通过射线追踪模拟理解盐下照射 第一部分：简单的2D盐丘模型

墨西哥湾盐丘的复杂构造和高速度差造成了一个地震成像难的问题。地震数据的3D叠前深度偏移（PreSDM)能够产生盐丘岩床下反射层和不规则外来岩体的成像。但是,3D叠前深度偏移不能填充盐丘下只有少数能量被反射的屏蔽区。另外,3D叠前深度偏移通常都处理不好由盐丘构造地震能量聚集和分散所引起的振幅变化。射线追踪模拟能够解释盐下成像问题,并且模拟结果应与勘探、开发方案相结合。模拟过程包括：建立一个计算机模型,其中包括了盐丘形状和速度变化;用射线追踪模拟来模拟一个完全的3D地震测量,并将数据选排成CRP道集。模型建立和射线追踪时应注意,使产生的振幅结果与盐下反射产生的地震振幅有可比性。由于版面所限,本项研究分三篇文章介绍。第一部分介绍了射线追踪模拟入门、射线追踪方法和简单的2D盐丘模型实例。第二部分对更复杂的2D和3D模型进行研究,以确定更为复杂构造的影响。在最后一部分中,用3D模型射线追踪的结果说明了同构造方位相关的激发方向的效果。在不同的情况下,对墨西哥湾3D叠前深度偏移测量中提取的真实地震数据中形状相似的盐丘进行了比较。本研究根据简单形状对可能的成像异常提出了新的认识,其结论可以外推到“真实世界”情况。然而,在真实构造中还有复杂的相互作用和速度变化,这也就意味着需要用射线追踪或其他模拟方法来确定在这些复杂构造下的特殊照射。     

快速射线追踪算法

本文提出了一种快速射线追踪算法,该算法主要以模型划分和射线路径简单搜索为基础。模型划分是用一系列的垂直平行线划分所研究的模型,平行线与各层界面相交构成对模型的一种特殊剖分,一系列的交点则为近似表示模型界面的节点。假定射线通过这些节点,则根据Fermat原理,用简单的三点比较法迭代求得射线路径,进而计算旅行时、生成合成地震记录。该算法原理简单、计算速度快、使用灵活,它可以适用于多种复杂的地质构造、适用于多种采集排列,可以广泛地运用于合成记录计算、旅行时反演中的旅行时计算以及偏移处理中的成像时间计算。文中给出了一些计算结果,说明了本算法的有效性及模型划分的精度。     

基于薄层模型的有限频率地震波射线追踪

基于Fermat原理的射线追踪方法都是假定地震波的频率为无限，从而求取最小旅行时所对应的路径。然而实际地震波的频率是有限的，地震波主要是在Fresnel带内沿尽可能短的路径进行传播的。为了使得到的射线路径更符合实际情况，本文在原弯曲射线法的目标函数中加入一项与射线长度有关的惩罚项，实现了基于薄层介质模型的有限频率地震射线近似追踪。理论例子表明，该方法简单，计算速度快，效果良好。     

多次回溯高精度快速射线追踪方法研究

射线追踪的速度和精度直接影响地震资料的静校正和偏移成像的质量。针对复杂构造和不均匀介质中的地震波传播问题,提出了多次回溯高精度快速射线追踪方法。该方法基于费马原理,首先从震源出发选择目标点,以目标点为中心选定矩形计算网格,计算各网格点到目标点的旅行时,选择震源到网格点再到目标点的最小旅行时作为该目标点的传播时间,同时记录该点前一节点的坐标,这样介质中各目标点均有一条指向震源的射线路径;然后对射线进行回溯,对射线上的任意节点根据追踪半径确定回溯网格,计算地震波从震源到回溯网格中任意网格点再到目标点的传播时间,如果该时间比原目标点的传播时间短,则用该网格点替代原节点。根据精度要求选择合适的回溯次数更新节点信息,获得地震波传播的射线路径。模型试算结果表明,多次回溯高精度快速射线追踪方法是一种有效的初至波射线追踪方法。     

基于体元模型的三维VSP射线追踪

本文基于费马原理,利用全路径迭代算法实现体元模型中的三维VSP两点射线追踪。体元模型由块体组成,块体之间界面采用连续函数或离散点插值表示。射线追踪过程中先对中间路径点给一初始值,通过迭代求解有关路径修正量的矩阵方程,得到满足精度的路径点信息。文中对三维VSP观测系统采集进行正演,并针对目的层的反射P波和P-SV波射线追踪结果说明该方法对块体模型的适应性,射线追踪精度可根据研究问题的需要确定,可作为三维VSP观测系统参数优化设计的辅助手段。     

