基于相控理论的炮点组合设计技术

在复杂地表区地震勘探中,广泛应用炮点组合激发消除干扰,提高单炮记录的品质。二维相控震源的排列长度和三维相控震源的组合面积决定了定向地震波束的宽度,即地震波能量的定向聚焦状态。本文借用军工领域的相控理论,通过组合激发的时间或深度控制实现相位组合控制,设计合理的组合激发模式,将发散传播的地震波集中于某个方向,即激发定向地震波束,使观测系统接收的反射信号增强,所采集资料的信噪比提高,从而有效地改善了地震勘探效果。     

组合激发参数理论分析

本文将相控阵理论技术应用于组合激发理论分析中,给出了理论信噪比的定义及计算方法。通过改变震源数目、组内距和波长等参数控制相邻震源的波程差,使各震源产生的地震波在某一方向同相叠加,进而使理论信噪比最大化。同时利用波动方程正演,验证了理论信噪比与主要组合参数的内在关系,剖析了复杂地区组合激发压制噪声提高信噪比的机理,从而设计出最佳的组合激发震源数目、组内距等参数。     

复频条件下组合接收参数设计

在低信噪比地区,检波器组合对随机噪声和规则噪声都具有压制功能,是提高地震资料信噪比的有效方法。传统组合参数设计技术隐含"地震波为某一频率谐波"的假设,未能综合考虑组内距、组合个数、加权系数、延时量四种参数,导致其低通滤波特征明显,AVO扭曲现象严重。文中剖析了复频条件下上述四种参数与组合方向因子的关系,给出理论信噪比计算方法;以该理论信噪比为目标函数,通过全局寻优设计最佳组合参数。经理论模型和实际资料验证,综合考虑四种影响参数的延时加权组合方法对线性噪声、随机噪声具有较强压制能力,同时其低通滤波效应和AVO扭曲现象得到削弱。     

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;③ SSE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。     

相控检波器室内组合参数理论分析

将雷达系统中的相控阵理论技术应用于组合接受理论分析中,给出了理论信噪比的定义及计算方法。通过改变检波器数目、组内距和权系数等参数使各检波器接收到的地震波同相叠加,进而确定地震波能量的聚焦形态,使理论信噪比最大化。同时利用波动方程正演,验证了理论信噪比与主要组合参数之间的关系,分析了复杂地区组合接受压制噪声提高信噪比的机理,从而设计出了最优的检波器组合数目、组内距等参数,并在实际野外检波器组合地震记录中得到了验证。     

单井激发最佳药量设计方法

地震勘探中激发药量与地震数据采集质量具有高度相关性,药量的选取需要理论研究、现场试验等综合论证。单井柱状炸药激发后,震源附近各个方向(方位)上的子波能量分布并非均匀,从而造成了药量设计的复杂性。首先对采集的中国西部M地区地表层样本(土样)进行岩石物理参数测试,建立了5种典型的物理模型;根据爆炸理论,模拟了TNT、高密度硝铵和铵梯等3种常用炸药在不同药量激发时,各个模型所形成的子波波场;依据震源附近有效能量与潜在噪声能量空间分布范围,提出了基于激发效率的药量设计目标函数,并从理论上计算出3种常用炸药分别在黄土、灰岩、火成岩、泥岩、砂岩等5种典型岩性中激发的最佳药量。塔里木M地区药量实验成果数据证实了该设计方法的有效性及可靠性。     

利用伪Margenau-Hill分布提取地震波能量衰减梯度

地震波在聚集了石油、天然气的储层中传播时存在能量的剧烈衰减,且频率越高能量衰减越快, 所以通过地震波高频端能量衰减梯度可以灵敏地检测地层中是否存在烃类流体。通过传统的傅里叶变换 求取地震波能量衰减梯度面临诸多问题,而伪Margenau-Hill（PMH）分布作为科恩类时频分布的一种则具 有许多优良的特性：真边缘性、弱支撑性、好的时频聚集性等。为此,该文将PMH 分布的时频分析方法引 入到了地震波吸收衰减分析技术中,利用地震波高频端能量与其对应频率的拟线性关系来计算各时刻的 地震波能量衰减梯度。实际资料应用表明,利用PMH 分布来求取地震波能量衰减梯度在储层预 测中具有重要意义。     

不等深延时激发震源组合

组合激发是利用叠加波场能量分布的方向性提高地震记录信噪比的一种有效方式。现今地震数据采集中的震源组合大多采用等深等时激发方式,其合成能量在空间上对称,但不利于压制近地表产生的散射干扰和面波。本文综合考虑影响叠加波场的相关参数,提出将震源布设于不同深度并采用不等时激发的组合方式。研究结果表明：与常规等深等时组合激发相比,这种不等深延时激发方式对虚反射能量的压制效果更好,能有效降低面波和地表散射干扰的强度,最终提高了野外采集地震数据的信噪比。     

采用混合共轭梯度迭代的频域地震数值模拟

当前频率域地震数值模拟中的时谐波动方程求解通常采用LU直接分解法或Krylov子空间迭代法。直接分解法占用内存大,耗费时间长,且难以模拟高维度、高密度地震采集;一般的Krylov子空间迭代法收敛速度较慢,在处理复杂模型时可能会出现不收敛的情况。为此,在现有共轭梯度类算法的基础上发展了一种优化的Krylov子空间法——混合共轭梯度算法,用于求解时谐波动方程。层状介质模型和标准模型的数值模拟结果表明：与LU直接法相比,新方法在保证模拟精度的前提下,可有效降低内存需要、减少计算用时;与双共轭梯度稳定迭代法相比,在处理复杂模型时具有更高的计算稳定性。     

波动方程震源组合模拟定量研究

震源组合已在中国西部复杂山前勘探中取得了较好的应用效果,但对震源组合的波动力学机理还缺乏深入的研究。本文通过有限差分波动方程模拟技术,定量分析不同震源组合情况下震源附近的能量分布,建立针对目标地层的入射能量评判函数;对非时延震源组合的能量分布作了详细讨论;并对不同震源组合单炮记录的抗噪能力进行对比分析。试验表明,利用有限差分波动方程求解的震源组合在入射能量较大时单炮记录的信噪比高,组合效果好,并且能够利用入射能量评判函数对震源组合效果做出定量评判。该方法可为定量评价和优化震源组合效果提供一种可行的技术手段。