层析反演中的正则化方法研究

<正>则化可显著降低层析反演解的非唯一性,提高层析反演结果的质量。主要研究了模型参数正则化和数据正则化。地下介质参数之间的关联性如何加入模型正则化是讨论的问题之一;观测数据之间的关联性加入数据正则化的方法则是另一个主要议题。此外,讨论了Tikhonov正则化和预条件两种模型正则化实现策略,指出前者理论比较直观,后者计算效率更高,并证明了两者在理论上的等价性。模型正则化通过构造各向异性光滑算子加入地质构造特征,数据正则化则通过在层析矩阵中加入预先构造的数据预条件矩阵来实现。通过层析偏移速度分析给出了模型正则化和数据正则化的具体实现策略。理论分析和层析偏移速度分析的数值实验说明本文的模型正则化和数据正则化可显著提高层析反演的质量。     

共聚焦点层析速度建模方法

讨论了基于双聚焦成像理论的层析速度反演方法的基本原理，利用该反演方法实现成像速度模型的迭代更新，使最终模型速度更接近于实际地层速度。由双聚焦成像产生的共聚焦点（CFP）道集是一个部分偏移过的道集，借助于反射层析思想，利用逆时聚焦算子和共聚焦点响应两者之问的时移，通过算子的更新来反演地层速度的更新量。该方法用向量参数化来描述速度模型，用摄动法来更新模型参数，因此提高了计算的稳定性。利用大庆油田的模型数据和胜利油田的实际地震数据对该方法进行了验证。结果表明，用该方法得到的速度模型进行叠前深度偏移，成像效果得到了改善。     

角度域共成像点道集的提取与叠加成像

基于共成像点道集的速度分析是速度分析方法中常用的一种方法。共成像点道集有偏移距域共成像点道集、炮域共成像点道集和角度域共成像点道集等。在复杂地区，偏移距域共成像点道集和炮域共成像点道集存在运动学和动力学假象，而角度域共成像点道集则有效地克服了这个问题。首先分析了角度域共成像点道集的特性，讨论了如何较准确地提取角度域共成像点道集；然后分别利用单平方根算子和双平方根算子波动方程偏移方法提取了偏移距域共成像点道集；接下来应用插值法将偏移距域共成像点道集投影到角度域，生成角度域共成像点道集；最后进行了角度域叠加成像。模型试算结果表明：与常规波动方程偏移方法相比，角度域叠加成像能够改善局部成像质量。     

基于快速射线束偏移的交互式地震成像

为了提高偏移速度，使交互式速度建模和速度模型测试成为可能，在对近年来人们提出的快速偏移方法进行成像研究之后提出了快速射线束偏移法。该方法用许多局部相关的同相轴来达到地震记录稀疏表示的目的，提高了偏移效率。同相轴由多路径方式偏移到空间域中，可以使相关噪声和偏移假象得到更有效的压制。快速射线束偏移方法的成像步骤为：①数据分割；②同相轴拾取；③偏移拾取的同相轴得到分偏移像；④分偏移像叠加得到总偏移像。以SIGSBEE二维人工数据为例，将快速射线束偏移方法与Kirchhoff成像方法进行了对比，结果表明：采用快速射线束偏移方法能生成质量更高的图像，尤其是盐丘下的构造成像，其速度比Kirchhoff偏移快数十倍。在墨西哥湾实际三维海洋数据成像中（三维面积约210km^2），采用快速射线束偏移方法生成的图像和Kirchhoff偏移方法生成的图像质量相仿，但前者比后者的成像速度快两个数量级。     

用井间地震方法对复杂构造并行成像

复杂构造的井间地震测量在层析和成像方面已产生了新的问题。由于这种问题的不确定性以及需要借助于简单的模型参数化与正则化来满足零空间，所以人工速度反演层析算法受到各种条件的限制。映射／偏移比单独的速度层析能够提供更详细的地下成像。因为复杂构造的射线追踪 较为困难，所以基于射线的常规成像法如叠前基尔霍夫偏移与VSP－CDP映射受到一定限制。基于成像技术的波动方程是一种很有前景的技术。反射波成像与层析成像相结合对于实现地下地震储集层非均质性的高分辨率描绘有非常好的潜力。     

