三维复杂地形近地表速度估算及地震层析静校正

在地表一致性模型的基础上提出一种可适用于宽线剖面、弯曲测线、传统的二维和目前广泛使用的三维地震观测 .在地形及近地表低降速带地质结构复杂的探区 ,低降速带厚度及速度估算的精度是静校正处理的关键 .本研究根据三维地震观测的初至走时数据 ,利用最小平方与QR分解相结合的算法 ,在三维空间重建近地表低降速带速度模型 ,根据重建速度模型实现了静校正长波长分量与短波长分量的同步计算 .分析了复杂的近地表低降速带模型初至波的性质 ,在观测值的自动拾取以及理论值的计算中充分考虑了可能成为初至波的直达波、折射波和反射波的利用 ,提高了低降速带速度模型反演的精度 .在初至走时观测数据的拾取中 ,本研究采用分形算法克服了初至波波形差异以及折射波相位反转导致的拾取误差 ,实现了三维初至拾取的大规模全自动化运算 .在射线路径与初至波理论走时的计算中 ,本研究采用一种计算量与模型复杂程度无关的三维射线追踪方法 ,该方法以最小走时射线路径保证了与观测数据有同等意义的初至波的射线追踪及理论走时的计算 .野外实际资料的处理结果表明了方法的有效性 .

波路径偏移压制层间多次波的理论与应用

消除层间多次波是地震勘探资料处理研究领域的难题,尤其对于实际资料的处理,到目前为止还很难找到一种完全有效的方法.本文给出了仅对一次波成像既波路径偏移方法压制层间多次波方法,在共炮道集和共检波点道集分别计算炮点射线的入射角和检波点射线的出射角,由此计算的角度作为射线追踪的初始角度,计算地震波射线的传播路径.结合由程函方程计算的走时表,判断偏移范围是反射波还是多次波.在前期偏移过程压制多次波的理论研究基础上,本文主要研究波路径偏移消除多次波的应用部分.为了进一步说明效果的有效性,计算了在单炮和共成像点道集压制层间多次波,给出了实际资料的压制多次波的偏移结果.

南海北部陆坡区多次波发育特征及压制策略分析

南海北部陆坡坡折带和常规海上地震勘探观测系统的制约,再加上南海北部陆坡区复杂的海底地层构造,导致南海北部陆坡区地震勘探成像结果不够理想.究其主要原因是多次波发育复杂、遮挡了一次波能量,也就直接影响到一次波的成像效果,从而制约了对陆坡区更深入的油气勘探.本文结合南海北部陆坡区的构造特征,依据多次波的产生机理分析多次波的发育分布状况,得出单一的地球物理方法已经不能较好的解决南海北部陆坡区的多次波压制问题.针对该区域复杂的地质背景,在综合运用多种地球物理方法的基础上,严格依照多区域、多尺度的理念,提出一套适应南海北部陆坡区多次波压制的系统策略.经过实际资料检验,有效的压制南海北部陆坡区的多次波干扰,最大程度的突出一次波成像,为南海北部进一步的油气勘探夯实基础.

目标函数叠前保幅偏移方法与应用

将理论反射率与偏移反射率的差作为目标函数,给出一种迭代振幅补偿保幅偏移方法.把偏移看作一个反问题,寻找反问题中的最优解.偏移算子是正演算子的伴随共轭,其伴随矩阵非对角占优.通过预条件优化伴随矩阵,使Hessian矩阵准对角化.依据地震波传播稳定相位理论,计算反射点,以反射点为中心、菲涅耳带为半径偏移.考虑振幅几何扩散补偿、散射角度补偿,在迭代反演过程求出最优解,即保幅偏移解.本文给出了一个保幅数值模拟结果和一个实际地震数据实例.

