数学检波器与波动方程地震叠前正演

地震非零炮检距正演模拟技术在叠前地震资料处理和解释中有重要意义.叠前正演通常用射线追踪法和全程波动方程法来实现.这些方法在计算效率和记录信噪比等方面存在许多固有的问题.作者通过提出数学检波器(MG)的概念和方法,使利用单程波动方程实现叠前正演成为可能.文中给出了用单程波动方程法对一个复杂地质模型形成8个共炮点地震记录的例子.在这些共炮记录中,来自复杂地质模型的反射波和绕射波十分清晰.记录质量好且计算效率高.更重要的是,利用作者研制的新方法可获得没有多次波、直达波和其它干扰的高信/噪比地震叠前正演记录.     

粘弹性波动方程正演和偏移

理论和实际研究均表明大地介质属于非完全弹性介质,它是具有粘滞性的粘弹性体,地震波在大地中传播时,质点的震动能量转化为其他各种形式的能量,这种能量的转化使地震波在粘弹性介质中传播时,其高频成分很容易被吸收,振幅近似按指数规律衰减,波形和相位失真.作者从二维粘弹性波动方程出发,在频率波数域内导出了粘弹性波动方程的正演和偏移算法.根据设计的地质模型,分别对粘弹性介质和弹性介质中的点状绕射源进行正演模拟,模拟结果表明介质的粘滞性对地震波予以吸收和衰减;将粘滞性介质中点状绕射源的正演结果,分别用粘弹性波动方程偏移算法和弹性波动方程偏移算法进行偏移模拟,并予以对比分析,其结果进一步说明了对实际介质中地震波的吸收和衰减作用的处理效果,证明了所得算法的准确性和有效性.     

波动方程优化正演模拟研究

随着勘探目的层的逐渐加深,勘探难度越来越大,尤其是野外地震资料的采集,如果采集参数不合理,后果是不堪设想的。为此,在勘探某一区域时,在对野外采集参数分析优化设计出观测系统后,为确保采集参数和观测系统设计得合理正确,必须建立地质模型进行正演模拟,来检验各项参数。传统的观测系统正演模拟主要使用的是射线追踪理论,射线追踪存在高频近似假设及不能模拟多路径现象,存在着理论缺陷,本文将利用波动方程开发出新的正演模拟方法,收到了良好的效果。     

波动方程正演模拟边界条件的比较分析

通过数值模拟研究了透明边界、Clayton-Engquist边界和完全匹配层边界的吸收效果,得出如下结论:在反射角和频率相同的情况下,完全匹配层边界条件效果最好,ClaytonEngquist边界效果次之,而透明边界条件的效果最差。以边界条件对100 Hz模型边界垂直反射的吸收效果来衡量,完全匹配层边界条件与Clayton-Engquist边界条件的效果分别是透明边界条件的16.5倍和3.5倍。在40 Hz的低频范围内,或者在反射角65°的情况下,Clayton-Engquist边界相对透明边界的吸收效果相对优势显著变弱。而完全匹配层边界的吸收效果则在150Hz频率范围内和75°反射角范围内始终保持稳定的相对优势。     

射线追踪与波动方程正演模拟方法对比研究

地震学一般可以分为几何地震学和物理地震学,几何地震学中进行正演模拟方法就是射线追踪法,射追踪法是在合成记录时用地震子波和界面或地质体的反射系数进行反褶积运算,即。运算的最大特点就是说明了地震波传播的运动学特征。而在物理地震学中的波动方程法合成的地震记录是通过求解波动方程的数值解来模拟地震波场。在波动方程合成的地震记录中不单保持了地震波传播运动学特征外,还说明了地震波传播的动力学特征。本文将分别用射线追踪和波动方程的方法合成地震记录。     

双相介质波动方程正演模拟研究

本文在详细地介绍了双相介质和小波分析的有关理论的基础之上,对Biot方程进行了差分数值模拟正反演研究。利用有限差分法对双相介质Biot理论的波动方程进行了正演模拟,该方法对地震勘探中的双相介质方程的正演数值模拟取得较好的结果,为今后继续从事双相介质的工作打下了一定的基础。     

