基于伪解析法的TTI介质纯qP波地震波场正演模拟

近年来,各向异性介质纯qP波正演模拟及逆时偏移成像技术受到广泛关注。常规拟声波方程存在伪横波干扰、受模型参数限制(ε≥δ)、传播不稳定和计算精度不高等因素影响,极大地限制了其应用。为此,本文将qP波拟微分方程变换到空间—波数域,并通过坐标变换,推导了时间域TTI介质二阶纯qP波波动方程;为提高计算精度,引入伪解析算法(pseudo analytical method, PAM),实现了基于伪解析法的TTI介质纯qP波地震波场正演模拟。数值模拟结果表明:(1)本文方法克服了拟声波方程的局限性,消除了伪横波干扰,不受模型参数限制且地震波场能稳定传播;(2)与其他方法相比,伪解析法能有效提高数值模拟精度;(3)简单及复杂模型测试验证了本文方法的正确性与适用性。

基于gprMax的衬砌脱空三维正演分析

衬砌脱空是一种常见的施工缺陷,会导致结构的劣化,降低隧道的安全性,需要在施工及运营阶段对隧道衬砌进行检测.利用基于时域有限差分法的gprMax软件,建立含脱空的隧道衬砌模型,对三维探地雷达的衬砌检测过程进行正演模拟,获取脱空的三维数据体.对脱空的响应特征进行分析,讨论了脱空对电磁波波形及波场分布的影响,结合工程实例验证了正演结果的可靠性.结果表明,脱空区电场强度随测线靠近中心而增强,依据这种变化可实现对脱空三维尺寸的探测;电磁波在脱空内部产生多次反射,引起围岩层中电磁波信号的多次震荡;金属部件会对脱空区信号产生较强的干扰,电场极值从大到小依次为无金属部件、单层钢筋网和双层钢筋网.研究结果对于推动三维探地雷达在隧道衬砌脱空检测中的应用,提高脱空检测的准确性具有参考价值.

二维横向各向同性介质中人为边界反射的吸收——差分法弹性波场模拟

本文对有限差分法弹性波场三分量正演模拟中遇到的人为边界反射问题进行了研究,分别获得2-D横向各向同性介质中U_x,U_z,与U_y位移分量模拟时的边界吸收条件.从吸收边界上反射系数与入射角之间的关系可以说明,本文提出的边界吸收条件的吸收能力比较强.

利用错格虚谱法模拟礁、滩相储层地震波场

文中基于中国西部F地区的声波测井资料设计了四层礁、滩相地质模型,并用气、水分别替换礁、滩内部的流体,利用错格虚谱法模拟礁、滩相储层地震波场,避免了常规虚谱法在选用粗网格模拟小尺寸礁、滩时出现的不收敛现象,提高了计算效率。结果表明:①无论是含气还是含水,礁、滩相的边界与尺寸都能清晰分辨,但与礁、滩同时含气的模型相比,在滩含水、礁含气的模型中,礁边界成像较为清晰,滩边界较模糊;②若仅从完全弹性波动传播理论出发,从地表观测记录可以准确检测到深度大于3000m的小尺寸礁、滩结构,并且在已知围岩速度与孔隙度分布的前提下,可从地震剖面中直接识别礁、滩中的气、水分布。然而,在实际工作中,礁、滩的识别受到多种因素制约,尤其是地震波的衰减和频散,所以对于含流体的地层,其在地震频段的速度建模将是目前必须解决的一个难题。

三维高精度重力方法在深部潜山勘探中的应用

深层地震资料由于受到火山岩体或风化壳盖层的影响,质量品质往往不高,难以识别盖层之下的小规模的潜山构造。而重力勘探技术恰能利用潜山构造与上覆地层存在显著密度差异的特点来识别这种特殊的地质储层。文中以华北油田虎8北潜山构造区为例,在该地区地层密度模型的基础上进行了三维重力正演。正演结果表明,深部密度异常体在地表形成的低缓重力异常,与区域或局部背景重力异常场叠加在一起,在布格重力异常曲线上无法识别目标体异常。通过利用高阶导数、滑动滤波等处理方法把异常场从区域场中剥离出来,可发现虎8北潜山目标区存在小规模局部剩余重力高。在地震资料的约束下,根据剩余重力异常的幅值及地层密度差进行密度建模,实现了三维密度反演。反演的结果确定了虎8北潜山的存在,并给出了潜山可能的埋深与规模。证明了三维高精度重力方法在确定深部潜山构造上具有较明显的地质效果,这对于探测深部低速层覆盖之下的潜山构造油气藏具有重要的指导意义。

细胞自动机方法地震正演模拟

细胞自动机是一种在微观级上进行简单计算，在宏观级上模拟复杂物理现象的方法。它具有模拟复杂介质的潜力，适于在大型并行计算机上实现。本文讨论了用细胞自动机模拟地震纵波的局部规则、初始设置及几种边界的处理等问题，并给出了若干二维正演模拟的结果。计算结果表明，用细胞自动机进行地震波正演模拟十分灵活、方便、适应性强、计算简单，是值得进一步研究的课题。

