Parker公式的一系列推广及其在石油重力勘探中的应用前景

本文采用一种比较简捷的方法,对Parker公式作了一系列推广,导出了Parker公式的各种具体形式,并且最终导出了任意变密度Parker公式公式揭示了密度函数、界面函数和重力效应函数之间的关系。它的各种具体形式(如指数型变化的密度模式的Parker公式、多项式密度模式的Parker公式等)在石油重力勘探中有广阔的应用前景。在数值计算方面,采用了乘子法和移样法两项新技术,保证了任意复杂密度模型的正演精度与空间域常密度正演精度相当。理论模型和应用实例表明方法有良好的效果。     

具有横向和纵向差异变化的三维重磁约束深度反演

通常重磁深度反演总假定异常是由一个主要的密度或磁化强度界面造成的,本文的反演方法是针对由沉积压实作用和基底起伏引起的密度或磁化强度的不均匀分布所设计的。界面之上的密度函数可用一个指数函数来近似,界面之下可以看作基底内有差异存在。此外,还用了来自于钻井或地震资料的局部深度约束,以及一般的几何学约束和界面差异约束。在场变换后,根据谱分析和约束条件确定主要以界面平均深度和两介质之间平均参数差异为特征的初始模型。深度调整是在约束条件下用由布格平板理论导出的空间域公式通过迭代完成的。界面模型效应在波数域中计算。本文用模型数据说明了反演的精度和约束规则。给出了一个盆地地区的野外例子,可从众多的钻井资料中导出其约束条件,重力资料的反演是成功的,给出了基底的等深度图。把与盆地已知岩性变化有关的密度非均匀性考虑在内就可获得可与来自钻井资料的局部深度约束相比美的图件。     

横向二阶导数TV正则化三维反射系数反演

三维反射系数数据体一般采用逐道(或逐线)稀疏反演的方式获得，但由于道与道(或线与线)之间缺乏联系使三维反射系数横向连续性不佳而产生抖动假象。为了全方位压制抖动假象，在反演目标函数中加入合成数据三维空间中的横向二阶导数全变分(Total Variation, TV)约束项提高反演结果的空间连续性，进而将常规的逐道L₁范数正则化反演目标函数扩展为三维反演形式。但时间—空间域三维反演目标函数中存在三维卷积运算而难以直接进行优化求解，因此在分裂Bregman优化框架下将该三维反演目标函数转化到频率—波数域实现了快速求解。合成数据实验及实际数据处理结果表明，该反演方法不仅可以高效地获得三维反射系数数据体，而且能显著改善易被抖动假象掩盖的小构造和薄层的成像效果。     

应用RBF神经网络反演二维重力密度分布

密度反演以物性变化勾绘场源范围,具有模拟复杂地质体的能力和较强的适应能力,是提高重力方法解决地质问题能力的重要途径。本文利用径向基函数(RBF,Radical Basis Function)神经网络突出的非线性映射能力和泛化性,实现了重力密度二维非线性反演。模型计算证明了该方法的有效性,同时探讨了网络结构、参数的选择以及随机噪声对反演结果的影响。应用此法对中国西北地区阿门子处的重力异常进行反演计算,证实了此方法的实用性。     

用Schmidt—Lichtenstein方法对重力资料进行非线性反演

对单一密度界面引起的重力进行非线性反演可通过幕级数展开式来实现。方法是以解非线性积分方程的Schmidt-Lichtenstein法为基础的。对重力效应非线性积分展开成算予幕级数之后,逆算子级数可通过形式上相当于标量幂级数的经典反演法的应用求得。然而,不同于正演幂级数展开式,逆级数的收剑只限于低频范围,因面具截止频率的特点,截止频率依赖于重力异常的幅度、密度差的大小和界面的平均深度。为了确保反演方法的稳定性,就要进行合适的低通滤波,由于反演法获得了好的迭代初值和应用了快速付氏变换,本方法有效地应用到剖面模型的正演和东斯洛伐克Outer Carpathians地区小型沉积盆地引起的三维野外重力异常处理实例(即Malcov重力异常)。     

