弹性波正演技术在地震采集中的应用

受地震采集装备和技术条件的限制，江苏油田以往的地震资料不能满足现阶段勘探的需要。为了进一步落实构造，需要进行地震资料重新采集。在观测系统设计中，传统的射线追踪正演法已不能适应江苏复杂地下构造地区，因此使用弹性波波动方程正演技术，对不同采集参数的观测方法进行正演模拟，运用照明度分析以及单炮模拟记录，对优选采集参数和合理选择观测系统进行探讨。     

弹性模拟及其在AVA解释中的应用

为正确解释非均匀复杂构造上采集的地震资料,通常必须计及弹性效应。用弹性波波动方程模拟有前题的地质构造的地震响应是建立在观测地震资料与地层不均匀性之间的关系,和验证某项地震资料解释的有效手段。可以用好几种方法对描述弹性波传播的偏微分方程进行数值积分。伪潜法(傅里叶方法)就是最主要的数值积分技术,其最主要的优点是精度高和对向量和平行结构计算机的适应性,缺点是计算费用高。然而,对于给定的精度,伪谱法需要的网格数量要比有限差分法所需的小,这样就弥补了计算成本高的缺点。本文介绍一种在IBM 3090VF向量多处理机上实现的二维伪谱法弹性模型。这种算法已经适当的修改,从而能够充分地利用计算机结构,发挥它的最佳性能。     

基于胜利典型地质模型的波动方程地震波照明分析研究

 地震波照明分析技术以地震波传播理论为基础,面向特定地质目标进行观测系统设计来得到最佳照明的地震数据,进而得到最佳的成像效果。本文定义了最佳照明数据体、最佳照明的概念,指出对特定速度场而言,最佳观测系统是客观存在的,最佳观测系统设计的目的就是找到逼近该客观存在的最好的观测系统。本文基于胜利油田典型地质模型研究了波动方程地震波照明,分析照明阴影区的形成原因,结合对模型数据实验的效果分析,对单程波和双程波照明的特点和应用范围进行了探讨,指出单程波照明具有计算优势,双程波照明能够更好地保持波传播特点的优势。     

双相各向同性介质伪谱法地震波场数值模拟

伪谱法是一种模拟精度和计算效率都较高的地震波场数值模拟方法.该方法通过对空间坐标的快速傅里叶变换实现数值计算,在时间域直接采用差分运算代替导数的求解,避免了求偏导数;不存在有限差分和有限元等方法对高频成分限制的问题,可以实现全频带地震波场模拟;对内存容量的需求远远低于有限元法.利用伪谱法实现双相各向同性介质地震波场数值模拟的基本原理是:首先基于Biot模型给出双相各向同性介质弹性波波动方程;然后推导出二维双相各向同性介质的伪谱法计算公式;最后对给定的介质模型进行模拟试算.模拟结果表明,弹性波在双相各向同性介质中以快纵波、横波和慢纵波3种方式传播.基于模拟结果,分析了各类波的传播规律,讨论了耗散系数和孔隙度对地震波传播的影响.     

波动方程地震定向照明分析

 本文从地震波能量理论出发，提出了基于玻印亭矢量的地震波场方向性分解方法和地震波定向照明度计算方法。根据声波方程高精度正演模拟，计算出声波波场的能量密度矢量和能量传播方向，并通过角域滤波器实现对波场的方向性分解；进而基于方向性分解后的波场，可以计算出震源定向照明度和源—检定向照明度。数值模型试验结果表明：该法计算精度高且速度快，具有非常良好的实用性；定向照明可以用于定量分析地震采集参数对成像质量的影响；目标层CRP点照明角分布可用于地震分辨率分析。     

逆掩推覆构造的地震波照明与观测系统优化

在中国的西部和西南部地区，地表条件复杂，逆掩推覆构造广泛分布。在这些地区进行野外地震资料采集，观测系统设计应该基于CRP点而不是CMP点。为此，对基于CRP点的观测系统设计方法进行了探讨。根据波动方程地震波照明结果，利用照明统计、双程波照明或单程波照明方法，确定针对某勘探目的层的地面最优炮点分布范围；利用射线追踪和波动方程模拟，分析特定目的层各CRP点的覆盖次数以及照射能量的分布情况；综合地下各目的层不同炮检距地震道对各CRP点的覆盖次数和能量贡献分布曲线，确定这些目的层的最优检波器排列方式和排列长度。以玉门油田JX01逆掩推覆构造模型为例，对面向目标的地震波照明和观测系统优化设计方法进行了讨论，结果表明，利用该方法可以对勘探目标更好地进行成像。     

提高地震波照明均匀性的加密炮设计新方法

针对中国西部山前断裂带等近地表散射源较多地区的地震数据信噪比较低、地下目的层反射能量均匀性较差的问题,提出了基于震源组合、面向目标、增强目的层照明均匀性的炮点设计方法。首先,利用等炮间距的常规观测系统进行双程波波动方程地震照明模拟; 其次,在目的层照明阴影区激发地震波,当初至波传播至地表时,利用坡印廷矢量进行地表方向统计,确定震源组合主波束方向,同时进行地表能量统计,确定局部加密组合震源的位置。模型试验结果表明：局部加密组合震源可明显提高阴影区的照明能量和目的层照明的均匀性,对复杂地区针对特定勘探目标的观测系统优化设计具有一定的指导意义。     