堤防隐患探测中的探地雷达波场特征分析与应用

堤防工程是我国防洪体系中的重要环节。针对堤防中潜在隐患缺陷体,根据不同缺陷体介质的电性特征,建立了相应的堤防隐患模型。依据时域有限差分(FDTD)算法和完全匹配层(PML)的吸收边界条件,构建相应的堤防隐患缺陷体地球物理模型,使用GprMax 2D软件结合自行开发的MatLab程序,获得探地雷达正演波形图。通过波场特征分析,可知不同形态、构造位置和电性参数的隐患缺陷体的探地雷达反射波幅值和形态是不同的。正演结果能准确反映隐患缺陷体的深度、水平位置等空间特征。结合长江四邑公堤堤防隐患探测项目的2个工程实例分析可知,雷达正演模拟与探测剖面结果和工程验证基本一致,表明探地雷达能够有效地探测堤防隐患,该正演方法切实可行。分析典型隐患模型的波场特征有助于指导后期解译工作,从而对缺陷体从定性到定量进行更精确的解译,确保堤防工程的安全运行,保障汛期人民的生命财产安全。

利用哈特莱变换进行井间声波波场正演模拟

在二维跨井声波波动方程正演模拟中,采用哈特莱变換(Hartley Transform)求取空间导数,具有占用内存比FFT少.求奇次导数时不产生尼奎斯特误差等优点,且计算速度较FFT快约一倍。文中对跨井声波波场理论模型模拟的结果表明.震源激发的位置对波场能量的分布影响很大;震源位于低速层中激发时,低速层内有较强的能量.且波场较为复杂;震源位于高速层激发时,能量很快地向周围介质扩散。

双相各向异性介质正演研究

建立了一个具有双相各向异性介质特征同时可考查慢纵波行为的特殊模型,应用交错网格有限差分方法模拟并分析了此模型的合成地震记录;此外,通过改变双相各向异性介质的固流耦合密度和孔隙度,对比并分析了介质参数对慢纵波的影响。

地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟与逆时成像

为了进一步提高对地震波传播规律的认识,将波印廷矢量引入到二维地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟中。根据地震波波印廷矢量的波场数值特征,实现了对全地震波场中左行波、右行波、上行波和下行波波场的自动识别与分离。以均匀介质模型、倾斜界面模型以及Marmousi模型为例,开展了相应的数值模拟实验与逆时成像处理。计算结果表明,该方法准确有效,能够实现任意时刻波场快照中方向行波的波场分离,并合成分别由左行波、右行波、上行波和下行波形成的波场快照与数值模拟记录。该方法简单易行,计算量较小,对实际地震资料中方向行波波场的识别、分离、成像及验证具有一定的应用价值。

具有倾斜对称轴的横向各向同性介质中的弹性波

各向异性介质主要表现为横向各向同性特征，而具有倾斜对称轴的横向各向同性介质更具有一般性。本文首先对横向各向同性介质进行分类；然后根据势能与坐标系无关的原理，推导出在一般坐标系下TI介质的弹性参数，这种方法适用于建立不同坐标系下弹性参数之间的相互关系；最后从各向异性介质中的波动方程出发，进行TI介质的相速度分析和波场正演模拟。计算结果表明，当对称轴倾斜时，介质在沿测线方向的错直平面内，均呈现出各向异性；当测线方向与走向垂直时，波前面两个对称轴的方向分别指示着介质对称轴的倾斜方向和垂直于对称轴的方向.

井间弹性波波场散射特征数值模拟分析

地震波正演数值模拟是实现井间弹性波波场分析的重要手段。文中采用弹性波波场分离数值模拟技术对层状含孔洞的速度模型进行了井间波场观测和波场特征分析,通过改变孔洞尺寸及其纵横波速度来研究井间地震波波场的散射特征。数值模拟结果表明,孔洞的存在增加了井间地震波波场的复杂性,且其尺寸与纵横波波长之间的差异将产生诸如以多次散射和反射等为主的复杂波场特征;横波波长较短,比纵波更易引起波场散射。

地震仿真中的快速波场重建技术

地震仿真是利用地震方法研究地下含油气地层分布的一种技术,其主要计算过程可归结为反复求解地下局部介质改变后的地震波波场。本文基于有限元和有限差分联合解法提出一种地下局部介质改变后对波场进行快速重建的方法。该方法只要对局部发生变化的波场进行重建,即可得到介质改变后的全部波场,无须每次都求解整个正问题。在这种简化的求解过程中,由于计算范围受到一定的控制,大大地减少了计算量,从而提高了计算效率。对地质模型试算的结果表明,上述方法是可靠的。

