正演模拟技术在地震采集设计中的应用

随着地震勘探开发的不断深入和发展,地震勘探的主战场逐渐向复杂地区转移.复杂地区既指地表条件复杂的地区,也指地下地质构造和地层条件复杂的地区,这些都对地震勘探提出了新的挑战和更高的要求.地震正演模拟正是开展此类问题研究的一个重要手段和方法.目前市场上具有正演模拟功能的软件大多是根据射线理论采用射线追踪的方法来完成正演模拟的,这种方法不能很好地反映地震波的动力学特征,特别是在复杂地区难以得到正确的结果.本文利用高阶有限差分有效克服了常规有限差分算法求解波动方程的频散问题,并以高效的OpenMP并行计算模式进行了并行优化,较大程度上提高了正演计算的速度和精度;同时实现了二阶Higdon边界条件,改善了边界吸收效果;也在一定程度上提高了计算速度.塔中地区主要目的层埋藏深,逆断层发育,地震反射特征复杂,增加了地震勘探的难度.本文依据该地区的地质模型,利用波动方程正演技术论证了该地区的地震采集观测系统,为该区地震采集观测系统的设计提供了科学依据.     

基于交错网格有限差分法的断面波叠前时间偏移成像影响因素正演分析

断层和断裂带的有效识别是地震资料解释中的重要环节,断层在地震信号响应中以断面波的形式体现,因此断面波成像的质量关系到断层的精细识别与刻画.本文利用精度较高的交错网格有限差分正演模拟方法对断面波成像的影响因素进行了正演研究,主要正演分析的参数包括采集因素中的电缆长度和采集方向,地质因素中的断层倾角、断距、反射系数,以及处理因素中的偏移方法等几个方面.通过正演论证得出：采用合理的采集参数能够提高断面波的照明度;有效结合地质因素能够提高断面波的解释精度;利用合理的偏移方法能够使断层归位更加准确,断面波有效成像.基于以上结论,对于断面波的精确识别与刻画,应综合采集因素,处理因素及地质因素,只有这样才能提高断层的解释精度,有效减小解释误差.     

井间地震波动方程正演数值模拟及其应用

井间地震正演模拟是在给定地层参数及边界条件的情况下求波动方程数值解的过程.本文详细推导了井间二维声波方程四阶差分方程;根据假设的包含楔形体和丘状体的理论地层模型,对其波场进行了模拟计算分析;据胜利油田垦71区块两口井的实际声波测井资料建立了精细速度模型,对其正演模拟的合成记录波场进行分析,并把合成记录反射波成像与实际的过井三维地震剖面进行了对比,验证了所设计观测系统的合理性.     

非重复采集时移地震正演模拟及可行性分析

本文主要研究前期为常规三维地震勘探和后期为高精度三维地震勘探的这种典型非重复采集时移地震的可行性,主要使用正演模拟和匹配处理相结合的方法进行.本文推导了基于PML边界的三维声波波动方程时空域高阶有限差分正演方程,根据岩石物理流体替代分析方法计算得到时移前后储层的弹性参数,建立了时移地震地球物理模型,设计了常规三维和高精度三维观测系统,进行地震正演模拟,获得了非重复采集时移地震理论模拟数据.利用匹配处理法对非重复采集时移地震正演模拟数据和实际资料进行可行性分析,匹配处理过程主要包括初始数据匹配、一致性处理和互均化处理等.理论模拟数据和实际资料的匹配处理结果表明,通过针对性的分析和处理,利用非重复采集的地震资料进行时移地震研究是可行的,能够得到较好的时移地震响应,在一定程度上反映了油藏的变化情况.     

影响低序级断层识别精度因素的地震正演定量研究

复杂断块油藏是胜利油田勘探开发的重要油气藏类型,储量产量均占三分之一,随着勘探和开发程度的提高,低序级断层识别描述技术是目前该类油气藏钻探成功的关键制约因素.影响低序级断层识别描述精度的影响因素也较为复杂,但对复杂断块油田剩余油分布研究和提高油气采收率具有重要意义.目前,尚没有文献开展低序级断层定量识别特征研究.本文针对低序级断层定量识别方面开展了大量研究,在分析研究区地质特点的基础上,分别针对埋藏深度、速度结构、地震子波主频、信噪比、断面倾角、地层产状、地层和断面的夹角等影响低序级断层识别精度的因素,设计了不同类型的低序级断层地质模型,利用波动方程正演模拟了低序级断层的地震响应特征,建立了5种低序级断层定量识别模板,拟合了2条综合曲线图,实现了影响低序级断层识别精度因素的地震正演定量研究,创新形成了一套完整的影响低序级断层识别精度的定量分析方法.由于以上因素引起的低序级断层同相轴的不同变化,为低序级断层的有效定量解释打下了坚实基础,为低序级断层地震描述技术研究提供了有益指导.     

