三维快速高精度地震波正演数值模拟方法及其应用

如何有效提高三维地震波正演数值模拟精度和计算效率一直是勘探地球物理学研究的重要问题。为了克服常规中心有限差分法较难快速提高差分精度的缺陷和一阶双曲型波动方程内存占用多、计算量大、引入变量较多的困难,采用高阶交错网格有限差分法直接求解三维地震波动方程,推导的高阶差分格式计算形式简单,可以推广于求解任意偶数阶时空导数,同时给出其稳定性条件。在人工边界处,对比了镶边法和常规旁轴近似法两种吸收边界条件。从三维似French模型的正演结果看出,采用的高阶交错网格差分算法在快速有效地提高数值模拟精度的同时,大大提高了计算效率,同时结合镶边法吸收边界条件还可有效压制边界反射,提高整个计算域内波场的信噪比。     

地震波场数值模拟方法

简要总结了地震波场数值模拟的各种方法的基本原理及其主要特点，对最近在该领域出现的一些方法和研究结果做了简要的阐述，并对比了各种方法的优缺点。在此基础上提出了运用波动方程数值模拟作为基础．结合射线方法辅助识别波场类型，用于分析异常波的产生机理和出现特点的基本思想．这对复杂条件下的地震勘探具有指导和借鉴意义。     

非均匀介质交错网格高阶差分地震波数值模拟

地震波数值模拟是解决地震正反演问题的重要手段和了解地下地质构造的有力工具。从波动方程出发建立一阶速度-应力方程组,用Taylor级数和交错网格差分技术对方程组进行高阶差分离散,避免了直接对波动方程二阶导数进行差分带来运算量大的问题;采用特征分析法处理边界问题,对边界反射进行很好的吸收。文中给出了相应差分精度的稳定性条件,并用高阶交错网格有限差分法对非均匀介质模型进行了数值模拟。计算结果表明,该方法具有较高的稳定性和精度,适合于复杂介质的弹性波场模拟。     

地震波标量方程的小波自适应网格有限差分法数值模拟

现有的地震波数值模拟算法都不能自适应地调整空间网格的大小。从而造成波场计算需要大量的储存空间和计算时间，同时局部波场模拟精度也不高。本文提出了基于平均插值小波的自适应网格算法，并给出了非均匀介质二维一阶压力—速度标量方程小波自适应数值解法。该方法将一般边界条件情况下的地震波传播问题放在小波插值空间中进行，波场的非均匀变化得到自适应响应。极大地提高了局部模拟精度和计算效率。数值模拟结果表明了该方法的正确性和有效性。     

有限差分法弹性波数值模拟

本从应力-位移速度波动方程出发，对一阶线性微分方程建立了四阶空间精度和二阶时间精度差分公式，该方法采用显格式计算。网格频散对泊松比的影响极小，算法的稳定性适应于任何泊松比的地质模型。     

起伏地表条件下二维地震波场的数值模拟

地震波场数值模拟一般基于水平地表条件，而当前近地表地震方法研究中急需起伏地表条件下的正演模拟数据。起伏地表条件下的二维地震波场波动方程高阶有限差分数值模拟方法研究中面临的主要问题是边界条件的处理。从以速度应力表示的一阶波动方程出发，导出了起伏边界情况下的边界条件。该条件与波动方程具有相同的形式，可以用同样的方法来处理正演过程中的网格内部点和边界点。用交错网格的高阶有限差分方法解波动方程，在满足稳定性要求时，可获得时间和空间都是高阶精度的结果。本算法在高性能计算机集群MPI环境中并行实现时，采用主从模式设计程序，合理调配各节点的计算负载，并应用容错处理手段，达到了较高的并行效率。理论模型和实际速度模型的计算结果证明了方法的正确性和有效性。     

组合边界条件下二维三分量TTI介质波场数值模拟

从TTI介质一阶应力—速度方程出发,利用旋转交错网格高阶有限差分方法,将非分裂完全匹配层(Non-spliting Perfect Match Layer,简称NPML)边界吸收条件和自由边界条件相结合形成组合边界条件,进行了二维三分量TTI介质弹性波场数值模拟。波场快照和炮记录表明:①采用非分裂式边界条件能较好地消除近地表大角度入射波和瞬逝波;②组合边界条件与NPML边界吸收条件相比,不仅有效地压制了边界反射,同时实现了对自由地表的模拟,获得了丰富的全波场信息,其中在地表产生的PS转换横波作为一种特殊的横波现象,可为近地表结构调查以及多波波场分析等提供有益信息;③自由地表引起的面波以及多次波对偏移结果有着重要影响,因此在实际地震资料处理中应当充分考虑自由地表条件对波场的影响效应。数值模拟结果证实了组合边界条件下二维三分量TTI介质波场数值模拟方法的可行性和正确性。     

