三维射线跟踪：层析成像的应用

基于连续技术的快速射线跟踪算法使我们有可能模拟通过三维层状介质传播的地震射线的旅行时。这种算法是为了处理很多条在地表上任意分布的地震测线而设计的。层析成像法使用这种射线跟踪,为的是恢复三维层状介质的地下图象。射线跟踪算法与非线性反演算法间的这种解析的联合产生一种计算效率高的层析成像方法。文中用几个合成实例说明了这种方法产生可靠的地下图象的能力。     

初至波射线层析成像在复杂区静校正中的应用

在复杂地表和复杂构造地区，静校正问题突出。为此，根据目前静校正存在的问题和实际需要，进行了地震初至波射线层析成像方法的研究。给出了初至旅行时层析成像方法的基本原理，包括近地表模型的建立、射线路径和初至时间的计算、反演方程的建立以及共轭梯度反演方法等。其中提出的对复杂介质采用动态网络最短路径射线追踪方法，克服了同类方法得到的射线路径呈之字形、计算出的旅行时比实际旅行时系统偏大的缺陷。利用非线性共轭梯度优化方法来实现初至旅行时层析反演，反演过程稳定收敛。利用理论模型和实际资料对方法进行了验证，结果表明，采用上述方法求取复杂地区的静校正量，静校正效果很好，剖面的品质得到了较大的改善。     

井间地震弯曲射线层析成像

本文利用井间透射波旅行时,并考虑井间地震射线弯曲情况进行了速度层析反演。对于井间断面采用三角形剖分,并给定单元节点的速度和位置参数;单元内的速度梯度为常矢,任一位置处的速度可由二维线性插值求取。采用速度较快的打靶法进行两点射线追踪;用奇异值分解(SVD)法求解大型稀疏病态方程组。另外,文中给出了两个理论模型。试验的结果表明:文中所述方法的成像质量较高,其可行性和实用性较强。     

快速射线寻迹井间走时层析成像算法及其应用

本文给出一种迭代射线走时层析成像算法。在该算法中,采用三角网格节点值的线性插值计算速度。利用此法进行正演计算,射线轨迹和走时都有解析表达式,从而可节省大量的计算时间;在反演计算中,射线轨迹点处的慢度可用三次多项式基函数予以计算。在线性化处理后,走时与某一未知模型参数的偏导数为走时与该模型参数的线性关系系数,从而加快了Jacobi矩阵的运算。由本算法对物理模型及野外井间地震资料进行层析成像结果表明,该算法快速、稳定、适用。     

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。     

三维结构下逐段迭代射线追踪方法

高尔根 ,徐果明 ,蒋先艺 ,罗开云 ,刘同庆 ,谢端 ,史进良 .三维结构下逐段迭代射线追踪方法 .石油地球物理勘探 ,2 0 0 2 ,37(1) :11～ 16本文基于 Snell定律和 Fermat原理对三维任意界面情况下的两点间射线追踪问题进行了研究。文中采用一阶不完全 Taylor展开等方法 ,推导出一个适用于三维介质分布情况下计算反 (折 )射点的 2× 2阶正定矩阵 ;从任意给定的初始路径出发 ,对射线路径进行逐段迭代计算 ,当整条射线路径的校正量之和满足一定的精度要求时 ,迭代计算过程结束 ,以最后一次迭代计算所得的射线路径作为最终的三维射线路径 ,进而实现三维结构下射线追踪计算。模型计算结果表明 ,该方法计算速度相当快 ,且计算精度可根据需要达到任意要求     

确定三维地层速度结构的地震层析成像技术

观测数据与地层参数之间呈线积分关系的反演称作地球物理层析成像。本文介绍在连续曲界面均匀各向同性层状介质情形下,根据地震反射资料反演三维地层结构及地震速度的地震射线层析成像方法。正演模型射线追踪是根据Fermat原理实现的,即求解由时间最小原理列出的非线性方程组得到射线与界面的交点。反演的目标就是求解这样的地层模型,使其射线追踪走时与观测走时的残差为极小。具体做法是根据走时残差求取模型参数修正量的阻尼极小二乘解,循环迭代直至满足要求为止。 文中给出了两个合成资料反演的例子。一个是合成的P波走时数据(加随机噪声)的反演,其结果与真实模型能较好吻合。另一个例子则同时考虑P波及反射P—SV转换波走时,反演包括P波速度和SV波速度对三维速度结构。利用P—SV波进行P波和SV波速度结构的成像是本文的一个进步。     

初至走时层析成像的一个应用实例

利用基于最短路径树弯曲射线追踪的联合迭代重建层析成像(SIRT)技术进行井间地震层析成像,对胜利油田的一对井间实际资料进行了处理。层析成像结果表明,层析成像算法可靠稳定,收敛性好,层析成像结果的精度较高。     

