带约束的一维时频电磁联合反演研究

利用时频电磁资料可同时获取时间域及频率域电磁信息。相比单一时间域或频率域电磁信号,综合利用时频电磁信息可明显提高电性反演精度。为获得精细地电模型,基于正则化反演方法,融合数据约束、模型约束及步长约束,提出一种一维自适应时频电磁联合反演算法。该算法对时间域和频率域数据平衡因子及正则化因子采用自适应调整方案,同时将模型参数搜索范围约束与WOLFE准则相结合,在限制参数搜索范围的同时约束迭代步长,确保反演的稳定性和精度。使用经典层状模型、含噪声的页岩气地电模型及实测数据对该反演方法进行测试与分析,结果表明带约束的时频电磁联合反演方法可有效提高复杂模型电阻率反演的分辨率,对提高时频电磁方法油气藏识别精度具有实际意义。     

地震数据多参数约束反演及应用

多参数约束反演是用井中测得的波阻抗作为约束条件，进行宽带约束反演，再将宽带约束反演的结果与测井反演得到的岩性和孔隙率模型等相结合进行空间外推，从而获得多种参数剖面。本文展示了实际应用的例子，证明了多参数的约束反演是一种精度高，稳定性强的反演方法，具有广阔物应用前景。     

基于正交匹配追踪算法的叠前地震反演方法

为了给地质解释提供更为有利的反演数据,本文提出一种基于正交匹配追踪算法的叠前稀疏反演方法.采用正交匹配追踪算法先搜索稀疏的反射系数位置再计算大小,利用L₀范数对反射系数的稀疏性进行约束,构建基于正交匹配追踪算法的叠前地震反演目标函数,并加入模型约束以增强反演的稳定性.由于L₀范数具有较强的稀疏性,反演结果界面块化,地层界面清晰.反演得到的反射系数可通过积分的方式转化为地层弹性信息.模型测试表明该方法稳定可靠,抗噪能力强.实际地震数据反演的井旁道与测井资料匹配较好,与常规反演方法相比,提升了反演结果对地层的分辨能力.     

基于空间约束的裂缝密度反演方法

常规利用法向弱度、切向弱度间接预测裂缝密度的方法存在较大误差。为此,提出一种针对碳酸盐岩（HTI介质）裂缝密度直接反演的方法。在振幅随炮检距和方位角变化（AVAZ）反演的基础上,引入反距离加权插值法（IDW）以优化传统各向异性全变分（ATV）多道反演的横向差分算子,充分利用相邻多个地震道之间的相关性,提高反演算法的横向连续性和稳定性;将横向约束、低频约束及稀疏约束共同用于构建反演目标函数,采用交替方向乘子法（ADMM）优化求解。利用裂缝密度直接反演和反距离加权插值的优点,先对Marmousi II模型测试,验证了该方法的有效性和抗噪性;再将该方法应用于塔里木盆地YM区块的实际数据,验证了该方法的可行性。该方法对裂缝密度预测结果更准确、可靠,可在类似地区推广应用。     

利用地震资料定量反演孔隙度和饱和度的新方法

提出了一种基于岩石物理模型与混合优化算法同时反演孔隙度和饱和度的新方法.将孔隙度和饱和度的取值范围加入反演过程作为约束,能提高反演的稳定性和精度.基于地震纵、横波速度反演结果,直接得到油藏参数值.该方法也可以推广到直接利用地震振幅属性来进行反演.分析了不同属性组合对孔隙度和饱和度反演结果的影响.模型计算结果表明,该方法具有精度高、稳定性好等优点,同时易于推广到多种岩石物理模型、多地震属性组合与多参数定量反演中.     

初至波走时层析成像中的正则化方法

 波场的等效性、观测数据的有限性和观测误差等因素导致地球物理反演本身具有严重的多解性，降低这种多解性的一种重要途径就是对反演过程进行约束。传统的初至波走时层析成像方法，通常是在外部对模型空间施加显式的约束和平滑处理，这样就会破坏模型参数与传播算子之间的相关性，难以达到有效利用先验信息的目的, 甚至会影响反演的稳定性。针对这一问题，本文将先验信息分为三类，在此基础上阐述了通过正则化手段将各种先验信息纳入到反演方程当中，替代传统的外部约束模式。理论试验结果表明，正则化方法比外部约束方法有效地提高了反演的精度和分辨率；将该正则化方法应用于实际二维资料处理，也得到了比较好的反演结果。     

