一般TI介质中多震相旅行时层析成像——以井间成像为例

传统的各向异性介质中的正、反演研究大多基于弱各向异性假设下的VTI介质,且主要是有关初至波的射线追踪和相应的旅行时反演。然而,随着勘探精度要求的不断提高,一般普适的(含强)TI介质中的多震相射线正、反演方法,则成为急需解决的问题。鉴于此,本文将基于各向同性介质多震相分区多步最短路径射线追踪算法推广到一般各向异性TI介质,结合相、群速度导数的一阶旅行时扰动方程,采用共轭梯度求解带约束的阻尼最小二乘问题,进而提出了一种利用多震相旅行时进行一般TI介质弹性参数反演的方法。井间地震数值实验结果表明,多震相旅行时联合反演可有效提高成像分辨率,验证了方法的有效性和正确性。     

横向各向同性介质走时反演

本文利用有偏垂直地震剖面P波、SH波走时曲线，研究层状横向各向同性介质参数的反演方法。对于SH波走时曲线，用双曲线拟合法确定两个弹性参数；对于P波走时曲线，则利用双曲线拟合和遗传算法相结合的方法反演其余三个弹性参数。     

横向各同性介质走时反演

本文利用有偏垂直地震剖面Ｐ波、ＳＨ波走时曲线，研究层状横各向同性介质参数的反演方法。对于ＳＨ皮走时曲线，用双曲线拟合法确定两个弹性参数；对于Ｐ波走时曲线，则利用双曲线拟合和遗传算法相结合的方法反演其余三个弹性参数。     

初至波走时层析成像对初始模型的依赖性

 在层析反演过程中,尤其是射线层析反演过程中,很多因素会影响反演效果,初始模型就是其中的一个重要影响因素。本文主要参考Jannane等对波形反演目标函数性态分析的研究方法,通过一系列理论模型实验,分析初至波走时层析成像对初始模型的依赖性,讨论简单、高效的层析初始模型选取问题,并进一步提出以下层析成像初始模型的选取策略：①首先对存在的地质模型做平滑处理,得到介质的背景场信息（也可以结合先验信息采用其他方式（如梯度模型）作为背景场信息）;②从地质模型中减去背景场信息以得到扰动场;③对扰动场做低通滤波得到扰动场的长波长分量;④将扰动场的长波长分量加上背景场信息得到层析初始模型。最后通过理论模型数值实验与实际资料处理证实该选取策略的合理性和优越性。     

P-SV波和P-SH波非线性旅行时层析成像

结合各向异性介质转换波射线追踪算法、旅行时扰动方程和非线性共轭梯度算法,实现了P-SV波和P-SH波非线性旅行时层析成像。利用P-SV波和P-SH波对块状异常体模型进行非线性旅行时层析成像得到了两组不同的反演结果。这两种转换波反演所得弹性模量参数结果与真实模型接近,收敛效果较好,证明了P-SV波和P-SH波非线性旅行时层析成像方法的正确性。     

起伏层状TI介质中多次波射线追踪

现有的TI介质中的射线追踪算法很少涉及多次波的追踪计算,加之大多数算法又是建立在规则网格（或单元）模型划分的基础上,不利于追踪不规则界面下的多次波射线路径和相应走时。本文在模型参数化时引入不规则网格（或单元）划分,在主节点上对TI介质的6个参数（五个弹性参数,外加介质对称轴倾角）进行采样,计算得到三种类型 （qP,qSV,qSH） 波的群速度,通过单元主节点的群速度值线性插值得到次级节点上的群速度值。然后采用网格（或单元）波前扩展的方法进行分区波前扫描（射线追踪）,实现了起伏层状TI介质中多次（透射、反射、及转换）波的追踪计算。均匀各向异性介质中的计算结果表明,数值解与解析解吻合,验证了算法的有效性;模型数值模拟结果表明,该算法可以有效地模拟起伏地表和速度间断面,具有较高的计算精度和较快的CPU运行时间,能够适用于任意倾角的TI介质中的多次波射线追踪。     

VTI介质多波各向异性参数分析

在地震数据处理中,通过各向同性参数分析无法校平大炮检距地震记录,会引起动校拉伸、叠加结果失真,而通过各向异性参数分析,能实现对大炮检距地震反射资料的有效处理。本文针对VTI介质中PP波和PSV波各向异性参数分析过程,提出充分利用多波数据信息丰富的优势,采用预估—分析—提取的策略限定各向异性参数的范围,简化各向异性参数分析的流程,达到提高多波各向异性参数提取精度和分析效率的目的;并通过优化参数谱,增强各向异性参数谱的分辨率。通过理论模型和实际资料验证了方法的正确性和可行性。     

井间地震纵、横波走时层析成像处理方法

本文介绍了深井井间纵、横渡资料的层析成像方法。该方法利用正演模型识别波场，用交互法拾取走时，采用界面网最小走时射线追踪法进行射线追踪，并用反演样条系数代替反演慢度，最后合成速度场。实际资料处理结果表明，反演结果与测井曲线的相关性较好，几套高速砂层反映得比较清楚。     