一种提高地震勘探解释精度、分辨率的新方法-DDM方法

DDM(Depth—Density Method)方法是将地震时间剖面直接反演成深度、密度剖面的一种地震资料处理方法，在几千米的勘探深度范围内，该方法可以使地震勘探的精度由相对精度用绝对精度来表示；使分辨率由十几米提高到2～3米；从深度、密度剖面中，地质人员可以解释出地层的岩性，时代、砂体的厚度、沉积旋回、沉积粒序，几米、十几米的断层和褶皱，本文主要简介该方法的工作原理、地质解释的原则和在生产中的应用实例。     

基于频率—慢度域叠前地震记录的合成与并行方法研究

正演模拟是叠前弹性波反演的基础.采用慢度法计算层状介质的叠前地震记录,分别对频率和慢度进行积分变换得到时-空域的地震道集,并对在慢度积分过程中产生的计算噪音提出了解决方案.为得到高精度合成地震记录,需将地层细分,但地层层数很多时,计算量较大;而对地层粗分虽然会大大加快运算速度,但合成记录会丢失很多信息,文中给出了地层的划分原则.该方法能够计算出包括转换波和多次反射在内的全地震响应.但在提高合成记录精度的同时,也导致计算量增大、计算效率降低,因此,本文对基于慢度法全波场模拟进行了并行算法设计,采用计算域分割、工作池并行技术,建立了慢度法全波场正演模拟的并行算法,使得弹性波正演问题求解更加高效,为充分利用叠前地震资料进行叠前反演提供了研究基础.     

模型正演技术在兴城地区叠前深度偏移中的应用

松辽盆地徐家围子断陷兴城地区火山岩埋藏较深,断层发育且倾角较大,构造极其复杂,常规时间域成像效果较差,且火山岩屏蔽作用明显影响到下伏地层成像精度,对构造解释造成了一定影响.针对这一问题,采用波动方程正演模拟技术,建立反映该区实际复杂构造的模型,进行正演模拟,然后将模拟的炮集记录进行常规处理和叠前偏移处理,重点是叠前深度偏移处理.模拟结果表明,将模型正演技术应用到实际地震资料的处理中,有助于指导实际地震资料中速度-深度模型的建立,并且对于提高复杂构造的成像质量具有非常重要的作用,而且有利于下一步验证构造解释方案是否合理.     

深水陡坡带地质模型波场正演模拟

近年来,全球海上油气勘探热点逐渐由浅水走向深水,而地震资料采集和处理是制约深水油气勘探的重要因素.以往资料表明,受采集观测系统的影响,深水盆地陡坡带的地震成像效果往往较差,对边界断层和下伏地层产状的认识造成严重影响.本文根据巴布亚盆地某深水工区实际数据,构建典型深水陡坡带地质模型,通过地震波场正演模拟方法对陡坡带地震采集的观测方式进行优化.结合基于波动方程的单炮照明和多炮照明组合等地震照明方法对目标层进行照明分析,探索影响陡坡带深大断层和上、下盘地层成像效果的原因.最后通过局部炮集数据进行叠前深度偏移处理,进一步验证波场正演模拟和照明分析指导观测系统优化设计的有效性.波场正演模拟和照明分析结果表明,对于拖缆式地震采集,采用左侧激发、长排列接收方式对深水陡坡带成像具有相对较好的效果.     