基于ISTA算法的稀疏约束反演谱分解及应用

常规谱分解的分辨率难以满足地震解释的需求,稀疏约束反演谱分解可以很好地解决该问题。稀疏约束反演谱分解是把地震信号看成已知的子波矩阵库和伪反射系数的褶积,从而将谱分解问题转化为一个反问题来求解,其核心内容是如何快速获得最优解。采用L₁范数正则化的L₂范数作为稀疏约束反演谱分解的目标函数,并通过迭代阈值算法求解稀疏反问题。为了进一步提高计算速度,基于Ricker子波构建一种新的算子,并用ISTA算法进行计算。在此基础上,将稀疏约束反演谱分解用于模拟信号的数值试验,并与常规谱分解结果进行比较。结果表明,稀疏约束反演谱分解具有更好的时频聚集性和更高的时频分辨率;进一步应用于济阳坳陷沾化凹陷渤南洼陷义176井区地震资料,处理结果对油气响应十分敏感,可以较好地识别油气储集层。     

频谱一致性Q因子反演方法

地层品质因子Q能够定量表征地层吸收对地震信号的衰减效应，对高分辨率地震数据处理和油气检测均具有重要作用。针对现有Q因子估算方法抗噪性弱、稳定性差等问题，提出了一种基于频谱一致性准则的Q因子反演方法。该方法基于粘弹性介质地震波传播理论，将不同时间接收的地震信号反向传播到某一位置，基于反向传播之后频谱特征的一致性对Q因子进行反演。不同于谱比法和质心频移法，该方法不是基于对数谱斜率和质心频移等地震频谱的某个特定属性，而是基于地震频谱在整体特征上的一致性对Q因子进行反演和估算，其反演结果的稳定性和抗噪性更好。理论模型和实际数据的实验结果表明，采用该方法能够得到更加可靠的Q模型，其补偿结果较好地恢复了高分辨率地震数据的反射特征。     

地震资料宽带约束反演方法及应用

宽带约束反演是用井中测得的波阻抗作为初始模型和约束条件，应用随机反演理论，与最优化计算技术相结合蜓人间外推，从而获得了最佳宽带波阻抗剖面。本文展示了实际应用的例子，证明宽带约束反演是一种精度高，稳定性强，收敛快的反演方法，具有广阔的应用前景。     

3D INVERSION OF THE MAGNETIC INTENSITY UNDER DUAL CONSTRAINTS

目前的磁化强度反演方法存在利用已知信息不充分、约束手段单一的问题,其反演结果具有“上漂”现象,尤其是在进行三维反演时难以得到合理的结果.因此,在提出的磁化强度相关概率成像与基于钻井的位场特征约束相结合的双重约束方法中重点改进了概率成像扫描函数,并给出了定性与定量相结合的约束扩展方案.通过反演模型对新、旧反演方法的对比及实际资料处理结果证明了该反演方法的正确性和实用性.     

地震波形约束的蒙特卡洛—马尔科夫链随机反演方法

以地质统计学为基础、以测井资料为条件数据的地震随机反演方法的分辨率高于常规确定性反演,因此迅速得到广泛应用,但是提高计算效率以及消除随机性一直是难点。为此,提出了基于地震波形约束的蒙特卡洛—马尔科夫链（MCMC）随机反演方法。充分利用观测地震数据和待反演参数之间的地球物理映射关系,应用相关系数,根据已知的地震波形之间的相似性特征指导井数据进行伪普通克里金插值模拟,建立具有地震波形指示的初始模型;在此基础上,进一步在贝叶斯框架下构建观测地震数据和测井数据协同约束的后验概率密度分布,结合Metropolis-Hastings采样算法多次随机模拟具有地震波形指示的初始模型参数,利用后验均值作为模型参数的最优解。该方法有效地提高了反演稳定性和横向连续性,降低了随机性,有效地弱化了地震噪声对反演结果的影响,并且极大地加快了马尔科夫链的收敛速度,有效地提高了运算效率和估算精度。模型试算和实际资料反演效果表明,基于地震波形约束的MCMC随机反演方法具有较好的抗噪性,有效提高了反演精度,对识别调谐尺度内薄互储层具有一定优势,在提高纵向分辨率的同时也提高了横向分辨率。     

基于构造导向滤波的多道反褶积方法及应用

传统线性反褶积方法无法大幅度提高地震资料的分辨率,因此逐渐被非线性的稀疏反褶积方法替代。然而大多数非线性反褶积方法是基于单道反演的,没有考虑道与道之间的空间结构关系,得到高分辨率的结果容易产生横向不一致或者不连续问题,而且当地震资料品质较差时,单道反演方法的结果很不稳定。为此,提出一种基于数据驱动和反演策略的多道反褶积方法,即从地震数据本身出发,利用局部倾角获取构造信息,构建构造导向滤波算子,再将其作为正则化算子引入稀疏多道反褶积中,通过分裂Bregman优化算法求解得到稀疏反射系数系列,在提高分辨率的同时,改善了传统非线性反褶积结果的空间连续性。模型试验和实际地震资料处理结果验证了该方法的有效性和实用性。     