逆时偏移技术发展现状与趋势

逆时偏移比单程波波动方程偏移和克希霍夫积分偏移更适于复杂构造成像。基于双程波波动方程进行波场逆时外推,并应用成像条件提取成像值,可以得到逆时偏移数据体。实例分析表明,逆时偏移对盐体侧翼及盐下构造的成像效果要优于单程波波动方程偏移。然而,由于采用有限差分算法以及需要保存大量的震源波场数据,因而逆时偏移的计算成本很高,使其无法适应大数据量的地震数据处理;而由互相关成像条件引入的低频噪声也是困扰逆时偏移实用化的一个问题。在总结和分析逆时偏移技术的进展以及国外地球物理公司关于逆时偏移技术发展策略的基础上,结合研究现状,阐明了逆时偏移未来的发展趋势和研究重点。分析认为,进一步提高逆时偏移的计算效率仍然是未来几年逆时偏移技术发展的重要方向,弹性波逆时偏移和各向异性逆时偏移将会越来越受到重视。     

面向目标靶区的双程波动方程地震定向照明分析

提出一种面向目标靶区的地震定向照明分析技术,即采用双程声波波动方程传播算子,通过地震波传播的波印廷矢量(Poynting vector)分析对每个质点的波场值进行方向性分解,根据分解后的波场值分别计算出模型在不同方向上的地震波能量分布,最终计算出地震波震源的定向照明度。数值模型试验结果表明:利用定向照明度可以定量地分析出地震波沿不同方向传播的能量分布规律,进而分析各个不同方向的定向照明度对目标靶区照明量的贡献情况,为地震采集设计中合理地选择加密炮点的激发位置以及激发方向提供参考依据。该方法计算速度快且精度高,对复杂的模型具有一定的适用性。     

弹性波波场P波和S波分解的数值模拟

通常采用完全弹性波波动方程进行弹性波波场数值模拟，只能得到P波和S波的混合波场。若要进一步获得P波和S波的波场，一般是在得到混合波场之后再进行波场分离，或用声波方程单独模拟P波和S波波场，但是这些方法往往很难确保P波和S波的振幅不出现畸变。本文给出了完全弹性波波动方程的一种等价方程，该方程既含混合波场变量，也含纯P波和纯S波波场变量。用伪谱法求解该波动方程，在得到混合波场的同时，也得到了完全分离的纯P波或纯S波波场，并保留了P波和S波能量相互转换的信息。模拟波场分析表明，采用这种弹性波波场分解的数值模拟方法对认识弹性波的传播规律有重要意义。     

基于局部相似属性的数据依赖地震照明分析方法

地震照明分析对观测系统设计具有重要意义。本文在局部相似属性基础上研究了数据依赖的地震数据照明分析方法。首先分析局部相似属性的物理含义,给出数据依赖地震照明度分析方法;将采集的地震数据进行处理得到共成像点道集数据,利用局部相似属性计算不同炮检距的照明强度,从而得到数据依赖的照明分析。该方法不需要地质模型的假设,充分利用实际采集地震数据,估算不同炮检距（或入射角）对目标地质体的照明度。利用数据依赖地震照明分析结果可及时调整、改进设计后续地震勘探数据采集观测系统。     

基于地震照明、面向勘探目标的三维观测系统优化设计

基于水平层状介质假设的常规三维地震勘探观测系统设计方法难以适应复杂构造区。本文利用地震照明技术,参考前人对二维问题的研究成果,发展了面向勘探目标成像的三维地震勘探观测系统优化设计方法。该方法利用三维单程傅里叶有限差分波场传播算子将勘探目的层的平面源延拓到地表,通过分析从目的层延拓到地表的地震照明能量分布,确定面向勘探目标的最佳激发范围。利用该方法可明显提高照明阴影区的照明强度,进而改善地下阴影区的成像质量。基于三维SEG-EAGE盐丘模型的地震照明与偏移成像试验结果,验证了本文面向勘探目标的三维地震观测系统优化设计方法的有效性与正确性。     

海上全方位圆形观测系统设计与评价

近年兴起的海上拖缆全方位地震采集技术可高效地采集到全方位角地震记录,提高了复杂地质构造的成像质量。本文从圆形采集路径的公式推导出发,进行海上全方位圆形采集路径观测系统的设计;并从覆盖次数、炮检距、方位角、采集脚印等方面对全方位圆形采集和窄方位直线形采集路径做均匀性分析;然后以M深水区三维典型地质模型为实例,利用射线追踪照明技术对比了圆形采集路径观测系统与宽方位观测系统在目的层的模拟偏移振幅。均匀性分析和射线追踪照明对比的结果均表明:全方位圆形采集路径观测系统比常规平行采集观测系统更具优势。     

