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。     

反射波层析反演速度建模方法

我国油气地震勘探目标逐渐转向小尺度(薄互层)岩性油气藏,油气地震勘探技术也逐渐向单点高密度、宽带、宽方位("两宽一高")地震勘探方向转变。"两宽一高"的地震数据采集为宽带波阻抗成像提供了数据基础,精确的背景(偏移)速度建模是宽带波阻抗成像必不可少的环节。在实际应用中,反射波层析反演是主要的宏观速度建模技术,典型的方法如成像道集层析或立体层析等,但它们在反演精度及计算效率方面仍存在不足之处。在数据域中,反射波时差的精确测量仍然是一个颇具挑战性的问题。为解决这一难题,从叠前地震数据的稀疏表达与特征分解出发,利用特征波场分解和包络走时定义准则,提取叠前地震数据的运动学信息,并构造了特征数据体(包含地震波的斜率、走时及子波波形)。通过分析特征波在地下的聚焦特性,提出了一种反射波残差(时差或者地下偏移距)的自动测量方法,避免了地震波振幅对反射波运动学信息拟合的影响。基于反射波残差,提出了一种特征波反射层析反演(characteristic reflection inversion,简记为CRI)方法,通过极小化反射波时差或地下偏移距实现背景速度反演。理论分析可知:反射波时差测量方法仅适用于二维模型,而地下偏移距测量方法可以适用于二维和三维模型,因而其适用性更广。在数值计算方面,反射波残差目标泛函的梯度可以用波动理论计算,也可以用射线理论近似。出于计算效率的考虑,利用射线理论计算泛函梯度并结合梯度去噪方法,实现低波数的速度更新。数值实验表明:该方法无需长偏移距观测数据或低频信息,对初始模型依赖性低、计算效率高,且整个反演流程可以实现全自动化,可以为后续的宽波数带速度建模提供较为可靠的低波数背景速度模型。     

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。     

散乱数据插值方法及其在背景速度建模中的应用

地震全波形反演(FWI)主要利用低频长偏移距透射波估计背景速度,有效的初始背景速度场对于透射波FWI和反射波FWI的有效应用都十分重要。因此,根据散乱的速度和界面深度信息,对不同来源、不同精度的散乱速度场插值产生背景速度模型是速度建模的核心环节之一。在总结了三角剖分法、自然邻域法、反距离加权插值法和径向基函数插值法以及克里金插值法等方法特点的基础上,采用三维克里金插值方法将实际测井数据插值成三维速度场,然后利用克里金方差融合策略和多尺度空间波数域Gabor变换两种方法对分别来自测井数据和来自偏移速度分析的速度场进行融合,融合后的速度场的精度得到了提高,成像质量明显改善。最后,对基于散乱数据支撑的特征速度场的描述问题进行了讨论,提出了多尺度特征速度场的表达策略。     

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。     

测井模型约束全波形反演的应用

分析全波形反演应用中面临的问题及测井信息认为,提高初始模型精度是全波形反演应用时避开低频信息的有效途径,在背景速度场中加入测井信息能够提高模型的纵向分辨率。通过插值算法研究,提出了利用测井信息综合建模的方法,不仅提高了初始模型的精度,而且降低了全波形反演对低频数据的依赖性,在有效频率为6 Hz的情况下取得了较好的反演结果。EAGE推覆体模型试算结果也证明了该方法的有效性。     

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。     

井间地震技术在永新地区的应用

根据永新地区的测井资料和地质特点,设计了有利于该地区井间反射波成像的观测系统。采用最小平方共轭梯度法进行速度层析反演,得到井间反射波成像的速度模型,利用VSP CDP成像与克希霍夫偏移相结合的方法对井间地震上行反射波进行精细成像。井间反射波成像剖面反映了丰富的层间信息,解决了该对井间存在的油水关系矛盾。     

