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地震散射波理论与数值模拟

地震散射波理论与数值模拟

作者：刘铁华长安大学

学位级别：硕士

随着石油、煤炭等资源勘探的发展,在资源开发中,需要解决的地质问题的复杂程度和精细程度都在不断提升。在生产和实践中,多次覆盖反射地震勘探技术暴露出的某些弊端和问题逐渐增多,因为在复杂构造情况下(山前断裂带、盆地边缘破碎带、... 详细信息

随着石油、煤炭等资源勘探的发展,在资源开发中,需要解决的地质问题的复杂程度和精细程度都在不断提升。在生产和实践中,多次覆盖反射地震勘探技术暴露出的某些弊端和问题逐渐增多,因为在复杂构造情况下(山前断裂带、盆地边缘破碎带、岩浆侵入后形成的岩墙以及地表不均匀情况),反射波多次叠加方法难以得到理想的结果。从跟本上来看,主要由于传统的反射波地震勘探的理论基础(水平层状介质)限定了其不可能精确的表达地质特征。另外,在传统处理技术中,一次处理往往只采用单一的波场(反射波、折射波、面波等)进行处理,但从本质上来看这些波场各自从不同方面反映了地下的信息。如果只考虑单一的波场,必然会忽略部分有用的信息,这样必然在成像和地质信息提取的时候受到限制,这种问题在地质构造复杂时尤其明显。从而要求进行更为精确尺度理论的讨论,这样散射理论就被提到一个新的研究层面。散射波是由地下不均匀体的扰动引起的波场的变化,任何形式的波都可以归到散射波的范畴,换句话说,传统认识中的各种波场是散射波在不同约束情况下的体现。国内外对散射波的研究目前还处于探索阶段,应用于工业生产还有很长的路要走。本论文主要研究内容有：1)介绍了散射波的理论和最新进展,比较系统地总结了近十年的散射波研究环境、主要成果和热门课题;2)从数学和数值两个角度,分析了散射波的形态变化过程,给出了不同散射波形态之间的关系;3)在对比了现阶段国内外主要的散射波数值模拟方法的优劣后,基于基本的理论公式提出了一种新的散射波数值模拟方法。在该方法中,引入了多个修正参数对波场进行改进并编写了相应的计算程序,此程序可以进行任意非均匀介质的总场和散射波场的模拟。4)利用论文设计的程序对从简到繁的模型(点、层、不整合面、断层等)进行了散射波的模拟,分析了总场与散射场之间的异同。

关键词：地震勘探散射波波动方程正演 FK域积分非均匀介质

蜀南荷包场地区碳酸盐岩缝洞型储层地震预测研究

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蜀南荷包场地区碳酸盐岩缝洞型储层地震预测研究

作者：蒋晓迪西南石油大学

学位级别：硕士

碳酸盐岩广泛分布于各地质时代,其蕴藏着丰富的石油与天然气资源,近年来,碳酸盐岩储层已成为世界各国勘探的一个重点。我国从七十年代初到现在,首先在东部任丘地区发现大型碳酸盐岩油田,然后西部油气田(长庆、四川、塔里木等)勘探也取... 详细信息