层状半空间叠前地震记录的波动方程正演模拟

振幅随偏移距变化(AVO)分析是一项利用振幅随偏移距变化特征来分析岩性和油气藏的地震勘探技术，它极大地改善了地震勘探的烃类检测能力。并不是所有气层的反射振幅都随偏移距增加，特殊岩性体也会产生AVO效应。利用弹性动力学方程变换和递归算法，计算了反射矩阵，从理论上推导了球面波在层状弹性半空间传播时产生的地面反射记录的计算公式。在实例模拟中，对计算速度和精度、空间假频、截断效应等给出了相应的解决方案。计算实例说明，波场模拟有助于AVO分析和叠前反演。     

三维混合延拓一步法波动方程正演模拟

提出三维相位移加有限差分混合延拓法,以此为基础,实现速度纵横向变化、构造任意复杂的三维介质一步法正演模拟,为三维复杂波场的地震、地质解释提供了精确、实用的方法。对于二维介质,相位移延拓方法对陡倾斜地层成像精度高、稳定性好、计算快,但实现速度的横向变化困难;而频率、空间域的有限差分法算法简单、稳定性好、能适应速度的纵横向任意变化,但偏移陡倾地层存在很多问题。用快速的４５°有限差分对相位移延拓作补充,能使整个延拓过程既适应速度的纵、横向变化,同时也能够得到陡倾地层的精确归位,通常称为混合法。把混合法的思想推广到三维一步法正演模拟之中,发展出一种新的三维正演模拟方法。该方法在延拓过程中,不作任何时深转换,始终在深度域进行,比在时间域作正演有更高的精确度。     

探地雷达的正演模拟及有限差分波动方程偏移处理

利用麦克斯韦方程和有限差分法, 推导出雷达波的二维有限差分正演方程组, 并运用该正演方程对＂V＂字形地电模型和同一斜面上的5个圆的地电模型进行正演合成, 得到其相应的正演合成剖面;把该正演合成的剖面与实际模型相比, 得出正演合成图与实际模型的示意图在形状上有一定的差别, 这是剖面中异常点处的绕射波所致;为了提高雷达资料的解释精度, 对正演合成的雷达剖面进行后处理, 运用雷达上行波反向外推有限差分偏移法, 对2个正演合成的雷达剖面进行偏移处理, 通过对比偏移处理前后的雷达正演剖面, 采用有限差分偏移法能使雷达正演剖面中的反射波归位, 绕射波收敛, 从而大大提高了雷达正演剖面的分辨率, 有利于探地雷达剖面的地质解释和验证偏移方法的有效性.     

波动方程基准面在深层勘探中的应用

考虑到在波场延拓算子的成像效果，其运算效率及对复杂地表的适应情况或处理措施下，利用波场延拓算子将基准面下移，以提高深层复杂地质体的偏移成像效果．在集成基准面技术和登前深度偏移基础之上，提出了一种不受地表不规则程度和速度函数变化限制的基准面向下延拓方法．实践证明，该方法用于深层复杂地质体的勘探时，可以使偏移成像得到更好的效果，其运算速度与叠前深度偏移的运算速度相当．     

起伏地表条件下的波场上延法叠前深度偏移

直接从起伏地表开始的叠前深度偏移方法是分析复杂地表和复杂地质体成像的有效手段。借鉴Beasley和Lynn提出的“零速层”的概念与Reshef提出的“逐步一累加”法的思路，根据地震波在真实介质中的传播特性及波的可叠加性，利用“波场上延”法，实现基于相移（时间域）法上延和频率空间域有限差分（深度域）法（ω-xFD）上延的波动方程法叠前深度偏移成像。理论分析和模型试算结果表明，深度域“波场上延”法是解决起伏地表和地下复杂构造双重成像的一种有效方法，实现了波动方程基准面校正和深度域成像的有机结合，其有效性和准确性使该方法可用于实际资料的处理，有较好的应用前景。     