基于绕射波的储层预测方法及其应用

碳酸盐岩缝洞、孔洞型油气藏在石油勘探中占有很大比重,其中储层预测是难题。反射波勘探时由于假设反射界面为光滑且无限大平面,因此受到纵向、横向分辨率限制,不能有效识别碳酸盐岩缝洞、孔洞型油气藏等该类地质体。基于绕射波的储层预测方法可从地震数据中去除反射波后,只利用地震波场中的绕射信息进行分析。绕射波利用的难点在于绕射波为弱信号,掩盖在强反射背景下,因此,需要去除反射能量以突显绕射信息。基于反射波与绕射波的相关性差异,给出了一种绕射波分离方法。该方法结合平面波破坏滤波与中值滤波,利用正则化反演迭代算法求取反射波平滑倾角场,同时沿着估计出的倾角进行中值滤波,进而计算出波形、振幅稳定的反射数据,最后由地震数据减去预测出的反射波,实现绕射波提取。数值模型及实际应用效果表明,该方法能够有效提取层间岩溶、溶洞、孔洞等地质信息,对碳酸盐岩缝洞型油气藏研究具有重要意义。     

基于弹性波动方程的叠后地震反演方法

本文提出一种新的基于弹性波动方程的叠后反演技术,即利用反射率法求解弹性波动方程的一维解析解。反射率法利用向量化的递推计算求取地震波反射系数并以此模拟全波场（反射波和多种转换波以及多次波）,并考虑透射损失和地层厚度对波场的影响。新方法首先分析纵波速度、横波速度与密度之间的关系,然后直接从叠加数据中反演纵波速度。本文在贝叶斯反演框架基础上,通过微分拉普拉斯分布引入弹性参数的先验信息,降低了反演的不适定性,提高了反演分辨率和稳定性。模型数据和实际资料反演结果证明了新方法的有效性。     

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。     

全波形反演与断控层析反演联合速度建模——以南海东部A油田为例

南海东部大部分断控油藏存在断层阴影带构造成像畸变问题。以A油田速度建模为例,利用该油田的构造和井信息建立了地质模型,通过模型正演研究认为,折射波加反射波的全波形反演对本区中浅层(1 900 m)断裂阴影带成像较为适用,但对中深层适用性差;提出了采用全波形反演与断控层析反演技术相结合建立高精度速度模型的方法,在高分辨率全波形速度模型的基础上,开展断控层析反演更新中深层速度模型,从而进一步解决了断层两侧速度突变问题,弥补了传统层析成像技术难以描述断层两侧速度突变的缺陷。实际地震资料应用效果表明,本文建模方法建立的速度模型与地下真实情况匹配较好,有效地改善了断层阴影带下盘构造成像畸变现象,可提高构造研究精度。     

井间地震下行反射波成像方法初探

在井间地震资料采集中,由于检波器置于井下,这样既可以得到上行反射波,也可以得到下行反射波。在常规井间地震反射波资料处理中,常常利用f—K等滤波方法进行波场分离,去除下行反射波而保留上行反射波,利用上行反射波场进行成像。一般情况下,地层速度是随深度增加而增加的,因此,在上行反射波中存在大量的广角反射,影响了成像质量。如果界面以下地层速度大于以上地层的速度,在下行反射波场中就不存在广角反射。针对下行反射波较少存在广角反射的特点,研究了井间地震下行波场特征,提出了利用下行反射波进行成像的方法,实际资料试算得到了较好的成像结果。     

初至波走时层析成像对初始模型的依赖性

 在层析反演过程中,尤其是射线层析反演过程中,很多因素会影响反演效果,初始模型就是其中的一个重要影响因素。本文主要参考Jannane等对波形反演目标函数性态分析的研究方法,通过一系列理论模型实验,分析初至波走时层析成像对初始模型的依赖性,讨论简单、高效的层析初始模型选取问题,并进一步提出以下层析成像初始模型的选取策略：①首先对存在的地质模型做平滑处理,得到介质的背景场信息（也可以结合先验信息采用其他方式（如梯度模型）作为背景场信息）;②从地质模型中减去背景场信息以得到扰动场;③对扰动场做低通滤波得到扰动场的长波长分量;④将扰动场的长波长分量加上背景场信息得到层析初始模型。最后通过理论模型数值实验与实际资料处理证实该选取策略的合理性和优越性。     

三维声波全波形反演的实现与验证

全波形反演利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下地球物理参数,具有揭示复杂地质背景下构造细节及岩性的潜在能力.介绍了频率域反演联合时间域正演的优化算法的三维声波全波形反演方法及算法实现.该算法的正演实现使用了伪保守形式的一阶速度-压力场声波方程.应用三维SEG/EAGE模型反演实例验证了三维声波全波形反演方法的有效性.     

