基于Viterbi算法的复杂地质体速度约束化自动拾取

对于复杂地质体而言,由于各种因素的影响,速度信息中往往会包含一些假的速度信息(如速度异常值)．因此,如何在速度谱能量团(由所定义目标函数——相似系数法等得到)中拾取有效的叠加速度,是地震数据处理中一个重要的环节．本文,所引入的Viterbi算法具有约束化自动搜寻并获取最优解的功能,将其应用于速度的自动拾取中,它能向前做最大“能量团”的积分并向后递归计算最优解——叠加速度,是一种实现速度自动优化拾取的便利工具．     

基于非线性函数的速度谱智能拾取

随着地震勘探的不断发展以及勘探领域的不断扩大,需要处理的勘探资料也不断增加,对速度分析中速度谱的拾取效率和精度提出了更高的要求.一直以来,速度谱中叠加速度的拾取,受限于人眼对速度谱能量团聚焦中心的识别能力,从而使得拾取速度精确度不高.基于非线性函数的智能拾取是通过确定的目标函数,运用非线性函数作为合理约束条件来实现的.此方法针对速度谱的能量团分布规律自动设置约束参数.应用效果表明该方法不仅能实现速度谱智能拾取,而且拾取的叠加速度在精度上逼近真实的叠加速度.     

基于深度学习的地震速度谱自动拾取研究

在常规的地震数据处理工作流程中,人工拾取地震速度谱中的叠加速度存在耗时长、效率低的问题,且容易受到人为经验的影响.本文基于目标检测的方法,应用改进后的FCOS(Fully Convolutional One-Stage Object Detection)神经网络模型实现速度谱中叠加速度的自动拾取.该方法将速度谱图像作为输入,经模型训练后输出“时间-速度”对序列.在处理低信噪比工区数据时,针对速度谱能量团聚焦特征较差的特点加入基于深度神经网络(Deep Neural Network, DNN)的线性回归模型以拟合出全局速度曲线.Marmousi模型数据和实际工区数据测试结果表明,本文所设计的地震速度谱自动拾取模型准确性较高、鲁棒性强,有效地缓解了人工拾取的负担,在保证速度拾取精度的同时显著地提高了效率.     

速度谱曲面的光顺处理及其作用

速度谱曲面的光顺程度直接影响了速度拾取的准确性.本文借鉴曲面设计造型中曲面光顺处理方法,对速度谱曲面进行光顺处理,滤除由于其它因素所造成的速度谱曲面不顺滑的成分,以提高速度谱曲面顺滑程度,提高速度谱分辨率.相比于常规速度谱,经光顺处理过的速度谱能量目的曲面将更光滑、规则,易于识别,有利于介质叠加速度的直接拾取.     

基于自适应阈值约束的无监督聚类智能速度拾取

目前叠加速度的获取主要是通过人工拾取速度谱,存在着效率低、耗时长且易受人为因素影响的缺点.本文提出了一种基于自适应阈值约束的无监督聚类智能速度拾取方法,实现叠加速度的自动拾取,在保证速度拾取精度的同时提高拾取效率.利用时窗方法在速度谱中计算自适应阈值,从而识别出一次反射波速度能量团作为速度拾取的候选区域.然后,根据K均值方法将不同的速度能量团聚类,并将最终的聚类中心作为拾取的叠加速度.最后,依据人工拾取速度的经验,加入了离群速度点的后处理工作,以获得更光滑的速度场.模型和实际地震数据测试结果表明,本文提出的方法总体上与人工拾取叠加速度的精度相当,但明显提升了速度拾取效率,极大缓解了人工拾取负担.     

基于二分法的地震波初至自动拾取算法

初至拾取是地震资料处理中最基本的环节,随着地震资料的增多,自动拾取算法越来越重要,它将严重的影响地震资料处理的速度和效率.本文给出一种新的初至自动拾取算法,它根据参考初至(理论估计的初至),利用二分法和改进的能量比方法检测初至并去除不准确点,通过微调获取波峰、波谷、起跳点三种不同的初至类型.通过对不同信噪比的实际地震数据进行测试,本算法具有快速准确的特点.随着资料信噪比的降低,本算法未能完全解决拾取准确度降低的问题.然而通过适当调整算法的参数,本算法的结果比商用软件OMEGA的初至自动拾取效果要好.     

