一种多信息约束的初至波走时层析反演优化方法

初至波走时层析成像是准确获取复杂近地表表层速度结构的有效方法。对西部复杂山前带而言,近地表速度建模精度低,严重影响后续中深层速度建模和偏移成像质量。因此,研究一种高效、可适应复杂近地表条件的初至波走时层析算法非常重要。提出了一种基于Tikhonov正则化方法多信息约束的初至波走时层析反演的优化策略,通过多模板快速推进算法(MSFM)解程函方程计算网格单元走时,用迭代反演方法线性化计算非线性逆问题,避免大规模Frechet矩阵的求取和存储,提升了计算效率;根据微测井信息建立初始速度模型,利用视慢度等先验信息对层析反演目标函数进行约束,采用Tikhonov正则化来解决最小化数据差和模型平滑度的反问题,降低了目标方程的病态性,从而提高反演精度。起伏地表模型和西部实际资料应用结果表明,该方法通过对初至走时和走时-偏移距曲线联合拟合有效适应复杂地表条件,解决了三维地震资料初至波走时层析成像出现的“高速异常体”问题,提高了反演的稳定性和计算精度。     

伴随状态法初至波走时层析

初至波走时层析成像方法通常被用来反演近地表速度结构。传统的射线层析成像方法计算效率低,且在复杂模型计算中存在不稳定性问题。为了快速、稳定地进行初至波走时层析,本文基于程函方程的有限差分形式,利用快速扫描算法实现初至波走时的快速计算。在此基础上,采用伴随状态法计算目标函数的梯度,进而实现伴随状态法初至波走时层析。将该方法与传统射线层析成像方法应用于理论模型实验和实际资料的处理,结果表明基于程函方程的伴随状态法初至波走时层析可以取得与传统射线层析近似的反演结果,但计算效率得到大幅提升。     

应用线性程函方程和整形正则化的三维初至波旅行时层析

初至波旅行时层析成像是近地表速度结构建模的重要方法。传统的三维旅行时层析反演在应用中存在诸多问题:一是射线追踪技术固有的计算效率低、对复杂模型计算不稳定;二是对于大规模三维模型,Tikhonov正则化难以对零空间和欠定分量进行有效约束,造成迭代收敛速度缓慢,难以满足生产需求。基于线性程函方程,结合迎风有限差分算法提出了一种新的敏感核函数计算方法,并在此基础上引入整形正则化方法,通过共轭梯度法实现了初至波旅行时层析反演。三维理论模型实验表明,与传统射线旅行时层析方法相比该方法具有更高的反演精度与迭代收敛速度。     

一种基于改进快速扫描法的多尺度近地表层析方法

复杂山地近地表速度结构复杂,横向速度变化快,建模精度低,严重影响后续偏移成像质量。初至波层析反演是解决复杂近地表速度建模的有效手段,但面临着计算精度和计算效率均需提高的问题。为此,提出了一种基于改进快速扫描法的多尺度近地表层析速度建模方法,分别从正演和反演两个方面提升初至波层析反演精度。在正演方面,提出基于改进快速扫描法的初至波走时计算方法,应用双线性插值技术,在保持快速扫描算法高效率的基础上提高计算精度;在反演方面,利用改进散射积分法求解层析矩阵,并通过多尺度层析策略提高反演精度。将提出的近地表建模方法应用于丁山工区的实际资料处理,结果表明,改进快速扫描法使得正演计算量大幅度减小,在其它条件不变的情况下,多尺度层析策略反演得到的速度模型精度高,偏移成像剖面与原始剖面相比,近地表范围内同相轴连续性更好,为后续中深层速度建模提供了良好的保障。     

基于微测井分步约束的近地表速度层析反演

在复杂地表区,由于采集资料的限制,基于初至波层析反演建立的近地表速度模型缺少极低速度信息,不能彻底解决长波长静校正问题。为此,根据研究区实际情况,提出了综合微测井数据和初至信息分步约束的近地表速度层析反演方法。首先利用微测井和近炮检距初至信息反演准确的低速层速度v_0,然后利用微测井和中、远炮检距的初至信息,以反演的v_0为约束,反演精确的低、降速层速度v_0和v_1。在约束过程中,通过自适应算法求取权系数。联合微测井数据和初至信息,采用分步约束的初至波层析反演可以大幅提高近地表速度模型的反演精度。准噶尔盆地达10井区三维地震数据处理结果展示了该方法在解决长波长静校正问题时的优势。     

