基于平均速度分析的近地表纵波速度反演

面波频散曲线对于横波速度、纵波速度、层厚等近地表地球物理参数的敏感度相差较大,现阶段通过频散曲线可以获得较为精确的近地表横波速度与厚度信息,但无法直接对纵波速度进行反演.研究表明,泊松比对于波长(W)-探测深度(D)关系较为敏感.基于这一发现,本文根据频散曲线与反演获取的横波速度结构计算平均速度,获取W-D关系曲线.但合成数据测试证明,因近地表浅层对应的W-D曲线变化较小,且浅层纵波速度反演不准确会使误差累积,直接反演W-D曲线无法获取可靠的纵波速度剖面.本文改进了基于平均速度分析的近地表纵波速度反演方法,在目标函数中加入了对浅层信息较为敏感的W/D-D信息,同时对W-D曲线与W/D-D曲线进行联合反演.合成数据测试证明可以获取较为准确地浅层与深层纵波速度.将该方法应用于实际地震数据中,联合反演得到的纵波速度剖面与微测井数据较为吻合,证明本文提出的方法可以不借助其他信息,仅通过面波频散信息,获取更为准确地近地表纵波信息.

深度域自适应加权多模态多任务学习声阻抗反演

以往基于深度学习的叠后地震声阻抗反演通常仅限于利用单道地震数据,当地震数据中存在较强噪声或地下介质横向变化较大时反演结果中会面临横向连续性差和层位区分不清晰的问题.本文提出了一种深度域自适应加权多模态多任务学习声阻抗反演方法,采用GPU加速运算,在阻抗剖面的估计过程中加入井位置附近的空间背景信息,并在数据输入端加入初始阻抗模型.构建的网络包括阻抗反演和地震数据重建两个任务,网络训练过程中采用自适应权重调整策略能够同时优化各自输出的损失,实现数据增强,缓解网络的过拟合,提高网络的泛化能力;相比于传统最小二乘阻抗反演方法,该方法反演速度更快.针对井数据偏少的情况,本文引入其他可用训练数据并采用联合学习策略改善反演结果.模型和实际数据测试表明该方法能够在含有噪声的地震数据和测井数据有限的情况下估计深度域声阻抗,反演结果的横向连续性得到了明显的改善.

基于深度学习的叠后地震数据声阻抗反演实验教学设计

阻抗反映了地下的岩性信息,在储层预测中具有广泛应用。该文设计了基于空间上下文信息的卷积神经网络叠后声阻抗反演教学实验,结合地震道周围的数据重建约束对反演网络进行了联合训练,优化了基于单道反演的效果。该实验从1D CNN网络出发,通过教师对理论知识的讲解,激发学生的思考能力,指导学生举一反三地实现基于空间上下文信息的叠后地震数据声阻抗反演。实验结果表明,该实验教学设计加强了学生对理论知识的理解,提高了学生的综合实验能力和教学质量。

柱对称条件下地震面波波场正演研究

地震波场模拟能使地震波在地球介质中的传播过程可视化,有助于了解地震波的传播特点。为提高计算效率,通常将三维空间简化为二维处理。但在二维直角坐标下的波场正演无法获取波场的三维特征,对体波振幅特征、面波振幅和相位特征的描述都不甚准确。为此,在柱对称的基本假设下,选择二维柱坐标以模拟弹性体波和面波的波场传播;推导柱坐标下的弹性波方程,对该方程进行有限差分正演,计算柱坐标系下的面波波场。正演模拟结果表明:柱坐标下正演所得波场具备三维空间的振幅和相位特征,体现了该算法的正确性;该算法兼具保持振幅特征与计算效率两方面优势。

面波信息约束的初至波走时层析反演方法

射线层析反演过程中,有多种因素都会影响反演效果,如初始模型误差、低速夹层等。传统的初至波走时层析成像方法对模型进行约束或平滑处理,不仅会破坏模型参数与射线之间的相对关系,还会影响反演的稳定性。本文首先测试了不同初始模型下初至波走时层析反演的效果,提出一种面波信息约束的初至波走时层析反演方法。地震数据中面波具有能量强以及频散的特性,通过多道面波分析方法获取面波频散曲线,采用阻尼最小二乘法反演浅地表横波速度,以横波速度结构作为约束,建立纵波初始模型,在此基础上实现带有正则化的初至波走时层析反演。该方法充分利用了地震数据中的面波信息,弥补了层析反演的固有缺陷,提高了浅层结构反演的精度与稳定性,利用实际资料测试了该方法的有效性。

