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用基追踪分解法进行疏松层的反演

Rui Zhang and John Castagna

摘要

对于反射系数的地震反射数据的反演可以通过预先定义的反射模型作为基函数来进行计算。基追踪分解含有一系列的地震层响应的小波函数,当利用这种方法时,这个过程是稀疏层反演而不是稀疏脉冲反演,并且最终提高了薄层的分辨率。理论合成数据和实际地震数据都能证明这个效果。

引言

由于地震子波的限带特性,使得层状介质构造的反射地震记录的反演复杂化了。因此,存在无数个反射率模型能够很好的匹配这个数据。然而,如果我们先应用一个先验约束,并且这个约束是适当的,那么我们就会发现一个有用的解决方法。常规的稀疏脉冲反演(SSI)是一种流行的方法,它的思想是认为介质阻抗结构应该随着稀疏度的不同来转化为反射率系列,以便匹配具有特定限制的数据。然而,稀疏性和薄层分辨率间的平衡会制约薄层的分辨率。这个能够通过楔形模型得到证明。

我们制定的这个反演方法与稀疏脉冲反演是相似的,都是利用这样的事实用有限层的叠加来代替局部的介质阻抗结构,并且用有限层的响应来代替本来的地震记录。如果地震波频带宽度和信噪比允许,那么这个反演结果可以使一些稀疏层参数化,这样一来就能解决比反射率系列上一个简单的稀疏性约束的更薄的地层。这种方法与谱反演是相似的(例如Puryear 和Castagna(2008)),然而基追踪分解在时间域内已被运用(Chen et al.(2001)).Nguyen 和Castagna(2010)已经用了替换法-匹配追踪-用地震信息的一些先验信息。我们把这种反演方法叫做基追踪分解(BPI)。这个方法形成了一种稳定的,有效的适合于这个数据的解法。和稀疏脉冲反演一样,这个方法不需要出示模型。

基追踪反演(BPI)

作为这个地震反射记录的一阶近似,这个地震记录可以简单的认为是子波和反射系数的卷积;就是反射系数矩阵和子波核函数的乘积。子波核矩阵是一个对角矩阵,它的每一列代表的是一系列时间顺序矩阵,这个时间就是地震记录的时

间。因此这个褶积也可以写作:

d Gm n =+ (1)

其中,d 是地震数据;m 是反射序列;G 是子波核矩阵;n 是噪音。我们注意到,这个褶积的矩阵形式能够使一个时变子波合并到正演模型中去。基追踪(Chen et al.(2001))找到了最小1L 范数的最小二乘解,这个最小二乘解是通过使目标函数最小的解得到的: 21min d Gm m λ??-+?? (2)

其中下标分别表示2L 和1L 范数,λ是控制解得稀疏度的正规化参数。

在一般的基追踪反演中,d 是地震数据,G 是预定义的地震响应的时间序列的组合,m 是使方程2达到最小的这些响应的加权值。G 中得地震响应可以通过地震子波和反射模式的褶积得到,并且这个反射模式是基于对地质分层的理解。 把与G 中地震响应有关的反射率模式乘以加权值m ,并且求和,就得到了反射率级数解。

在利用BPI 进行稀疏层反演时,我们在一些预先给定的厚度上构造了一系列的对称和非对称的层放射对。我们通过地质上的先验信息、地震带宽和信噪比能够确定上述范围。地震模型可以产生地震层响应的序列G ,让这个反射对和这个地震模型做卷积即可。

如果薄层的顶部和底部的反射系数是c 和d ,那么可以用两个脉冲函数来代替反射系数,()c t δ和()d t n t δ+?,其中n t ?是薄层的时间厚度,t ?是地震采样频率。根据Puryear 和Castagna(2008),偶极子分解可以把反射体对分解成一个偶数和一个奇数对,如方程3和图1所示:

()()()()0;e r t t n t r t t n t δδδδ=++?=-+? (3)

()()0e c t d t n t ar br δδ++?=+ (4)

