基于改进支持向量机的微震初至波到时自动拾取方法

微震初至波到时拾取是实现微震震源高精度定位的重要前提。传统的人工拾取方法效率低,而自动拾取方法在低信噪比条件下难以准确拾取初至波到时。针对上述问题,提出了一种基于改进支持向量机(SVM)的微震初至波到时自动拾取方法。首先,对原始微震数据进行归一化处理、线性校正和适当裁剪,将微震数据的振幅、能量和相邻时刻的能量比作为特征对数据标记不同类别;然后采用粒子群优化(PSO)算法和网格搜索法优化SVM的惩罚参数和核函数参数,即先利用PSO算法对参数进行大范围的快速定位,得到初步最优解,再以该解为初始位置重新构建参数搜索区间,设置小步长的网格搜索法对参数进行精细搜寻,得到最优参数,并将该最优参数代入SVM模型进行训练,得到改进SVM模型;最后根据改进的SVM模型对微震数据进行分类识别,定义微震波第1个采样点对应的时刻为初至波到时。采用某矿井下微震监测数据进行实验,结果表明:该方法对微震初至波到时的拾取准确率达96.5%,平均拾取误差为3.8 ms,在低信噪比情况下仍可对微震初至波到时进行准确拾取,拾取精度高于自动拾取方法中常用的长短时窗能量比(STA/LTA)法。

一种多信息约束的初至波走时层析反演优化方法

初至波走时层析成像是准确获取复杂近地表表层速度结构的有效方法。对西部复杂山前带而言,近地表速度建模精度低,严重影响后续中深层速度建模和偏移成像质量。因此,研究一种高效、可适应复杂近地表条件的初至波走时层析算法非常重要。提出了一种基于Tikhonov正则化方法多信息约束的初至波走时层析反演的优化策略,通过多模板快速推进算法(MSFM)解程函方程计算网格单元走时,用迭代反演方法线性化计算非线性逆问题,避免大规模Frechet矩阵的求取和存储,提升了计算效率;根据微测井信息建立初始速度模型,利用视慢度等先验信息对层析反演目标函数进行约束,采用Tikhonov正则化来解决最小化数据差和模型平滑度的反问题,降低了目标方程的病态性,从而提高反演精度。起伏地表模型和西部实际资料应用结果表明,该方法通过对初至走时和走时偏移距曲线联合拟合有效适应复杂地表条件,解决了三维地震资料初至波走时层析成像出现的“高速异常体”问题,提高了反演的稳定性和计算精度。

三维初至波旅行时层析速度反演算法优化

通过机器学习拾取初至波、建立微测井约束的初始速度场、多模板快速推进算法与窄带延拓算法求取全局旅行时、射线追踪技术求取射线传播路径、视慢度与正则化对目标反演方程进行约束等方法对三维初至波旅行时层析速度反演算法进行了优化。研究结果表明:(1)采用基于图像分割的机器学习算法,将地震记录分成初至前、初至后、包含初至窄带等3类,并赋予不同权重,对576 000道地震数据进行初至拾取,拾取精度超过99%,拾取效率较人工逐道拾取提升了80余倍。(2)采用多模板快速推进算法,6个差分模板可覆盖网格周围26个节点的旅行时计算,可提升网格对角方向的旅行时计算精度;三维窄带延拓技术可完成全局网格节点正演旅行时计算;基于Runge-Kutta算法的三维射线追踪技术可完成射线路径的求取。(3)使用微测井信息构建初始速度场,同时使用视慢度信息与正则化方法对层析反演方程进行约束,可有效提高地下1 000 m以内的速度反演精度。(4)采用优化后的层析反演技术对塔里木油田甫沙4线束与英买某区块的实际资料进行处理,消除了“牛眼”假象与边界伪影假象,且井点反演速度曲线与实际测井数据高度吻合。

