基于广义坐标变换的起伏地表频率域波动方程正演模拟与逆时偏移

高效精确的波动方程正演模拟是地震偏移成像和参数反演的核心,频率域的有限差分方法在正演模拟具备一定优势,包括能够在多震源模拟中计算效率更高,在选择网格间距时更具有灵活性等.然而,这种方法在处理起伏地表问题上较为困难.为了解决起伏地表情况下的频率域波动方程正演模拟与逆时偏移问题,我们提出通过建立广义坐标系,利用传统笛卡尔坐标系到起伏地表坐标系的映射关系,在起伏地表条件下高精度地模拟地震波传播波场.在此基础上,进一步讨论了实现频率域逆时偏移的可行性.并使用均匀模型和Foothills模型的数值测试来验证本文方法基本流程的有效性和计算效率.结果表明,在进行复杂地表场景的频率域地震成像和反演时,本文方法具有作为正演建模求解器的潜力.

一种基于部分分式展开的隐式有限差分波动方程正演方法

网格离散造成的数值频散是限制有限差分数值模拟精度的关键问题。隐式高阶有限差分算子随着差分阶数的增加能迅速地逼近理论精度,但是涉及带状矩阵的求解导致计算效率较低。本文基于平面波理论,推导一种在波数域部分分式展开的低阶隐式差分算子(PFIFD)来逼近理论算子精度。这种算子将常规的多对角矩阵表示成不同方向上多级并联的三对角线性矩阵,简化了稀疏线性方程组求解的复杂程度。同时利用追赶法求解三对角矩阵线性方程组,提高了隐式差分正演中计算空间偏导数方法的计算效率。频散分析和数值模拟结果表明,与其它方法比较,在保持相当的计算效率下,本文提出的方法能够更好地提高数值模拟的精度。

火山岩波动方程正演模拟研究

松辽盆地火山岩埋藏较深,下伏地层成像精度极低,对构造解释造成了一定的影响。为了了解火山岩体对下伏地层的影响程度,采用波动方程正演模拟技术,研究了9种波阻抗组合和两类岩性组合情况下火山岩理论模型的地震响应特征。其波场快照能直观地展现地震波在火山岩体中的传播过程。对正演模拟结果进行了分析,认为火山岩体的底界面反射不清晰是火山岩体对下伏地层屏蔽作用所致;火山岩体厚度增大时,下伏连续地层的反射中断现象更明显,以致出现假断层和假构造现象。

波动方程正演在地震采集设计中的应用

针对日益复杂的勘探采集对象,利用已有的地震、地质资料,结合地震反演建立合理的地下地质模型,运用波动方程正演技术设计地震采集观测系统,寻找最佳的采集方法。利用波动方程正演技术不仅可以提高解决复杂勘探目标采集的能力,而且能避免盲目试验的巨大浪费。通过对该项技术整个过程的介绍和研究,提出相应的技术要求、方法和对策。

三维混合延拓一步法波动方程正演模拟

提出三维相位移加有限差分混合延拓法，以此为基础，实现速度纵横向变化、构造任意复杂的三维介质一步法正演模拟，为三维复杂波场的地震、地质解释提供了精确、实用的方法。对于二维介质，相位移延拓方法对陡倾斜地层成像精度高、稳定性好、计算快，但实现速度的横向变化困难；而频率、空间域的有限差分法算法简单、稳定性好、能适应速度的纵横向任意变化，但偏移陡倾地层存在很多问题。用快速的４５°有限差分对相位移延拓作补充，能使整个延拓过程既适应速度的纵、横向变化，同时也能够得到陡倾地层的精确归位，通常称为混合法。把混合法的思想推广到三维一步法正演模拟之中，发展出一种新的三维正演模拟方法。该方法在延拓过程中，不作任何时深转换，始终在深度域进行，比在时间域作正演有更高的精确度。