基于稀疏反演理论的自动叠加速度反演方法

叠加速度分析技术是常规地震资料处理中的重要环节,也是经典的时间域速度建模方法.叠加速度分析技术主要包括速度谱计算和拾取两个步骤.至今为止,多数研究工作通过提高速度谱的分辨率以及抗噪声能力,获得高质量的速度谱从而有利于拾取.本文的目标是将叠加速度分析技术转为一个全自动化的处理流程.从参数估计的角度出发,将叠加速度估计转化为稀疏反演框架下的模型参数估计问题,并通过稀疏反演算法自动反演叠加速度,进而提高叠加速度建模的效率.为实现这一目标,首先给出了正问题的定义,即层状介质中CMP道集的预测模型,利用叠加速度、垂向双程走时(t_0)以及反射子波以及CMP道集时距关系(如双曲时距关系)可以预测CMP道集.接着,速度分析反问题可以描述为已知观测的CMP道集,估计模型参数(叠加速度及t_0时间等).利用模型参数的稀疏性作为约束条件并用L_0范数作为模型稀疏性的度量准则,叠加速度分析可以转化为L_0范数约束下的稀疏反演问题.本文提出了一种基于预测校正思想的匹配追踪算法求解上述反问题,实现了自动叠加速度建模并为后续的高精度速度反演方法提供较好的初始模型.理论和实际资料的测试结果证明了本文方法的有效性.     

联合广义S变换和压缩感知提高地震资料分辨率

提高地震资料的分辨率是获得高分辨率地震剖面的基础,常规的处理方法对于提高地震资料分辨率虽有一定的效果,但却十分有限,难以达到资料解释的要求.对此本文将广义S变换理论与压缩感知理论相结合,提出了一种新的叠后地震资料处理方法.实现步骤为:将叠后地震数据进行广义S变换;利用压缩感知理论构建L1/2范数最优化模型;半阈值迭代法求得最优稀疏解得到更精确的时频域信息;能量重新分配补偿时频域弱信号能量;广义S反变换得到处理后的地震信号.理论模型和实际资料处理表明,与常规广义S变换提高分辨率处理相比,本文方法处理结果具有更好的效果,地震资料分辨率有了明显提高.     

高分辨率数据处理技术在近海工程地震勘探中的应用

在近海工程多道浅地层地震勘探中,高分辨率地震数据处理技术是一个重要的组成部分,也是提高资料分辨率和信噪比的有效途径.由于为工程服务的近海地震勘探对分辨率的要求很高,因此地层速度的拾取和衰减多次反射干扰波成为影响分辨率的主要因素.本文针对我国某海域工程地震资料,运用了高分辨率速度分析技术和K—L变换多次波压制方法,极大地提高了资料的信噪比和分辨率,有效地解决了该地区的工程地质问题.     

高密度资料面元细分与速度分析关系研究

速度分析是地震资料处理的重要环节,制作准确的速度谱,可为动校正提供可靠的速度资料,并最终决定叠加资料的质量.本文在对速度分析的基本估算方法和应用要素做系统的概括总结后,对面元细分与速度分析关系进行了详细的理论研究和实际资料的检验.理论模型数据和胜利油田永新工区高密度实际资料处理表明,面元细分对速度谱的主要影响是覆盖次数,覆盖次数较低时,要准确获知速度较难;覆盖次数增大,速度谱变好,但其精度并不按覆盖次数线性增大.要实现高密度资料分辨率品质的提高,必须提高检波器接收精度.     

正则化偏移成像的全局优化快速算法

目前,偏移后的地震剖面往往只是一个地质构造图像,还不能为后续的岩性分析和油气储层属性的提取提供更精确的信息.为了得到高分辨率真振幅的图像,建议采用正则化偏移成像方法.针对本问题数据规模大和正演算子矩阵稀疏的特点,提出采用一种新的算法--无记忆拟牛顿-模拟退火法对偏移算子方程进行求解.该方法综合了无记忆拟牛顿法优良的局部...     

面波频散谱多模式高分辨率成像的多道信号比较法

高分辨率的面波频散谱成像是浅层地震勘探领域基于频散性质反演横波速度结构中的一个关键步骤.在天然地震探测领域,仅利用两个台站记录的线性信号比较法(LSC),被广泛用来计算面波的频散谱,并用于大尺度的面波层析成像.然而互相关的成像方式会造成频散谱在低频端较低的分辨率.非线性信号比较法(NLSC)利用指数函数克服了这个问题,同时极大地提高了频散谱的成像分辨率.然而,在研究中我们发现,仅利用两个台站的地震记录,并不能将面波的频散特性完整地考虑在内,导致LSC和NLSC方法对高阶模式的成像存在较大的误差.由于主动源面波勘探多道采集的方式,基于信号比较理论的多道信号比较法(MSC)充分利用多道地震信号,可以获得准确的多模式成像,然而该方法需要计算任意两道的频散谱并叠加,存在冗余的计算,导致计算效率较低.因此,本研究对MSC方法进行了相应的改进,通过追踪炮集记录上的面波波组提高了原方法的计算效率,同时,利用理论频散曲线进行叠加分析,验证了改进的MSC方法的正确性和有效性.通过与相移法、LSC和NLSC方法的对比分析,展示了MSC方法是一种准确的、高分辨率的面波多模式频散谱成像方法.实际地震资料的应用,揭示了MSC方法在浅层地震勘探中用于提取面波多模式频散信息的巨大潜力.     

