决该区复杂的致密储层与产层预测问题。     

三维一阶速度-应力声波方程全波形反演

基于时间域三维一阶速度—应力声波方程,采用基于摄动理论的伴随状态法,推导出时间域三维一阶速度—应力声波方程的伴随方程及相应的纵波速度的梯度计算公式,并采用交错网格有限差分法计算正向传播波场及逆时外推的伴随波场,进而计算出纵波速度的梯度,在此基础上采用共轭梯度法更新纵波速度模型,实现了基于一阶速度—应力声波方程的三维全波形反演方法。由于基于一阶速度—应力声波方程,该方法能够方便地采用交错网格有限差分法求解。由于基于GPU在时间域实现,波场正向传播及逆时外推时较直接、快速。模型测试结果证明了方法的可行性和有效性。     

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。     

地震和测井联合反演储层波阻抗技术

通过地震和测井联合反演，可以获得高分辨率的井间地层波阻抗分布的信息。综合应用波动方程反演和神经网络分析来反演地层波阻抗参数，其过程分3步：第一步，应用先验地质知识，对地震数据和测井曲线进行地质解释，并对油井曲线进行对层和标定，然后求取相应的层速度的低频信息，旨在搞清井间地层结构状况，为线性反演提供地层产状的先验信息；第二步，应用非线性波动方程反演，在层速度界面及井中物性参数约束下，从地震数据中反演高分辨率的反射系数及波阻抗参数；第三步，应用CUSI神经网络分析方法，以高分辨率的反射系数及波阻抗等参数作为约束，以沿层求取的地震特征作为输入，以井中反演的波阻抗参数为期望输出，对非线性波动方程反演出的波阻抗参数进行非线性标定，得出井间的地层绝对波阻抗物性参数。     

多参数联合反演在火成岩储集体预测中的应用

 苏北盆地海安凹陷四灶地区勘探主要目的层阜宁组火成岩发育，已在阜宁组二段和三段玄武岩及辉绿岩中获得商业油流。但该区火成岩分布复杂，受火成岩影响地震资料品质较差，依据地震资料准确地识别火成岩有较大难度。本文通过分析研究区火成岩储层的地震剖面特征和测井响应特征，应用伽马和深侧向电阻率曲线构建拟声波曲线，并以高分辨率波阻抗、伽马拟阻抗和深侧向电阻率拟阻抗反演为载体，进行了高分辨率参数反演。在此基础上，利用贝叶斯多参数综合识别方法进行多参数信息融合，形成融合数据体，预测出火成岩的平面及空间展布特征。经实际资料应用表明，多参数融合技术可有效地利用波阻抗反演和参数反演的结果，能较为准确地反映出火成岩的变化特征。