基于构造滤波的VTI介质平面波最小二乘FFD叠前深度偏移

中国中东部地区沉积地层广泛发育,地下介质中地震波传播速度不仅与空间位置有关,还受传播方向影响,研发适用于各向异性介质的成像方法有利于提高反演成像精度。通过将VTI介质高阶傅里叶有限差分波场延拓算子纳入反演成像体系,本文实现了基于VTI介质的最小二乘FFD叠前深度偏移。针对该方法计算量大、相干成像噪声明显的不足,进行了优化：采用引入平面波编码策略,压缩地震数据,显著提高计算效率;迭代过程中提取CIG道集,在该道集上应用平面波构造滤波算子压制相干成像噪声,提高成像信噪比。基于各向异性Marmousi 2模型的数值测试结果表明,本文的优化偏移成像方法取得三点改进： ①适用于复杂强横向变速VTI介质; ②成像信噪比提高,效率更高; ③克服了单程波类算法近地表成像精度低的缺陷。     

噪声被动源数据一次波估计

由噪声源引起的被动源数据(噪声源数据)可以通过互相关算法的地震波干涉技术,形成类似于常规采集系统得到的虚拟炮集记录,其中不仅含有一次反射波信息,还包括了表面相关多次波和其他噪声。在传统稀疏反演一次波估计方法的基础上,推导了噪声源数据一次波估计算法,并将其转化为一个最小二乘反演问题进行求解,直接对噪声源数据进行一次波估计,得到了不含有表面相关多次波的虚拟炮集记录。与传统基于互相关算法的地震波干涉技术相比,避免了对虚拟炮记录中的表面相关多次波预测减去的过程,降低了对虚拟炮记录处理的难度,同时,提高了虚拟炮记录的利用效率。     

海底节点高效混采海量数据分离技术

与陆上混采数据混叠干扰类型单一相比,由于海底节点（OBN）高效混采施工的特殊性,OBN高效混采数据中存在多种混叠干扰类型,其中非生产炮数量过多造成逻辑坐标系统下的重炮以及复杂海域导致的严重变观现象,是OBN高效混采资料中产生多种类型混叠干扰的两种主要原因。为此,通过分析OBN高效混采数据中混叠干扰类型,研究了迭代动态映射技术以及炮点逻辑坐标预处理、稀疏反演法的技术方案。选择基于FKK变换的稀疏反演法预测噪声的分离方法,同时以迭代的方式对所有重炮的逻辑位置进行全局动态映射预处理,高效识别多种混叠干扰,从而精准、快速地分离高混叠度的OBN海量地震数据。对A区OBN高效混采数据的分离结果表明,分离的单炮数据保真度高,在优化分离效率的前提下,取得了较理想的分离效果。     

叠前AVA广义非线性纵、横波速度反演

利用叠前AVA地震资料反演地下介质的纵、横波速度，可以为地层岩性、储层物性及含油气性解释提供丰富的弹性参数信息。本文以Aki和Richards近似公式为基础，将最小平方问题转化匆大型稀疏矩阵的求解问题，直接反演出纵、横波速度；根据建立的反演目标函数导出了广义非线性矩阵反演方程；噪声协方差矩阵和模型协方差矩阵的加入，使叠前反演稳定性增强；通过AVA合成记录标定、AVA反演子波佶算以及测井、构造层位信息的共同约束，有效地降低了反演的多解性问题。理论模型试算和实际资料处理结果均表明，该方法处理效果良好。     

一种考虑噪声干扰的地表风化层Q值反演方法

风化层对地震波的吸收十分强烈，补偿风化层对地震波的吸收，可以提高地震记录的分辨率。反演风化层的品质因数Ｑ是补偿吸收作用的重要一步，现今有很多反演Ｑ值的方法，但各各方法求出的Ｑ值的可靠性均与信噪比有关，当记录信噪比较低时，没有任何一种现行方法能求出可靠的Ｑ值。本文提出一种考虑噪声干扰近地表风化层的Ｑ值反演方法，并用理论记录和实际记录作了实验，得到了较好的效果。     

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。     

用面波反演风化层Q值──补偿风化层吸收提高分辨率

风化层对地震波的强烈吸收作用的导致地震记录分辨率降低。根据粘弹波动理论，这种吸收作用相当于线性时不变滤波。对地震记录进行吸收的补偿处理可以提高分辨率，为此，需要反演风化层的Ｑ值。     

空间域加窗二维希尔伯特变换在三维地震资料体边缘检测中的应用

根据地震资料的不连续性能识别河道、断层、裂缝发育带等。为此提出并实现了基于二维希尔伯特变换的三维地震资料体边缘检测方法。通过在三维目的层段时间和深度方向加窗,并引入二维高斯函数,建立了改进后的二维希尔伯特体边缘检测算子,可以在三维空间调节计算孔径以提取不同尺度的不连续性地震异常,并压制噪声。模型试算和实际资料处理结果表明,基于二维希尔伯特变换的地震资料体边缘检测方法能够有效刻画地质异常体的空间分布,很好地突出裂缝发育带的边缘以及走向信息,提高了地震数据解释的准确性。