基于波动方程正演的地震观测系统设计

常规地震观测系统设计方法基于地下水平层状介质及共中心点(CMP)覆盖的假设,通常不能适应复杂构造情况。基于射线的地震波照明分析方法存在高频近似和射线理论本身的缺陷,在复杂目标区的精度很低。本文从波动方程正演出发,提出了一种面向目标的地震观测系统设计方法,该法基于地质—地球物理模型,采用双程声波方程交错网格高阶有限差分法计算地震波照明度。文中针对冀中地区复杂断块模型进行了面向目标的地震观测系统优化设计,并重点探讨了检波器排列间距对成像质量的影响,得出以下认识:①复杂断块构造引起地震波传播能量的非均匀分布,局部目标成像质量优劣与目标体上的照明度强弱存在一一对应的关系。②在震源相同、检波器排列间距不同时,双向照明强度变化很明显,依此可以确定针对目的层段的最佳检波器间距。③对同一倾斜界面CRP点而言,沿倾斜方向随着CRP点的不同,不同位置炮点的双向照明强弱的变化规律不同;水平目标层面震源照明和倾斜目标层面震源照明的地表接收能量分布不同,能量强弱与偏移成像结果一致,由此可以确定地面最佳炮点或检波点分布范围。④道间距、排列长度的变化对地震波成像振幅和分辨率有明显影响;利用点扩散函数(或分辨函数)可以评价地震成像质量和分辨率,还可确定最佳检波器间距、排列长度等采集参数。实践表明,文中方法用于面向目标的地震观测系统优化设计是可行的。

SeisMod^(TM)波动方程正演模拟软件在圈闭识别中的应用

准噶尔盆地石西凸起侏罗系八道湾组具很大勘探潜力,现有地震资料对低幅度构造背斜圈闭不能进行有效识别.为满足圈闭识别需要,在不同解释方案基础上,利用SeisModTM波动方程正演模拟软件构建3种地质模型,正演模拟出不同地层构造模式下地震响应特征.通过对正演模拟结果对比分析,为背斜圈闭解释方案提供理论依据,对该区侏罗系八道湾组油气勘探提供有效技术手段.

三维波动方程正演的三级并行加速

在常规并行方案的基础上,继续挖掘CPU计算潜力,从CPU指令级优化入手,借用CPU的矢量运算单元(VALU)和SSE指令集,实现了在一个指令周期内并行完成四个浮点数据运算,得到以下认识:1对有限差分类方法的波动方程正演而言,使用SSE指令集可以取得较好的加速效果,能够实现CPU的二次加速;2引入SSE后的加速比会随着正演模型数据量的增大而缓慢增大,但因其一次最多完成4个浮点型数据运算,理论加速比最大不会超过4;3SSE加速不需要额外增加硬件配置就可实现计算效率提升,加速成本低,有很广泛的适用性;4单机执行三级并行能够获得最佳的执行效率,多机间执行三级并行效率与机间数据传输网络速度有关。通过数值模拟实验发现,新的并行方案较常规并行方案在运算速度上有大幅提升,获得了明显的加速效果。

基于波动方程正演的倾斜地层VSP走时差异分析

VSP时深关系是构造圈闭勘探中联系时间域地震剖面和深度域钻井、测井资料的桥梁,大量基于偏移地震剖面的岩性圈闭勘探实践使得VSP时深关系曾经被忽视的精度问题暴露出来,时深标定者的"拉伸"操作也常常被质疑。针对地层倾斜这一影响地震波传播路径从而影响VSP传播时间的因素,研发了波动方程正演分析工具,实现了地层倾角对VSP传播时间影响的定量分析,并在渤海锦州M油田取得了良好的应用效果,从而为陡倾角地区时深标定工作中合理拉伸量的确定提供了参考依据。

波动方程正演在地震勘探设计中的应用

随着地震勘探程度的提高,勘探难度逐渐增加,勘探精度要求越来越高,针对地质目标的采集方法研究越来越重要,利用现有的地震资料,结合地震反演建立合理的地质模型,运用波动方程正演技术设计地震勘探采集方法,研究偏移成像效果,分析采集结果能否达到地质目标的需求,通过反复模拟处理分析,优化观测方案,使得最终确定的采集方法能够解决地质问题,获得高质量的地震资料,减低勘探风险。

