三维TTI介质qP波透射立体层析方法研究

致力于研究三维TTI介质下的qP波立体层析反演算法.将射线扰动理论应用于三维具有倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质拟声波程函方程,导出立体层析所需的三维TTI介质qP波数据空间与三维TTI介质模型空间之间的所有Frechét导数.在通过灵敏度测试验证了相应Frechét导数对于三个各向异性THOMSEN参数的正确性之后,使用两步法反演策略——即先使用坐标分量和射线参数水平分量(不包括走时)实施初始反演而后再使用所有数据空间分量进行反演,在三维qP波TTI介质情形下针对三个各向异性THOMSEN参数可以获得理想的反演结果,为三维qP波TTI介质下透射立体层析的应用做好了理论准备.用一个典型的理论数据算例证实了上述观点.

任意空间取向TI介质中体波速度特征

对于倾斜叠层和非垂直裂隙岩层,用具有任意空间取向对称轴的TI(ATI)模型来描述更符合实际观测.本文基于坐标变换的方法,研究任意强弱ATI介质中体波速度的角散和方位变化特征.研究结果表明,ATI介质中体波速度随传播方向变化的速度图案相对TI对称轴确定,此确定的速度图案与TI的Thomsen参数相关;速度特征只依赖于传播矢量与对称轴的夹角.因此,随着TI对称轴取向的空间变化和测线方位的变化,体波速度图案呈现多样性变化,并具有一定的对称性、渐变和重复性.研究结果有助于进一步的理论研究和各向异性资料处理解释.

任意空间取向TI介质中速度随方位变化特征

本文基于任意空间取向TI介质中坐标变换的方法,扩展研究了任意强弱、具有任意空间取向对称轴的TI介质中体波相速度和群速度的方位变化;通过模型数值计算,获得了相速度与群速度方位变化图案,并比较了二者偏差.研究发现,各向异性越强群速度与相速度的偏差越大;并且,TI对称轴的空间取向和测线方位影响速度方位变化.相对于TI对称轴,速度方位变化图案不变;但是,随着TI对称轴空间取向和测线方位的改变,其速度方位变化呈现一定的规律性.研究结果可以精确地预测任意空间取向TI介质中速度方位变化,有利于地震各向异性数据处理与解释.

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。

非均匀节点网格TI介质反射波射线追踪研究

地下介质不仅具有各向异性性质,还存在一定程度的复杂地质构造。运用均匀节点网格射线追踪方法计算旅行时要求网格单元的划分非常小以达到较高的旅行时精度,这种做法会产生大量的网格单元从而降低计算效率。基于均匀节点网格算法,研究了非均匀节点网格TI介质反射波射线追踪方法,采用较大的网格单元,通过在网格单元的每条边增加次一级节点来提高旅行时计算的精度与效率。首先讨论了qP,qSV和qSH波的群速度计算方法,然后给出了非均匀节点网格TI介质反射波射线追踪算法,最后分别求取了3种不同对称轴倾角的TI介质起伏地层模型qP,qSV和qSH反射波的射线路径和旅行时。结果表明:1非均匀节点网格射线追踪算法能够适用于复杂TI介质模型;2相同模型中不同波模式具有不同的反射路径和旅行时;3相同波模式在不同对称轴倾角模型中也具有不同的反射路径和旅行时。

TI介质中三分量转换波的速度比研究

对TI介质中三分量转换波的速度比进行了研究,给出了转换波速度比求取的系列公式;通过推证得出VTI与HTI介质中速度比与裂缝隙同测线的夹角无关,TI介质速度比的计算不受裂缝、隙方位角影响.对速度比误差的讨论表明,转换波速度较小的误差可给转换波速度比带来较大的误差,而当P波速度和转换波速度均含有误差且误差方向相同时,速度比的误差率可相对减小;当P波速度的误差率和转换波速度的误差率相同时,可消除速度比的误差.

TI介质双参数速度分析

TI介质是常见的介质类型.当道集的排列长度远大于勘探目的层的深度时,P波走时资料包含的信息可以用来确定TI介质的各向异性参数.TI介质的CMP道集中,速度随炮检距而变化,可以从这种变化中求出Vnmo和η.通过模型试验说明,从TI介质P波资料的CMP道集求取Vnmo和η的方法是可取的.

TI介质地震波场数值模拟边界条件处理

地震波场数值模拟研究中,边界条件处理非常重要,它直接影响模拟地震数据的精度.针对TI(Transversely Isotropic)介质一阶速度—应力弹性波动方程组,利用时间域分裂法给出了PML(Perfectly matched layer,完全匹配层)吸收边界条件,其基本思想是在所研究的区域外引入吸收层,地震波从有效计算区域传播到吸收层时不发生任何反射,且在吸收层内按传播距离呈指数衰减,不发生反射.利用交错网格高阶差分技术对PML吸收边界条件求解,对比不同边界条件数值模拟结果表明,PML吸收边界条件较应用广泛的Clayton吸收边界有更好的吸收效果,能更好地满足地震数值模拟的需要.

