各向异性介质的井间层析成象

引言介质的各向异性对旅行时井间层析成象有很大的影响。如果要使速度估计准确.那么,即便是较弱的各向异性也是不能忽略的,这是因为各向同性介质的旅行时层析成象是把各向异性视作非均匀性加以处理的。在本文实例中,用各向异性介质的射线追踪码合成旅行时数据.接着,用“双层析成象”技术(Carrion.1991)对计算得到的准P波旅行时进行反演。层析成象反     

用于各向异性介质中的偏移算子方程

偏移算子方程,给出了零偏移距反射地震剖面中反射界面的视倾角与真倾角的关系。对均匀介质来说,这一问题用频率域偏移算法很容易解决。对速度随方向变化的各向异性介质而言,类似的关系式可由惠更斯原理推导而得。偏移算子方程的各向异性形式适用于椭圆型和非椭圆型两类各向异性介质。对各向异性介质中f—k域偏移算子实现的特性则用横向各向同性介质进行了说明。在这种介质中,SH波是椭圆型各向异性的,而P波为非椭圆型各向异性。数值模型资料和物理模型资料都证明了这种算法的性能,每一种模型都恢复到了原始结构。我们对各向异性物理模型资料进行了各向同性和各向异性偏移试验,并对两者做了比较。模型中介质的速度各向异性函数具有垂直对称轴,只有在作各向异性偏移时原始结构才能得以恢复。     

横向各向同性介质中的初至波旅行时计算

本文直接采用Thomsen导出的横向各向同性介质中的相速度、群角与相角、群速度与相速度的精确函数关系,提出了一种新的具有任意各向异性强度的横向各向同性介质中的初至波旅行时计算方法,它不同于Faria等人给出的采用群速度近似公式(Byun)的仅适应弱各向异性的初至波旅行时计算方法。该新算法在计算具有任意各向异性强度的横向各向同性介质中的初至波旅行时时,并不显著地增大计算时间。分析对比由新算法得到的初至波旅行时的等值线图和由交错网格有限差分波场模拟得到的波场快照表明,无论是对弱各向异性还是对强弱各向异性,新算法都具有较高的精度;随着各向异性强度的增大,新算法的计算结果与采用近似公式计算结果的差值也随之增大。     

用转换S波进行各向异性速度分析

沉积岩由于其成层很细、非球状颗粒的择优取向以及各向异性的矿物等原因,通常是各向异性的。为了将地震处理扩展到各向异性介质,则需要一个各向异性速度模型。对于具有垂直对称轴的横向各向同性介质,Alkhalifah和Tsvankin(1995)已经证明,将各向异性参数η和PP反射波小偏移距正常时差(NMO)速度结合起来,足以完成P波数据的时间域处理。虽然P波已成为大多数工业地震测量的基础,但横波能提供与地层岩性以及空隙充填有关的独特信息。最近的技术发展已经使海底采集多分量地震数据成为现实。用PP和PSV反射波的小偏移距旅行时来确定三参数横向各向同性模型(ANNIE)的参数,可以在没有任何深度和垂直速度信息的情况下建立由Schoenberg等针对页岩提出的简单三参数模型,并可靠地估算η值。用这种方法可以准确预测横向均匀介质中水平反射层产生的PP和PSV反射的大偏移距(非双曲线)旅行时差,尽管在分析中往往只有小偏移距数据可供使用。因此,只要用PP和PSV反射的小偏移距旅行时就足以描述横向均匀介质中水平反射层的PP和PSV反射的大偏移距时差曲线。     

二维TTI介质中初至波旅行时的搜索算法

文中的搜索算法根据Thomsen给出的横向各向同性介质中的相速度、群角与相角、群速度与相速度的精确函数关系,结合初至波旅行时非线性插值和由群角反插值相角,实现最小旅行时的局部搜索,在完成最小旅行时全局搜索后得到TTI介质中的初至波旅行时。模型算例表明,该算法适用于具有任意倾斜对称轴的、任意各向异性强度的TTI介质中的初至波旅行时的高精度计算。     