三维层状介质中基于走时梯度的多次波射线追踪

本文结合分区多步思想改进初至波走时梯度射线追踪算法(MTG),使之能适用于三维层状介质中多次波射线追踪计算。在计算过程中按照射线类型和速度分界面将三维模型分为不同的计算区域,根据多次波的传播顺序从震源开始在对应的区域内采用网格剖分线性插值法计算波前走时场。然后从检波点开始根据多次波的类型在对应的计算区域内沿走时梯度方向分步追踪多次波射线路径。在计算多次波波前走时场的过程中,为提高计算效率加入了逐次网格剖分技术,使分界面上波前新的震源位置更加精确;在多次波射线追踪的过程中根据走时梯度方向追踪射线路径,在速度分界面区域内采用局部追踪策略求取下一个追踪点以提高多次波的射线精度。本文在多层层状介质模型及扩展到三维的Marmousi模型中进行试验,计算结果表明,改进的MTG算法结合分区多步技术计算多次波时具有常规MTG法计算初至波时的优点,计算精度高、算法简单、计算效率高,验证了MTG算法在复杂的三维模型中计算多次波的有效性。     

三维裂隙介质中弹性波的速度研究

本文研究了三维含裂隙介质中弹性波的传播速度问题。文中根据Ｈｕｄｓｏｎ模型，导出了三维含裂隙介质中波传播的相速度和群速度的解析表达式，并就干裂隙，并就干裂隙和流体饱和裂隙情况计算了相应的速度。     

广义Rytov近似有限频初至层析

在传统的有限频层析理论中,采用Born或Rytov近似推导地震波旅行时对模型参数的一阶Fréchet微商,隐含了弱散射近似假设.对于强速度扰动,有限频层析正问题的线性化近似不再成立.近年来发展的广义Rytov近似理论可以较为精确地预测散射波的相位扰动,因此更适用于有限频旅行时层析.为突破弱散射近似的限制,将广义Ryto...     

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。     

共接收面元三维折射旅行时反演方法

本文提出一种基于共接收面元的三维折射旅行时反演方法。将工区划分成若干个接收面元,并设每个接收面元内高速层速度不变。先根据折射时距曲线瞬时斜率计算各个接收面元的高速层速度。对于一个接收面元,把各炮点与该接收面元有关的炮检距和折射旅行时数据按方位角划分成共方位角道集,分别将各共方位角道集数据转换成相对于均值的相对坐标数据,再对该接收面元的所有相对坐标数据进行直线拟合,将拟合直线斜率的倒数作为该接收面元内的高速层速度。求出各个接收面元的折射速度后,根据折射旅行时方程得到各对炮点和接收点的延迟时间之和,构成所有炮点和接收点延迟时间满足的线性方程组,在平滑约束下用最小平方QR分解(LSQR)算法解该方程,获得各炮点和接收点的延迟时间。用该方法对新疆A区山前带的三维地震资料进行长波长静校正处理,取得了良好的应用效果。     

基于Chebyshev多项式的三维射线追踪

采用快速匹配追踪（FMM）算法计算旅行时场;根据函数逼近和正交多项式的定义,利用Chebyshev正交多项式逼近旅行时场,从而使误差在最小二乘意义下达到最小,起到一定的平滑作用;然后直接对Chebyshev插值函数施以微分运算计算旅行时场的梯度,并最终得到射线路径。数值实验表明该方法提高了射线路径计算的精度和效率。     

TI介质带限射线束传播及偏移方法

地震数据是典型的带限信号,这限制了传统高频射线理论在其偏移处理中的应用。本文构建了一种适用于横向各向同性（TI）介质的带限射线束传播算子,并应用于射线束偏移。在局部平面波近似下构建了带限射线追踪算法,并将该算法扩展到TI介质。在带限中心射线基础上引入旁轴近似展开,构建适用于TI介质的带限射线束传播算子,将该带限射线束传播算子应用于各向异性介质射线束偏移。该传播算子在保持射线类方法高效灵活优点的基础上,兼具波动类波传播算子能够描述带限波场传播的特性。数值实验表明,各向异性带限射线束改善了盐丘等复杂构造与各向异性区域的照明,提高了偏移成像剖面和角度域共成像点道集的质量。     

一种改进的三维旅行时梯度射线追踪方法

最大旅行时梯度射线追踪（The Maximum Traveltime Gradient Ray Tracing,MTG）法利用三次B样条插值计算旅行时场的最大旅行时梯度,从而追踪初至波射线路径。但由于三次B样条插值是连续光滑的插值函数,在射线通过速度突变区域时,计算次级源点的旅行时和梯度会产生一定的误差。在分析MTG算法计算误差来源的基础上,提出了一种改进的B样条/线性联合插值的三维射线追踪（The Modified Maximum Traveltime Gradient Ray Tracing,简称MMTG）算法,即在速度均匀变化的区域采用B样条插值计算旅行时梯度确定下一个次级源点,在速度变化剧烈的区域利用线性插值法在网格界面上找出旅行时最小的入射点作为次级源点,从而保证射线在速度分界面上折射产生的不连续性。数值实验结果表明,MMTG算法在保持MTG算法优点的同时进一步提高了射线路径的计算精度,能够适应更复杂的速度介质模型。     

横向各向同性介质拟声波一阶速度—应力方程

基于弹性波的基本理论,首先推导了VTI介质拟声波一阶速度—应力方程,通过坐标变换,还得到了TTI介质拟声波一阶速度—应力方程,并从能量守恒的角度证明了上述方程比基于频散关系推导出的拟声波方程更加稳定。针对各向异性参数ε<δ的模型,对新推导的方程引入横波项,消除了残留的横波产生的数值模拟不稳定现象。通过对均匀二维模型和逆冲模型的正演模拟表明:新推导的方程不仅能很好地维持qP波的运动学特征,而且能够很好地适应任意旋转角度的TTI模型,并且在旋转角变化的TTI介质中数值稳定性要好于基于频散关系推导出的拟声波方程。