基于照明补偿的变“子波”模拟成像方法

叠前深度偏移是目前高精度地震成像的关键技术。对于给定的速度模型,传统方法是先利用波动方程做波场正演,再对正演波场进行叠前偏移成像。但该方法计算效率低,对硬件要求高。基于成像算子的模拟叠前深度偏移方法无需波场正演和偏移处理,计算效率高,但存在能量分布与实际不符、分区重构分界严重及成像波形不正确等问题。为改善模拟叠前偏移成像算法的效果,文中提出基于照明补偿的变“子波”模拟叠前深度偏移成像方法。首先根据观测系统计算射线路径,使用单位脉冲代替点扩散函数在波数域构建直接成像算子,并将成像算子作用于反射系数模型;然后在空间域通过非稳态褶积运算得到模拟深度域成像结果,解决模拟深度成像时波形不能空变的问题;通过单位脉冲作用下多点模拟成像结果的叠加,空间能量差异及个别区域无法照明的问题得以解决。该方法不仅保留了原算法计算速度快的优势,同时还解决了能量分配和“子波”空变的问题。模型试算证明该方法成像结果准确,可为观测系统选择和地震成像提供参考。

黏弹性VTI介质微地震数据目标导向裂缝染色逆时偏移

水力压裂技术能够改善储层中裂缝的连通性,实现致密储层油气增产,利用压裂过程中产生的微地震事件进行裂缝偏移成像有助于评价水力压裂效果.水力压裂通常在具有黏弹性和各向异性的页岩油气储层中进行,地震波传播过程中会发生具有方向性的衰减,此外微地震震源及检波器通常分布在有限区域内,导致偏移剖面上存在远场照明较差和成像干扰的问题,难以有效进行裂缝描述.本文提出了一种黏弹性VTI介质目标导向逆时偏移裂缝成像方法,首先推导了黏弹性VTI介质染色波动方程并提出了多组偏移剖面互相关染色成像条件,然后通过裂缝逆时偏移成像测试分析了微地震数据信噪比、介质参数和事件定位精度对偏移结果的影响,最后结合地震干涉法减轻了定位误差造成的干扰.数值模拟实验表明,目标导向的染色逆时偏移成像算法能够有效压制成像剖面中的伪影干扰,改善目标区域照明,提高裂缝成像的空间分辨率.

基于法向阻抗分量的P⁃P波反射系数近似表达与纵横波阻抗反演

弹性阻抗(EI)的提出是基于Zoeppritz方程有关近似垂直入射的P‑P波反射系数近似表达式,对地层性质和观测系统有特定的假设条件,如阻抗界面两侧的弹性系数差异小、入射角较小等,在实际应用中具有一定的局限性。此外,EI不同于声阻抗,没有确定的量纲,不是一个物理量,无法直接解释其物理含义。为此,从阻抗本身的物理定义入手,将应力矢量的两个分量和速度矢量的两个分量分别相除取反,构成阻抗张量,该阻抗张量具有明确的量纲。针对P波入射的情形,利用阻抗张量的法向分量(T)近似表达反射系数,并发展了相应的反演方法。数值算例结果表明:T反演、EI反演的结果基本一致,且均与理论值吻合较好,但在低速层处,T反演的横波阻抗相对较平稳,振荡较小;相对于EI而言,由于T的定义式中没有指数运算,因此反演结果对速度、密度和角度的敏感度降低,反演结果相对稳定。实际地震资料测试结果表明,反演结果与实际钻井资料吻合较好,同相轴强弱反映了明显的阻抗差异;两套薄储层呈清晰的低泊松比异常。由于所提方法仅使用两个角度的数据进行反演,故对入射角范围较窄的观测系统尤为适用。法向阻抗分量扩展了叠前地震反演的内涵,是对地震阻抗反演的有益补充。

波动方程有限差分法中的频散与假频分析

波动方程有限差分运算中不可避免地会出现数值频散现象,从而严重干扰了波场正演模拟结果。通过对波动方程有限差分解法中频散问题的理论研究,并就空间采样间隔、传播距离及速度因素等对频散的影响进行了定量分析,指出了由频散导致的假频现象及其主要特点,并利用数值算例和模型正演验证了研究结论:①频散使得高频分量传播速度变慢,而零频率分量的传播速度等于地层真实速度;②在抑制频散方面,采用8阶精度差分格式能够达到精度与效率的统一,使用震源子波的峰值频率对应的波长内不应少于7个采样点;③离散差分使得折叠频率降低,对于低速地层,应特别注意对频散的压制和防止假频产生。