利用高斯径向基函数的拟神经网络重力反演方法

为了提高重力反演分辨率,提出一种利用高斯径向基函数的拟神经网络反演方法。该方法利用高斯径向基函数压缩模型空间,在保证复杂模型表征能力的前提下,实现了反演参数的降维;以高斯径向基函数为激活函数,构建一种拟神经网络结构,不需要训练,可以克服建立训练数据集的困难。该方法较好地解决了重力反演不适定性所导致的趋肤、垂向分辨率低、多解性强和严重依赖先验约束等问题,并从重力数据中最大程度地提取有效信息以提高反演结果的分辨率,增强可靠性。模型实验证明了该方法具有较高的精度和分辨率,能较准确地反演模型的位置、边界和密度。应用该方法反演车镇凹陷重力数据,得到了垂向分辨率较高的剩余密度模型,从中提取密度界面和剖面开展构造解释,揭示了下古生界构造格局和潜山发育规律,证明了该方法的实用价值和应用潜力。     

大港—渤海西部地区重力异常数据的处理和解释

曾华霖,杨华在大港油田和渤海油田西部地区存在三个主要密度界面,即新生界与中生界或上古生界之间的界面(S_1)、中生界或上古生界与下古生界之间的界面(S_2)、莫霍面(S_3)。此区的重力布格异常实质上是上述三个界面引起的异常之和。本文的目的是依据现有的重力布格异常图从中分离出下古生界顶面(S_2)引起的异常,求取S_2的埋藏深度。首先采用线无法进行正演模拟,分别计算S_1和S_3界面引起的重力值△g_(s_1)和△g_(s_3),再将实测值减去△g_(s_1)和△g_(s_3),即可求得S_2界面引起的重力值△g_(s_2)。然后应用Cordell法对△g_(s_2)重力值进行反演模拟,求得下古生界顶面(S_2)的埋藏深度。此法的计算结果与该区的钻探和地震反映的下古生界顶面的深度符合较好。     

采用指数的密度—深度函数做沉积盆地重力资料的三维解释

根据重力模型研究沉积深盆地基底构形,引入密度随深度指数增加的函数可以改善其精确度。为了用这样的指数型密度—深度关系计算三维(3—D)构造的重力效应,提出了以级数展开为基础的频域正演算法。可用快速富里叶变换高效率地完成其中的数值计算。从而提供有关基底起伏的反演结果。该算法可在循环的计算过程中应用。就重力资料的2—D合成例子和奥地利东部潘诺尼亚盆地西部边缘3—D实测例子对反演算法进行了试验,并取得了令人满意的结果。这里第三系沉积岩厚达2.2km,上伏在火成岩或变质岩基底之上。几口钻穿基岩面的井证实了反演的结果。     

基于高阶多项式密度函数的重力反演

重力反演是研究地下密度体空间展布的地球物理手段之一。现有的密度反演方法通过对地下介质的网格剖分,直接反演每个网格单元的密度值。本文用多项式函数近似表示地下复杂的密度变化,提出一种通过反演多项式密度函数的系数确定密度变化的新方法。不同于常规网格剖分方法,该方法无需在垂向上划分单元,在一定程度上缓解了网格疏密、内存占用与反演精细度之间的矛盾。理论模型测试表明多项式系数反演与多种约束相结合,能清晰地突出局部异常体的位置、规模和边界等信息,且效果优于L₂模约束反演的结果。该方法成功应用于济阳坳陷区古潜山和凹陷的识别,根据反演的密度差剖面可大致确定不同岩性密度体的边界,弥补了地震剖面反映古潜山展布的不足。     

重力、地震联合反演在研究含油气盆地构造中的应用

本文采用parker反演方法对济源盆地的高精度重力观测资料进行了密度界面反演。为了消除反演迭代过程中下延因子的影响,根据正则化方法原理,设计了正则化因子a。选取a值的原则是既要保证反演结果的稳定性,又要保证反演结果的精度。针对济源盆地地层密度非均匀变化的特点,可以依据地震速度谱和已知的密度资料,设计非均质反演模型,在已知的地震反射界面和钻井资料的约束条件下,进行密度界面反演。反演结果,给出了地震资料显示不清楚地段上的界面形态。可见,重力和地震的联合反演,能够提供较准确的构造信息。     