层析静校正方法在万城地区的应用

在地表地质条件复杂地区,一般会产生静校正问题,对于解决这些地区静校正问题,层析静校正方法是较为合适的,因为一方面它对初至波没有严格限制,另一方面可以较为准确地反演地表地层结构,较好地解决静校正问题。本文介绍的层析静校正方法,是利用反演的初至波和实际拾取的初至波进行相减,得到一个修正量,然后重复这个过程,迭代计算得到精确的近地表模型,消除静校正问题对反射时距曲线的影响。通过该方法可以有效解决万城地区复杂地表条件引起的静校正问题。     

初至波表层模型层析反演

针对地震勘探中的复杂地表问题,本文提出了一套地震初至波表层模型层析反演方法。该方法是利用地震波射线的走时和路径,反演介质速度结构的一种高精度的反演方法。它利用地震直达波、Hui折波、折射波以及三者组合的初至波和层析反演方法具有的纵、横向变速优势,实现适应速度任意变化的复杂表层模型反演。理论模型与实际资料的反演结果表明,其效果显著。     

阿尔及利亚guerara区块静校正技术

阿尔及利亚guerara区块地表地表条件复杂,低降速带速度、厚度在平面上变化较大,静校正问题严重.针对这一问题,在该区块开展了静校正方法研究.通过对高程、模型、折射和层析反演静校正的适用条件及优缺点的分析,结合工区地震资料的实际情况及各种静校正方法的对比处理效果,认为层析反演静校正方法能较好地解决该区的静校正问题,应用初至波整形技术,能大大提高层析反演静校正的计算精度,提高低幅度构造的可靠性.     

近地表速度结构层析反演方法综述

(1.同济大学海洋与地球科学学院，上海 200092；2.中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710021) 摘要:对目前国内外初至波走时加波形联合反演近地表速度结构的研究现状进行了阐述，同时对初至波走时层析、初至波波形层析这2类方法的原理和特点进行了简单论述，并且对这3类方法的优劣以及适用性进行了比较。最后指出，随着现代计算机能力的不断提高，综合利用初至波走时及振幅等多种信息的初至波走时加波形联合层析方法，是一种解决近地表速度建模较理想的方法，从仅利用P波数据到利用多波数据的层析方法研究是今后实际应用的发展方向。     

初至波层析影响因素分析

 在山地地震勘探中，目前广泛采用初至波走时层析方法反演起伏地表速度结构，但其最终反演结果受许多因素影响。本文通过大量数值试验对影响表层模型层析反演精度的方程解法、先验信息利用、观测系统、初始模型及平滑因子等主要因素进行了详细的分析对比，总结出了最佳参数的选择原则和范围，并建立了内部约束方程。将本文方法应用于实际资料处理，取得了较好的成像效果。     

Wave equation tomographyin baseband with phase correction from the first arrival traveltimes

We use the first arrival traveltime to correct the phase distortion in a nonlinear wave equation inversion scheme.This improves the precision of tomographic reconstruction of a velocity structure with large variations and helps solve the ill-posed problem of wave equation inversion.When the variation of the velocity distribution is large,general non-linear wave equation inversions are very ill-posed and for such strong nonlinear we can not obtain a correct inversion.One of main reasons is that the calculated and observed phase of the wavefield differs greatly if the initial model is far from the true model.This leads to highly mismatched phase between the calculated and the observed wave field.This is so-called"Cycle Skipping"problem in the full waveform inversion.The phase mismatch is even more pronounced if a high operating frequency is employed in order to increase resolution.To address this problem,we use the first arrival to"demodulate"the wave field in the frequency domain with a goal of restoring the phase of wave field.Then we minimize an objective function consisting of so called"demodulated"wave field to solve wave equation inversion problem.In this way,we find that the inversion is much improved,and when the velocity perturbation in a complicated model reaches 35%,we can still obtain a good inversion.A computer simulation shows that our method is very robust for acoustical wave inversion with good reconstruction precision.     