地震层析成像反演中解的定量评价及其应用

对地震层析成像非线性问题线性化处理之后，各种反演算法归纳成为对不适定方 程的求解．地震层析成像反演算法的解的物理意义是给出地质结构，因此对于解的可靠性及 分辨率研究非常重要．然而许多反演算法不能给出解的评价方法，因而对解的可信度产生怀 疑．本研究根据解估计的分辨率矩阵的原理，提出ＬＳＱＲ（Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ ＱＲ）算法解协方差矩 阵的评价算法，用相关分析可以为那些在求解过程中得不到分辨率矩阵的反演方法提供解的 定量评价．并用本文提出的解的定量评价方法试评了一个实际地壳模型的地震层析成像的 速度重建结果．

四川盆地埋藏沉降史模拟

将地震剖面与钻井资料结合起来 ,根据钻井取得的地层厚度、时代、岩性、密度、孔隙度等信息 ,对剖面上任意点进行回剥分析 ,并运用均衡原理绘出沉降曲线 ,从而给出沉积史和构造史 .模拟研究四川盆地埋藏沉降史表明 ,四川盆地构造沉降与总沉降之差随地层地质年龄的减少而减少 ,说明地层越新压实量越小 .不同时期的沉降速率有所不同 ,总趋势为早期沉降速率大 ,随着时间的推移 ,沉降速率逐渐减小 .

地震多次波成像

地震资料含有各种类型多次波,而传统成像方法仅利用地震一次反射波成像,在地震成像前需将多次波去除.然而,多次波携带了丰富的地下结构信息,多次波偏移能够提供除反射波外的额外地下照明.修改传统逆时偏移方法,用包含一次反射波和多次波的原始记录代替震源子波,将SRME方法预测的表面多次波代替一次反射波作为输入数据,可将表面多次波成像.多次波成像的挑战和困难在于大量串扰噪声的产生,针对表面多次波成像中的成像噪声问题,将最小二乘逆时偏移方法与多次波分阶思想结合起来,发展可控阶数的表面多次波反演成像方法,有望初步实现高精度的表面多次波成像.在消除原始记录中的表面多次波后,通过逆散射级数方法预测得到层间多次波,将层间多次波作为逆时偏移方法的输入数据可将其准确归位到地下反射位置.数值实验表明,多次波成像能够有效地为地下提供额外照明,而可控阶表面多次波最小二乘逆时偏移成像方法几乎完全避免成像噪声.

综合地球物理解释与盆地模拟系统研究

以板块大地构造理论为指导,将沉积盆地看作一个地球动力学系统,建立综合地球物理解释与动态模拟工作站.应用重磁、电法及地震与测井资料对盆地进行整体性综合研究,探讨其形成演化历史,并根据不同勘探阶段提供的地质、地球物理和地球化学资料,对盆地的沉降史、热史、生烃史和运聚史进行动态模拟.用此系统研究了东海陆架盆地的地球物理场特征,对其沉降史、热史进行了模拟；探讨了东海盆地油气远景.

盆地模拟水动力油气二次运移隐式多重网格法

本文提出一种高效率求解油气二次运移的方法，以水动力为油气运移模型，采用多重网格加速方法．典型油气二次运移的计算表明：该多重网格加速方法极大地提高了求解油气二次运移的偏微分方程速度，其计算工作量为O（N）（N为网格节点数），解的收敛速度与网格尺度无关，当网格密度增加时，仍能保证偏微分方程解的稳定性．本文在数值模拟之后，对东营凹陷的实际资料进行了处理，其计算结果表明本文提出的多重网格方法对油气运移的计算有良好的实用意义．

油气二次运移的LSQR迭代多重网格法及其应用

本文给出了一种高效率求解油气二次运移偏微分方程的方法。该法是以水动力为油气运移模型，采用LSQR迭代、多重网格的加速计算方法。此法不仅极大地提高了油气二次运移偏微分方程的求解速度，而且可适用于不适定问题的求解。本文研究仍以二维油气运移模型为例，但其加速迭代的方法也完全适用于三维问题。此法的关键是从最细的网格出发．迭代求出近以解，然后在更粗的网格层上重复计算粗网格层的校正过程和光滑过程，最后在最粗网格层上准确求解残差方程。整个求解过程的计算量很小，内插和限制过程的工作量也很小。所以，此法可使现代大型计算机原先无法解决的三维油气二次运移模拟问题变成了可解问题。

均衡拟多道匹配滤波法在波动方程法压制多次波中的应用

本文针对单道最小二乘自适应匹配滤波方法在一次波和多次波分量不正交的情况下不能获得正确匹配的问题,提出均衡拟多道最小二乘自适应匹配滤波方法,该方法采取在空间方向上均衡的办法,使得均衡范围内记录中的一次波和多次波分量总是正交的,并结合拟多道最小二乘自适应匹配能更好匹配记录波形的特点,使得该方法取得很好的自适应匹配效果.通过对简单模型、SEG/EAGE SMAART模型和实际资料压制多次波的处理,结果表明该方法效果良好.