叠前时间偏移技术在复杂地区三维资料处理中的应

在四川东部复杂地区，地表起伏大，地震地质条件复杂多变，表层速度变化剧烈；地腹构造褶皱强烈，逆冲断层发育，地震波传播速度纵横向变化大。为了得到好的成像效果，在作好静校正处理的基础上还要选择合适的偏移方法。折射层析静校正通过迭代求解，获得表层速度模型，在此基础上实现静校正量的计算，它将首波方法的稳定性和回折波方法的灵活性结合起来，较好地解决了复杂地区静校正问题；叠前时间偏移是复杂构造成像最有效的方法之一，能适应纵横向速度变化较大的情况，适用于大倾角的偏移成像。影响偏移成像效果的主要因素是偏移孔径和偏移速度。偏移孔径过小，偏移剖面将损失陡倾角的同相轴；偏移的孔径过大，会降低低信噪比资料的偏移质量，在实际使用中应根据倾角来确定孔径。叠前偏移对偏移速度较敏感，较小的速度误差都可能影响偏移成像效果，在实际使用中通过迭代确定最佳偏移速度。文章对多个复杂地区的三维资料进行了叠前时间偏移处理，获得了归位精度高、质量好、断层断点清楚的成像剖面，为完成地质任务提供了较好的资料。     

基于角道集的井约束层析速度反演

本文研究的走时层析方法,是在角度域共成像点道集(ADCIGs,简称角道集)的基础上获取旅行时差,并通过井约束控制层析反演的精度。此法实现的关键步骤为:①利用叠前深度偏移剖面上拾取的层位界面生成初始层析速度模型;②按照选定的角度范围抽取共成像点道集,并求取各层位的旅行时差;③求取共成像点对应的灵敏度矩阵;④建立反演方程组,并加入正则化和井约束反演慢度更新量;⑤依据共成像点道集中的同相轴拉平程度判断所求速度的精度是否达到要求。理论模型试算及实际地震资料处理结果均表明:该方法易于实现,不必考虑复杂的反射问题,每一步迭代都是在前一步深度偏移的基础上进行速度场的更新,能够得到精度较高的速度场。     

利用双路径积分算法进行高密度偏移速度建模

针对基于双路径积分的高密度偏移速度分析算法求出的偏移速度值偏高及有效速度选取方法不够完善的问题,通过详细分析加权参数对速度建模精度的影响,提出采用拉冬变换求取CRP道集的曲率作为加权参数,有效地解决了拾取速度偏高的问题;在共成像点道集中应用相干阈值约束成像结果,选取有效成像点,显著提高了有效偏移速度的精度,改进了基于双路径积分的高密度自动偏移速度建模方法。该方法的应用不仅获得了高精度的速度模型,而且大幅度降低了人力成本,实现了低信噪比地震资料的高质量偏移成像。模型试算和实际资料处理验证了该方法的有效性。     

叠前逐层成像速度建模方法及其应用

叠前深度偏移的效果如何取决于建立的速度-深度模型正确与否。通常以叠后偏移数据的构造解释结果为构造背景，以叠加偏移的均方根速度为初始速度，来制作初始速度-深度模型，然后再经反复迭代，求得最终的速度一深度模型。但是．当构造复杂、速度变化剧烈时．叠偏剖面成像差．不能得到正确的构造．使这种制作速度-深度模型的方法难以得到预期结果。以EAGE/SEG盐丘模型为例．探讨了在从叠加偏移剖面中无法得到正确构造形态和速度的情况下，采用叠前逐层成像速度建模的方法来求取叠前深度偏移速度-深度模型的处理方法．并将其应用于实际地震数据处理，得到了成像效果良好的剖面。     

