立体层析反演方法理论分析与应用测试

立体层析反演方法是针对传统反射层析数据拾取困难这一问题提出的.该方法重新定义了层析反演的数据分量和模型分量,使得数据的提取不再需要沿着连续的层位进行；除地震波走时之外,炮、检点位置与炮、检点处射线的局部传播方向也被用来约束速度模型,且将模型分量映射到数据分量这一正过程只需要进行初值射线追踪.这些特点都增强了反演的稳定性.根据立体层析反演方法的特点,简化了立体层析反演的数据分量与模型分量,从而减小了反演的规模.考虑到射线扰动理论在射线中心坐标系下实现更简捷,Fr∈chet导数的计算在该坐标系下进行.通过3个二维理论模型数据反演实验,对简化后的方法进行了测试.实验一在理想无噪声数据中进行,验证了简化后方法的有3效性；实验二在含噪声数据中进行,进一步测试了方法的稳定性以及对噪声的适应能力；实验三以拾取的运动学属性作为反演的数据输入,为下一步将简化方法应用于实际数据反演奠定了基础.     

复杂介质的层析建模及模型反演

 针对地震反射走时层析成像方法在复杂介质速度建模时面临数据拾取困难的问题,本文从理论上对其形成的原因进行了分析,认为是模型描述中反射层的引入导致了数据拾取的困难。本文采用了新的模型描述方法和反演目标函数,利用地震波的传播方向和传播时间作为反演的数据,并利用拾取的地震波传播方向约束射线路径,保证射线路径的惟一性,从而在模型上无需定义地震反射层位。为检验该方法的有效性, 利用Marmousi模型进行了试验计算,计算结果表明该方法在一定程度上可有效解决复杂介质的速度建模问题。     

基于角道集剩余曲率分析的层析速度建模

中深层地下构造由于地震波场复杂、覆盖次数不足、信噪比低及有效反射较弱等原因造成速度建模精度低,进而影响了深度偏移质量。为此,本文提出一种中深层层析方法:利用角道集作为速度分析道集,推导了基于剩余曲率的层析建模方程,并将角道集的剩余曲率沿射线路径反投影进行速度更新。该方法既避免了常规反射层析在低信噪比叠前数据上同相轴拾取困难的问题,又无须在射线追踪中进行试射以拟合炮检点坐标,具有较高的反演精度。模型试算和实际数据处理结果均验证了方法的有效性。     

基于波场分离的层析波形反演方法

全波形反演是利用地震数据的所有信息对地下模型进行重建的重要方法。但是当采集地震数据缺失低频和远炮检距信息时,常规的全波形反演方法只能恢复地下模型的短波长成分。本文给出了一种利用梯度分解和重组增强波形反演中长波长更新量的方法,该方法将全波形反演梯度分解为层析项和偏移项,梯度的层析项主要更新模型参数的长波长分量,由传播方向相同的波场互相关得到,而偏移项更新模型参数的短波长分量,由传播方向相反的波场互相关得到。本文利用坡印廷矢量进行波场分离进而将梯度分解,在将两项重组后得到层析项加强的新梯度。数值测试结果表明,这种基于波场分离的层析波形反演方法在常规全波形反演方法难以收敛时能收敛到准确的结果。     

初至波与反射波旅行时多尺度渐进联合层析成像

针对应用单-波反演难以更准确、更全面地重构地下速度信息及层析正反演中网格剖分大小相互矛盾的问题,本文采用Humphreys等^[1]的数据加权算法,对模型空间和数据空间进行加权,并在反演中采用多尺度渐进层析反演;通过比较模型上各种波的理论旅行时与实际拾取的旅行时残差,更新模型速度及界面深度参数。模型资料试算结果表明,应用初至波与反射波旅行时联合层析整体上要优于单-波旅行时层析的结果;多尺度渐进层析反演能有效地解决层析正反演网格剖分大小的矛盾;在-定范围内,随着反演网格尺度的逐渐减小,反演精度也会逐渐提高。实际资料试算结果表明该方法是可行的,可以为高精度地震勘探提供精细的速度模型。     

二维VTI介质qP波斜率层析方法

斜率层析属于立体层析的一种特殊情况,在通过运动学反偏移重建立体层析数据空间的过程中,会出现炮检点位置和旅行时信息已经匹配而地表射线参数水平分量(以下简称地表p_x参数)无法匹配的情况,这时可利用p_x残差完成对速度模型和反射点坐标的更新。将各向同性介质中的斜率层析方法推广到二维VTI介质qP波情形,利用地表p_x参数关于三个各向异性参数的偏导数建立了二维VTI介质qP波斜率层析线性方程组,基于该线性方程组和典型理论数据实施了二维VTI介质qP波斜率层析反演。研究结果表明,VTI介质中的运动学偏移/反偏移与二维VTI介质qP波斜率层析线性方程组相结合,可以实现二维VTI介质的各向异性参数重建,为VTI介质的参数建模提供了一条新的途径。     