自适应VMD的地震资料高分辨率处理方法研究

随着勘探开发的不断深入,常规地震资料受分辨率的限制难以满足精细勘探开发的需求.由于地震信号不同频率成分的衰减程度不同,故可结合分频技术对各频率成分进行差异化补偿,进而提高地震资料分辨率.而常规分频技术普遍分频精度不高,存在模态混叠现象,不能较好地适用于地震资料处理.针对上述问题,本文提出基于自适应变分模态分解(VMD)...     

地震层析成像反演中解的定量评价及其应用

对地震层析成像非线性问题线性化处理之后,各种反演算法归纳成为对不适定方 程的求解．地震层析成像反演算法的解的物理意义是给出地质结构,因此对于解的可靠性及 分辨率研究非常重要．然而许多反演算法不能给出解的评价方法,因而对解的可信度产生怀 疑．本研究根据解估计的分辨率矩阵的原理,提出ＬＳＱＲ（Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ ＱＲ）算法解协方差矩 阵的评价算法,用相关分析可以为那些在求解过程中得不到分辨率矩阵的反演方法提供解的 定量评价．并用本文提出的解的定量评价方法试评了一个实际地壳模型的地震层析成像的 速度重建结果．     

Research and application of spectral inversion technique in frequency domain to improve resolution of converted PS-wave

Multi-wave exploration is an effective means for improving precision in the exploration and development of complex oil and gas reservoirs that are dense and have low permeability. However, converted wave data is characterized by a low signal-to-noise ratio and low resolution, because the conventional deconvolution technology is easily affected by the frequency range limits, and there is limited scope for improving its resolution. The spectral inversion techniques is used to identify λ/8 thin layers and its breakthrough regarding band range limits has greatly improved the seismic resolution. The difficulty associated with this technology is how to use the stable inversion algorithm to obtain a high-precision reflection coefficient, and then to use this reflection coefficient to reconstruct broadband data for processing. In this paper, we focus on how to improve the vertical resolution of the converted PS-wave for multi-wave data processing. Based on previous research, we propose a least squares inversion algorithm with a total variation constraint, in which we uses the total variance as a priori information to solve under-determined problems, thereby improving the accuracy and stability of the inversion. Here, we simulate the Gaussian fitting amplitude spectrum to obtain broadband wavelet data, which we then process to obtain a higher resolution converted wave. We successfully apply the proposed inversion technology in the processing of high-resolution data from the Penglai region to obtain higher resolution converted wave data, which we then verify in a theoretical test. Improving the resolution of converted PS-wave data will provide more accurate data for subsequent velocity inversion and the extraction of reservoir reflection information.     

Implementation aspects of eigendecomposition‐based high‐resolution velocity spectra

In this paper, we discuss high‐resolution coherence functions for the estimation of the stacking parameters in seismic signal processing. We focus on the Multiple Signal Classification which uses the eigendecomposition of the seismic data to measure the coherence along stacking curves. This algorithm can outperform the traditional semblance in cases of close or interfering reflections, generating a sharper velocity spectrum. Our main contribution is to propose complexity‐reducing strategies for its implementation to make it a feasible alternative to semblance. First, we show how to compute the multiple signal classification spectrum based on the eigendecomposition of the temporal correlation matrix of the seismic data. This matrix has a lower order than the spatial correlation used by other methods, so computing its eigendecomposition is simpler. Then we show how to compute its coherence measure in terms of the signal subspace of seismic data. This further reduces the computational cost as we now have to compute fewer eigenvectors than those required by the noise subspace currently used in the literature. Furthermore, we show how these eigenvectors can be computed with the low‐complexity power method. As a result of these simplifications, we show that the complexity of computing the multiple signal classification velocity spectrum is only about three times greater than semblance. Also, we propose a new normalization function to deal with the high dynamic range of the velocity spectrum. Numerical examples with synthetic and real seismic data indicate that the proposed approach provides stacking parameters with better resolution than conventional semblance, at an affordable computational cost.     

基于稀疏约束反演谱分解的频变AVO储层识别方法

时频分析技术是描述和分析非平稳信号的有效工具,如何提高谱分解的时-频分辨率受到了国内外学者的广泛关注.基于稀疏约束反演的谱分解方法(ISD)是近些年提出的一种具有高时-频分辨率的谱分解方法.然而传统ISD方法采用复雷克子波作为母小波函数,很大程度限制了信号分析的分辨率和精度.本文创新性地将传统ISD方法拓展到其他线性变换当中,提高了ISD方法的适用性.利用合成数据测试并对比了传统方法与ISD方法的时频分析结果,研究表明ISD方法不但能提供高分辨率的振幅谱,还能提供可靠的时-频相位谱信息.在此基础上,本文提出将高时-频分辨率的ISD方法与频变AVO(FAVO)反演相结合,得到能指示流体的地震波频散属性.将该方法应用于实际资料,结果表明基于ISD时频方法的FAVO反演结果具有更高的分辨率和准确度,对于储层油气具有更好的指示作用.     