页岩各向异性对被动源微地震波场的影响

页岩储层具有较强的各向异性特征,忽略页岩各向异性对被动源微地震波（水力压裂产生）传播的影响,可能会降低储层表征结果的可信度。为此,提出一种定量评估地震波场旅行时和振幅偏差的方法,并基于理论数值算例,研究页岩各向异性对被动源微地震波场的影响。首先,利用矩张量模型描述爆炸型和剪切型微地震震源,并基于三维各向异性介质弹性波动方程和交错网格有限差分算法,正演模拟被动源的微地震波场;然后,对比不同震源、不同程度各向异性介质的理论波场,计算其P波和S波相对于各向同性介质波场的旅行时及振幅偏差,定性分析和定量评估不同震源机制下页岩各向异性对微地震波场特征的具体影响。数值算例的结果表明：对于所采用的地面微地震监测系统和平层VTI介质模型,页岩各向异性对微地震波场旅行时和振幅的影响均较为显著,旅行时偏差可达子波周期的30%,振幅相对偏差则高达60%,且旅行时偏差随炮检距增加而增大。此外,不同震源机制下,微地震波场特征受页岩各向异性影响的规律相似。     

非均匀节点网格TI介质反射波射线追踪研究

地下介质不仅具有各向异性性质,还存在一定程度的复杂地质构造。运用均匀节点网格射线追踪方法计算旅行时要求网格单元的划分非常小以达到较高的旅行时精度,这种做法会产生大量的网格单元从而降低计算效率。基于均匀节点网格算法,研究了非均匀节点网格TI介质反射波射线追踪方法,采用较大的网格单元,通过在网格单元的每条边增加次一级节点来提高旅行时计算的精度与效率。首先讨论了qP,qSV和qSH波的群速度计算方法,然后给出了非均匀节点网格TI介质反射波射线追踪算法,最后分别求取了3种不同对称轴倾角的TI介质起伏地层模型qP,qSV和qSH反射波的射线路径和旅行时。结果表明:1非均匀节点网格射线追踪算法能够适用于复杂TI介质模型;2相同模型中不同波模式具有不同的反射路径和旅行时;3相同波模式在不同对称轴倾角模型中也具有不同的反射路径和旅行时。     

横向各向同性介质中的反射波旅行时分析

常规地震勘探是建立在各向同性的理论基础上,反射时差曲线通常用双曲时差方程近似。双曲时差方程只有在均匀各向同性介质或椭圆型各异性介质的短排列中成立。许多研究发现,地下介质各向异性的存在,可能严重地影响了许多基本处理流程和解释成果的精确性。在横向各向同性介质中,本文研究了短、中、长排列时的P波、SV波的反射旅行时近似计算公式,该式提供了一种快速有效的估算旅行时的方法。通过数值计算得到了旅行时时距曲,蜉反射时距曲线的特征,证明了计算方法的有效性和可行性,这对各向异性介质中的弹性参数反演、移成像和地震资料的精确解释等都有重要意义。     

各向异性克希霍夫叠前深度偏移

随着地震勘探精度的提高,各向异性对于常规克希霍夫叠前深度偏移效果的影响已不容忽视。研究了利用P波非双曲旅行时求取各向异性参数的方法,当道集的排列长度远大于勘探目的层深度时,P波走时资料包含的信息可以用来确定VTI介质的各向异性参数。利用VTI介质的CMP道集,研究了二步法提取η参数的方法,即先利用短排列地震数据求取均方根动校正速度,再利用长排列数据和水平速度扫描法得到水平速度,通过转换得到各向异性η参数;采用基于声学近似的VTI介质程函方程,通过各向异性射线追踪计算旅行时。模型及实际资料处理结果表明,利用上述方法提取各向异性参数,进行VTI介质各向异性克希霍夫叠前深度偏移,使成像精度和质量得到了明显提高。     

各向异性介质中的井间层析成象

引言各向异性对旅行时井间层析成象有巨大的影响。假如要做精确的速度估算的话,即使是比较轻微的各向异性也不能忽视,因为各向同性旅行时层析层象把各向异性按非均匀处理。我们例子中的旅行时资料是为各向异性介质用射线追踪合成产生的,而且算出的准纵波传播时间是用二重层析成象技术(Carrion,1991)导出的。层析成象反演的结果显示出了典型的由于各向异性产生的假象,也表明了如不考虑到各向异性的因素的话,精确成象是不可能的。地质层析成象是一种描绘地球内部情况的重要工具。关于层析成象的基本原理,请读者     