原始反射系数对 奇数对 偶数对

图1:任意的反射系数对1r 和2r 都可以用奇数和偶数组的和代替。奇数组有相同的幅度和符号,偶数组有相同的幅度和相反的符号。

这个楔形体包括有奇数和偶数对,它是随着地层时间厚度变化的一系列的偶极子反射体。这个地层时间厚度是未知的(n t ?),因此随着先验信息的变化,n 也是变化的。特别的,根据对地层分辨率大小的需要和对地震数据质量的要求,我们可以选择最小的n 值。最大的n 通常可以使n t ?比这个调谐厚度更大。

每层的反射系数的和构成了这整个反射系数序列,其中m 是地层号,M 是总的地层数。 ()()()(),,011*,,,*,,,N M n m e n m n m r t a r t m n t b r t m n t ===?+?∑∑ (5)

把地震子波和方程5的两边进行褶积,得到地震记录的方程为:

()()()(),,011*,,,*,,,N M n m e n m n m s t a w t m n t b w t m n t ===?+?∑∑ (6)

其中,e w 和0w 是地震响应,这个响应构成了G 。我们可以应用基追踪分解法来求解方程6中的系数,n m a 和,n m b 。最终的反射率反演可以通过方程5给出。

因为地震道分解和反射率的分解具有相同的系数,所以最终的反射率可以通过上述系数的乘法和相似的反射体核矩阵来计算。

理论数据的测试

方程2中的规则化参数λ旨在平衡反向反射系数的分辨率和噪音。增大参数λ会减小反向反射系数序列的分辨率,并且如果减小参数λ也许会引起噪音的增大。实际上,合适的λ的值是有数据和经验共同决定的。

稀疏脉冲反演(SSI )是一种交替的最小1L 范数的反演方法。和SSI 不同,BPI 用了原始的二元井约束算法(Chen et al.(2001)),然而SSI 只解决了原始的方程(Taylor et al.(1979)). BPI 和SSI 都有平衡参数λ来控制反演的输出,然而这两种方法的值没有可比性。

这两种方法是被测试独立的决定的。这个使得SSI 和BPI 的结果的比较困难了,因为他们的结果依赖于参数的选择。在这个研究中,对于每一个反演方法,我们用了较大范围的λ的值;正向反射率系列和反向反射率系列的相关性是有这两种反演方法的所有的λ值决定的,并且这个BPI 的最好的结果与SSI 的结果是可比的。正向和反向的反射率系列之间的

相关系数在数量上结合了脉冲的准确位置和相对大小。

对于给定的振幅和时间厚度,一个任意的反射率系列是通过1ms 采用得到的。在每一样点的反射系数是-0.2和0.2之间的任意值(图2b 所示)。图2a 是由40HZ 的雷克子波和反射系数褶积后的地震记录。并且这个地震记录加入了信噪比为10的高斯噪音。小的SSI λ突出了噪音(图2c 和2d )。大的SSI λ产生的反向反射系数序列太稀疏了(图2g 和2h )。SSI λ的极值会引起反向和正向反射率系列之间的矛盾。对于这个合成理论数据的例子,能够得到最好的反演结果的规则化参数是在410-和310-之间。在410-和3

10-之间进行进一步的测试(图2i 到2n )。图3展示了BPI 反向反射率系列的结果,它利用的数据与图2a 和图2b 中的合成数据是相同的。和这个SSI 的结果一样,小的BPI λ放大了噪音的幅度(图3c 和3d ),大的BPI λ产生稀疏的结果(图3g 和3h )。这个相关的最大值是在2和3之间(图3i 到3n )。

图2:(a )合成地震记录,包含40HZ 的雷克子波和10%的随机噪音;(b )正向反射率系列;(c )到(n )展示了随着SSI λ的变化的SSI 的值;(c )6SSI 10λ-=;(d ) 5SSI 10λ-=;

(e )

4SSI 10λ-=;

(f )3SSI 10λ-=;(g) 2SSI 10λ-=;(h )1SSI 10λ-=;(i )4SSI 210λ-=?;(j )4SSI 310λ-=?;