波动方程垂向插值斜缆采集正演模拟

为了解决海洋斜缆地震数据正演模拟时大多数检波器不在网格点上,不能直接记录波场值的问题,在使用有限差分法求解波动方程时,增加了垂向插值计算,得到了实际检波点的波场值。通过建立精细模型对正演模拟结果进行了误差分析,验证了该垂向插值方法的可靠性。分析对比了正演模拟数据和实际生产数据的波场特征,进一步证明了该波动方程与垂向插值正演模拟方法的正确性。该方法在倾斜电缆地震采集参数设计方面,具有较高的实用价值。

波动方程正演模拟和波场照明在长岭断陷长深40井区块的应用

长岭断陷长深40井区块地下构造复杂,小断层发育。以往勘探主要针对中浅层采集,观测系统设计方法是基于地下水平层状介质及中心点覆盖的假设,不能适应复杂构造情况,采集的资料深层信噪比低,构造成像精度差,为此,依据“两宽一高”技术,构建逼近本区实际复杂构造模型,在原有观测系统设计分析技术基础上引入波动方程正演模拟和波场照明分析技术,从而优化观测系统参数,满足深层复杂构造成像和层间断裂识别需求,提高地震资料品质。

大规模变网格三维地震正演MPI并行策略与实现

三维波动方程数值模拟是复杂储层波场特征分析和地震响应识别模式建立的重要手段。针对大规模三维模型正演模拟面临的内存消耗巨大、计算耗时长的问题,使用MPI并行技术将模型切割计算,同时为了对局部复杂区域进行精细模拟,引入变网格算法对速度场进行局部加密,从空间上有效提高模拟精度;设计了适用于三维变网格算法的MPI并行子区域划分策略,降低了计算网格点数和内存需求。模型试算表明基于MPI并行变网格方法进行大规模三维正演数值模拟减少了内存消耗、提高了计算效率。

黄土塬区致密储集层模型地震正反演模拟

为明确鄂尔多斯盆地黄土塬区地表地震波场传播规律和致密储集层地震响应特征,通过建立真实地表条件下储集层的地质-地球物理模型,开展了全弹性地震波动方程正演模拟和叠前地震弹性参数反演研究。模拟地震数据和实际地震数据同步处理分析表明:起伏疏松地表是导致地震静校正问题和干扰波发育的主要原因,近道约束的层析静校正方法可以解决黄土塬地震静校正问题并提高其精度,叠前反演横波波阻抗识别砂体效果明显,泊松比可以被用于识别含油储集层。地震正反演模拟研究为致密储集层地震预测提供了理论和实验依据,并在鄂尔多斯盆地黄土塬区致密油勘探开发中见到良好的应用效果。

黏声波介质傅里叶有限差分法正演模拟

大地吸收效应主要由地球介质本身的黏滞性所致,黏滞性会影响波场的所有频率成分,且对高频成分的影响更大,从而导致地震垂向分辨率的降低。本文将完全弹性介质中的傅里叶有限差分法推广到黏声波介质的正演领域,该法是一种频率域的单程波方法,较双程波法具有计算效率上的优势,较时间域法更容易模拟衰减和频散效应。文中对Marmousi模型进行了黏声波介质的正演模拟,数值算例表明:①黏声波介质和完全弹性介质的振幅和相位特征只有在传播时间短且距炮点近的部位才较吻合,表明黏滞吸收作用对地震波波形、频带以及振幅等产生很大影响;②随着传播距离(时间)的增加,波场的高频成分明显衰减,波形逐渐变宽,能量逐渐变弱。文中方法适应强空间变速介质的正演模拟,且具有较高的计算效率,为深入研究大地吸收效应进而提高地震分辨率奠定了基础。