大尺度强变速地震波场数值模拟与偏移成像的有限积分变换方案

文中介绍了利用有限积分变换表示函数的一般原理；以二维标量波动(声波)方程为例，总结了前苏联学者Mikhailenko提出的一种混合域偏移成像方法，利用二维标量波场关于时间或空间的有限差分格式、关于时间的傅里叶变换及关于空间的有限差分近似，可得到波场的数值解；在此基础上，推出了基于有限积分变换的地震波数值模拟和裂步傅里叶偏移改进方案的基本方程。通过对基本方程中的时间项和空间项进行有限差分离散化，或者至少对两者之一取有限或无限积分变换，则可以利用与经典方案相类似的计算步骤解出由基本方程所形成的无限方程组，完成波场的数据模拟，并且计算量比经典方程大为减小；文中以二维裂步傅里叶偏移为例，总结了基于有限积分变换的地震波偏移的基本思想：在变换域内进行均匀背景速度模型的相位移动及在空间域内进行非均匀介质的相位移动；文中还讨论了数值计算和震源有限化、计算效率及与其他地震波场数值模拟、偏移成像方法的对比问题，认为有限积分变换方法可无限制地扩展计算区间，可以实现任意介质速度结构的地震波场数值模拟和偏移成像。数值计算结果表明，有限积分变换方案能给出令人满意的结果，这种数值模拟和偏移成像方法，有望为今后的大尺度地震波传播和成像理论研究及生产实践提供强有力的工具。     

基于地质层位约束的2D波动方程偏移速度分析方法

叠前深度偏移和偏移速度分析是复杂构造成像处理中两个相互依赖且不可分离的过程。一方面,叠前深度偏移是使地下复杂构造精确成像的惟一途径,而叠前深度偏移需要一精确的速度模型;另一方面,因为叠前深度偏移对速度非常敏感,偏移后资料的剩余曲率提供了指示偏移速度正确与否的信息,可以作为偏移速度分析的工具。利用2D波动方程叠前深度偏移抽取共成像点的偏移距道集,通过分析共成像点道集的剩余时差与偏移速度误差之间的关系,给出了基于地质层位约束的迭代剖面偏移剩余速度分析方法,并用一个合成数据实例验证了该方法的有效性。     

速度模型反演的CFP方法

针对叠前深度偏移速度模型的建立，本文深入研究了应用CFP技术进行速度模型反演的两种方法(即同步反演和异步反演)。同步反演是指同时反演聚焦算子和速度模型，通过调整速度模型来调整DTS响应，使道集拉平并且位于零线，每一次调整速度模型之后都要计算聚焦算子、CFP道集和DTS响应，并根据DTS响应计算速度模型的修正量。这种方法基于等时原理，速度模型的调整和DTS道集的拾取紧密联系在一起，该方法直观可靠，主要工作量在于DTS响应的拾取。算子和速度模型的异步反演则是先根据误差对称准则迭代计算正确的聚焦算子，然后根据算子反演速度模型，两个步骤截然分开，速度模型的反演不再涉及DTS响应的拾取，该方法间接求取速度模型，大大减少了拾取的工作量。和常规的偏移速度分析方法相比，CFP方法可以在反射界面的单个几何点上进行，不需要区域性重复偏移，大大减少了计算量；它也不需要常规方法中的小炮检距假设或小倾角假设，适宜复杂地下介质的偏移速度分析。文中合成记录的速度反演取得了满意的结果，并对实际资料的反演进行了初步实验。     

用于叠前深度偏移速度建模的一种新方法

叠前深度偏移是解决复杂地质构造成像问题的重要技术。高质量的叠前深度偏移成像依赖于高精度的深度 速度模型。常规叠前深度偏移速度建模方法不仅要求提供高质量的叠前地震数据 ,而且迭代建模过程较长 ,从而限制了这项技术的推广应用。针对我国东部老油区钻井较多的特点 ,提出测井约束建模法 ,此方法利用已知声波测井、VSP等资料中的低频速度信息 ,帮助处理人员建立初始的宏观层速度模型 ;再根据叠前深度偏移之后 ,深度剖面上的主要层位应与测井中相应层位的深度值一致的约束条件来修正层速度模型。通过理论模型试算和实际应用证明 ,该方法实用有效 ,能够在缩短叠前深度偏移周期、节省机时费用的基础上提高叠前深度偏移处理质量 ,使叠前深度偏移技术在东部深层勘探中发挥更好的作用。     