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。

倾斜层状TI介质反射波旅行时快速计算

以推导出的单层倾斜TI介质反射波NMO(Normal Moveout)速度面解析解计算倾斜层状介质等效NMO速度为基础,利用常规排列(最大排列长度与反射深度比接近1)下CMP(Common Middle Point)时距关系实现了CMP及CSP(Common Shot Point)道集反射波旅行时的快速计算。该方法仅需通过法向入射原理追踪一条零炮检距射线,并运用Grechka给出的Dix平均算法由NMO速度面解析解获取等效NMO速度椭圆(涵盖了全方位的NMO速度),因此计算效率比通常多方位角、多炮检距的射线追踪方法高几个数量级,适用于TI介质旅行时反演。数值实验结果表明:等效NMO速度的计算结果与常规排列下最优拟合射线追踪计算旅行时得到的NMO速度相比,相对误差在10^(-3)数量级;而由等效NMO速度运用CMP时距关系计算的旅行时与射线追踪计算旅行时相比,相对误差在10^(-4)~10^(-3)数量级。说明该方法具有较高的计算精度,适用于不太复杂的介质结构和常规排列,可推广到具有光滑弯曲界面的层状各向异性模型。

任意空间取向TI介质中P波四次时差系数特征

同类反射波(非转换波)走时偏离双曲,称为非双曲或四次时差,在长排列各向异性地震资料处理中需要校正.本文基于我们导出的水平界面任意空间取向TI(ATI)介质中同类反射波四次时差系数(A_4)的精确解析解,数值计算研究P波四次时差系数特征.正演结果表明,ATI条件下A_4系数随CMP测线方位变化的特征不仅与TI介质的各向异性参数有关,而且与TI对称轴的空间取向密切相关;TI介质的各向异性参数和TI对称轴的倾角决定了A_4变化特征,而且TI对称轴的方位决定了A_4随测线方位变化的对称性.此研究结果将对各向异性解释及参数反演有参考意义.

四面体单元剖分下三维各向异性TI介质中多次波射线追踪

采用不规则四面体单元做模型剖分,实现了三维复杂层状各向异性TI介质中多次(透射、反射及转换)波的追踪计算,弥补了现行算法主要采用规则网格计算多次波的不足。根据介质的5个弹性参数及其对称轴倾角和走向,计算主节点上qP、qSV和qSH波群速度,由此线性插值得到次级节点的群速度值;然后采用不规则最短路径算法,并结合分区多步计算技术实现多次波追踪计算。均匀各向异性介质中计算出的数值解与解析解吻合,验证了算法的有效性。复杂层状模型数值模拟结果表明:采用不规则四面体单元可有效拟合起伏地表及地下不规则速度间断面,同时该算法适用于任意倾角的TI介质,且不受各向异性强度限制。

任意空间取向TI介质中体波速度特征分析

基于任意空间取向TI介质(简称ATI)中体波速度和偏振解析解,通过模型数值计算给出ATI介质中体波群速度和相速度的变化特征,说明TI空间取向与测线方位对速度的影响。研究表明,体波群速度图案和相速度图案相对TI对称轴固定,随TI对称轴倾角及其相对测线方位角的变化呈现出一定的对称性和重复性;可以针对ATI地区的地质情况,给出体波群速度和相速度变化图案,为进一步的理论研究提供便捷。此结果也可以直接用于VSP(垂直地震剖面)和井间地震资料的分析研究。

ATI介质中四次时差系数解析近似

非双曲(远偏移距)时差为各向异性介质中正、反演研究,特别是各向异性参数估计提供了重要信息.本文在任意空间取向TI(ATI)介质水平界面同类反射波四次时差系数(A_4)精确解的基础上,进一步讨论我们推导得出的ATI介质中四次时差系数解析近似解,比较随CMP测线方位变化的近似解与精确解之间的差别,为利用近似解来解析研究ATI介质中非双曲时距以及参数反演提供有价值的信息.结合实际岩性资料的数值研究表明,ATI条件下四次时差系数近似解与精确解之间存在差别,不仅表现在A_4系数的大小及符号特征上,更突出地表现在A_4系数随方位的变化特征上;在强各向异性条件下,近似解相比精确解存在较大误差.但在各向异性参数满足0<ε—δ<0.15、|δ|<0.20的情况下,对于TI对称轴的特殊倾角范围(75°～80°),近似解与精确解的差别很小,可用近似解进行各向异性观测解释及参数反演.