波动方程变网格步长有限差分数值模拟

有限差分算法是常用的正演模拟方法之一,传统的有限差分方法在处理近地表低速层模型或地层中夹有低速、高速层模型时,为了得到较高精度的模拟结果,通常需要减小网格步长,这样既增加了计算时间,又浪费了计算机内存资源。为此,采用具有较好性能的变网格算法来解决这一问题。设计了近地表低速层和地层中夹有低速层两种模型,分别采用传统常网格有限差分算法(大网格步长和小网格步长)和变网格步长有限差分算法对模型进行了数值模拟,并对比了模拟结果。变网格步长有限差分算法不仅提高了模拟结果的分辨率,而且降低了内存需求量,减少了计算时间。此外,变网格算法具有较高的灵活性,可以根据实际情况,综合考虑计算时间、内存需求量和模拟结果的分辨率来优选网格步长。

广角地震反射数据特征及校正方法研究

本文从Zoeppritz方程出发,讨论了广角地震反射数据的振幅和相位特征及其影响因素,并选用单一界面模型和薄储层模型,说明广角反射与小角度反射在地震道集上的主要区别,进而阐述了广角地震数据进行时差校正和相位校正的必要性,并给出了具体的校正方法。通过对一个四层介质模型的广角反射道集进行时差校正和相位校正,分析了均方根速度等因素对校正效果的影响,并对校正后的道集做了叠加。经理论研究和模型试验分析,得出了广角地震数据校正的特点和值得注意的问题,为广角地震勘探数据处理奠定了理论基础。

海水层对地震反射特征的影响研究

在海洋地震勘探中,地震反射特征对于AVO分析、海底参数反演以及构造分析等具有重要作用。地震波在海洋中传播,其产生的地震反射特征受到海水层和海底以下沉积物的综合影响,但目前业界主要针对海底以下沉积物对地震反射特征的影响开展研究,关于海水层对地震反射特征影响的研究较少。本文主要研究地震波在海水层中传播时地震波场的变化特征,首先从流体—固体分界面和自由界面的边界条件出发,推导出弹性界面入射和反射时的P-P振幅比,得到海水层效应的数学表达式。然后分析入射波频率、海水层深度、海底阻抗差和入射角等因素对海水层滤波效应的影响,分析结果表明:海水层对于地震P波具有周期性的选频滤波效应;选频滤波效应的周期与入射波频率和海水层深度成反比,与入射角成正比;入射角越大,地震P波衰减越严重;阻抗差对振幅的影响与入射波频率和海水层深度有关。最后利用数值模拟验证了海水层对地震反射特征的影响。

基于DC-UNet卷积神经网络的强噪声压制方法

在成熟工业区采集地震数据的过程中,由于生产设备的持续运转,使得采集到的地震数据含有大量振幅很强的局部强噪声,难以用常规的去噪方法压制。将U-Net网络与空洞卷积结合,建立了适用于局部强噪声压制的空洞卷积DC-UNet网络。DC-UNet网络前端的循环空洞卷积块使用循环扩张的空洞卷积核提取不同尺度的强噪声特征信息,并且扩大了感受野;网络后端使用编码器提取强噪声特征,编码器还原强噪声细节特征。DC-UNet网络实现从含噪数据到噪声的非线性映射,通过从含噪数据减去学习到的强噪声,达到压制强噪声的目的。在GPU环境使用Pytorch框架进行训练,合成数据和实际数据实验结果表明,相较于DnCNN、U-Net、PCA-UNet网络,DC-UNet网络能更好地压制局部强噪声并且提高了信噪比。

黏弹介质波动方程有限差分解的稳定性研究

稳定性问题是地震波数值模拟的一个重要问题.基于地震波传播理论,从黏弹介质本构方程出发,对矩形网格下不同黏弹模型波动方程有限差分解的稳定性进行了理论分析,导出了Kelvin-Voigt黏弹模型和Maxwell黏弹模型在任意空间差分精度下稳定性条件的表达式;给出了品质因子Q≥5时的简化式,并通过数值算例验证了理论研究结论的正确性;总结了地震波速度、频率、空间网格大小、差分系数以及品质因子与稳定性条件的关系;通过误差分析给出了近似公式的使用条件.