地层衰减定量模拟的地震物理模拟方法

Q值是描述地层衰减特征的重要地震物理参数,研究Q值对提高地震资料分辨率,提高地震成像精度具有重要意义.本文从地震物理模拟中模型材料的动力学特征出发,提出了一种地层衰减定量模拟的地震物理模拟方法.通过铝样验证了衍射校正方法的准确性,利用有机玻璃实验分析了不同测量方法求取Q值的测量精度问题,从而优选测量方法;然后基于复合材料的实验数据,建立复合材料配比与各物理参数之间的函数关系,利用该函数关系指导地层衰减定量模拟.结合单层地震物理模型和近地表地震物理模型,研究了模拟地震记录及其频谱特征与野外实际情况之间的相似性,基于建立的函数关系研究分析了地层衰减定量模拟的准确性.实验结果表明,基于地震衰减定量模拟方法构建近地表地震物理模型时,模型中模拟参数不仅与设计参数保持很好的一致性,同时具有很高的准确性,模拟地层的频谱衰减特征与野外地层保持一致.     

城市活断层探测中的浅层地震勘探方法

对大量地震灾害的研究表明，地震发生时，位于地表活动断层上的房屋或构筑物的破坏最严重，尤其是20世纪90年代后期美国北岭地震，日本阪神地震和中国台湾集集大地震等的发生后，世界许多国家的政府和地震科学家都清楚地认识到城市活断层探测与研究的重要性和急迫性，城市活断层的探测对于城市规划，抗震设防，减轻地震对城市设施的破坏都具有重要的现实意义，浅层高分辨地震勘探是城市活断层探测手段中最有效，最可靠的方法之一，可以在地表探测到地下活断层的位置，埋深，产状和空间展布情况，但由于城市环境的强干扰背景和场地条件的复杂性，必须针对实际情况，在观测系统，震源，数据采集环境的强干扰背景和场地条件的复杂性，必须针对实际 情况，在观测系统，震源，数据采集和处理方法等环节中，采用一系列提高分辨率， 提高信噪比的有效方法，才能取得可靠的探测成果，本文对城市活断层探测中的浅层地震勘探方法的技术难点和相应的解决方法进行了讨论，并结合我们近几年来在城市开展浅层地震勘探的一些经验，介绍一些实用性的浅层地震勘探工作方法。     

The Best Combination Methods and Applied Research of Seismic Prospecting for Active Faults in Urban Areas

This paper introduces briefly the basic principles of various seismic prospecting techniques and working methods according to nationwide practices of seismic prospecting of active faults beneath big cities in recent years.Furthermore,it analyzes the application range of different seismic prospecting methods,main achievements and solved problems,and discusses the best combination of seismic exploration methods for detecting crustal structures and locating the faults used in the present stage,that is,to trace faults which are at depths of hundred of meters underground using shallow seismic investigation,to detect the faults which are above basement(at a depth of kilometers) using high resolution refraction sounding,and the deep crustal faults using combined seismic prospecting methods of reflection seismic sounding and wide-angle reflection/refraction sounding,and furthermore,to use the 3-D deep seismic sounding method to obtain 3-D velocity structures beneath urban areas.Thus,we can get information about fault attitude and distribution at different depths and a complete image of faults from their shallow part to deep part using the combined seismic exploration method.Some application examples are presented in the article.     

复杂介质结构中折射界面的哈格多恩原理波前成像

在城市活断层探测中 ,浅层结构常常表现为强烈的非均匀性 ,界面横向强烈起伏 ,层内速度变化较大 ,传统的基于平界面均匀层模型的折射资料处理方法不能适用。研究开发能应用于复杂介质结构中折射资料处理的方法就显得十分必要。文中基于惠更斯原理 ,用波前扩张法对波场作正演计算 ,根据哈格多恩折射波前成像原理 ,在lecomte算法和Hole有限差分计算程序的基础上 ,开发出 1种复杂介质结构中折射资料的处理方法与软件 ,并用此方法处理了福州城市活断层折射探测试验中在义序完成的 2条折射剖面资料。结果表明 :探测区浅层为 3层结构 ,分别为盖层、强风化层和基岩。基岩顶界面的埋深约为 5 8～ 5 2m ,盖层P波速度变化较大     

浅层地震勘探方法在活动断层中的应用——以邯郸市活动断层探测为例

浅层地震勘探方法在城市活动断层探测中发挥着重要作用,实践表明,浅层地震反射波法可以获取深度十米至几十米的浅层地层反射信号,且大部分反射剖面均可较清楚地揭示出浅部断层位置和断层特征,地震数据处理是准确识别近地表活动断层的重要环节,也是提高资料分辨率和信噪比的有效途径。本文应用邯郸市活动断层浅层地震资料,运用多途径、分步骤的去噪技术和方法,压制干扰,极大地提高了资料的分辨率和信噪比,并对活动断层的典型剖面进行重点研究和验证。     