多次波问题的研究进展

综述了当前多次波问题的研究进展,指出了对多次波问题,有两种主要的处理思路:(1)因为后续偏移成像的需要,把多次波看成相干噪声,根据多次波特性设计衰减方法将其消除掉,将其称之为多次波衰减方法.多次波衰减方法大体上可以分为两类:基于信号分析的滤波方法和基于波动方程的预测相减法.预测相减法不需要或较少需要有关地下的先验或后验信息,能适应复杂地下构造.本文对预测相减法中的波场延拓法、反馈迭代法、逆散射级数法和恒定内插法等三种主要方法,进行了较详细的对比分析和介绍.(2)将多次波看成有效信号,对其成像,将其称之为多次波成像方法.这种方法提取了多次波中包含的地下界面信息,可改善地震资料的成像质量.

时间域相邻道地震波衰减成像研究

在时间域中 ,利用地震记录中的振幅与上升时间信息可以计算出岩石介质的品质因子Q值 .由于震源能量难以测量 ,本文通过共炮点道集相邻道循环对比的方法 ,消除了震源对计算过程的影响 ,推导出时间域相邻道振幅与上升时间衰减成像的计算公式 ,并在振幅衰减成像的计算过程中 ,去除了非粘滞性衰减成分 .为了更全面地综合利用波形信息 ,并充分利用各种方法的长处 ,将波速成像、振幅衰减成像、上升时间衰减成像集成到一个处理流程中 ,通过在岩体结构研究中的实际应用 ,证明这种综合方法具有灵活、实用。

逆时偏移计算中的边界处理分析及应用

在地震资料的处理中,逆时偏移方法可以实现复杂构造高精度成像,但计算量和存储量两大问题影响了该方法的实际应用.逆时偏移算法中的边界处理方式的优化可以大大减少存储量,本文讨论了记录波场边界信息的吸收边界和随机边界这两种方法的计算效率和成像效果,提出了吸收边界中只记录边界范围内未衰减单层波场的方法并通过数值实验验证了其可行性,选择了不同的边界策略应用于模型数据和实际资料的处理.结果表明:记录单层波场边界信息的吸收边界的成像效果同传统存储波场历史的方式几乎无差别,但要额外存储每个时刻的波场边界信息;随机边界不需要额外存储波场信息,但会带来边界漫反射影响和计算区域的增加;记录单层波场边界可以明显减少存储量,并且不影响成像效果.

均衡多道1范数匹配多次波衰减的方法与应用研究

反馈迭代法多次波衰减分为预测和相减两个步骤.在匹配相减过程中,当多次波和一次波同相轴不满足正交性,以及去除多次波后的地震记录不满足能量最小的情况下,最小二乘自适应匹配滤波方法不能获得正确的匹配,因此多次波的衰减产生误差.针对这两个问题,本文提出了基于1范数最小的均衡多道自适应匹配滤波法.该方法通过在空间方向上对地震记录进行均衡,避免了多次波和一次波同相轴正交的假设条件.同时利用了1范数对于大异常值保持稳健的特点,因此可以有效地解决去除多次波后的地震记录能量最小的问题.通过对模型数据和野外实际数据的多次波压制结果显示,该方法可以有效、准确地衰减多次波.

北京断陷黄庄-高丽营断层伪随机可控震源地震剖面

位于北京断陷西北边界的黄庄—高丽营断层是区域新构造运动中的一条重要的隐伏断层,本研究利用伪随机可控震源及其高精度反射地震方法,调查了该断层在北京奥林匹克公园段的特征.研究工作首先从理论上分析了可控震源解码原理和抗噪声能力,然后利用三分量波动方程正演指导了黄庄—高丽营断层的野外地震观测,在城市强噪声环境下采集了高精度的地震数据,经过数据处理在该地区第一次得到地震偏移深度剖面.获得的地震偏移深度剖面清晰地显示了黄庄—高丽营断层的位置,地质解释结果为进一步明确剖面上断层两侧新生代地层的厚度提供了依据.