三维重力地震剥层联合反演

以地震资料解释的三维构造图作为模型，用重力三维正演剥离基底及基底以上界面所产生的重力效应，然后对分离后的基底岩性异常进行反演求取基底密度。在具体联合反演算法上，首次将广泛用于地震层析成像反演的DLSQR法引入位场反演，不仅增加了联合反演结果的稳定性，而且极大地提高了反演速度。理论模型的试算和实际资料的反演结果表明，两者反演的剩余密度等值线图形十分相似，剩余密度最小值和最大值相对误差小于4％。     

Zoeppritz方程叠前多参数反演及密度敏感性分析

基于Zoeppritz方程或其近似公式的叠前地震反演应用广泛,但多参数(尤其是密度参数)的同步反演结果不稳定。通过边界保护正则化和马尔科夫随机域的软约束建立反演目标函数,采用精确Zoeppritz方程进行反演,并使用快速模拟退火算法解非线性优化问题。数值结果表明,在小角度时,密度参数对角度变化不敏感,但对反射系数绝对值变化的贡献度最大;二维合成数据测试结果表明,该反演算法采用小角道集可以反演出满意的密度结果;实际资料反演结果提供了详细的地层信息,且与测井数据基本吻合。     

地震——-重力联合反演——不同的实现方式

地球物理资料联合反演的目的是求取一个地下模型,使其产生的不同种类的地球物理场与所获取的多种地球物理数据相符合,从而改善反演解的不唯一性。本文利用反射地震旅行时与地面布格重力异常作基本资料,给出地震-重力联合反演的三种方式,即联合广义反演、带速度-密度关系的反演及序贯反演。联合广义反演是对地震资料与重力资料进行相对加权的广义最小二乘反演,是对所有模型参数进行同时反演。它的主要困难在于适当地进行地震与重力两种资料的相对加权,特别是正确选择主观原则下的加权因子,以权衡两种类型的资料在反演中的贡献。联合广义反演特别适合用来确定某些局部地质体的特征。带速度-密度关系的反演在很大程度上受到经验的速度-密度关系的不确定性的影响。当待求参数个数较多时,这种经验关系确又提供了一种有效的约束条件。这种反演方式可以用来研究地壳与上地幔的分块结构,以及沉积层构造的横向不均匀性。序贯反演采取地震、重力交替反演、相互印证,它避免了相对加权问题,又不要求明显函数表示的速度-密度关系,且其反演过程中容易实行人机交互处理。它可用来计算由反射地震不能很好确定的某些层位的边界,或者给出地下各层的密度分布。     

层状介质中重力,地震联合反演的迭代算法

本文提出一种用于层状介质中重力、地震资料联合反演层速度、层密度及弯曲界面深度的迭代算法。该方法通过引入加权最小平方目标泛函,将层状介质中的重力、地震资料联合反演问题转化成具体的优化问题。为了得到反问题的最优解,文中系统地研究了层状介质中双摄动处理技术,以及层状介质中波场摄动的一阶 Born 近似解与理论重力异常摄动解。并应用 Tarantola 的反演理论,导出了梯度算子的计算公式。然后应用最速下降法给出了求取最优解的具体算法,得到了一种类似于地震偏移与空间更投影的迭代反演方法。对理论模型进行重力、地震联合反演的结果表明,该方法不仅可碱少未知参数的个数,提高反演的收敛速度,而且可减少反演的不适定性,不失为一种可行的多参数反演方法。     

自动拾取的成像空间域走时层析速度反演

本文研究了一种成像空间域走时层析速度反演方法,利用波动方程双平方根算子叠前深度偏移提取的角度域共成像点道集(ADCIGs)作为速度分析道集,并基于剩余曲率自动拟合策略获取高精度的走时差。文中不仅给出ADCIGs道集剩余曲率自动拟合拾取的主要思路,而且给出成像空间域层析反演的实现。模型和实际资料试算验证了该方法具有较高的反演精度和计算效率。     