储层模型正演模拟及AVO特征研究

为了在多波地震资料解释过程中解决多波信息识别难的问题,基于弹性波正演技术,针对某油田勘探区块的实际储层地质模型,采用高阶交错网格差分技术正演模拟非零偏炮集多波地震记录,并经多波资料处理,得到纵波和转换波CMP和CCP叠前含AVA的动校正道集及叠加剖面。在已知模型的AVA计算、模型层位参数与正演纵、横波波场关系的基础上,对比研究了正演记录中各储层的纵波和转换波对应关系。对比分析结果表明,数值模拟结果与AVA分析结果吻合,同一储层的纵波和转换波波场响应有明显差异。

基于优化反演的绕射波提取成像技术及其应用

绕射波独立成像数据为资料精确解释提供了一种新的有用信息,绕射波分离提取的质量与绕射波成像处理资料品质密切相关。探讨了基于优化反演的绕射波提取技术,利用基于余量极小化倾角估计技术实现了反射波倾角的精确估计,利用非线性搜索的极小化优化技术和可行域投影迭代技术实现了绕射波的提取。基于正则化约束优化反演算法的绕射波提取成像方法,能够很好地去除反射波信息,提取出隐藏在偏移剖面中能量很弱的绕射波信息,突显出断层、洞穴、风化壳等异常地质信息。针对塔河油田碳酸盐岩缝洞型储层特点建立了地质模型,数值模拟了正演记录,采用基于优化反演的绕射波成像方法对其进行绕射波分离及成像,验证了方法的实用性。针对塔河油田实际三维地震资料开展了该方法的应用处理研究,对比分析了绕射波成像与常规反射波成像效果。结果表明:绕射波成像在特殊地质体勘探中具有明显的优势,能够精细刻画古风化壳破碎带、小断层、小尺度岩溶洞穴等地质信息,为储层预测提供了更加可靠的信息。

各向异性介质储层数值模拟及波场特征研究

各向异性介质储层中波场特征的研究,有利于对多波资料的准确解释。在弹性波方程基础上,结合数值模拟技术与AVO技术,对多种介质模型和第二类含气砂岩储层模型进行数值模拟与波场特征描述。以表征介质各向异性程度的Thomsen参数为出发点,研究各参数对地震波场动力学和运动学特征的影响,并对第二类含气砂岩介质中模拟得到的正演记录,以及各向异性参数对波场的影响程度进行分析,进一步加深了对该类储层各向异性特征的认识,这为各向异性介质中的参数反演与地震资料解释提供了有力的参考依据。

复杂地表复杂构造模型的弹性波方程正演模拟

本文根据地质地球物理模型建模原则和方法,结合中国四川广安地区的典型起伏地表、近地表结构和复杂构造的实际模型,分别建立了水平地表复杂构造模型、无降速带复杂地表复杂构造模型、含降速带复杂地表复杂构造模型,并采用任意起伏地表二维弹性波方程交错网格高阶有限差分法,开展上述地质—地球物理模型的弹性波正演模拟。数值模拟结果表明:起伏地形造成不同炮点的波场特征(振幅、相位、频率等)和炮记录面貌(同相轴、波组、波型等)的明显差异,主要表现为散射波影响;地表低速层造成不同炮点的波场特征和炮记录面貌的明显差异,主要表现为低通滤波作用。模型正演数据经深度偏移后,层位、断层及断点等成像清楚,地层产状及空间位置与真实模型较吻合,但没有反映地表的精细速度结构(近地表速度结构比较光滑)。

塔中地区奥陶系典型地质体地震识别模式

针对塔中地区奥陶系岩溶缝洞型储层类型多、埋藏深且非均质性强的难点,设计了符合实际地层条件的地震地质模型,对储集体内部结构和参数采用微小管网和孔洞组成的等效储集空间进行精细刻画。应用波动方程交错网格高阶有限差分法进行波场正演模拟,选用常规处理和波动方程叠前深度偏移处理方法,得到偏移剖面,验证储层解释结果。从振幅、相位和频率等信息分析模拟记录地震波场特征,研究储层与围岩接触关系以及储层内部结构的变化对地震波场特征的影响,建立了缝洞储层和火成岩的地震识别模式。该地区存在层状火成岩、火成岩颈、顺层侵入火成岩等地震反射特征,碳酸盐岩储层表现为表层弱振幅、空白反射结构和内幕中强振幅反射结构。

三维波动方程正演及模型应用研究

为了真实准确地反映三维地质体的波场特征,在频率一波数域将二维波场延拓算子推广到三维空间,采用三维波动方程延拓方法实现了三维地质模型的快速叠后正演。该方法可以采用相位移加插值方法处理一定的横向变速情况,可以更加灵活方便地模拟地下复杂的三维地质体。首先进行了三维French模型数值模拟,得到了和实际物理模型实验结果相一致的正演记录,并对比分析了三维偏移剖面和二维偏移剖面的偏移效果;然后进行了三维缝洞地质模型的正演计算,得到了高信噪比的正演记录。模拟结果验证了三维正演和偏移方法的正确性,以及利用该方法进行缝洞地质体识别和研究的可行性。