初至波走时信息在复杂地区近地表速度反演中的应用

在地表条件复杂的地区近地表速度横向变化十分剧烈．对静校正及偏移成像的结果影响很大。要提高成像质量，必须要有高精度的近地表速度。介绍了用初至波走时信息反演来确定复杂地区近地表速度的方法，并用模型测试了方法的有效性．最后分别用初至波走时信息反演法和常规方法建立了实测资料近地表速度结构，并基于这2种速度生成了叠加剖面。对比显示．初至波止时信息反演法应用效果非常理想。     

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。     

近地表速度的约束层析反演

本文采用程函议程有限差分法计算通过速度模型的初至旅行时射线路径,然后引入先验地质信息和正则约束条件,用约束最小二乘交分解法（CLSQR）进行走时反演,获得近地表速度结构,这种层析反演方法以块体为基本单元,可以模拟和反演复杂速度结构,它不必识别波形,计算速度快,实际数据的反演结果表明,在复杂地表条件区表层速度存在强烈的横向变化,经层析反演获得的叠加剖面成像更加清晰。     

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。     

菲涅耳体初至层析静校正技术的研究与应用

菲涅耳体初至层析静校正技术通过菲涅耳体初至层析反演方法建立复杂近地表速度模型,再利用该模型计算近地表一致性静校正量,然后应用计算的静校正量对地震剖面进行静校正处理,以提高成像质量.该技术主要包括初至拾取;初至层析反演近地表速度模型;模型底界面、基准面、替换速度等参数的确定;激发点和接收点静校正量的计算;静校正量的应用等...     

提高逆时偏移成像效果的若干关键处理技术

逆时偏移已广泛应用于复杂构造成像中,对于复杂构造的油气勘探起到了较大的促进作用。逆时偏移要求具有高质量的原始地震数据、高精度高分辨率的速度模型以及高精度的逆时偏移算法。为了处理近地表异常导致的数据异常、消除常规全波形反演存在“周期跳跃”现象、提高信噪比,研究了一系列具有针对性的前期处理技术和新的全波形反演技术等,并为逆时偏移设计了一套新的处理流程,包括空间地震子波一致性相位校正、近地表Q吸收补偿、基于模式的面波自适应衰减和基于模式的自适应全波形反演等。应用这些关键技术可以得到高质量的地震数据以及高精度、高分辨率的速度模型,最终改善成像效果,并已通过多口实钻井证实提高了逆时偏移的成像精度。     

复杂近地表区综合长波长静校正方法

复杂近地表区长波长静校正问题一直是地震资料处理难点之一,其原因不是野外数据密度不够,就是方法假设条件不能满足。在复杂近地表情况下,精确求解风化层速度、厚度和高速层速度是严重的非线性问题。本文通过非线性问题线性化、模型参数替代方法解决长波长静校正问题。野外表层调查和地震数据中含有丰富长波长信息,解决长波长静校正问题应该综合考虑这两方面因素。本文在表层调查和初至折射波速度的共同约束下,建立初始速度场,利用层析静校正进行近地表速度场反演获得近地表模型,再运用初至波旅行时拟合迭代技术,在地震数据共炮点、共检波点和共炮检距道集上综合解决长波长静校正问题。中国西部黄土塬地区野外实际资料的应用结果表明,本文方法在复杂近地表条件下能够很好地解决长波长静校正问题。     

初至波与反射波旅行时多尺度渐进联合层析成像

针对应用单-波反演难以更准确、更全面地重构地下速度信息及层析正反演中网格剖分大小相互矛盾的问题,本文采用Humphreys等^[1]的数据加权算法,对模型空间和数据空间进行加权,并在反演中采用多尺度渐进层析反演;通过比较模型上各种波的理论旅行时与实际拾取的旅行时残差,更新模型速度及界面深度参数。模型资料试算结果表明,应用初至波与反射波旅行时联合层析整体上要优于单-波旅行时层析的结果;多尺度渐进层析反演能有效地解决层析正反演网格剖分大小的矛盾;在-定范围内,随着反演网格尺度的逐渐减小,反演精度也会逐渐提高。实际资料试算结果表明该方法是可行的,可以为高精度地震勘探提供精细的速度模型。     