碳酸盐岩广泛分布于各地质时代,其蕴藏着丰富的石油与天然气资源,近年来,碳酸盐岩储层已成为世界各国勘探的一个重点。我国从七十年代初到现在,首先在东部任丘地区发现大型碳酸盐岩油田,然后西部油气田(长庆、四川、塔里木等)勘探也取得新进展。然而,碳酸盐岩缝洞型储层的非均值性极强,即具有缝洞发育带的大小悬殊、形态多样、分布复杂等特点,加之其复杂地质成因,使得碳酸盐岩储层预测难度极大。所以,因地制宜地应用地震手段有效识别缝洞型碳酸盐岩储层具有非常重要意义。茅口组是四川盆地天然气勘探开发的重要层系之一,而蜀南地区下二叠统茅口组为典型的碳酸盐岩缝洞型储层,储层的发育并不完全受构造控制。同时,该区储层具有低孔低渗、非均质性强的特点,预测难度较大。因此,本文以蜀南地区荷包场构造的茅口组碳酸盐岩缝洞型储层为例,在仔细研究了该区储层地质特征的前提下,提出了基于地震正演研究的多参数融合预测方法,即首先根据用波动方程正演分析获得岩溶型储层地球物理响应特征;然后利用响应特征选择有效的地震参数分别对岩溶发育区和裂缝发育带做出描述;最终采用多参数融合分析方法对该区有利的缝洞型储层的分布做出综合预测。由此发现了荷包场地区茅口组在构造主体及主断层以外的有利勘探区域,并获得了蜀南地区茅口组有效的储层预测方法,为蜀南地区油气勘探与开发提供了新思路。本文的研究主要取得了以下成果：1.根据该区洞穴系统和裂缝的配置关系获得了重要的储层预测指导思想：即在分别描述岩溶和裂缝发育区的基础上进行有利储层的综合预测。2.通过波动方程正演发现：当岩溶型储层发育时,地震波形会发生变化,即在地震反射特征上会明显出现强波谷异常、频率异常、地震反射能量吸收衰减及频散现象。实际上这种变化主要表现在振幅和频率两个方面,由此获得了储层地震敏感参数提取的依据。3.对于非均质性极强的碳酸盐岩岩溶储层,波形分类方法能较好地刻画茅口组的岩溶特征,其对预测岩溶分布具有重要的意义。4.多参数融合分析能较好的刻画缝洞储层的分布范围。利用主成分分析法去除了属性之间的相关性,采用降维后的新属性协方差的最大特征值对地震属性进行加权融合,可以提高预测效果的精度。5.区内茅口组发育储层时,在常规地震剖面上茅顶以下40ms范围内常出现横向振幅突变、极性反转、同相轴分叉合并、“眼球状”反射、局部具有低幅度隆起、时差增大等地震响应特征。6.通过空间连通性分析和刻画,将区内低速异常带划分为10个相对独立的区带,其中位于荷包场鼻突构造轴部包④断层上盘和包③断层下盘、工区东部的包③号断层上盘区域低速异常带相对发育;位于工区西部包④号断层下盘也有零星低速带存在,特别是靠近主断层附近有近东西向断层发育的区域,因受两个方向的断层作用使得缝洞更发育。

关键词：茅口组碳酸盐岩缝洞波动方程正演地震属性岩溶储层预测

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地震波散射场正演数值模拟

地震波散射场正演数值模拟

作者：田丽花中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

在金属矿地震勘探中,所面临的地质构造复杂,断层发育,地质体产状复杂,不同尺度的非均匀地质体共生,会形成极为复杂的、多种波相互干涉的地震波场,在这种情况下,单一波场(如反射波、折射波等)不能正确描述复杂地震波场,这就要求用广义的... 详细信息

在金属矿地震勘探中,所面临的地质构造复杂,断层发育,地质体产状复杂,不同尺度的非均匀地质体共生,会形成极为复杂的、多种波相互干涉的地震波场,在这种情况下,单一波场(如反射波、折射波等)不能正确描述复杂地震波场,这就要求用广义的地震波散射理论去解决复杂地质问题。因此,研究散射波地震勘探技术,在复杂地质构造或非均匀地质体的勘探中具有广泛的实用价值。国内外对散射波地震勘探技术的研究仍然处于探索阶段。本文主要研究内容是:1.经过数值模拟得到不同地质模型地震散射波场在任意深度处的炮集记录和任意时刻的瞬时波前图,以及在不同点激发时得到的地震波在地下传播的最大振幅强度剖面图。结合地震地质模型,分析地震记录,解释波场特征。2.由简到繁建立地震地质模型进行逐一试算,目的是利用简单地质模型来研究散射波的基本波场特征,利用复杂模型研究散射波间存在干涉、衍射时的复杂波场特征。并重点分析随着地质模型的变化,散射波与地质体的对应关系,以及地震散射波在地下每一点的能量分布(照明强度)与地质模型中已知不均匀矿体分布的对应关系,通过地震波散射响应的强弱推断地质矿体。从而检验利用散射波地震技术寻找深部隐伏金属矿的可能性。