(k )4SSI 410λ-=?;(l )4SSI 510λ-=?;(m )4SSI 610λ-=?;(n )4SSI 710λ-=?。

图3:(a )合成地震记录,包含40HZ 的雷克子波和随机噪音;(b )正向反射率系列;(c )到(n )展示了随着BPI λ的变化的BPI 的值;(c )2BPI 10λ-=;

(d ) 1BPI 10λ-=;(e ) BPI 2λ=;(f )BPI 3λ=;(g) BPI 500λ=;(h )BPI 600λ=;(i )BPI 2.1λ=;(j )BPI 2.2λ=;(k )BPI 2.3λ=;(l )BPI 2.4λ=;(m )BPI 2.5λ=;(n )BPI 2.6λ=。

图4给出了前面测试中反向和正向的反射率系列之间的相关值。图4a 展示了SSI 测试中SSI λ在4

210-?左右时这个最大的相关值在0.8附近。图4b 展示了BPI 测试中BPI λ在2.2左右时这个最大的相关值在0.9附近。

除了添加10%的噪音外,对于BPI 和SSI 的理论数据的测试,在相同的反射率系列上我们又计算了0%和40%的噪音情况(图4a 和4b )。就像我们预测的那样,在这两个测试

中噪音都能够降低相关系数,但是BPI降低的百分比要小于SSI的情况。

图4:(a)依据于图2中的相同合成理论数据的SSI法的λ相关曲线。在SSI结果和正向反

λ为横轴来画图。(b)依据于图2中的相同射率系列之间来计算反射系数,并以正规因素

SSI

合成理论数据的BPI法的λ相关曲线。在BPI结果和正向反射率系列之间来计算反射系数,λ为横轴来画图。(c)和(d)给出的是依据图2中的相同的合成理论数据

并以正规因素

BPI

分别用BPI和SSI方法在没有噪音和40%噪音情况下的λ相关曲线。

用100个不同的任意反射率系列和相应的40HZ的雷克子波的合成地震记录来应用于上述相同的方法。这个合成地震记录的每20分别是在10%,20%,30%,40%,50%噪音水平下的。把BPI和SSI最好的相关系数交汇点绘制在图5中。在大多说情况下,BPI能够更好地接近真正的反射模型。

图5:来自于BPI和SSI结果的最大的相关数的交汇点,它是在在100个不同的任意产生的合成反射率序列上计算的。这个虚线代表了两种方法下相等的相关系数。BPI通常更接近于真实的反射率系列。

因为BPI和SSI是一道一道的程序,所以它是值得的区研究这个反演体的横向连续性。我们用测井反射率系列可以得到一个复杂的楔形模型,并进而构造一个复杂的二维合成理论数据的试验(如图6所示)。这个合成地震数据是通过30HZ的地震子波加上10%的随机噪音与反射体模型褶积得到的。BPI明显有更好的残差。

图6:左边垂直一列是一节测井反射系数。(a)真实的反射率系数的均方根是0.0173.(b)带有10%随机噪音的合成地震记录的均方根是0.003。(c)在λ为1.4时,BPI反向反射率序列的均方根是0.0166。(d)这个真实的反射率序列和BPI反向反射率序列的差值有这个

10-时,SSI反向反射率序列的均方根是0.0138。(f)这个真均方根为0.0048(e)在λ为3

实的反射率序列和SSI反向反射率序列的差值有这个均方根为0.008。

实际数据的测试

图7和图8把BPI与原始的地震成像做对比。

图7:原始地震成像数据。在这个长方形的地方有一口井

图8:用BPI得到的反向反射率系列剖面

图9给出了测井曲线和BPI反向相对阻抗(反射系数的指数积分)之间的精细对比图。自然伽马测井能够显示出一个薄的低阻抗页岩。纵然有限带的原因,但是BPI反向阻抗仍然可以分辨出小于调谐厚度的页岩。这个原始地震数据不能发现或者勾勒出页岩薄层。