基于地震正演的断层阴影校正技术及其在南海A油田的应用研究

断层阴影问题在南海东部地区是普遍存在的,当油藏位于断层阴影带范围内时,不论是时间域还是深度域地震成像都常常出现偏离真实构造形态的情况,对油田勘探开发过程中的井位部署及储量估算都有较大的影响,在地震资料解释过程中,有必要对断层阴影问题开展深入研究,合理预判断层阴影有无,并尽可能消除断层阴影的影响,还原真实的构造形态。为此,以南海A油田开发阶段遇到的具有一定代表性的断层阴影问题为出发点,结合海相地层通常横向分布稳定的特点,根据井、震资料构建二维地质模型,从波动方程模型正演入手,对比分析了真实速度情况下利用Kirchhoff叠前时间偏移和叠前深度偏移方法对断层阴影带的构造成像差异,指出该差异正是断层阴影区存在横向速度突变的结果,可以作为定性判断断层阴影有无的直观依据,并进一步提出了一套基于地震正演模拟的断层阴影定量校正方法,在油田生产实践中取得了较好的应用效果,为地震资料解释过程中预判及消除断层阴影提供了新的研究思路和经济的技术手段,对南海东部地区类似断层阴影问题的研究具有一定的指导借鉴意义。

模型正演技术在复杂构造解释中的应用

针对地下构造复杂,地表地震条件不好,地震资料品质差的复杂地区,如何确定地震构造样式、落实构造圈闭,一直是复杂构造解释的难题。应用模型正演技术,通过设置观察系统、地质建模、速度建模,利用射线追踪或波动方程模拟地震成像。通过对准噶尔盆地西北缘哈拉阿特山构造带的应用表明,该技术有助于勘探初期地震解释方案的确定。

基于GPU和CPU协同并行的三维各向异性介质地震波场正演模拟

莺歌海盆地中深部地层具有多套超低速层、异常高压、垂向裂隙发育等特点,使得介质具有各向异性,地震波场特征复杂,正演模拟是研究波场特征和观测系统优化的主要手段之一,而海上震源子频带宽、主频高,要求正演模拟网格剖分小,导致计算量大。为此,发展了基于GPU和CPU协同并行的海上三维各向异性介质正演模拟方法,通过将模型分割并分配到不同进程上和任意选择并行计算的方向和每个方向上并行计算的进程个数,不仅可以减小每个进程上内存消耗,而且减少计算时间。简单3D模型的正演模拟验证了该方法可极大地提高计算效率,复杂构造各向异性介质模型中的模拟炮集记录的偏移成像结果验证了方法的可靠性,可适用于任意各向异性介质地震波场正演模拟。

基于波动方程正演模拟的多尺度地震资料反射特征分析

地面地震、VSP和井间地震等多尺度地震资料在油气勘探开发中发挥着重要的作用,但不同的观测尺度和资料采集处理方式限制了多种资料之间的有效匹配和综合应用.通过对同一地质体模型采用波动方程开展正演模拟分析,进一步开展逆时偏移有利于更好地建立起多尺度地震资料之间的联系与差异.分析表明,地面地震、VSP和井间地震等不同尺度下的观测资料都能在对应的范围内准确反映地质体的地震反射特征,而观测尺度和观测方式的不同则导致多尺度地震资料在分辨率、波场信息丰富程度和观测范围等方面存在差异;正演模拟地震道的时频分析进一步表明多尺度地震资料在时间域和频率域都存在着较好的联系,特别是井间地震和VSP等井中地震资料能够提供更为合理、可靠的高频信息,在提高地面地震资料分辨率方面具有明显的优势,为开展多尺度地震资料的综合研究与应用提供了基础.

基于White模型的砂岩储层渗透率特性分析

针对不同固结程度的砂岩,从Boit经典理论出发,基于White斑块饱和模型,应用数值模拟研究了渗透率对地震波衰减和速度频散的影响,分析了地震波垂直入射时渗透率对储层界面反射系数和相位的影响。结果表明:对于砂岩储层,渗透率对地震波衰减和速度频散有明显影响,尤其是中等压实砂岩储层和未固结砂岩储层,对渗透率变化非常敏感;渗透率对砂岩储层尤其中等压实砂岩储层界面反射系数和相位有明显影响,甚至会产生相位极性反转。