复杂地表区波动方程基准面校正方法

在分析波动方程基准面校正原理的基础上,提出了“相移一时移法”波场延拓算法,将相移算子分解为偏移算子、延拓算子和时移算子,并修改了Stolt公式,使得波动方程基准面校正能适应地表起伏剧烈、近地表速度纵横向变化剧烈的复杂地表条件。用编写的软件对复杂地表区的实际资料进行了试算,处理结果表明,用“相移-时移法”进行波动方程基准面校正能很好地消除起伏地表和复杂地表结构对数据的影响,为速度分析和同相叠加奠定良好的基础。     

基于约束参数反演的共聚焦点道集偏移速度建模方法

偏移速度建模的精度是影响偏移成像效果的重要因素。基于等时原理和差异时移(DTS)分析,提出了共聚焦点(CFP)道集偏移速度建模方法。聚焦算子的计算采用适于任意矩形网格的有限差分走时计算法,用波场延拓法进行CFP道集的生成,利用约束参数迭代反演实现偏移速度的更新,模型的参数化主要依据实际情况而定。为适应横向变速,选用了具有纵、横向速度梯度的参数化模型。模型的试算结果表明:(1)该建模方法具有较好的收敛性,一般只需迭代3～4次;(2)偏移速度的相对误差在1%范围内,反射层深度的误差小于20m;(3)合理选取参数化速度函数是该方法成功应用的关键;(4)要保证双聚焦的精度,必须合理选用计算聚焦算子和生成CFP道集的方法;(5)对复杂地质体的偏移速度建模一般只需分析和控制主要反射层就可以满足精度要求。     

剖面三维地质建模及高斯射线束正演

提出了一种利用二维地质剖面构建三维块状地质模型的方法。该方法以用户编辑的二维地质剖面为输入,寻找地质块体的拓扑关系,自动构建以地质块体为单元的块状三维地质模型。在三维块状模型的基础上,研究了三维高斯射线束正演方法。这是一种快速的地震记录合成方法,它将波动方程和射线理论紧密结合起来,通过运动学射线追踪获取射线轨迹,通过动力学追踪来获取中心射线附近的高频能量分布,因而既能反映波的运动学特征,又能表现波的动力学特点,并且具有运算速度快、精度高等优点。     

渗透率对含气储层地震响应影响的数值模拟

分析了渗透率对具有斑块气-水饱和特性的砂岩储层的地震响应的作用。从White经典模型出发,基于Johnson模型,分析了不同含气饱和度情况下,地震波衰减和速度频散特性以及渗透率对它们的作用。结果显示:在地震波频带范围内,地震波穿过含气储层会产生明显的衰减和速度频散,且对渗透率的变化非常敏感。用波动方程数值模拟,分析了地震波从不同角度入射时,渗透率对地震反射数据的影响。模拟了地震波垂直入射时,渗透率对地震波衰减和速度频散的影响。对于岩石颗粒相对松散,孔隙比较发育的砂岩储层,地震波垂直入射时,渗透率对地震反射数据有非常明显的影响。在一定条件下,表面接收的地震反射数据对含气储层的渗透率非常敏感。     

基于探地雷达的水库坝基渗漏正演模拟

水库坝基渗水将带来溃堤的风险,造成水资源浪费及生命财产的损失,针对现有技术无法确定坝体渗水洞坐标的实际情况,提出采用探地雷达对坝体进行日常检测。利用时域有限差分法(FDTD)对在二维空间进行FDTD按照Yee氏网格离散处理的原理,得到其电磁分布方程,基于水库坝基的实际构造,建立了空气层、混凝土层、黏土层及两个渗水洞的理想模型,并依据理想模型建立了带有石灰岩干扰点的混凝土层干扰模型。利用MATLAB实现系统架构,并进行正演模拟。结果显示:探地雷达可以用于较深目标体探测,通过改变探地雷达电磁波中心频率,并对比50,100和200MHz三种频率雷达电磁波的检测频谱,又对带干扰模型进行了模拟,验证了100MHz频率雷达电磁波,用于复杂地形的检测效果更优。