Navisworks在地面工程3D模型审查中的应用

近年来,随着数字化技术的快速发展,三维协同设计已成为石油地面工程设计发展的主流趋势,3D模型审查作为三维数字化设计的重要里程碑,浓缩了数字化设计需要关注的方方面面。但审查会前的准备工作、审查过程中面临的问题以及审查意见的处理与关闭仍然困扰着工程设计人员。针对阿联酋巴布油田综合设施项目工程实践,综合分析海外项目3D模型审查会的目的、要求以及面临的问题,决定选用Navisworks作为3D模型审查会的浏览软件,其在海外石油地面工程3D模型审查会中收到了良好的应用效果。通过应用Navisworks软件优化了工作流程,提高了3D模型审查的效率和质量。     

横向各向同性介质中纵波和转换横波的快速射线追踪方法

首先根据横向各向同性介质中群速度与相速度的关系,以及横向各向同性介质中射线参数的表达式,推导出适用于做射线追踪的射线参数解析表达式。在介质的对称平面内,利用逐段迭代的射线追踪方法导出了任意形态光滑界面反射点和透射点的一阶修正量公式,可适用于纵波、转换横波的射线路径及旅行时的计算。公式推导未做弱各向异性的假设,对任意强度的各向异性介质都适用。通过用水平界面各向异性介质时距曲线公式（Ｔｓｖａｎｋｉｎ     

基于薄层模型的有限频率地震波射线追踪

基于Fermat原理的射线追踪方法都是假定地震波的频率为无限，从而求取最小旅行时所对应的路径。然而实际地震波的频率是有限的，地震波主要在Fresnel带内沿尽可能短的路径进行传播。为了使得到的射线路径更符合实际情况，在原弯曲射线法的目标函数中加入一项与射线长度有关的惩罚项，实现了基于薄层介质模型的有限频率地震射线近似追踪。理论例子表明，该方法简单，计算速度快，效果良好。     

常梯度射线追踪法及在VSP-CDP成像中的应用

本文用常速度梯度射线追踪法进行反射波的射线追踪,并结合两步法和插值逼近法求解两点射线追踪问题,最后将该方法应用于VSP-CDP成像中。对模型资料和实际资料进行试算结果表明:两步法结合插值逼近法能较好地解决复杂速度场的两点射线追踪收敛问题,但两步法只对二维速度模型有效,对于三维模型的两点射线追踪问题,仍使用文中式(11)给出的三角形面积加权的插值逼近法。     

斜井井间地震三维射线追踪方法

井间地震勘探在致密油气藏等复杂岩性油气藏勘探开发领域起着非常重要的作用,随着井间地震勘探复杂程度的增加,常规的二维射线追踪正演方法不能很好地满足实际生产需要。在常规射线追踪方法的基础上,推导了适用于三维井间地震的逐段迭代射线追踪方法基本算法与公式,并利用VC++6.0和Qt环境编写了三维井间地震射线追踪正演程序。同时建立了多种三维井间复杂地质模型,并利用所编软件对所有模型进行了正演模拟分析,结果表明研制的复杂井间地震射线追踪正演方法和编制的程序正确,正演结果能准确地反映地层结构的运动学特征,能适用于多种复杂的三维井间地质模型。     

射线追踪数值模拟方法研究及效果分析

地震波数值模拟方法是和地震波传播理论紧密结合在一起的。由于可以用射线理论、积分方程、微分方程来描叙地震波的传播，模拟方法也相应地有射线追踪方法、积分方程数值求解方法及微分方程数值求解方法。射线追踪方法通过求解程函方程计算地震波旅行时，通过求解传输方程计算地震波振幅。是以高频近似为前提，适合于物性缓变模型中地震波传播模拟，但不适合物性变化较大的模型中。其突出优点是模型简单，计算速度快。     

通过射线追踪模拟理解盐下照射第一部分:简单的2D盐丘模型

墨西哥湾盐丘的复杂构造和高速度差造成了一个地震成像难的问题.地震数据的3D叠前深度偏移(PreSDM)能够产生盐丘岩床下反射层和不规则外来岩体的成像.但是,3D叠前深度偏移不能填充盐丘下只有少数能量被反射的屏蔽区.另外,3D叠前深度偏移通常都处理不好由盐丘构造地震能量聚集和分散所引起的振幅变化.射线追踪模拟能够解释盐下成像问题,并且模拟结果应与勘探、开发方案相结合.模拟过程包括建立一个计算机模型,其中包括了盐丘开头和速度变化;用射线追踪模拟来模拟一个完全的3D地震测量,并将数据选排成CRP道集.模型建立和射线追踪时应注意,使产生的振幅结果与盐下反向产生的地震振幅有可比性.由于版面所限,本项研究分三篇文章介绍.第三部分介绍了射线追踪木匠入门、射线追踪方法和简单的2D盐丘模型实例.第三部分对更复杂的2D和3D模型进行研究,以确定更为复杂构的影响.在最后一部分中,3D模型射线追踪的结果说明了同权造方位相关的激发方向的效果.在不同的情下,对墨西哥湾3D叠前深度偏移测量中提取的真实地震数据中形状相似的盐丘进行了比较.本研究根据简单形状对可能的成像异常提出了新的认识,其结论可以外推到"真实世界"情况.然而,在真实构造中还有复杂的相互作用和速度变化,这也就意味着需要用射线追踪或其他模拟方法来确定在这些复杂构造下的特殊照射.     