一种基于Kirchhoff积分的快速三维非均匀弹性介质地震波场模拟方法

提出了一种基于Kirchhoff积分的快速地震波场数值模拟算法。在地下弹性介质的速度、反射界面的空间位置及反射率均已知的情况下，可以利川该算法计算三维非均匀弹性介质模型中的反射地震波场。讨论了算法的计算效率和计算精度。针对基丁Kirchhoff积分的二维地震波场模拟计算量巨大这一问题，采用了两种尺度网格单元和限制积分区域等手段，不仅降低了计算量，节省了内存，同时还保待了足够的计算精度。利用数值模拟对算法的有效性进行了验证。     

地震波正演模拟的任意差分精细积分方法

本文对钟万勰提出的抛物线方程单点子域积分法和强士中提出的温度场问题的任意差分法进行了改进，提出了波动方程任意差分精细积分解法，从理论上推导了任意差分精细积分公式并给出了其实现途径，对任意差分精细积分方法的空间与时间精度和差分格式的稳定性做了理论探讨，并进行了验证。理论分析和实际例证都表明本文方法精度较高。地震波正演模拟算例则表明本文方法适用于复杂地表和复杂构造地质体。     

基于BISQ高频极限方程的交错网格法数值模拟

BISQ方程是反映含流体多孔隙南中Biot流动和喷射流动共同作用下地震波和声波传播的最新研究成果。本文从多孔隙横向各向同性介质的BISQ方程的高频极限方程出发，利用交错网格方法对横向各向同性孔隙介质中波的传播进行了数值模拟。结果表明，弹性波在横向各向同性多孔隙介质中传播时存在快拟P波、慢拟P波、拟SH波和拟SV波，同时出现横波分裂、波面尖角等现象，从而验证了BISQ理论的正确性，并为进一步应用、研究奠定了基础。     

检波器野外组合因素对地震资料品质的影响分析

波器组合是地震资料野外采集阶段衰减噪声最重要的手段之一。决定组合衰减噪声效果的因素有组合因素(组合基距,组内距,检波器数量,组合高差,组合形式等)以及施工地区的地质条件、噪声的类型与强度等。从验证不同组合因素对地震资料的影响出发,通过计算组合的方向特性曲线及野外试验,量化分析了组合因素对地震资料的影响,提出一种组合基距在Inline方向设置为一个道距,在Crossline方向设置为一个最大干扰波波长的组合方案,以有效衰减来自各个方向的规则干扰波。计算表明,在组合基距确定的前提下,缩小组内距、增加检波器数量有利于提高资料的信噪比，但当检波器数量增加到某个临界点后,继续缩小组内距、增加检波器个数则不能显著提高组合的压噪能力。实践证明,在地表复杂、地层吸收严重、次生干扰发育的地区,组内高差允许值应适当放宽,这有利于提高地震资料的信噪比。分析认为,Inline方向大致等于一个道距,Crossline方向大致等于一个最大干扰波波长的矩形组合是具有良好方向特性，又便于野外施工的检波器最佳组合方式之一。     

用分布式地震仪进行三维地震采集

地震勘探从二维转向三维,地震仪从常规转向分布式、从基于瞬时浮点放大器的模数转换嚣转向24位模数转换器之际,勘探行业中出现了对地震仪器的某种错觉和误解,从而放慢了对新机遇的利用。而这些机遇正是由现代地震仪的能力所创造的。本篇译文就这些错觉和误解进行了论述。     

Comparative experiment on digital geophone single point and array receiving in the seismic acquisition

地震勘探装备和技术的飞速发展为高密度单点地震采集技术的应用提供了可能。通过对比分析贵州中部某山区盒子波资料、单点采集与组合接收野外试验资料以及叠加剖面,探讨了单点采集与组合接收的差异性。研究表明,组合接收会造成地震波主频降低,进而会影响叠加剖面的分辨率;单点采集有利于保护有效波的频率成分,但地震资料的信噪比较低。     