影响地震数据相位特征的因素分析

地震波在传播过程中会受到许多因素的影响,其相位会发生改变,处理过程也会使地震记录的相位发生不同程度的畸变,地震波的波形会发生改变。基于影响相位变化的主要因素建立了典型模型,通过波场正演模拟,分析与测试了粘弹性介质、地层厚度、韵律型地层、递变型地层和弯曲界面对地震波相位的影响。正演模拟结果表明,在Q值较小的情况下,Q值越小相位越滞后;薄层厚度大于1/4波长时,薄层越厚相位越滞后;韵律型和递变型结构的层序体厚度越大,相位越滞后;背斜界面与水平界面相比相位稍有超前,而向斜界面的相位则略微滞后,且向斜界面的相位变化幅度较背斜界面的相位变化幅度小。

能量约束下的高斯射线束法地震波场正演

高斯射线束法同时考虑波的运动学和动力学特征,并且无需两点试射追踪,因此运算速度快、精度较高。Zoeppritz方程反映了地层界面上反射波和透射波的能量。本文将高斯射线束正演与Zoeppritz方程联系起来,将高斯射线束正演得到的波场记录赋予能量信息,并利用模型对波动方程、常规射线法和本文方法的计算精度和效率进行了对比,验证了本文方法的可行性和有效性。

平面波在粘滞性界面上的反射特征研究

当介质中存在按照一定方向排列的裂隙时,会在该区域形成接触程度不好的界面.当有地震波传播时,界面两侧的质点不再满足位移连续的条件,位移差与该点的应力有关.从而引起质点间的滑动,形成粘滞性界面.界面的这种特性可以用切向柔量和法向柔量来表示,柔量值越大,界面的接触程度和质点位移的连续性都越差.文中详细推导了平面波在粘滞性界面上的反射和透射系数公式,通过数值算例证明了粘滞性界面上的反射系数与入射波频率有关的性质.并说明了界面的粘滞性会在一定程度上影响到反射波的AVO特性.且当平面P波入射时,法向柔量对反射P波和转换波的影响均大于切向柔量的影响.

基于洗牌蛙跳算法的瑞雷波非线性反演（英文）

目前,各种主、被动源瑞雷波勘探方法在近地表探测中扮演着日益重要的角色,利用瑞雷波频散曲线反演可以得到近地表横波速度信息,但是瑞雷波频散曲线反演问题是高度非线性的全局优化问题。为了缓解陷入局部最优解的风险,本文将一种新的全局优化方法一洗牌蛙跳算法引入到瑞雷波频散曲线反演中。洗牌蛙跳算法是一种群智能优化算法,通过模拟青蛙种群的觅食行为来实现最优化问题的求解,具有计算速度快,需要调整的参数少,全局寻优能力强的优点。为了检验洗牌蛙跳算法的可靠性和计算能力,首先对不含噪声和含噪声的四层理论模型进行了反演试算。然后,利用不含噪声数据对洗牌蛙跳算法与粒子群优化算法进行比较分析。最后,对实际数据进行反演,以检验洗牌蛙跳算法的实用性。理论地层模型和实际数据的测试结果表明:洗牌蛙跳算法可以有效地定量解释瑞雷波频散曲线,收敛速度、反演精确总体优于经典粒子群优化算法与改进粒子群优化算法,具有很大的发展潜力。

单点地震数据的一致性组合叠加方法

为了解决常规野外检波器组合引起的高频振幅衰减、组合内道间差异等方面问题,本文在分析影响组合叠加效果的诸因素基础上,针对单点高密度采集数据,阐述了基于自适应匹配滤波的一致性组合叠加方法;通过构建标准道,采用自适应匹配滤波方法对子波波形和道间时差同时进行一致性校正,改善了组合叠加的效果。校正后地震记录的组合叠加响应能够较好地保持反射波原有的振幅和波形特征。模型和实际资料的处理效果验证了该方法的有效性和可行性。

完全纵波方程有限差分波场模拟

通常情况下,当介质的密度变化相对于其速度变化很小时,可以近似地将密度看作常数,使用声波方程及速度函数来描述波动问题是可行的;如果介质的密度变化与其速度变化相当或更大时,则密度的变化不可忽略,声波方程没有体现密度函数对波场的影响。本文从弹性动力学的基本方程出发,导出了非均匀介质的完全纵波方程及其有限差分格式,完全纵波方程右端含有压力场空间变化项和密度空间变化项,完整地描述了介质的速度和密度两种因素对波动过程所起的作用。数值算例表明,在研究不均匀地质体和地层界面上的反射、透射问题时,完全纵波方程的模拟结果能更准确地描述波场特征。文中还结合反射、透射问题的解析解对相应的模拟结果进行了分析,指出当界面上、下存在明显的密度差异时,考察反射问题时要使用阻抗或阻抗率的概念。