近地表隐伏断层地震波场响应特征与初至波成像应用研究

近地表隐伏断层直接影响工程安全施工。通过构建浅覆盖层下方陡立界面断层数值模型,分析近地表隐伏断层地震波场的传播与转换规律。通过工程实测数据验证了数值模拟波场响应特征的可靠性,并利用初至波走时层析成像技术对地下介质波速进行成像。研究结果表明:(1)初至波转换形成的断点绕射波具有频率升高、速度突变的特点,可清晰指示测区内断裂带的存在,可作为现场数据采集时断层的直观反映;(2)工程实测中通过原始波形到时、频率信息可初步判断断层的存在,基于射线追踪的初至波层析成像结果与后期钻孔揭露情况基本吻合,说明初至波层析成像在浅层地震勘探中的实用性;(3)接收测线排列内布设震源的方式,两侧震源延拓距离短,无需额外为震源激发提供场地,在工程施工中具有经济、快速、高效的特点,可作为野外复杂地表条件地下浅层结构探测的有效观测系统使用。

基于初至波的定位数据质控技术

随着勘探技术的不断进步,地震资料采集方式的重点已经由拖缆采集逐步向海底电缆(OBC)及海底节点(OBN)采集转移。在OBC和OBN地震资料采集过程中,随着偏移距的不断增大,初至波除了是直达波,也可能是折射波和反射波。常用的线性动校正技术(LMO)只能对近偏移距初至波为直达波的定位数据进行质控,对于远偏移距定位数据无法进行质控。通过分析直达波、折射波或反射波的传播规律,将三者进行统一,提出了一种基于初至波的定位数据质控技术。该技术不仅能对近偏移距定位数据进行质控,还能对远偏移距定位数据进行质控,即实现全偏移距定位数据的质控。

海底水听器的低频声纳——初至波联合定位方法研究

文章提出了海底电缆二次定位的一种新方法。该方法采用1000Hz频段的大功率低频声纳取代气枪阵列作为定位震源,其余部分按照初至波定位方法进行二次定位。通过分析初至波定位及声波定位2个突出问题在方法上的原因,认为气枪震源和声波应答器不适合作为海底电缆二次定位使用是产生这些问题的主要根源。文章针对应用新方法所需要的低频大功率声纳技术方法进行了讨论研究。低频声纳-初至波联合定位克服了目前所使用的初至波定位及声波定位的弊端,该方法具有技术及经济上的可行性。

基于L-BFGS算法优化的初至波波形反演

初至波波形反演由于采用L2范数的目标函数具有很强的非线性。当初始速度不准确时,反演容易陷入局部极小值全波形反演方法中,在目标函数中加入互相关函数的方法能有效降低反演过程的非线性。为此,本文将互相关目标函数引入到初至波波形反演中来降低反演过程的非线性,且推导出了相应的梯度公式;将初至波走时层析与初至波波形反演相结合,以走时层析反演为基础形成了一套反演流程,提高了速度反演的精度。同时在初至波波形反演方法中引入L-BFGS算法以提高反演的计算效率通过Overthrust模型以及实际资料测试验证了本文采用的方法可以有效降低反演的非线性和提高反演的计算效率。

初至波菲涅尔体地震层析成像

根据地震波传播的有限频理论,对于某个特定震相的观测信息,不仅射线路径上的点对该信息具有影响,射线领域上的其他点对接收信息也具有影响,这种影响可以用核函数来表达.本文基于波动方程的Born近似与Rytov近似,给出了非均匀介质情况下初至地震波振幅与走时菲涅尔体层析成像单频、带限层析核函数的计算方法.通过对均匀介质情况下初至地震波菲涅尔体层析成像核函数解析表达式的理论模型实验与分析,给出了不同维度振幅、走时单频菲涅尔体的空间分布范围,进而给出了带限菲涅尔体边界的确定方法.将本文的走时非涅尔体层析成像理论应用于表层速度结构反演中,理论模型试验与实际资料处理结果表明,初至波菲涅尔体地震层析成像方法比传统的初至波射线层析成像理沦具有更高的反演精度.