技术应用综合物探方法在张家口某工程场地地震安全性评价中的应用研究

结合地质和遥感图像解译资料,以物探方法查找活断层是行之有效的方法。针对单一的物探方法在反演解释中具有多解性的弊端,本文提出以高密度电阻率法为主,浅层地震反射波法为辅的综合物探勘察组合模式。经实际钻探证明,这种综合物探模式对隐伏活断层的勘察是完全可行的,并具有较强的实用推广性。     

Techniques for Surveying Urban Active Faults by Seismic Methods

INTRODUCTIONLarge earthquake and ground surface dislocation produced by the sudden slip of an active faulthidden belowa city can result in serious disaster,bring about huge losses of people’s life and stateproperty,or even make a city destroyed instantly…     

活动断裂探测的高分辨率地震数据采集技术

高分辨率浅层地震勘探技术能够较准确地探测活动断层的位置、性质,并初步研究断裂的活动性。作者在夏垫断裂上采用不同激发震源、不同道间距、不同观测系统参数的探测方法,获得了多条高质量叠加时间剖面图,图中清晰地显示了从几米到几百米深度范围内的地层结构和构造特征。通过对这些叠加时间剖面的分析,获得了不同激发震源、不同道间距、不同观测系统参数时间剖面的分辨率。给出了对于不同的探测目标层埋深和精度要求所适用的探测方法和工作参数,为提高断层探测的分辨率和活动断层最新活动时代的确定精度奠定了良好的基础。     

夏垫断裂东北段地震勘探资料研究

为查明夏垫断裂东北段的空间位置、性质及其活动性,由大厂八百户起向东北方向,经过三河齐心庄至北京马坊镇,以可控震源激发方式,完成高分辨率浅层地震勘探测线7条,长约22 km.各地震反射时间剖面波组特征变化明显,断裂特征清晰,获取了准确的断点定位及断裂发育特征,展现了自八百户经齐心庄至马坊镇延伸约20 km范围内夏垫断裂的...     

高分辨折射和浅层反射地震方法在活断层探测中的联合应用

浅层反射地震方法是城市活断层探测常用的技术,但在基岩埋深比较浅的地区,往往只能识别出基岩顶面的反射波,而仅根据反射地震剖面上单个同相轴的变化很难准确判定断层是否存在.浅层地层的错断往往会引起速度的横向变化,利用高分辨折射地震方法采集的数据,应用层析成像方法获得的速度剖面,能够反映地下速度结构的变化,可以从另一方面揭示浅层断层存在的可能性.在四川某地,将这两种方法同时应用于活断层浅层地震勘探中.结果表明,两种方法联合应用可在一定程度上弥补浅层反射地震勘探方法在基岩埋深较浅地区的不足.     

浅层人工地震和地质雷达在城市活动断层探测中的联合应用?以鹤壁市汤东断裂为例

浅层人工地震勘探是探查城市隐伏活动断层最有效的手段之一,然而受近地表探测盲区和探测分辨率的限制,该方法难以获取活动断层超浅层上断点的准确埋深位置。地质雷达探测方法在一定程度上可弥补浅层人工地震勘探的不足。为探索浅层人工地震勘探和地质雷达探测的联合应用效果,分析其在城市隐伏活动断层探测中的应用潜力,选取河南省鹤壁市汤东断裂西支为研究对象,并在冯屯村和前交卸村分别开展联合探测,获取高信噪比的浅层人工地震反射剖面和地质雷达剖面。浅层人工地震勘探揭示的冯屯村处汤东断裂西支上断点埋深为60～70 m,地质雷达探测揭示的上断点埋深约为2.5 m,结合平均沉积速率推测汤东断裂西支在冯屯村的最新活动时代约为25 ka。浅层人工地震勘探揭示的前交卸村处汤东断裂西支上断点埋深为50～60 m,地质雷达探测揭示出汤东断裂西支在前交卸村处未造成近地表约10 m以内的地层断错。研究结果表明,在城市隐伏活动断层探测中,采用浅层人工地震勘探和地质雷达探测相结合的方法,不但可有效确定活动断层的位置,且可进一步约束活动断层上断点的准确埋深,有利于指导后期地震地质勘探中的探槽和钻孔布设。