Imagingcomplex near-surface structures in Yumen oil field by joint seismic traveltime and waveform inversion

The first-arrival traveltime tomography is a standard approach for near-surface velocity estimation.However,it cannot resolve complex near-surface structures and will produce a smooth velocity model with low resolution.Early arrival waveform inversion is a robust tool for imaging the near surface structures,but it requires a good initial model to avoid cycle skipping between the predicted and observed data.Furthermore,waveform inversion requires substantial computation efforts.Therefore,we present joint seismic traveltime and waveform inversion method,and we expect the joint inversion method retains the advantages of both traveltime inversion and full waveform inversion and overcomes their respective drawbacks at the same time.The objective function includes both the traveltime and waveform misfit.At each iteration,the traveltimes are calculated by wavefront raytracing,and the waveforms are computed using a finite-difference method.The nonlinear optimization problem is solved by the conjugate gradient method.We apply the joint inversion method to study complex near-surface area where shallow overthrust and rugged topography present a significant challenge for applying traveltime inversion and waveform inversion alone.We test synthetic data to verify the advantages of the joint method,and then apply the method to a 2Ddataset acquired in Yumen Oil field,China.The inversion results suggest that the joint traveltime and waveform inversion helps constrain the very shallow velocity structures and also resolve complex overthrust with large velocity contrasts.     

最小平方滤波法时间域全波形反演

全波形反演是一种利用叠前地震记录的全波场信息重建地下介质物性参数的高精度速度建模法,但其反演效果常会受到“跳周”现象的影响。本文提出一种用最小平方滤波做数据预处理的反演方法,有效减弱“跳周”现象对反演结果的影响。该方法利用最小平方滤波减小模拟波场与观测波场之间的相位差,由滤波后波场构建一种新目标函数,使反演过程稳定地朝着全局极小点处收敛。数值模拟试验结果表明：基于最小平方滤波的全波形反演能有效改善反演效果,尤其在模型深部或大炮检距范围的效果更明显;新目标函数相比常规L₂范数能更稳定地下降,不易陷入局部极小,避免了常规全波形反演中易出现的严重“跳周”现象。     

起伏地表波动方程叠前深度偏移技术——以川东复杂地区应用为例

在我国西部或南方地区的山地、山前带地震勘探中,起伏地表是影响复杂构造成像的重要因素。为此,开展了直接从起伏地表进行波场延拓与成像的波动方程叠前深度偏移方法研究。包括：基于Reshef提出的“逐步-累加延拓”思想,采用带误差补偿的频率-空间域有限差分单程波延拓算子实现单炮记录的波场延拓;基于时间一致性成像原理提取地下反射界面的成像值;利用层析反演技术和剥层技术建立起伏地表深度域层速度场。理论模型和实际资料的偏移结果表明,该方法能够对复杂近地表和复杂地下地质构造很好地成像。     

基于声波方程转换的三参数递进式全波形反演

为提高基于声波方程的多参数反演精度,研究了基于波动方程转换的多参数全波形反演方法,实现了基于声波方程的速度、密度、阻抗三参数全波形反演。首先利用阻抗速度方程实现低波数速度模型和阻抗模型的全波形反演建模;将该低波数速度模型作为初始速度模型,经过声波方程转换再利用速度密度方程实现从低波数到高波数的递进式速度反演和密度反演。同时通过加德纳经验公式的约束提高了密度反演的稳定性和精度。利用Overthrust模型数据进行测试,分别实现了主频10Hz和30Hz地震数据三参数全波形反演,结果表明主频30Hz地震数据全波形反演结果能够精细刻画起伏构造形态,且断层边界清晰,断面干脆,为精细地震勘探提供了更加可靠的速度和阻抗。     

应用波形拟合的炸药震源记录起跳点时间拾取方法

初至拾取是地震数据处理中的关键步骤,其拾取的准确程度关系到浅表层速度模型建立的精度,并进一步影响后续叠加及偏移成像的效果。对于炸药震源激发形成的初至波,根据形成机制,其初至位置在地震记录中应由一个“向下的偏转”表示。而在实际地震数据初至拾取过程中,该“向下偏转的点”较难识别,而能够快速准确拾取的位置通常为波峰位置。基于理论模型,本文测试了拾取波峰及起跳点对速度模型反演的影响,证实基于炸药震源起跳点位置的反演精度高于基于拾取波峰位置。因而提出一种基于波形拟合的方法判断炸药震源的起跳点位置,即假定初至波可用李子波模拟,通过单道中对以波峰为中心的时窗内的样点值进行拟合,得到理论子波函数,以此方式快速、准确地搜索起跳点位置。通过理论子波模型,测试了波形拟合法的有效性及合理性;并应用该方法对塔里木T探区实际资料进行了试处理,表明该方法可准确拾取高信噪比地区炸药震源起跳点位置,同时具有一定的抗噪性,也能拾取较低信噪比地区炸药震源起跳点位置。     