庐枞铁多金属矿集区龙桥铁矿反射地震初至波层析成像与隐伏矿床预测

为落实安徽庐枞地区北部的龙桥铁矿含矿层位在第二找矿深度的空间分布,本文应用小道距、长排列接收的地震反射初至波走时数据,运用层析成像方法,得到该地区近地表1000m以上的速度结构。研究结果显示,反射地震初至波携带了丰富的上地壳速度结构特征和界面变化的构造信息,精细的速度结构揭露出龙桥铁矿隐伏岩体顶界面深度与起伏形态,发现岩体顶面凸起及陡变化部位与矿体分布存在着明显的对应关系。长排列的深地震反射初至波走时层析成像方法能够为金属矿集区深部隐伏矿床的勘探与研究提供岩体的空间分布信息。

青藏高原羌塘盆地中央隆起近地表速度结构的初至波层析成像试验

利用2条衔接并横过青藏高原羌塘盆地中央隆起的反射地震剖面探测数据,进行了初至波层析成像试验,以揭示羌塘中央隆起的表层结构特征。研究结果表明,大药量的反射地震单炮记录初至清晰,长排列接收丰富了浅表构造趋势特征的信息,层析走时射线密度随地下构造的复杂程度而变化。层析反演得到的速度结构显示了高速层起伏剧烈的变化特征,其厚度与地表出露地层的年代负相关。深反射地震初至波走时层析成像可以提供丰富的地壳近地表结构信息。

用变换时窗统计能量比法拾取地震初至波

基于地震道时窗属性特征,对地震波初至拾取能量比法进行系统的研究,比较了固定、滑动和变换时窗能量比法的原理及应用效果。研究表明,固定和滑动时窗能量比法的处理效果较差,在拾取过程中对某些特殊点的处理上存在较大的误差;而采用变换时窗长度统计法后,初至曲线的同向轴变得更加光滑,拾取异常点的情况大为减少,从而有效地提高拾取精度。

一种高精度初至波二次定位新方法——搜索法

目前,检波点的二次定位成果已成为衡量滩浅海地区地震勘探数据采集质量的重要指标。通常检波点的二次定位方法分为声纳系统定位和初至波定位两种。传统的初至波定位法——"圆圆相交定位方法"要获得较高的定位精度,就必须在算法的实现过程中充分考虑由于圆的位置关系而产生的定位误差而且必须对要参加圆圆相交运算的圆进行精细的筛选,这一方面大大降低了运行效率,另一方面由于算法缺陷而产生的定位误差不能完全消除,影响了二次定位的定位精度。文中围绕如何提高初至波二次定位的精度和数据处理速度,提出了"搜索法"初至波二次定位方法,该方法的实现思路是:在检波点的一次定位点附近区域的网络中找到初至拉平效果最好的网格节点,这个点就是要求取的检波点的二次定位点。文中对"搜索法"的定位精度和运算效率进行了理论测试和实例分析,结果表明,"搜索法"具有很好的各向同性效果,定位结果与声纳定位结果具有很好的一致性,运算速度提高了5倍,定位精度也有较大的提高。

基于单道边界检测和样条插值的初至波自动拾取

初至波自动拾取方法已有很多,但在实际应用中或多或少都受到一定的限制。为此,从初至波的特点出发,提出了单道数据边界检测和样条插值相结合进行初至波自动拾取的方法。该方法的基本原理是:首先应用单道边界检测算法确定单炮记录每一地震道的能量边界;然后利用一定的判定准则对检测结果进行判别,保留正确的边界点,去掉错误的边界点;再利用正确的边界点对不确定边界点进行样条插值,得到一条连续的边界; 最后,利用能量边界点对原始记录进行映射,在一定范围内搜索最准确的初至波到达时刻。利用实际资料对方法进行了验证,结果表明,该方法拾取精度高,自动化程度高,剖面的品质得到了较大的改善。