初至旅行时层析反演近地表模型精度分析

为了提高初至旅行时层析反演近地表速度模型的精度,改善静校正效果,本文研究了激发井深以及约束速度对反演精度的影响。通过建立典型低降速层近地表模型,首先对比分析零井深、井深穿过低速层和井深穿过降速层三种情况下,射线穿过网格的特性及激发井深在低速层以下时,最小约束速度对低速层反演效果的影响;其次利用井口时间确定最小约束速度,并提出了辅助点激发确定最小约束速度的新方法;最后应用于合成与实际地震数据,提高了反演精度。     

VTI介质平移初至走时动校正双参数反演

VTI介质浅层长偏移距动校正一直是地震资料处理的难点之一,常规校正后同相轴不仅出现强烈拉伸,常见的信号交错更会造成同相轴扭曲,即便采用高精度非双曲线走时公式也无法将精度范围内的信号正确校正。为此,首先采用重建的同一信号周期内各信号点的走时公式,通过初至点走时将信号整体搬家,消除动校拉伸;然后利用基于初至点走时的双参数反演方法,对传统的相似系数算法公式进行改进。通过对水平3层VTI介质理论模型试算的结果表明,平移初至整体搬家方法能将长偏移距同相轴无拉伸校平;而初至点双参数反演方法能够大幅提升反演的精度。     

折射层析反演静校正及其在伊朗卡山地区的应用

折射层析反演静校正能够较好地解决复杂近地表引起的静校正量问题。该技术最新的算法结合了首波法和回转波法的优点,利用所有偏移距信息进行反演,减少了复杂地表和地质条件下速度-深度模型的不确定性。利用反演出的模型分别求取激发点和接收点的静校正量,可以消除长、短波长静校正量的影响。伊朗卡山地区地震资料的近地表校正效果证明了该方法的有效性。     

复杂地表浅层速度建模技术研究及应用

随着中国西部复杂山地油气勘探程度的不断深入,真地表叠前深度偏移技术的重要性不断提升,但该技术的应用效果不理想,除整体速度模型精度不够的固有因素外,近地表速度模型与时间域静校正的关系、层析成像方法和偏移策略也是影响真地表叠前深度偏移应用的关键因素。针对这种情况,分析了目前叠前深度偏移处理中地表圆滑偏移基准面与浅层速度建模存在的问题,提出了适合复杂山地的真地表浅层速度建模技术。首先通过微测井约束回折波分层层析反演建立准确的深度域近地表速度模型,避免时间域静校正对实际地震波场的改造;然后在井控地质导向约束下,通过包含高精度旅行时算法的各向异性多方位层析反演迭代,使得浅层以及中、深层深度偏移速度模型更准确;最后利用TTI逆时偏移实现真地表叠前深度偏移。该技术的核心思想包括微测井约束下的初至回折波层析反演、真地表偏移基准面选取和数据校正的综合应用。实际复杂山地地震资料应用结果表明,该技术有效提高了速度模型精度,提高了断裂及构造成像质量,较好地解决了井震深度误差,为复杂山地油气勘探提供了有效的技术支撑。     

复杂地表波动方程反演延拓静校正

静校正问题是复杂地表地区地震勘探所面临的一个主要问题，它在很大程度上制约着资料处理的质量。本文在已知表层速度模型的基础上，研究了一种利用波动方程反演的静校正方法，即通过理论推导将静校正问题归结为一个求波动方程边值的反问题(亦称未知边值的反问题)，换句话说，复杂地表的静校正问题可通过波动方程边值反演来实现。文中针对反问题的特点给出了数值求解方法。这种静校正方法具有适应复杂地表起伏及表层速度变化剧烈的特点，可以充分考虑波场通过表层时所发生的透射、散射及反射，使延拓的波场具有较高的精度。数值模拟结果验证了方法的有效性。     