波数域折射静校正

这是折射静校正的一种新方法,在不降低精度的情况下,可减少计算时间。该方法的数据空间是由共炮检距道集初至形成的.就其中心点的而论,这一方法就是对任何一个共炮检距数据矢量进行 Fourier 变换.因此,数据要分解成若干与波数有关的子空间,它们可以单独反演,以获得近地表模型的任何波长。子空间分解的主要优点是大大地减少计算时间。这样有助于我们得出下列病态反演问题的结论:折射层速度估计的不精确性与波数成正比,而折射层深度的估计实际上不受整个频谱上病态的影响.为了减少问题的无效空间,可通过假定任何测点在二分之一临界距离范围内风化作用为局部对称而对该解算法进一步的结束,对所得深度与速度进行最终的局部校正,可改善复杂界面几何形态的精度,文章还相对于波长对噪声数据的影响(即错误拾取和粗略拾取的同相轴)作了分析.这样就得出了这样的结论:噪声主要影响短波长的速度。该方法的改进使我们有可能搞清速度的垂向梯度.实际结果证实了这种理论,并证明用该方法可以获得高的质量,以及解的稳定性,且能减少计算时间.     

根据波束叠后资料进行层速度估计

类似于局部倾斜叠加并由其导出的波束叠加是根据波的传播方向来选择数据的。其目的是用层析成象的方法由波束叠后资料估算速度函数的低波数分量。速度估算不要求拾取资料而是通过搜索目标函数(测定什么样的速度模型预测波束叠后资料)的最大值来求解。在合成资料反野外资料上,用反演方法估算水平层状介质的速度函数是成功的。简单的反演结果表明,进一步的研究方向为二维速度估算方法的应用。     

高精度深度域层析速度反演方法

深度域层速度场是叠前深度偏移最重要的参数,直接决定了偏移成像的精度。传统层析速度建模方法由三部分组成,首先利用Dix公式或基于层位约束的Dix公式生成初始层速度模型,然后利用炮检距域道集对初始速度模型进行层析迭代,最后利用网格层析方法局部修饰速度模型。本文改进了传统层析速度建模流程：首先利用炮域波动方程相干反演方法建立初始速度模型,再利用角度域共成像点道集进行层析迭代,最后利用基于层位约束的网格层析方法局部修饰速度模型。渤海M区块三维实际数据试算证明本文对层析速度建模流程的改进是有效的,改进后的新流程可以大幅提高层速度场的精度。     

复杂近地表速度广义近似反演方法研究

针对复杂近地表地震波旅行时层析成像的数据特征,设计和推导了基于广义逆的近似算法,避开了大型矩阵的求解问题,提出了复杂近地表速度广义近似反演方法。这种广义近似反演方法是一种考虑了复杂地表区地震记录旅行时拾取误差的层析成像方法,能够获得较稳定的近地表速度模型。根据旅行时误差与速度模型误差的关系,给出了误差传递方程,可应用于反演精度的控制。将广义近似层析反演方法应用于南方海相碳酸盐岩复杂地表区实际地震资料,用炮检距小于2 500m的旅行时数据反演出了射线分布与近地表速度模型。针对无约束广义近似层析反演结果存在的射线分布不均衡问题,提出了4种约束方法,获得了较好的射线覆盖,反演出的速度分布清晰地展示出近地表地层结构。用3 200m/s作为门槛值划分出低、降速带后,将约束广义近似层析反演的速度模型用于地震资料静校正,消除了复杂近地表对反射波旅行时的影响,得到了理想的反射波同相轴形态。     

利用基于模型的层析速度反演进行低幅度构造成像

基于层位的层析反演在低信噪比地区无法进行层位解释,在划分速度界面时也无法保证模型精度,局限性较大;基于网格的层析反演不容易收敛到实际速度模型,且模型没有地质意义的约束,有时会产生不符合地质规律的反演结果。为此,基于模型的层析反演方法,借鉴了层位约束和全局反演优点,以地质层位为基础建立模型,在横向上沿地质层位网格进行参数更新,在纵向上层位间网格更新尺度随着模型的地质层位而变化,既解决了薄层速度建模问题,又能得到精准的高、低频速度分量和各向异性参数。其次,基于模型的层析反演将模型中地质层位的深度作为一个变量纳入层析反演数据空间,可以同时反演速度结构与反射点位置(或反射层深度),具有更高的反演精度。将基于模型的层析反演方法应用于YM工区实际资料,并通过各向异性叠前深度偏移处理,提高了速度模型精度,解决了该区低幅度构造成像问题。     