初至波层析反演静校正方法研究

作者在地表一致性模型的基础上研制出一种基于三维层析成像反演的三维层析静校正方法。适用于宽线、弯线、传统的二维和目前广泛使用的三维勘探。在地形及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。本文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。在初至走时观测数据的拾取方面 ,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等问题导致的拾取误差 ,实现了三维初至拾取的大规模全自动化运算。野外实际资料的处理结果表明 。

基于Born波路径的高斯束初至波波形反演

为了提高表层速度反演精度,本文提出了一种新的波形反演方法.该方法只利用初至波波形信息以减少波形反演对初始模型的依赖性,降低反演多解性与稳定性.由于只利用初至波波形信息,所以该方法利用高斯束计算格林函数和正演波场,以减少正演计算量.为了避免庞大核函数的存储,该方法基于Born波路径,利用矩阵分解算法实现方向与步长的累加计算.将此基于Born波路径的初至波波形反演方法应用于理论模型实验,并与声波方程全波形反演和初至波射线走时层析方法相对比,发现该方法的反演效果略低于全波形反演方法,但明显优于传统初至波射线走时层析方法,而计算效率却与射线走时层析相当.同时,相对于全波形反演,本文方法对初始模型的依赖性也有所降低.

伴随状态法初至波走时层析

初至波走时层析成像方法通常被用来反演近地表速度结构。传统的射线层析成像方法计算效率低,且在复杂模型计算中存在不稳定性问题。为了快速、稳定地进行初至波走时层析,本文基于程函方程的有限差分形式,利用快速扫描算法实现初至波走时的快速计算。在此基础上,采用伴随状态法计算目标函数的梯度,进而实现伴随状态法初至波走时层析。将该方法与传统射线层析成像方法应用于理论模型实验和实际资料的处理,结果表明基于程函方程的伴随状态法初至波走时层析可以取得与传统射线层析近似的反演结果,但计算效率得到大幅提升。

复杂山区初至波层析反演静校正

提高静校正精度是取得复杂山区良好地震成像的一个重要条件.而建立在水平折射面假设基础之上折射波静校正方法,无论是假设前提还是实际应用效果,都不适应于地表剧烈起伏,速度纵、横向变化大的复杂区.为此本文提出使用初至波层析反演静校正方法,即利用地震记录中初至旅行时反演出表层速度模型,计算出炮点和检波点的静校正量.通过正演模拟数据和实际资料的验证,很好的解决了复杂地表引起的静校正问题.

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。

基于声波方程的有限频伴随状态法初至波旅行时层析

根据有限频理论,对于特定震相的观测信息,不仅射线路径上的介质对该信息具有影响,路径以外的其它区域对接收信息也具有影响,这种影响可以用核函数来表达。传统核函数的计算是基于"波路径"的,计算繁琐且效率低。而基于射线理论的伴随状态法虽然可以在很大程度上提高反演效率,却没有考虑地震波传播的有限频特性,这就导致了反演过程中低波数信息的缺失。本文基于伴随状态法,同时考虑地震波传播的有限频特性,研究并实现了基于声波方程的有限频伴随状态法初至波旅行时层析成像。将该方法应用于表层速度结构反演,理论模型实验表明,该方法比传统非线性射线旅行时层析成像具有更高的反演精度。

初至波表层模型层析反演

针对地震勘探中的复杂地表问题 ,本文提出了一套地震初至波表层模型层析反演方法。该方法是利用地震波射线的走时和路径 ,反演介质速度结构的一种高精度的反演方法。它利用地震直达波、辶回折波、折射波以及三者组合的初至波和层析反演方法具有的纵、横向变速优势 ,实现适应速 度任意变化的复杂表层模型反演。理论模型与实际资料的反演结果表明 ,其效果显著。