Wavetracing层析成像方法及其在井间地震中的应用

层析成像技术被广泛应用于矿产勘查、油气开发及工程勘查和检测领域。基于运动学特征的走时层析成像方法计算效率较高,但精度较低。基于动力学特征的波动方程层析成像方法精度较高,但计算时间较长。Wavetracing层析成像方法在射线追踪方面简单、高效,能够提供与有限频率实际资料相一致的传播路径和旅行时。应用该方法对胜利油田垦71地区多对井间地震资料进行的层析成像速度反演取得了良好结果。     

三维折射成像

本文介绍了一种非线性３Ｄ折射走时反演法，该法根据初至折射走时重构了３Ｄ地下浅层速度结构。反演法采用程函方程的有限差分解，不一定需要给出初始模型，数值测试表明，３Ｄ折射成像能正确地重构三维构造，并且在同等条件下比二维成像更精确。该方法可以用于三维静校正以及三维偏移。     

Wavetracing层析成像方法及其在井间地震中的应用

层析成像技术被广泛应用于矿产勘查、油气开发及工程勘查和检测领域。基于运动学特征的走时层析成像方法计算效率较高,但精度较低。基于动力学特征的波动方程层析成像方法精度较高,但计算时间较长。Wavetracing层析成像方法在射线追踪方面简单、高效,能够提供与有限频率实际资料相一致的传播路径和旅行时。应用该方法对胜利油田垦71地区多对井间地震资料进行的层析成像速度反演取得了良好结果。     

三维折射成像

本文介绍了一种非线性3D折射走时反演法,该法根据初至折射走时重构了3D地下浅层速度结构。反演法采用了程函方程的有限差分解,不一定需要给出初始模型。数值测试表明,3D折射成像能正确地重构三维构造,并且在同等条件下比二维成像更精确。该方法可以用于三维静校正以及三维偏移。     

三维试射射线追踪子三角形法

地震波的射线追踪方法在地震资料处理中有着广泛的应用，而且射线追踪的精度和计算效率直接决定着资料处理的质量和效率。所以不断改进射线追踪方法一直是人们的研究热点。人们普遍认为，试射法是解决两点射线追踪的一种快速、精确的方法。在此基础上，本文运用三角形的面积坐标，提出了几种试射追踪方法：单纯形法，细分三角形法，分割三角形法和子三角形法。研究表明子三角形法平均试射次数最少，而且收敛快，精度最高。文中给出的三维射线追踪实例及理论研究证明：试射修正时采用对射线的方向分量修正比直接对试射角度修正的效果要好。     

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。     

三维高斯射线束法合成三分量VSP记录

本文首先给出了三维高斯射线事束的表达式，然后讨论了用三维高斯射线束合成地震记录的方法，最后举出了几个地质模型合成三分量ＶＳＰ记录的算例。     

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。     

网格逐次剖分算法在三维地震射线追踪中的应用

初至波走时计算与路径追踪是基于射线理论层析成像的关键,走时线性插值(LTI)算法具有较高的追踪精度和计算效率,在二维条件下应用广泛,但在三维情况下存在最小走时方程不能解析求解的问题。为此,在走时线性插值的基础上,提出了一种改进的网格逐次剖分方法。该方法基于原有的LTI网格界面剖分算法,在最小走时剖分点附近建立同样规格的剖分点阵列进行进一步的细分搜索,寻找最小走时,避免了增加剖分精度而进行的全局细化搜索,节约了计算时间。该方法解决了三维LTI最小走时求解问题,并且能够以较小的计算代价获得更高的计算精度。在给出算法原理与计算步骤的同时,通过模型及实例验证了新算法在计算精度与计算效率上的改进。     

波前构建法三维射线追踪

在许多三维深度域成像方法中,都要涉及到旅行时和射线路径的计算。将四面体网格化模型和三维波前构建法(WF)射线追踪技术结合使用,实现了旅行时和射线路径的准确快速计算。WF法射线追踪过程中可以保证稳定合理的射线密度,克服了常规射线追踪方法存在阴影区的问题。该方法在三维复杂构造如盐下成像方面有独特的优势。在复杂模型中,采用笛卡尔网格表达射线和波前不够准确,因此只能对网格进行细化和过度平滑,这必然导致射线追踪的精度和内存的开销。四面体网格在表达复杂模型时更加准确有效,而且不需太多的网格数目,从而提高了射线追踪的精度和效率。对三维凹陷模型的射线追踪结果验证了该方法的正确性,目前WF射线追踪方法在Kirchhoff偏移中的应用正在研究中。