海洋二维双船拖缆与宽频带地震采集实验

双船拖缆地震采集可以布设灵活的观测系统,如形成大炮检距、增加覆盖次数、中间激发提供两个方向照明等,进而改善复杂构造的地震成像效果。同时,宽频地震技术日益受到重视,通过大容量宽频震源激发,变深度拖缆接收,并进行数据去鬼波处理,达到拓宽频带的效果。综合双船拖缆与宽频采集的优势所开展的实验表明,成像剖面的浅层分辨率得到提高,中深目标层揭示效果有了改善,该技术在构造成像难点区值得尝试。     

基于采集目标的地震照明度的精确模拟

传统的野外地震数据采集设计方法已无法适应复杂山地地表和复杂地下构造地区。为此本文提出了面向地质目标、基于模型正演模拟的地震采集设计方法。该法利用惠更斯-菲涅耳原理和Kirchhoff积分波场研究地震波的入射和反射的能量分布特征,提出将地震照明度分解为震源对地下界面的照明度及地下反射界面对地表检波器的照明度,并分别通过对两种照明度的分析,确定采集数据的信噪比和地表检波器的照明度,判断地面排列采集反射能量的均匀性,从而确定地震数据偏移成像的分辨率和可靠性。同时,在不需要对地震数据进行偏移成像的前提下,可对采集数据进行直观有效的分析评价,有利于设计人员对观测系统参数进行有目的的修改和完善。     

复杂非均匀介质伪谱法波场数值模拟

在地震波场数值正演模拟方法的研究中，计算精度和计算效率是评价方法的有效性及优越性的2个关键问题。从一阶速度—应力弹性波动方程出发，利用伪谱法求解波动方程，对复杂非均匀介质模型中的波场进行了正演模拟，并利用经典的Marmousi速度模型验证了该方法所具有的优势及存在的问题。将伪谱法模拟结果与交错网格高阶有限差分法的模拟结果比较可知：对于较为简单的非均匀模型，伪谱法和交错网格高阶有限差分法生成了几乎相同的波场；而当模型非常复杂且存在变化较剧烈的速度间断面时，伪谱法的模拟结果比较差。尽管如此，伪谱法计算速度快，计算效率高，能够直观、高效地反映介质中波场的传播规律，因而仍不失为一种很好的地震波模拟方法。     

基于检波器接收照明能量效率最大化的炮检距设计方法

以往基于水平层状介质的常规观测系统设计方法,已不能满足如今高精度油气勘探的要求。基于此,宜采用基于地震波照明度的观测系统优化设计方法,然而目前的照明分析技术还仅限于对观测系统进行评价。本文在地震照明模拟的基础上,通过探究检波器接收能量和接收效率之间的关系,形成基于检波器接收照明能量效率最大化的最大炮检距设计方法。其基本思路是在目标部位通过模拟放炮,建立接收能量和接收效率之间的优化关系,并获取最佳最大炮检距。通过对取自实际资料的断陷模型和逆掩推覆模型的模拟实验,证明基于照明度分析的观测系统参数设计方法具有良好应用效果。     

梯形网格伪谱法地震波场模拟

波动方程的数值求解是地震勘探高精度成像和反演方法的核心。为保证精度,常规方法往往根据模型最小速度设置固定的空间采样间隔,易在高速区形成“过采样”,计算存在一定冗余性。由于重力引起的岩石压实效应,波的传播速度由浅入深整体增大,梯形坐标变换更契合这种速度变化趋势。为此,提出梯形网格伪谱法地震波模拟方法。利用基于梯形坐标变换的梯形网格法对介质进行剖分,在浅层低速区采用细网格、深部高速区采用粗网格,可有效减少网格点数;同时,通过伪谱法求解坐标变换后的变系数声波方程,并引入完全匹配层消除人工边界虚假反射,以兼顾波场模拟的效率与精度。Marmousi模型的测试结果表明,相较于常规固定网格剖分,梯形网格剖分的网格数可减少约69%;相较于常规网格伪谱法和高阶有限差分法,梯形网格伪谱法的计算时间分别减少约58%和60%,同时具有较小的数值频散。可见,所提方法是一种高效、高精度地震波模拟方法。     

孔隙结构参数在普光气田的初步应用

影响地震波速度的因素除了岩层的孔隙度外,孔隙结构的差异会使地震波速度的分布变得复杂,以致于影响速度-孔隙度模型的准确性。文中介绍了荷兰皇家壳牌石油公司命名的孙氏模型及孔隙结构参数的计算方法。孔隙结构参数是描述孔隙结构对地震波速度产生影响的新的岩石物理参数,可以用于刻画不同的孔隙空间类型,可以将速度-孔隙度一元关系改善为速度-孔隙度-孔隙结构参数二元关系。孔隙结构参数也可以表征渗透率的非均质性,将孔隙度-渗透率一元关系改善为孔隙度-渗透率-孔隙结构参数二元关系,为储层孔隙度和渗透率的预测提供了理论模型,使地震尺度上用孔隙度、渗透率、孔隙结构表征储层成为可能。该方法在普光气田的初步应用效果良好。