工程VSP与地震CT联合探测方法及其在岩土工程的应用

垂直地震剖面（Vertical Seismic Profile,简称VSP）和层析成像（Computerized Tomography,简称CT）方法,不仅能够使用统一的数学方法描述（如射线理论）,并且在其勘探实践活动中完全可融为一体而成为优化技术组合下的高分辨工程物探方法.特别是在井间地震CT数据采集现场施工中,充分利用VSP和井间CT数据采集方式的兼容性和优化观测系统参数设计,几乎可以不增加野外工作费用,就能够同时获取井间地震CT数据和施测孔的逆向VSP数据体.如井中排列多点激发,地面各接收点构成多偏移距逆向VSP道集,并可组成关于孔中各炮点的变偏移距逆向VSP道集.这种高分辨技术组合在近地表大中型岩土洞室工程测试环境中更易于实现.本文简述了工程VSP与地震CT数据一体化观测系统,介绍了联合速度反演初始模型的建立与成像处理流程,给出VSP和CT联合成像方法应用于三峡大坝工程物探检测中的一个实例简介,最后得出相关结论并提出建议.     

基于稀疏反演三维表面多次波压制方法

三维表面多次波压制是海洋地震资料预处理中的重要研究课题,基于波动理论的三维表面多次波压制方法(3DSRME)是数据驱动的方法,理论上来说,可有效压制复杂构造地震数据表面多次波.但该方法因对原始地震数据采集要求高而很难在实际资料处理中广泛应用.本文基于贡献道集的概念,将稀疏反演方法引入到表面多次波压制中,应用稀疏反演代替横测线积分求和,无需对横测线进行大规模重建,进而完成三维表面多次波预测,这样可有效解决实际三维地震数据横测线方向稀疏的问题.基于纵测线多次波积分道集为抛物线的假设,为保证预测后三维表面多次波和全三维数据预测的多次波在运动学和动力学特征上基本一致,文中对预测数据实施基于稳相原理的相位校正.理论模型和实际数据的测试结果表明,本文基于稀疏反演三维表面多次波压制方法可在横测线稀疏的情况下,有效压制三维复杂介质地震资料中的表面多次波,从而更好地提高海洋地震资料的信噪比,为高分辨率地震成像提供可靠的预处理数据保障.     

ON THE POSSIBILITY OF SEISMIC EXPLORATION USING SURFACE TORQUE SOURCE AND RELATED TOPICS*

In this study we derive expressions for particle displacement or particle velocity anywhere inside a stratified earth and at its surface due to horizontal torque source located in the top layer. Equivalently, invoking Green's function reciprocity theorem, the solution applies also to the case of a surface or subsurface source when the resulting displacement or velocity is measured within the top layer. In order to evaluate the closed-form analytical solution economically and accurately it is advisable to introduce inelastic attenuation. Causal inelastic attenuation also lends the necessary realism to the computed seismic trace. To provide proof that the analytical solution is indeed correct and applicable to the multilayer case, a thick uniform overburden was assumed to consist of many thin layers. The correctness of the computed particle velocity response can be very simply verified by inspection. The computed response can also serve as a check on other less accurate methods of producing synthetic seismograms, such as the techniques of finite differences, finite elements, and various sophisticated ray-tracing techniques. It is not difficult to construct horizontal surface torque source. It appears that such source is well suited for seismic exploration in areas with a high-velocity surface layer. A realistic source function is analyzed in detail and normalized displacement response evaluated at different incidence angles in the near and the far fields. In an effort to distinguish the features of an SH torque seismogram from a pressure seismogram two models with identical layerings and layer parameters have been set up. As expected the torque seismogram is very different from the compressional seismogram. One desirable feature of a torque seismogram is the fast decay of multiples. Exact synthetic seismograms have many uses; some of them, such as the study of complex interference phenomena, phase change at wide angle reflection, channeling effects, dispersion (geometrical and material), absolute gain, and inelastic attenuation, can be carried out accurately and effortlessly. They can also be used to improve basic processing techniques such as deconvolution and velocity analysis. The numerical evaluation of the analytical solution of the wave equation as described in this paper has a long history. Most of the work leading to this paper was carried out by one of us (M. J. K.) in the years 1957 to 1968 at the Geophysical Research Corporation. However, the full testing of the various computer codes was carried out only very recently at the Phillips Petroleum Company.