主成分分析波场重构反演与全波形反演联合速度重构

全波形反演倚重低频成分,但地震资料中往往缺乏低频信息。为确保全波形反演在缺少低频信息时能稳定收敛,本文联合波场重构反演和全波形反演,利用波场重构反演在优化过程中拥有较大自由度的优势模拟低频部分,并以波场重构反演结果作为较高频部分的初始模型,进行全波形反演。实际应用过程中,低频部分的波场重构反演使用主成分分析法,通过降维缩短计算耗时;高频部分使用基于Curvelet变换的稀疏全波形反演和主成分分析,使得全波形反演在缺少低频成分时也能高效地收敛。二维Marmousi模型试算结果表明,本文方法在缺少低频信息条件下可得到高效稳定的全波形反演结果。     

特征波反演成像理论框架

地震波反演成像的核心问题是将解一个非线性(较)强的反问题转化为提一个更凸的反问题并进行求解。存在强非线性性的主要原因是实测数据与要反演的模型参数之间的关系远非线性,其次是由于包含模型参数的控制方程不能很好地预测实际数据。因此,提出了特征波反演(characteristic wave inversion,CWI)成像的理论框架,基本思想是:不追求对实测波场全部波现象的模拟,而是模拟其中的部分特征波场;不一定追求波形逼近,但要尽可能利用到达时(相位)的逼近。相对于全波形反演(full waveform inversion,FWI),特征波反演由四个基本步骤组成:1特征波场(characteristic wave field,CWF)的提取;2波动理论的透射波层析成像;3波动理论的一次反射波层析成像;4最小二乘叠前深度偏移成像。特征波场提取是其中重要的环节,包含三重含义:1波现象的分解(譬如,矢量波分解成标量波以及一次波和多次波分解);2时空局部的、单震相的、带方向的带限波场的分解;3同相轴上地震子波的分解(譬如,提取子波的达到时、相位等)。特征波场提取基于压缩感知的框架进行,其它三个线性化的参数反演环节,首先考虑的是针对地下介质参数层状分布时的反射波反演成像,然后再考虑针对散射和绕射波的反演成像。数据域特征波反演在估计低波数速度信息时仅依赖同相轴上子波的到达时或/和相位信息,需尽量排除振幅对到达时和相位估计的影响。像域中的背景速度反演仅适宜基于到达时的反演,基于像的幅值的反演在理论上是不合理的。高波数参数估计时,首先进行方位角度反射系数的估计,在此基础上进行散射强度的估计。CWI技术系列是推进经典FWI走向实用化的正确途径,初步数值试验结果证明了上述判断。     

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。     

井间地震直达波和反射波联合层析成像及应用

本文利用直达波的旅行时与反射波的旅行时联合反演两井之间的速度分布,在计算方法中加入声波测井获得边界上的先验信息,如慢度分布和反射层位置,可提高计算时的收敛性能与计算效率。在层析反演过程中,采用阻尼LSQR算法求解,在求解的过程中施加一定的阻尼,能有效地抑制数据误差较大时的影响,提高反演的抗噪声能力。应用正演模型验证了方法的可行性。实际资料处理表明,该方法的层析速度纵、横向分辨率较高,在井旁与声波速度吻合较好,计算精度较高。     

基于双差的波动方程反射波旅行时反演方法

当模拟数据与观测数据振幅、波形相差较大时,动态时差矫正(Dynamic Image Warping,DIW)方法拾取的旅行时时差精度较低,易导致目标泛函收敛失败。为此,本文通过修改目标泛函,提出了一种基于双差的波动方程反射波旅行时反演(Double difference Wave Equation Reflection Traveltime Inversion,DWERTI)方法,并对传统的DIW方法进行正则化约束以提高时差估计的稳定性。在编程实现算法的基础上对Sigsbee 2A模型进行反演测试。计算结果表明:基于双差的波动方程反射波旅行时反演方法能够有效提高旅行时信息反演的稳定性,为后续常规全波形反演提供更为可靠的初始速度场。