关键词：金属矿数值模拟散射场散射波地震勘探波动方程正演

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下扬子盆地地震采集方法研究

下扬子盆地地震采集方法研究

作者：魏冰中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

下扬子盆地是一个大型海相中、古生界沉积实体,是寻找大型油气田的远景区域之一,但是下扬子地区复杂的近地表条件和复杂的地下构造条件严重制约了油气勘探的进展。本文以黄桥和句容两个典型地区为例,对影响资料品质的本质因素进行了剖析... 详细信息

下扬子盆地是一个大型海相中、古生界沉积实体,是寻找大型油气田的远景区域之一,但是下扬子地区复杂的近地表条件和复杂的地下构造条件严重制约了油气勘探的进展。本文以黄桥和句容两个典型地区为例,对影响资料品质的本质因素进行了剖析,从观测系统设计及激发参数两个关键点入手进行研究,寻求改善资料品质的方法。首先对研究区的近地表条件和地下地质构造条件进行了分析,并对以往采集的原始资料进行了定性、定量分析,找出以往采集资料的缺陷和不足并与地表条件及地下构造条件做对应性分析,总结出复杂地表、复杂构造分别在地震资料上的反应及其对地震资料品质的影响程度,为后续针对性研究提供基础。然后在资料分析的基础上针对存在的剖题制定观测系统设计原则和思路,观测系统主要解决地下构造带来的成像困难的问题,因此在本文中开展了基于波动方程正演叠前成像的观测系统设计研究方法,对不同波动方程的算法、优点及应用适用性进行了分析,并以黄桥、句容地区为例设计了观测系统,通过实际采集资料验证设计的合理性。最后以黄桥地区为例对特殊近地表条件(流沙发育,地表疏松)下的激发参数展开了研究,以岩石爆破机理为基础开展了不同爆速炸药、组合井激发效果的研究。通过本文的研究,形成了适合研究区的观测系统设计方法及激发参数设计方法,获得了科学的观测系统参数及激发参数,有效提高了地震资料成像效果。

关键词：下扬子盆地地震采集观测系统波动方程正演激发参数

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基于多GPU计算的频率域多尺度全波形反演

基于多GPU计算的频率域多尺度全波形反演

作者：唐佳西南石油大学

学位级别：硕士

随着常规油气藏的勘探殆尽,近年来勘探目标转向复杂油气藏。复杂介质中波场传播混乱,各种波场相互干扰混叠,在地震记录上几乎没有任何规律,因此关于复杂介质的反演成像,诸如叠加速度分析、偏移速度分析和层析速度反演方法就显得捉襟见... 详细信息

随着常规油气藏的勘探殆尽,近年来勘探目标转向复杂油气藏。复杂介质中波场传播混乱,各种波场相互干扰混叠,在地震记录上几乎没有任何规律,因此关于复杂介质的反演成像,诸如叠加速度分析、偏移速度分析和层析速度反演方法就显得捉襟见肘。全波形反演(Full Waveform Inversion,FWI)是上个世纪提出的一种高精度建模技术,近年来随着高性能计算的兴起,FWI在地球物理界开始崭露头角,受到了越来越多的业界人士关注。尽管波形反演具有完美的数学理论和高精度建模能力,但在实际应用中仍面临诸多问题,本文就波形反演中多尺度反演策略和高性能计算展开详细讨论。一个高精度正演结果是波形反演成功的必要条件,本文首先对声波的一阶应力——速度方程的差分算法进行讨论,得到了具有较高精度的正演结果。伴随状态法是目前求波形反演梯度的最有效的方法,其关键在于求出波动方程算子的伴随算子,本文对一阶应力——速度方程算子进行适当处理,求出其伪保守形式的方程,保证了状态方程和伴随方程在形式上的统一。多尺度反演是减弱波形反演非线性的一种强有力策略,本文在前人的研究基础上结合观测系统讨论了多尺度反演频率选择策略,并发现在模型两端处由于波数照明不足,因此反演结果不可靠。计算能力不足是上世纪制约波形反演发展的一个重要因素,本文根据波形反演多炮计算无相互依赖的并行性,在现有的多节点多GPU计算集群上设计了一套针对波形反演的并行策略,提高了反演的计算效率。