CFP层速度扫描建模方法

速度模型是做好叠前深度偏移的关键。在CFP(CommonFocusPoint)理论的基础上,给出了一种层速度扫描建模方法,并用实际地震数据进行了速度建模试验,取得了满意的结果。该方法没有常规偏移速度分析方法中常常存在的小炮检距假设或小倾角假设,适合于复杂地下介质的偏移速度分析。它用常规偏移剖面或叠加剖面作为参考,缩小了CFP速度判别准则下的解空间,可以在反射界面的单个分析点上进行,不需要区域性重偏移,比常规的偏移速度扫描方法显著地减少了计算量。     

三维叠前深度偏移技术在复杂地区的应用

应用三维叠 前深度偏移成像技术,对复杂地区的地震资料进行了三维叠前深度偏移处理,取得了良好的效果。其主要实现过程是:在时间剖面上拾取速度层位,建立时间模型;用相干反演法和叠加速度反演法相结合逐层求取层速度,建立层速度一深度地质模型;用剩余速度分析修改和优化地质模型;选用Kirchhoff积分法或差分法实现三维叠前深度偏移。     

三维叠前深度偏移的CRP道集速度扫描分析技术及应用

三维共反射点（CRP）道集百分比扫描技术，是一种基于剥层法的叠前深度偏移速度分析方法，通过对层速度模型做均匀扫描，得到不同速度下克希霍夫深度偏移后的CRP道集，从道集中直接观察和拾取使同相轴拉平的正确速度和深度，就可以对原来的速度－深度模型进行修正，这种方法不受地下构造复杂程度和任何假设条件的限制，分析速度快，精度高，在胜利油田CB30地区三维克希霍夫叠前深度偏移处理中得到了成功应用。     

基于叠前时间偏移速度扫描的四维建模技术及应用

速度建模是做好叠前偏移的关键。主要介绍一种基于叠前时间偏移(PreSTM)的百分比速度扫描的四维速度建模技术。该技术通过对分析点的百分比速度扫描,得到一组不同百分比速度的偏移叠加剖面,经速度建模交互软件包形成四维数据体,通过速度模型的多次迭代和修正,形成最终偏移速度模型。这种速度建模技术在地质结构比较复杂的条件下也可以根据偏移成像结果提取速度函数以满足叠前时间偏移对复杂地质构造正确成像的需要。该技术在海上三维叠前时间偏移处理中得到了成功应用,并取得了较好的地质效果。     

山前带地震数据的波动方程叠前深度偏移方法

作为复杂介质中最精确的地震波成像技术，波动方程叠前深度偏移在山前带复杂构造成像中大有可为，但该方法对速度误差非常敏感，抗噪能力较差，其成败取决于叠前去噪、表层速度结构反演和偏移速度分析的有效性，要使山前带地震勘探取得更大突破，就需改善单程波动方程深度偏移对高陡、倒转界面的成像精度，研究出可提高初至层析分辨率的新方法以及自地表开始的偏移速度建模方法。基于广角隐式有限差分单程波传播算子与波场“逐步累加”技术，研制了直接自起伏地表进行波场延拓与成像的叠前深度偏移算法。SEG山前逆掩推覆构造模型偏移试验表明，该算法具有很高的精度；川西龙门山实际宽线地震资料成像的试处理结果，也展示了该方法相对于叠后深度偏移的优势。研究还表明，面向地质目标优化地震波照明与接收效果也是需要重视的问题。     

深度-射线域偏移速度分析

根据波场外推理论和共角度成像条件，给出了基于深度-射线域共成像道集的偏移速度分析方法。该方法采用速度扫描技术，以共成像点道集同相轴拉平，即成像质量最优为准则提取速度修正量，可以采取沿构造层位或道集深度2种方式进行交互式速度分析。用Marmousi模型对该速度分析方法进行了沿深度方向和沿层位的偏移速度分析测验，结果表明，用该方法提取的速度修正量与预设的偏移速度误差几乎一致。