联合结构张量与运动学反偏移的立体层析数据空间提取与反演策略研究Ⅱ:实践

为降低立体层析反演实际应用中绕射波、多次波和侧面波等对提取最佳数据空间(炮点坐标、检波点坐标、炮点P参数、检波点P参数、旅行时)精度的影响,提出了获取更佳立体层析数据空间的两步法策略。首先利用初始速度进行叠前深度偏移,然后在成像域实施运动学反偏移以提取更佳数据空间参数。将二维叠前成像体视为三维数据,采用三维结构张量算法一步即可精确获得运动学反偏移所需的构造倾角和剩余曲率信息。不同于理论数据,对于实际数据采用了在若干不同偏移距数据体的共偏移距成像道集上分别选取有效数据点,然后分别延拓的策略,以保证通过延拓挑选出的数据点更均匀、可靠。最后,利用运动学反偏移将选出的成像域数据点的运动学信息反偏移到数据空间,获得更佳立体层析数据空间。针对南海某二维实际数据,对两步法提取的数据空间进行立体层析反演,建立偏移速度模型,最终的叠前深度偏移结果表明:两步法策略有效地提高了实际数据的反演精度,是一种获得更佳立体层析数据空间的有效途径。     

复杂近地表层析反演与波场延拓联合基准面校正

在复杂近地表条件下采集的地震资料，由于地形起伏剧烈，低、降速带变化大，采用传统的垂向时移静校正方法会使地震波场发生扭曲，降低速度分析精度，影响资料的最终成像质量。近地表层析反演与波场延拓联合基准面校正的方法有利于解决复杂近地表条件下地震资料的静校正问题。其应用思路是先采用折射波层析反演得到近地表模型，再根据修正后的近地表速度模型分别对检波点和炮点进行波场延拓。具体实现步骤是：将水平基准面置于地形之上，根据惠更斯-菲涅尔原理和波场互易原理以及炮、检点的空间分布位置，以地表接收到的地震数据为二次震源，将检波点和炮点分别先向下、后向上延拓到水平基准面上，从而实现复杂近地表地区地震数据处理的层析反演与波场延拓联合基准面校正。     

叠前深度偏移层析反演速度模型建立及应用

叠前深度偏移技术是目前解决复杂地质构造精确成像问题的重要手段,其成像效果取决于深度域速度模型的准确与否.通常采用的沿层构造解释速度建模方法在构造特别复杂、层位解释不合理时往往得不到准确的速度模型,因此研究了层析反演更新深度域速度模型的建立方法.该方法可利用偏移成像数据计算剩余误差曲线和地层倾角信息,迭代更新反射层的位置和形态,最终获取准确的速度模型.应用实例表明,层析反演速度建模技术是可行的.     

联合结构张量与运动学反偏移的立体层析数据空间提取与反演策略研究Ⅰ:理论

提出了一种联合结构张量与运动学反偏移的立体层析数据空间提取与反演策略。首先在数据域搜索得到初始数据空间,可获得初始反演结果与初始成像数据体,然后基于初始成像数据体内的共偏移距成像剖面人工拾取出比较可靠的数据点位置,在这些位置搜索构造倾角与剩余曲率,最后利用运动学反偏移将上述成像域运动学信息反偏移到数据空间并实施校正,获得更为可靠与均匀的立体层析数据空间。无论是第一步的数据域搜索还是第二步的成像域搜索都是基于高效率、高精度的结构张量算法的实现,可认为是一种联合结构张量与运动学反偏移的两步法立体层析数据空间提取与反演策略。同时还探讨了当射线参数水平分量信息引入层析反演的数据空间后,实施反演算法的各种可能性。理论数据证实了上述策略的可靠性,为后续的实践奠定了理论基础。     