关键词：波动方程正演 FWI 多尺度 GPU

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地震波形反演中波形对比方法研究

地震波形反演中波形对比方法研究

作者：王弘扬成都理工大学

学位级别：硕士

随着方法创新与技术发展的不断进步,地震反演在地震勘探中的作用越来越重要。基于褶积模型的反演方法具有易于实现、简单高效、鲁棒性较强等优势,被广泛应用于实际生产。而随着储层预测的精度需求越来越高,这些反演方法正在逐渐被基于... 详细信息

随着方法创新与技术发展的不断进步,地震反演在地震勘探中的作用越来越重要。基于褶积模型的反演方法具有易于实现、简单高效、鲁棒性较强等优势,被广泛应用于实际生产。而随着储层预测的精度需求越来越高,这些反演方法正在逐渐被基于波动方程理论的全波形反演方法(Full Waveform Inversion,FWI)所取代。波形反演方法,以其坚实的理论基础和优势,成为了当前反演方法研究的热点,特别是在面向油气储层预测及地震资料解释过程中的(全)波形反演方法越来越受到研究者的关注。本文基于“渤海潜山地震勘探有利储层预测方法研究与应用”项目中提高地震反演精度的技术需求而立题,主要就(全)波形反演的实现过程中基于波动方程正演的数值计算准确性和波形对比方式中如何实现波形全匹配的问题展开研究,探讨面向储层预测的地震波形反演中的一些相关方法理论问题,并进一步推动全波形反演在油气储层预测及解释工作中的不断完善和更加实用。由于全波形反演问题的非线性程度极高,问题的优化求解非常困难,并直接影响到波形反演的准确性以及这些方法在地震储层预测的应用效果。通过本次研究,对(全)波形反演的基本理论体系有了更加深入的理解,利用Python语言编程实现了全波形反演并进行了模型测试,验证了各项参数对全波形反演的作用。对波形反演中波形对比方式进行了较为细致的研究,提出了运用不同波形对比方式进行联合反演的解决方案。实现了包络对比提供初始模型的联合波形反演方法、相位对比提供初始模型的联合波形反演方法以及波形段波形全匹配对比的波形反演方法;推导了包络误差泛函、相位误差泛函、波形段对比误差泛函。利用模型数据测试了三种对比方式的效果,包络对比促使低频信息与初始模型耦合,相位对比具有高稳定性、缓解非线性等特点,波形段对比实现波形全匹配,改善了全波形反演的稳定性和准确性。

关键词：波动方程正演全波形反演最优化方法波形对比

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纵波振幅椭圆裂缝检测方法技术研究

纵波振幅椭圆裂缝检测方法技术研究

作者：付小波成都理工大学

学位级别：硕士

高陡角度或垂直定向裂缝带的地下岩层在理论上可以近似地视为具有水平对称轴的横向各向异性介质体,即HTI介质。地震波在HTI介质中传播时,振幅的衰减随观测方位呈椭圆关系变化。为此,可以通过对介质体作全方位的地震观测,了解地震波沿各... 详细信息