改进的1范数匹配滤波法及在南海深水盆地的应用

地震勘探中多次波的存在会影响速度模型的建立、地震成像效果、反演和解释过程中的介质属性提取等,因此多次波的压制成为至关重要的研究课题.本文采用改进的1范数匹配滤波法,基于1范数对大值条件的开放性,利用预测出的多次波模型Hilbert变换道及求导道,从理论上克服2范数的大值条件,并改善常规1范数下的正交性条件,在一次波和多次波叠合之处及能量差异大的情况下有效压制多次波.模型及南海深水盆地实际海洋地震数据的处理结果显示了改进的1范数匹配方法在压制多次波方面相对于常规2范数、1范数的优越性.

反射地震数据的逐层波形反演

本文针对层状介质并结合梯度法波形反演,提出逐层波形反演的方法.首先给出介质扰动响应的概念,并在此基础上分析了梯度法波形反演方法.波形反演实质上是将实测地震记录和预测地震记录的波形残差信息转化为实际地质模型和预测地质模型的模型残差信息.波形反演的优点是利用大量振幅相位信息得到高分辨率的反演结果,其缺点是运行耗时大;当初始模型和实际模型相差较大时,迭代算法容易陷入局部极小点,这是因为目标函数和初始模型同实际模型间的差异是非线性的关系.逐层波形反演方法是使自上而下每一层的目标函数最小,这样总的目标函数也是最小的.利用二分法速度扫描确定每一层速度不仅提高了运算速度也避免了迭代算法陷入局部极小点的问题.结合介质扰动响应和目标函数值变化可以更为准确迅速地确定每一层速度和该层界面位置.

逆散射级数法预测层间多次波的算法改进及其策略

波动方程预测层间多次波有两类算法.一是由Berkhout和Verschuur(1998)提出的基于CFP(共聚焦点)延拓的算法,另一是由Weglein(1997)等人提出的基于逆散射级数法的算法.ISS(逆散射级数)算法具有不依赖速度模型的优点,但是其计算成本很高.本文改进了Weglein提出的1-D预测公式,提高了计算效率.从理论方面。改进算法的计算速度提高了大约12倍.实际结果表明其计算速度更快,提高近80倍左右,主要原因在于后者的空间复杂度小.此外,由于时间-空间域比伪深度-波数域的层间多次波预测有更多的优点,本文推导了1.5-D时间-空间域ISS层间多次波预测算法,该算法有计算速度快、预测噪音小、适应观测系统能力强和不依赖地震子波等优点.在实际应用中,计算成本高是ISS预测层间多次波算法的主要障碍.因此,本文还讨论了预测层间多次波的策略.结合本文提出的改进算法和应用策略,能够在实际地震资料处理中较好地应用ISS预测层间多次波.

叠前逆时偏移影响因素分析

反射地震勘探中的偏移成像技术是获取地下介质构造形态最有效的手段之一.在叠前深度域偏移方法中,目前工业界采用的方法包括基于射线理论的波动方程积分解法和基于波动理论的微分波动方程单程波解法,这两类方法难以处理地震波横向速度变化剧烈的高陡倾角构造成像问题.近年来勘探地震学研究领域发展起来的叠前逆时偏移采用了双程波求解微分波动方程的算法,这种方法具有相位准确、不受介质横向速度变化和高陡倾角构造的影响、成像精度高、可以利用回转波正确成像等优点,从理论上弥补了当前工业界常规地震偏移所面临的成像缺陷.然而,叠前逆时偏移成像方法从理论走向实用尚需解决如下问题:计算速度和数据存储空间的节省、初始速度模型的建立、震源子波的选择、数值模型边界条件的定义和假像的消除等等.对于计算速度和存储量大的问题,随着计算机硬件的快速发展,将会不断得到改善,同时可以采取一些计算技术和存储策略来加以缓解.本文主要针对初始速度模型的建立、震源子波的选择、数值模型边界条件的定义和假像的消除这些因素,利用简单模型进行了分析.对于反射波造成的传播路径上的假像,给出了一种振幅补偿滤波方法.对勘探地球物理学界给出的SEG/EAGE二维盐丘模型、Marmousi模型和本研究设计的崎岖海底模型进行了叠前逆时偏移成像,均取得了较好的成像效果.