速度模型反演的CFP方法

针对叠前深度偏移速度模型的建立，本文深入研究了应用CFP技术进行速度模型反演的两种方法(即同步反演和异步反演)。同步反演是指同时反演聚焦算子和速度模型，通过调整速度模型来调整DTS响应，使道集拉平并且位于零线，每一次调整速度模型之后都要计算聚焦算子、CFP道集和DTS响应，并根据DTS响应计算速度模型的修正量。这种方法基于等时原理，速度模型的调整和DTS道集的拾取紧密联系在一起，该方法直观可靠，主要工作量在于DTS响应的拾取。算子和速度模型的异步反演则是先根据误差对称准则迭代计算正确的聚焦算子，然后根据算子反演速度模型，两个步骤截然分开，速度模型的反演不再涉及DTS响应的拾取，该方法间接求取速度模型，大大减少了拾取的工作量。和常规的偏移速度分析方法相比，CFP方法可以在反射界面的单个几何点上进行，不需要区域性重复偏移，大大减少了计算量；它也不需要常规方法中的小炮检距假设或小倾角假设，适宜复杂地下介质的偏移速度分析。文中合成记录的速度反演取得了满意的结果，并对实际资料的反演进行了初步实验。     

盆山结合部近地表速度结构与静校正方法研究——以西南天山与塔里木盆地结合部为例

盆山结合部位近地表结构复杂,地震资料信噪比低,静校正问题突出。以横穿西南天山与塔里木盆地的某二维地震测线为例,通过分析盆地、盆山结合部和山区的典型单炮记录,确定了一套基于浮动基准面的层析静校正流程——对起伏地表的高程进行平滑,将其作为浮动基准面;在该基准面上应用初至波层析反演方法计算炮、检点静校正量,并应用于数据体上;之后对该数据体进行速度分析和动校正等常规处理,再应用高程法计算浮动基准面到最终基准面的炮、检点静校正量。实际应用效果表明,该方法能较好地解决盆山结合部资料中的中、长波长静校正问题,地震剖面的成像质量得到了明显提高。     

叠前深度偏移速度建模方法分析

基于层位的层析反演和基于网格的层析反演是实际地震资料叠前深度偏移的两种主要速度建模方法。根据歧口凹陷典型地质模型及其正演模拟的地震波场,对两种速度建模方法进行了实验分析。实验结果表明：基于层位的层析反演方法具有较高的稳定性,但只能得到速度模型的低频分量;基于网格的层析反演方法可以获得速度场的高频分量,但受初始模型的影响较大,不容易收敛到实际速度模型。为此联合应用两种方法,即先利用基于层位的层析反演方法获得速度场的低频分量,再利用基于网格的层析反演方法获得速度场的高频分量,这样能够提高速度模型精度,改善叠前深度偏移的成像质量。     

井间地震数据的声波动方程旅行时和波形的反演

本文介绍了根据井间地震数据重建井间速度分布的一种混合波动方程旅行时和波形反演方法。这种方法被称为WTW,它保留着全波反演和旅行时反演的优点;这就是说,这种方法的特点在于合理地快速收敛,这种收敛多少有点不受初始模型的限制,而且,该方法可以分辨出速度模型的详细特征。一般,WTW方法不需要进行旅行时拾取,它的计算费用与全波反演的大致相同。 我们把这种WTW方法应用于由Exxon公司在得克萨斯州Friendswood试验基地采集到的合成数据和野外井间数据中。结果表明,这种WTW层析图象的构造信息比旅行时层析图象的要丰富得多。分辨这种WTW Friendswood层析图象中的隐蔽构造特征所能达到的空间分辨率大约为1.5米,而在旅行时层析图象中,这些隐蔽构造特征仍然是模糊不清或完全就没有被反映出来。这表示中频方式获得的高质量井间数据(清晰的反射)可能要比高频方式获得的中等质量数据(高质量的初至,但反射却埋没于噪声之中)好些。 与用震源井的一条测井曲线重建的速度分布图作比较就可看出,在0米～200米的层段内吻合得相当好。而在200米～300米的层段内,速度变化也吻合得令人满意,但层析图象的速度分布图却与声波测井的速度之间相差了一个DC位移。以上着重强调了这种WTW方法的希望之处和面临的困难;它可以重建模     

高斯束层析偏移速度建模方法及应用

常规地震层析反演分为射线层析和波动方程层析两类,基于射线类的常规层析方法由于理论假设的限制难以对复杂地区进行准确的速度建模;波动方程层析需要建立高精度的初始模型,其应用受到实际资料品质的限制。为此,开展了高斯束层析偏移速度建模方法研究,利用高斯束核函数构建病态性更小的灵敏度矩阵以提高层析反演的稳定性;采用高斯束叠前深度偏移进行高陡构造成像,并直接提取高分辨率的角度域共成像点道集(ADCIGs)用于高斯束层析反演,进而获得精确的偏移速度模型。为了避免在高陡构造地区人工拾取的繁杂,采用自动拾取技术获取反射点坐标与地层局部构造倾角。模型测试和实际资料应用结果显示,该方法具有较高的反演精度和稳定性。