倾斜TI介质以下的成像构造

在倾斜页岩中,地震各向异性引起下覆构造成像和定位问题。我们为相对层面法向具有倾斜对称轴的横向各向同性介质(TI)P波地震数据开发出一种各向异性深度偏移方法。对深度成像速度模型输入各向异性和倾角参数,并用叠前深度偏移成像道验证拾取的各向异性速度模型。倾斜各向异性覆盖层以下的构造在各向同性和各向异性偏移中位置发生了显著变化。通过对TI介质倾斜对称轴旅行时的计算,2D叠前基尔霍夫深度偏移射线追踪法得到修正。各向异性深度偏移算法应用于物理模型和加拿大落基山逆断层及褶趋带的野外地震数据中,极大地改善了各向同性算法得到的地震数据定位和反射层连续性     

横向各向同性介质中纵波和转换横波的快速射线追踪方法

首先根据横向各向同性介质中群速度与相速度的关系,以及横向各向同性介质中射线参数的表达式,推导出适用于做射线追踪的射线参数解析表达式。在介质的对称平面内,利用逐段迭代的射线追踪方法导出了任意形态光滑界面反射点和透射点的一阶修正量公式,可适用于纵波、转换横波的射线路径及旅行时的计算。公式推导未做弱各向异性的假设,对任意强度的各向异性介质都适用。通过用水平界面各向异性介质时距曲线公式（Ｔｓｖａｎｋｉｎ     

一般TI介质中多震相旅行时层析成像——以井间成像为例

传统的各向异性介质中的正、反演研究大多基于弱各向异性假设下的VTI介质,且主要是有关初至波的射线追踪和相应的旅行时反演。然而,随着勘探精度要求的不断提高,一般普适的(含强)TI介质中的多震相射线正、反演方法,则成为急需解决的问题。鉴于此,本文将基于各向同性介质多震相分区多步最短路径射线追踪算法推广到一般各向异性TI介质,结合相、群速度导数的一阶旅行时扰动方程,采用共轭梯度求解带约束的阻尼最小二乘问题,进而提出了一种利用多震相旅行时进行一般TI介质弹性参数反演的方法。井间地震数值实验结果表明,多震相旅行时联合反演可有效提高成像分辨率,验证了方法的有效性和正确性。     

任意各向异性介质方位旅行时正演

在研究任意各向异性介质中的旅行时正演方法时，针对含气裂隙和含水裂隙模型，本文给出了各向异性介质中射线追踪计算方法。计算结果表明：①在垂直裂隙情况下，纵波反射时间随炮检距、方位角变化，含气裂隙纵波反射时间的方位差异和炮检距差异更为明显；②在相同炮检距时，随着方位角变化反射波旅行时间呈近似椭圆规律变化，含气裂隙介质反射时间的方位差异比含水裂隙差异明显；③在不同裂隙面倾角情况下，反射波旅行时间的方位差异在裂隙面垂直时最为明显，然后随裂隙倾角的减小而减小，当裂隙面水平时变成方位各向同性介质；④在不同方位的测线中，以垂直裂隙走向测线的．纵波反射时间与平行于裂隙走向测线的纵波反射时间差异最大。     

弦截迭代法在求取P-S转换波转换点位置和旅行时中的应用——以单一水平界面VTI介质为例

求取转换点位置是进行转换波资料处理的重要环节,目前主要有严格的解析方法、基于泰勒级数展开的近似解析方法和基于射线理论的迭代方法3种。以单层水平界面VTI介质为例,给出了弦截迭代方法计算转换点位置和旅行时的步骤和公式;通过各向同性介质、VTI介质模型计算,对3种方法的计算精度进行了对比,讨论了各向异性参数对转换点位置和走时的影响,通过强各向异性介质模型探讨了弦截迭代法应用的局限性。研究结果表明,弦截迭代法由于没有使用任何近似,因此在事先给定的计算精度范围内是准确的,但在长偏移距和强各向异性介质同时存在的情形下,反射的SV波会出现“三叉区”现象,从而导致该方法失效。     