高精度三维地震采集技术及应用效果

高精度三维地震采集技术应油田勘探开发的需要在胜利油田得到了一定的发展,形成从基本参数论证,观测系统属性分析到模型正演模拟分析一套完善的采集参数综合论证技术。激发技术采用了定向叠加震源和科学地选择激发因素的技术方法;接收方面采用提高耦合谐振的方法和使用新型的加速度检波器,压噪方面形成了一套有针对性的独特的压噪技术。通过这些技术的应用,在胜利探区的车西和田家地区取得了良好的效果。     

沙漠区高分辨率采集研究与试验

针对沙漠地区地质特点，探讨了开展高分辨率地震采集的方法、技术和思路。从表层吸收、激发深度、药型和组合时差效应等方面探讨了沙漠地区开展高分辨率地震勘探的可行性，并给出了大量的实例。     

泌阳凹陷南部陡坡带三维地震采集方法探讨

泌阳凹陷南部断裂带,地震地质条件复杂,属于地震勘探的困难区域。受技术条件的限制,以往地震资料品质较差,不能满足地质研究的需要,难以解决该区带复杂的地质问题。通过改善激发条件提高单炮品质,应用正演模拟技术设计科学合理的观测系统,使地震剖面的信噪比、分辨率明显提高,获得了完整的南部陡坡带资料,满足了构造解释的需要。     

鄂尔多斯盆地姬塬地区非纵三维地震勘探采集技术

黄土塬区非纵三维地震勘探采集技术源于常规非纵地震勘探方法,并借鉴了三维地震勘探中非纵观测能够避开部分干扰波的技术优点。本文论述在鄂尔多斯盆地姬塬地区黄土塬非纵三维地震勘探项目实施过程中,以非纵地震技术为基础,针对探区地质目标特征进行非纵三维观测系统设计和论证,通过基于山地微测井表层结构调查的激发因素设计,并利用该设计的非纵三维观测系统完成了地震数据采集,获得了高质量三维数据体,促进了该区的油气勘探开发。     

东营凹陷三维地震采集评述

近30年,来东营凹陷共采集67块三维地震资料,基本覆盖了整个凹陷。本文简要介绍了该凹陷三维地震勘探的历程,对其三维地震采集技术进行了后评估;根据凹陷内2块二次采集的三维地震资料结果,对即将到来的大规模第二次高精度三维地震采集提出几点建议。     

胜金口西山地三维地震采集与处理技术

胜金口西山地地表和地下条件复杂，造成激发、接收条件差，原始地震资料信噪比低，静校正问题突出，资料成像困难。针对以上难点，在资料采集方面，对观测系统精心设计，采用6线18炮砖墙式观测系统；根据工区不同地表和岩性分布，将工区分为山地(山前带)、农田和戈壁砾石区，分别采用炸药震源和可控震源激发；以深井微测井为主结合小折射方法，提高表层建模精度，进而通过静校正数据库建立全区表层结构模型。在地震资料处理方面，以提高信噪比和突出断层下盘信息为主要目标，做好静校正、叠前去噪、子波整形、反褶积、偏移等关键处理步骤；在进行三维偏移时通过多次偏移速度扫描，建立了比较精确的偏移速度场。采用这套山地三维地震采集技术与处理方法所获得的地震资料，能够满足该区地震解释需要。     

高精度三维地震采集技术在塔中沙漠区碳酸盐岩勘探中的应用

塔中沙漠区碳酸盐岩储层是塔里木盆地最主要的油气勘探目标之一。如何提高沙漠地表条件下小缝洞型储层在地震资料上的成像质量是目前该区地震勘探中亟待解决的主要问题。为此,在地震采集技术方面提出了相应的措施。首先,调查了疏松沙丘对地震波的吸收衰减情况,并进行了高速层中检波器接收试验,结果表明,疏松沙丘对地震波(主频35 Hz及以下)的吸收衰减作用不严重,检波器组合接收是提高地震资料信噪比的一种重要手段;其次,研究了针对碳酸盐岩缝洞型储层的三维观测系统设计方法,提出了道密度设计方法及保证面元属性均匀的观测系统设计原则;最后,对沙漠地表条件下的组合高差设计方法进行了论证分析,提出了基于沙丘性质的灵活的检波器组合高差设计方法。将这些方法应用于塔中沙漠区的三维地震勘探,取得了非常明显的勘探效果。