一阶近似瞬时频率时间域声波全波形反演

通过全波形反演（FWI）在理论上可得到较高精度的深层速度模型,而在实际中相关条件却难以完全具备。究其原因主要为：FWI对初始速度模型的依赖性强;深层信号弱,在目标函数中的贡献较小。为此,提出基于一阶近似瞬时频率的时间域声波FWI方法。根据瞬时相位公式推导出一阶近似瞬时频率的目标函数和伴随震源项公式;充分发挥瞬时频率可突出低频信息和深层弱信号的特点,为FWI建立初始速度模型;同时加入梯度衰减因子以进一步提高深层反演效果、防止深浅层间互相干涉。模型和实际资料测试证明了该方法的可行性和有效性。     

不依赖子波的弹性波混合域全波形反演

震源子波的准确性直接影响全波形反演的建模效果,获取准确的实际子波十分困难。本文基于去子波影响的褶积法,提出弹性波混合域不依赖子波的全波形反演策略。基于二阶弹性波应力-位移方程的混合域反演理论,把观测地震记录与模拟记录的特征道、模拟记录与观测记录的特征道在频率域做乘积运算,构造了不依赖子波的弹性波混合域全波形反演目标函数,推导了反传震源的理论公式。最后,对Overthrust模型进行试算,得到了较好的反演结果,验证了该方法的可行性。     

柴达木盆地三湖坳陷横波勘探中的低幅异常消除技术

近年来,在柴达木盆地三湖坳陷开展了横波地震勘探,但是由于该区低幅度构造发育,横波静校正引起的"低幅"异常与上述低幅度构造相互混杂,难以区分。为此,针对该区横波表层调查难以控制表层横波速度模型的变化、横波近偏移距初至污染严重、横波折射层发育导致高速界面难以确定等问题,首先采用曲线拟合技术预测污染区横波初至时间确保初至完整性,然后采用面波模型与多层折射分层联合约束反演横波表层速度,最后通过基于速度谱分析的层位匹配建模技术确定合理的横波速度界面,形成了横波表层"低幅"异常消除技术,并进行了现场应用及效果评价。研究结果表明:①曲线拟合技术可以弥补近道污染区横波初至空白,保证层析反演模型的完整性;②基于瑞雷波的频散特性反演建模可以为确定该区浅层横波速度提供可靠的资料,提高浅层模型精度;③面波模型与多层折射分层联合约束反演能够更准确的反演该区表层横波速度场,较好地建立横波速度模型,消除横波剖面上"低幅"异常现象。结论认为,所形成的横波地震勘探低幅异常消除技术消除了横波静校正引起的"低幅"异常现象,提高了横波地震资料的成像品质。     

准噶尔盆地石南地区静校正方法应用研究

相对一个排列，沙漠区小沙丘的高程起伏变化一般不足以引起中、长波长静校正问题，而大幅度起伏的沙梁和低、降速带纵横向速度和厚度的变化，才是引起中、长波长静校正问题的主要原因。准噶尔盆地腹部石南地区地表主要表现为条带沙梁和蜂窝状流动沙丘，近地表低、降速层带中存在高速夹层。采用了3种不同的静校正方法，分别为：近地表分层模型法，主要利用小折射和微测井资料，通过控制点间内插的方式建立模型；初至波折射静校正法，利用有效的折射波初至时间，通过给定的近地表初始速度构建模型；初至波层析反演静校正法，利用更加丰富的初至信息，包括直达波、回折波、折射波等，通过多次迭代，反演近地表速度模型。通过实际应用，研究分析了3种方法静校正效果存在差异的原因，认为层析反演静校正方法效果最好，短、长波长静校正问题都得到了很好的解决。