高陡角度或垂直定向裂缝带的地下岩层在理论上可以近似地视为具有水平对称轴的横向各向异性介质体,即HTI介质。地震波在HTI介质中传播时,振幅的衰减随观测方位呈椭圆关系变化。为此,可以通过对介质体作全方位的地震观测,了解地震波沿各方位传播的衰减规律,推测地质体内裂缝的走向和发育密度,为油气勘探评价提供依据。本文根据纵波振幅随方位角的变化规律,以纵波振幅椭圆分布模型为基础进行裂缝引起的各向异性信息参数反演,达到裂缝检测的目的。本论文完成的工作主要有以下几个方面:(1)研究了HTI弱各向异性介质情况下反射P波振幅变化特点以及振幅椭圆拟合反演裂缝参数的方法原理,据此开发了振幅椭圆裂缝检测软件,用于从地震勘探数据中提取各向异性振幅信息,估算裂缝发育密度与空间展布规律参数。(2)研究了包含PML吸收边界条件的三维HTI介质弹性波波动方程高阶交错网格有限差分数值模拟方法技术,在Linux系统平台上使用C语言编程实现其正演计算,验证了振幅椭圆裂缝检测方法的有效性。(3)在全频振幅椭圆拟合反演方法基础上,进一步研发出了分频振幅椭圆裂缝检测方法技术软件。(4)使用振幅椭圆裂缝检测软件对某工区的全方位三维地震数据进行了生产性处理,取得了该生产区块的裂缝检测结果,表明了该软件的实用性。

关键词：纵波振幅裂缝检测波动方程正演 PML吸收边界条件

三维地震采集观测系统设计技术——以柴达木盆地西部地区为例

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勘探地球物理进展 2007年第2期30卷 111-118页

作者：尹吴海甄文胜魏国显张立军中国石油大学(华东) 山东东营257061 中国石油集团东方地球物理有限责任公司敦煌分院甘肃敦煌736202

在常规三维观测系统设计中,主要是利用二维地质模型进行射线追踪分析,在地质结构较为复杂的区域,仅仅依靠射线追踪方法进行三维观测系统参数论证,其结果往往不准确。以2005年柴达木盆地所实施的三维地震采集项目的观测系统设计为例,介... 详细信息

在常规三维观测系统设计中,主要是利用二维地质模型进行射线追踪分析,在地质结构较为复杂的区域,仅仅依靠射线追踪方法进行三维观测系统参数论证,其结果往往不准确。以2005年柴达木盆地所实施的三维地震采集项目的观测系统设计为例,介绍通过波动方程正演、照明模拟和三维地质模型分析等多种技术手段的综合运用,进行基于目标地质体的三维观测系统优化设计。

关键词：观测系统设计照明波动方程正演三维模型

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复杂山前带地震初至拾取方法应用研究

非常规油气 2021年第4期8卷 1-10页

作者：徐凯驰吕景峰裴广平李平钟海刘衍贵中国石油塔里木油田分公司新疆库尔勒841000 东方地球物理公司塔里木物探处新疆库尔勒841000

复杂山前带表层结构在纵、横向上变化剧烈,单炮能量弱,背景噪声发育,信噪比低,地震初至难以准确拾取。为了提高初至拾取精度及效率,针对单炮初至难以准确识别及初至拾取范围不明确等问题,开展波动方程正演、可控震源预处理及不同初至范... 详细信息

复杂山前带表层结构在纵、横向上变化剧烈,单炮能量弱,背景噪声发育,信噪比低,地震初至难以准确拾取。为了提高初至拾取精度及效率,针对单炮初至难以准确识别及初至拾取范围不明确等问题,开展波动方程正演、可控震源预处理及不同初至范围层析反演分析等方面工作。结果表明,波动方程正演模拟方法指导地震单炮的初至拾取,可以避免初至漏拾、错拾现象;可控震源单炮开展最小相位化和反褶积处理,近道初至识别率提高50%以上,可提高单炮初至信噪比;初至偏移距涵盖风化层及1 km左右的折射层时间范围即可满足层析反演精度需求。通过以上方法处理,采用相同的地震资料处理流程及层析反演参数,可以提高静校正精度,改善剖面的成像效果,具有一定推广价值。

关键词：复杂山前带初至拾取表层结构波动方程正演可控震源层析静校正