正交各向异性介质中多方位三维转换波叠前时间偏移

目前大多数转换波叠前时间偏移(PSTM)算法只考虑了VTI各向异性介质对转换波旅行时的影响,而具有垂直裂缝的HTI各向异性介质具有较强的速度方位各向异性特点,不同传播方向的速度按照椭圆规律变化,仅使用VTI各向异性参数而不考虑速度方位变化对旅行时的影响,将导致多方位三维转换波叠前偏移成像质量下降。针对上述问题,提出一种基于正交各向异性介质的多方位三维转换波PSTM偏移算法,其转换波旅行时计算公式同时考虑了VTI和HTI各向异性参数,更加接近于地层介质的实际情况。由于转换波还受到映射在水平径向分量(R)和切向分量(T)的快、慢横波影响,因此需要在转换波叠前时间偏移之前进行R,T分量的快、慢横波分离。在常规三维转换波资料处理的基础上,利用基于正交各向异性介质的多方位三维转换波PSTM偏移算法对西南地区某实际资料进行了测试处理,结果表明,转换波叠前时间偏移结果在构造解释上更加合理,地层特征更加清晰,证实了算法的合理性和实用性。     

波在PTL介质中传播的旅行时反演

本文对Byun(1990)的横向各向同性介质的旅行时反演方法作了两点改进:其一是根据优化后的V_r值计算一个初始的F值,然后再根据这个初始值进行最小均方误差分析;其二是对初始值进行优化分析时,提出用测量值(或由式(4)和式(10)计算的理论值)作为实际值进行拟合,而Byun的方法是用式(11)的计算来得到一个实际值。理论模型证明:本文所述方法有一个比较宽的适应性,而Byun方法只在弱各向异性时才可以得到较精确的结果。     

3D VSP共检波点道集各向异性分析及参数提取

本文讨论基于非双曲时差公式的各向异性分析和参数提取方法,该公式是建立在VTI介质假设之上的各向异性旅行时公式,它可以更加精确地描述大排列上的地震波的旅行时特征。其主要思路是:首先利用数值模型资料验证了本文方法的可行性;然后将该方法应用于研究区实际3DVSP资料,在共检波点道集上通过炮点初至旅行时分析来研究各向异性特征,包括VTI各向异性和方位各向异性;最后,讨论了将等效各向异性参数转换成层内各向异性参数的方法,并应用模型和实际资料进行了试算。结果证实,该区地震资料存在较强的VTI各向异性和一定程度的方位各向异性。     

倾斜正交各向异性介质中多次反射qP波射线追踪

实际地层中常发育裂隙，表现出正交各向异性介质特征。为研究此类复杂介质中qP波的传播规律以及计算旅行时和射线路径，首先从Christoffel方程出发讨论了正交各向异性介质中qP波相速度和群速度的计算方法，并利用旋转矩阵求得倾斜正交各向异性介质的群速度分布，然后结合分区多步改进型最短路径算法，实现了在倾斜正交各向异性介质中追踪直达、反射和多次反射qP波。求取群速度分布时，引入了球面三角剖分算法确定近似均匀分布的相速度方向采样点，能够节省约一半的计算量；此外采用GPU并行计算技术可进一步提高计算效率。数值模拟结果表明，该算法旅行时计算相对误差不超过0.35%,具有较高的稳定性和计算精度，可应用于追踪复杂的多次波；效率分析结果显示，求取群速度分布是较为耗时的过程，串行程序中该过程约占总耗时的61%,采用GPU并行计算后，计算效率提高了近30倍。     

用转换Ｓ波进行各向异性速度分析

沉积岩由于其成层很细、非球状颗粒的择优取向以及各向异性的矿物等原因,通常是各向异性的,为了将地震处理扩展到各向异性介质,则需要一个各向异性速度模型。对于具有垂直对称轴的横向各向同性介质,Ａlkhalifah和Ｔsvankin(1995）已经证明,将各异性参数η和ＰＰ反射波小偏移距正常时差（ＮＭＯ）速度结合起来,足以完成Ｐ波数据的时间域处理。中蟾Ｐ波已成为大多数工业地震测量的基础,但波能提供与地层岩性以及空隙充填有关的独特住处。最近的技术发展已经使海底采集多分量地震数据成为现实。用ＰＰ和ＰＳＶ反射波的小偏移距旅行时来确定三参数横向各向同性模型（ＡＮＮＩＥ）的参数,可以在没有任何深度和垂直速度住处的情况下建立由Ｓchoenberg等针对页岩提出的简单三参数模型,并可靠地估算η值;。用这种方法可以准确预测横向均匀介质中水平反射层产生的ＰＰ和ＰＳＶ反射的大偏移距（非双曲线）旅行时差,尽管在分析中往往中有小偏移距数据可供使用。因此只要用ＰＰ和ＰＳＶ反射的小偏移距旅行时就足以描述横向均匀介质中水平反射层的ＰＰ和ＰＳＶ反射的大偏移距时差曲线。