-种改进的双线性插值射线追踪方法

线性插值射线追踪是-种具有全局搜索能力且计算效率相对较高的射线追踪技术。为了克服该方法线性假设导致在近场处的旅行时计算精度差、射线路径不合理等问题,本文提出-种改进的双线性插值算法,应用优化扫描法确定波前面和传播方向,追踪最短射线路径;采用动态变密度网格剖分方式,有效地提高了旅行时精度,特别是近场旅行时的计算精度;同时采用快速判定条件和简化计算公式,有效地降低了计算量,提高了计算效率。理论模型测试显示了该方法的有效性。     

平面波射线追踪与面炮波场时间滞后深度成像

面炮(Arealshot)偏移技术是对实际炮集数据按照不同方向传播的平面波进行时间延迟分解并合成组合炮记录,分别进行组合震源下行波的向下波场外推和组合记录上行波的向下波场延拓,在相遇深度得到该方向平面波的反射波成像。本文基于面炮深度偏移技术,充分利用射线追踪计算量小和波动方程波场延拓的良好振幅特性,提出了用平面波射线追踪法计算平面波组合震源下行波前走时和面炮波场滞后时间成像的深度偏移方法,并着重讨论了程函方程有限差分法计算平面波传播时间和组合记录上行波场时间滞后的深度成像方法。通过对Marmousi模型数据的成像检验,表明该法要比积分法偏移效果优越。     

折射初至波射线追踪方法研究

 在复杂地表区采用传统的射线追踪算法得到的近地表速度结构与微测井测量结果偏差较大,造成这种情况的主要原因是求取射线路径的精度较低。采用常规的基于旅行时平方的非线性插值法虽然提高了射线路径和旅行时间的计算精度,但是不适用于速度变化剧烈地区。本文在分析此类非线性插值法误差来源的基础上对该方法进行改进,在充分考虑各种可能射线路径的基础上,采用非线性旅行时插值方法计算地震初至波的射线路径和旅行时。数值计算结果表明：本方法在保证地震波旅行时计算精度的前提下,可以采用较粗的计算网格提高射线追踪的效率,并能够适应各种复杂的速度结构。     

基于叠加速度谱建立速度模型方法在X开发区的应用

为了直观、真实描述X开发区构造特征,形成高质量深度域地震资料,针对X开发区现有速度建模方法在断层边部转换精度不高和井间速度场异常等问题,开展了海量数据整理,基于叠加速度谱空间速度属性建模等方面研究,充分发挥密井网的优势,利用声波时差测井资料获得单井速度,与叠加速度谱融合,构建高精度速度模型。结果表明：X开发区构造复杂,断层交错,且井资料仅在萨葡高油层为密井网资料,因此将地震资料纵向上分为3段进行速度属性优化融合,实现地震体时深转换后相对误差不超过0.2%;井断点均在深度域地震剖面的明显断裂痕迹上,且与深度域断层解释结果吻合。结合以上成果认识,对提高X开发区井震结合研究的精度及应用效率具有一定的指导意义。     

全局搜索两点法射线追踪的方法

在假设地层界面是三次函数的基础上,根据两点射线追踪推导出二阶非线性方程组,将全局搜索策略和快速收敛的拟牛顿法结合起来,利用全局搜索策略首先得到近似的线性极小化,然后用DFP方法实现拟牛顿法,实现了非线性方程组的稳定求解,获得了复杂界面情况下的射线路径和合成地震记录。     

怀俄明州Cave Gulch油田的3D勘探--运用叠后深度偏移发现天然气

Waltman背斜是一个走向朝北、横穿怀俄明州中部Wind River盆地的横背斜,在北部边缘被Owl Creek逆断层所推掩(图1和图2)。油田沿Waltman背斜,从Fort Union、Lance、Meeteetse、Mesa Verde、Frontier、Muddy和Lakota地层中多层叠置的砂岩中采集油气(图3和图4)。在西北方向的Madden油田,从较深的Madison碳酸岩储层中获得高产油气。