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。     

初至波波形反演方法及其数值模拟试验

近地表速度模型的反演精度是影响复杂地表条件下地下地质构造成像效果的主要因素之一。初至波波形反演方法将速度建模问题转化为寻求地震数据信息和理论模型的最佳拟合,即转化为求解目标函数极小化问题,利用观测记录和模型正演记录之间的最佳匹配关系建立地下模型。梯度类波形反演方法的关键因素是目标函数、梯度和步长,梯度问题可以通过确定合适的目标函数来解决,选取合适的步长可以有效地提高波形反演的计算效率和反演精度。初至波波形反演方法类似于对地表模型同时做偏移和层析,能够同时分辨出高波数和低波数成分,并且同时恢复速度值和速度界面。初至波波形反演结果与初至波射线走时层析反演结果的对比分析表明,对于速度变化比较缓慢的起伏地表,前者的反演效果明显优于后者。     

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。     

近地表复杂区早至波全波形反演建模技术与应用

为提高近地表复杂区速度建模的精度,开展了早至波全波形反演的近地表速度建模技术研究,并将其应用于陆上三维实际地震资料处理。分析了全波形反演中非线性来源,确定地震数据偏移距选取范围,讨论了观测地震数据早至波提取及其波动方程正演模拟方法,介绍了早至波全波形反演的方法原理,探讨了早至波全波形反演在实际资料应用中的关键技术流程。研究确定了早至波全波形反演的反演策略:首先利用初至走时层析方法恢复近地表模型低波数信息,然后将其作为早至波全波形反演的初始模型,利用早至波信息进行反演,恢复模型的高波数成分。研究表明,早至波全波形反演对初始模型的依赖性低于常规全波形反演。陆上三维实际地震资料测试结果表明,早至波全波形反演建模结果相对于走时层析速度模型细节更加丰富,异常体空间展布描绘更加清晰。     

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。     

基于早至波的特征波波形反演建模方法

近地表速度建模问题是地球物理建模的重点及难点问题。传统基于射线类的反演方法受到高频假设的限制,存在理论上的建模"盲区",而全波形反演方法的应用又受到资料品质等诸多因素的限制。介绍了一种基于全波形反演思想的特征波波形反演方法,引入早至波的概念联合初至走时层析反演,利用早至波这一特征波的运动学和动力学信息,实现对近地表及中浅层的高精度建模。模型验证结果表明,该方法即使在初始模型精度较低的情况下仍然可以达到较好的建模效果。     

快速回转波近地表速度建模方法

常规基于迭代反演的初至波层析近地表速度建模方法在大规模数据处理时计算量较大、耗时多。为了提高近地表建模的效率,发展了一种回转波快速近地表建模方法。该方法假设在最大炮检距范围内近地表速度横向不变但随深度线性变化。为了提高反演精度,在算法内部采用多基准面校正方法降低地表起伏对反演结果的影响;为了增强反演的稳定性,应用基于局部加权的稳定射线参数估计方法降低初至拾取误差对反演结果的影响。理论模型数据与实际数据测试验证了方法的有效性及高效性。     

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。     

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。     

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。     

复杂近地表结构的再认识

静校正问题影响着地震波成像和构造解释的精度,国内几十年的静校正研究历程表明,复杂的近地表结构是影响地震勘探静校正量的重要因素。为此,从用近地表速度模型模拟复杂近地表结构、近地表结构底界的界定、复杂近地表结构的历史变迁研究入手,逐渐形成了一套成熟的静校正办法,即用层析反演近地表速度模型、模拟近地表结构,通过速度模型和初至时间计算长、短波长的静校正量,从而消除复杂近地表结构对地震勘探成果的影响。     

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.     

井间地震资料全变差正则化波形反演

针对井间地震资料走时层析成像分辨率低、稳定性差的问题,研究了一种井间地震资料成像新方法——全变差正则化波形反演方法(TVWI)。该方法基于Gauss-Newton波动方程反演,将井间地震资料的速度求取问题归结为波动方程反演问题,通过极小化合成地震记录与观测地震记录的差实现波动方程反演;利用局部线性化逐步迭代的方法实现非线性泛函优化问题的求解;将波动方程反演的目标泛函加入全变差约束项,提高反演过程的稳定性和反演结果的分辨率。设计了一个复杂的速度模型验证了TVWI方法的有效性,结果表明,在给定不同速度初值的情况下,反演结果都具有较高的精度。选取与真实速度相差较大的初始速度模型讨论了TVWI方法对初值选取的依赖性：反演结果对初值选取的依赖性不强,但初值选取不好,会增加迭代次数和计算成本。最后进行了抗噪能力试验,结果表明,TVWI方法具有较强的抗噪能力。     

地震波反演成像方法的理论分析与对比

全波形反演、旅行时层析、最小二乘偏移和偏移速度分析具有相同的反演框架,以Bayes 估计理论 为基础对这些方法进行了分析和对比,证明了全波形反演能够利用最多的地震信息,但多重因素的叠加 加大了其实用性的难度。针对这一问题,以特征波形反演为指导,对提取的地震波场的特征化信息进行了 地震反演,并对其反演方案进行了理论分析和对比。     

四面体网格剖分下速度与反射界面的同时反演

针对含起伏地表、不规则反射界面及速度异常体的复杂模型的走时正、反演问题,本文采用四面体单元进行模型参数化,实现多震相地震射线的追踪计算,且推导了四面体单元下走时关于速度、走时关于反射点深度的偏导数计算公式;结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘反演问题,实现了多震相走时联合及同时反演成像;通过在同时反演中对不同种类Jacobi偏导元素做归一化处理,有效解决了不规则界面存在散射而导致的散射点所在区域射线过密、速度和界面过度更新问题。数值模拟结果表明：采用四面体单元进行模型参数化,复杂模型正演计算结果具有较高精度;同时反演可准确刻画不规则反射界面和速度异常体。因此,本文提出的走时成像方法具有有效性和实用性。     

罗家地区井间地震方法与效果

井间地震是将震源与检波器都置入井中进行地震波观测的一种物探新方法,胜利油田与Tomoseis公司合作,在罗家地区进行了成功的井间地震试验,在取得高质量原始资料的基础上,进行了直达波旅行反演处理与反射波成像处理,最终获得较高分辨率的井间速度层析剖面与反射波成像剖面,最高视频率达500Hz,可分辨的最小地震厚度为3－5m,成果剖面经综合解释,对井间储集层的横向分布与连通性,火成岩蚀变带,小断层,砂泥岩薄互层等复杂的地质现象有了清晰明确的认识,井间地震资料不仅可直接服务于油气田的开发,而且也可以标定三维地震资料。     

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...     

复杂地表条件静校正中的3D表层速度层析反演研究

针对复杂山地的静校正问题，研究了利用基于初至时间的3D表层速度层析反演技术。给出了反演方法的基本原理，即采用基于最短旅行时原理的射线路径追踪法计算初至波的路径和旅行时，采用同时迭代重建技术（SIRT）计算速度修正量．修改速度模型。最终的速度模型通过正演和反演多次迭代获得，不依赖于初始模型。用一个速度变化复杂的卵论模型对该方法进行了试算，结果表明．该方法很好地重建了横向剧烈变化的3D速度结构。对南方某山地3D资料处理结果表明，用该方法可以获得可靠的3D近地表速度模型和静校正量。