频率域叠前波动方程反演及其应用

基于波动方程的叠前反演是地球物理反演的重要发展方向,它利用全波场信息反演的弹性参数对预测地下储层的含油气性有重要的参考价值。本文推导了频率空间域全波形反演公式,并将波动方程写成矩阵形式,反演过程中采用波场回传技术和可控共轭梯度算法来更新模型参数。推覆体模型试算结果表明,该方法适用于速度横向变化剧烈地质体,经过几十次迭代可以收敛到真实速度模型。在我国西部某气田实际资料应用表明,反演出的弹性参数与井数据吻合较好,能够为流体识别和储层含油气性预测提供可靠的地球物理参数。     

复杂三维表层模型层析反演与静校正

针对三维地震勘探中的复杂地表问题，本文研究了三维初至波表层模型层析反演及静校正方法。该方法利用了三维地震直达波、回折波、折射波及三者组合的初至波和具有三维空间变速优势的三维层析反演，实现了适应速度任意变化的复杂三维表层模型层析反演，此法对初至的要求是，只需检测首先到达的波的起跳时间，无须解释此波的类型；三维模型正演采用以费马原理为基础的三维网络法射线正演方法；三维层析反演采用带阻尼的最小平方QR分解迭代算法。采用上述措施不仅可提高表层速度模型层析反演的可靠性，为三维地震资料层析静校正提供合理的表层速度模型，而且提高了计算效率，增强了方法的实用性。     

先验信息约束层析成像静校正技术在柴西南地区的应用

在柴达木盆地西部南区,针对不同的地质目标采集了多块三维地震资料,对于该地区进一步的油气勘探开发,需要整体认识该区域的地质特征和沉积相,为此在该区开展了三维地震资料连片处理研究。柴西南地区近地表结构复杂,岩性多变,地表高差达600 m,低、降速层厚度变化大(4～200 m),连片处理中静校正问题突出。在对各种静校正方法适应性分析的基础上,提出了先验信息约束层析成像静校正技术,阐述了该方法的基本原理和实现步骤。在方法实现时,区块之间的初至时差采用相关法予以消除,初始速度模型采用相控处理的小折射和微测井资料来建立,并将该模型作为初至波非线性层析反演的约束条件,建立了准确的近地表速度模型,计算全区的静校正量。应用效果分析表明,先验信息约束层析成像静校正技术可以较好地解决复杂地区三维地震资料连片处理中的静校正问题。     

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。     

改进的大地电磁与地震资料联合反演方法在黔中隆起区的适用性研究

为了解决复杂地质问题以及大地电磁(MT)与地震资料联合反演存在的问题,结合已有研究成果,利用基于不同物性参数随机分布共网格模型的大地电磁与地震资料同步联合反演技术,对黔中隆起地震资料品质低,且构造复杂的典型地段的实际资料进行了联合反演。根据研究区实际情况,利用两种地质解释方案建立了联合反演的初始速度模型和电性模型,并进行了联合反演和综合解释。将反演结果与已有方法得到的结果进行对比表明,改进的联合反演方法适用于物性剧烈变化的复杂地质模型条件,在先验信息的约束下,改进后的联合反演方法在确定复杂物性条件下的电性和速度结构方面能够提供更合理的解释方案和物性参数,为目前研究区难以推断的古生界目的层的分布及基本构造特征的判断提供了参考依据和技术手段。     

基于Spark的近地表速度模型快速层析反演

近地表速度模型层析反演多采用基于初至旅行时射线追踪的迭代反演方法。通常采用基于共享存储的MPI并行方式提高计算效率,但当计算节点增至一定规模时会存在网络I/O压力过大的计算瓶颈。为此,提出了一种快速、稳健的基于Spark技术的近地表速度模型层析反演方法,采用分布式内存管理技术将迭代中重复计算的数据持久化至内存中,提高程序运行效率。同时,为了解决共享存储中随着节点规模扩大而产生网络I/O堵塞的瓶颈问题,在分布式存储环境下组织弹性分布式数据集(RDD),设计基本规约单位为深度方向的一维反演数据,基于Spark Shuffle在规约过程中分布并行规约,利用Spark调度器在各个进程中分配任务,实现并行计算。实际数据计算结果表明：在反演结果精度不变的情况下,相对于常规MPI并行技术,该实现方法能够大幅度降低迭代过程中产生的网络I/O;当计算节点较多时,计算效率能够提高4倍以上;并行加速比呈现类线性增长趋势。     

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。