用于重力反演的“自适应多段交换”遗传算法

用重力异常反演密度界面是一个非线性优化问题,以往多是在一定条件下将其转化成线性或拟线性问题,然后采用局部优化算法求解。局部优化算法对初始模型要求较高,容易陷入局部极小。鉴于此原因,人们开始利用传统遗传算法,没有充分考虑重力异常反演本身的特点、计算代价比较高。对遗传算法运算中的过程进行改进而提出的“自适应多段交换遗传算法”,克服了传统遗传算法中单点交换或多点交换的缺陷,适合重力反演的特点,既保证整个反演过程能得到全局优化解,又提高了计算速度。     

重力异常多层界面反演的应用

重力异常通常是地面至深部所有密度界面的综合反应。不同深度、规模、幅度、密度的界面引起的异常形态不同。-般来说,范围小、变化快,即所谓的“尖、陡、窄、小”的异常是由浅层密度界面产生的;而范围大、变化慢,即所谓的“平、缓、宽、大”的异常是由深层密度界面产生的。这是两种不同类型的异常。因此,在反演过程中,就应考虑重力异常的这种特性,即用浅层密度界面来补偿(或拟合)“尖、陡、窄、小”的异常;而用深层密度界面来补偿(或拟合)“平、缓、宽、大”的异常。此外,在-个沉积盆地中,-般来说不存在-个统-的、稳定的引起异常的主要密度界面,而这-点恰好是单层界面反演的假设前提。鉴于上述原因,现在人们均以多层界面模型代替单-界面模型进行反演,以使结果更真实地反映沉积盆地的实际情况。     

起伏地形上观测重力异常的界面反演——正弦级数迭代法

根据重力异常的级数系数与密度界面的级数系数的关系,提出-种反演任意起伏地形上观测重力异常的正弦级数法。假定已知单-密度界面上某-点的深度,即可求取布格重力异常原始值的傅氏级数系数,由此可以计算化平和网格化后的重力异常值,制定迭代方案。收敛快慢取决于设计的加速收敛因子。文中提供了该法计算若干理论模型的反演结果,试算表明,该法可用于山区重力资料的反演解释。     

饶阳凹陷虎8北潜山重力三维松约束反演

饶阳凹陷前古近系古潜山是油气勘探的重要目标,为了清楚认识虎8北古潜山的结构特征,对该地区的大比例尺重力资料进行了处理和三维反演计算。首先采用二次趋势面最小二乘法剔除区域异常后,得到剩余重力异常;然后以地震解释的前古近系顶界面数据和该区的密度数据为基础,建立基于层面的三维模型,采用Parker算法对剩余重力异常进行三维密度界面松约束反演;最后采用松约束三维重力资料反演方法,得到了与重力异常吻合的前古近系顶界面三维模型,为认识虎8北古潜山的规模和幅度等结构特征提供了依据。研究表明,利用地震资料对重力资料进行松约束三维反演是一种比较有效的方法,能充分发挥地震资料和重力资料各自的优势,提高认识的可靠性。     

阿拉斯加普拉德霍湾世界首例四维微重力水驱监测结果

世界首例水驱四维地面重力监测在阿拉斯加普拉德霍湾(Prudhoe Bay)开始实施,这项监测技术是当地气顶注水项目中监测计划的重要组成部分.目前现场的测量结果表明:用高分辨率地面重力测量可以较容易地探测到水驱替气所产生的密度变化.监测水驱的重力测量方法包括在整个油藏进行时间推移(四维)地面重力测量,以及对质量平衡和注水前缘探测的四维信号进行反演.本文着重讨论时间推移地面重力测量的现场结果.重力场随时间的变化反映了油藏流体密度的变化.当存在非相关测量噪声(标准偏差为12μGal)时,重力测量的设计要能够使油藏质量分布的反演分辨率达到几百米.时差重力测量结果表明注入水的质量使地面重力增加.由重力变化测量值得到的密度变化图所显示的注入水运移与油藏模拟以及在观察井中探测到的注入水运移基本相似.预计最终重力信号可增大至约250μGal,从而得到精确的注入水运移示意图.