TI介质中qP波方程逆时偏移技术的研究现状与展望

理论上说,TI介质逆时偏移技术更有利于解决各向异性介质的地震波成像问题,工业实践也证明了此项技术在解决复杂地层地震波成像问题方面的巨大潜力。总结了TI介质中qP波逆时偏移技术的研究现状,重点分析了qP波方程的建立、qP波方程的延拓算法和qP波成像方法这3个逆时偏移关键技术的实现思路和存在的主要问题,并在此基础上探讨了今后该领域的研究重点。分析认为,现有技术主要存在以下问题:①已有的TI介质qP波方程具有较高的运动学精度,但对方程的动力学精度缺乏深入研究;②qP波方程炮点波场重构中的随机边界技术存在不稳定隐患,业界在提升稳定性方面缺乏有效的解决方案;③二阶或高阶qP波方程难以准确求取qP波的坡印廷矢量,且现有的坡印廷矢量技术无法解决多组波场问题;④子波拉伸校正缺乏针对性技术等。因此,今后TI介质中qP波方程逆时偏移领域的研究重点应该包括qP波方程的动力学精度分析多参数随机边界设置技术和qP波传播方向的准确求取等方面。

非均匀TI介质P-SV波传播交错网格高阶有限差分数值模拟

给出了在非均匀横向各向同性(TI)介质情况下,四阶时间精度、高阶空间精度的一阶速度-应力P-SV波的波动方程交错网格有限差分解法。首先根据一阶速度(应力)波动方程把速度(应力)对时间的一阶和三阶导数转换为应力(速度)对空间的导数,从而在使用四阶时间精度有限差分格式计算某一时刻的波场时只需要前面两个时间步的波场值;然后在空间上采用高阶有限差分格式以提高数值模拟的精度。数值模拟结果和实测垂直地震剖面(VSP)记录符合得很好,说明该方法是可行的。

TI介质角度域高斯束逆时偏移方法

高斯束逆时偏移兼具高斯束偏移灵活、高效和逆时偏移高精度的优势,具有面向目标成像的能力。本文将基于相速度的各向异性射线追踪算法引入高斯束逆时偏移中,并结合高斯束计算时的传播角度信息,实现了一种更为高效的TI介质角度域高斯束逆时偏移方法。模型试算表明:同传统基于弹性参数的各向异性算法相比,在保证成像精度的前提下,本文方法具有更高的计算效率,同时提取的角度域共成像点道集(Angle Domain Common Imaging Gather,ADCIG)不仅能够为后续偏移速度分析提供支撑,而且可以用于分角度叠加成像,压制成像噪声、提高成像质量。

任意空间取向TI介质qP和qSV波解耦的波动方程

由于构造运动等作用,TI介质对称轴往往沿空间任意方向分布,具有任意空间取向对称轴的TI(ATI)介质更符合实际地质情况.VTI介质与ATI介质的相速度在形式上具有一致性,VTI介质中地震波的相角对应ATI介质对称轴与地震波传播方向的夹角.本文基于Tsvankin的VTI介质精确相速度公式,利用TI介质对称轴和地震波传播方向上单位向量的数量积和向量积来计算ATI介质的精确相速度.根据弱各向异性假设,导出qP波和qSV波的近似相速度,分析了近似公式的误差,讨论总结了ATI介质qP波和qSV波的相速度特征.本文中的单位向量采用观测坐标系表示,通过相角关系,可以较为方便地由ATI介质近似相速度导出频散关系,然后借助傅里叶逆变换推导出时间-波数域qP波和qSV波解耦的波动方程.数值算例表明本文的波动方程是qP波和qSV波解耦的,波场计算结果稳定,未出现明显的数值频散,验证了本文方法的有效性.

基于Low-rank分解的复杂TI介质纯qP波正演模拟与逆时偏移

近年来,面向实际应用的TI介质准P波正演模拟与逆时偏移成像技术受到空前的关注.基于常规耦合型传播方程的正演模拟方法不仅存在伪横波及频散假象干扰,而且还遭受模型参数限制(η>0)和不稳定影响;而纯qP波方程的推导繁琐,且由于方程中包含拟微分算子造成求解难度大且精度有限.为此,本文首先构建了一种适用于任意TI介质的纯qP波传播算子,然后借助Low-rank分解求取该算子中的空间-波数域矩阵,同时引入Cerjan衰减边界条件来压制边界反射干扰,最终实现了一种间接的纯qP波波场外推方案,并将其成功应用于复杂TI介质正演模拟与逆时偏移成像中.通过开展数值模拟,并与其他方法对比表明:①该方法既避免了纯qP波方程的繁琐推导,又克服了耦合型方程对模型参数的限制;②还彻底消除了残余伪横波噪音及数值频散;③且能适应较大时间或空间步长及高频震源,是一种相对准确且稳定的各向异性纵波正演与成像策略.

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。