图9:左边的测井曲线与中间BPI数据以及右边的原始地震数据的比较。顶部黑色的长方形表示井位。在这个区间内,高的伽马射线和低的阻抗值表示的是页岩。

图10展示了BPI和SSI反向相对阻抗的值,这两个图上覆的都是原始地震波形。提取出的地震子波有大约10HZ的频率峰值,因此这个数据的调谐厚度大约是50ms。BPI经常可以看到原始地震数据或者SSI看不到的横向连续薄层(图10)。图10中,这个黑色的椭圆在BPI中突出的是一个可能的尖灭,但是在原始数据或者SSI中不能识别出。

图10:(a)BPI结果显示了一些横向连续的上倾层(白色箭头所指)的没有扰动的地层的特点。(b)SSI结果展示了一个低的和高的阻抗层结构。图(a)中的黑色同相轴的消失表明BPI方法下反向的楔形模型,这个在原始地震曲线上是不清楚的。

结论

通过一系列函数的基追踪我们可以完成稀疏层反演,这一系列函数是薄层反射模型和地震子波的褶积,把这些函数进行模型的权重叠加求和就可以形成地震道。BPI反演获得了能够形成地震道的层响应的稀疏数。合成数据测试表明用BPI进行稀疏层反演与SSI相比能够更好地解决薄层问题,并且通常情况下,当这两种方法都给出最佳的规则化参数时,BPI 能够更好的识别反射率系列。

我们可以推断出,用基追踪方法对带有楔形模型的地震数据进行稀疏层反演是可行的

反演方法。经过论证和对比,这个结果与稀疏脉冲反演相比,有更好的准确度和分别率。最

重要的是这种反演结果与传统数据和稀疏脉冲反演得到的结果相比有不同的成像,这些成像能够对反射体产生不同的地质解释。

编辑过的参考文献

注:参考文献列表是作者已递交的参考文献的复制版本。对于2011年SEG技术扩展文摘的参考文献都已经复制,以便每篇文章所提供的网上数据库中的参考文献能够得到一个高程度的链接去引用网上的资料。

参考文献

Chen, S. S., and D. L. Donoho, and M. A. Saunders, 2001, Atomic decomposition by basis pursuit: SIAM

Review, 43, 129–159, doi:10.1137/S003614450037906X.

Nguyen, T., and J. Castagna, 2010, High-resolution reflectivity inversion: Journal of Seismic Exploration,

19.

Puryear, C. I., and J. P. Castagna, 2008, Layer-thickness determination and stratigraphic interpretation

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doi:10.1190/1.2838274.

Taylor, H. L., S. C. Banks, and J. F. McCoy, 1979, Deconvolution with the l1 norm: Geophysics, 44, 39–

52, doi:10.1190/1.1440921.

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Conversational Inference in Cross-cultural Communication 韩兆明理学院数学与应用数学学号:0911121012 Abstract: Generally if the literal sentences deduced nothing, it need not to continue. Respect of intercultural communication, reasoning occupies an important role in oral communication . Different from the communication between the same nation, only when we use the pragmatic exchange rules correctly and pragmatically while understand the dialogue clearly, can we achieve success in cross-cultural communication. Keywords: cultural exchange ;cultural activation I Pragmatic principles and Inference When people indulge in some kinds of communicative activities, they use the right words for the purpose of understanding each other while it is relatively not too important whether their words observe particular syntactic or semantic rules. For various reasons, we can not catch the communicator’s intention unless we make some inferences by applying certain pragmatic principles and maxims. a) Queen Victoria was made of iron Inference: this utterance overly flouts the maxim of Quality since Queen Victoria in fact lacked the properties of iron. By saying so the speaker may implicate that she had some of the identical properties like hardness, resilience, non-flexibility or durability. The meaning of utterance is context-dependent. It may be a commendation conveying her possession of the properties of toughness and resilience if said by admirer; it may be taken as denigration conveying her lack of flexity, emotional impassivity or belligerence, if said by a detractor. b)War is war Inference: this utterance is a tautology, seen from a semanic point of view, and bears no communicative value, at least in principle. When it is uttered for communicative purpose in a certain context, it has communicative significance. It overtly flouts the maximum of Quantity, which requires that speakers be informative. So, if the assumption that the speakers are actually preserving cooperating, some informative inference must be made. The utterance might implicate “err a ble thing always happen in war”,“that’s its nature and it’s no good lamenting

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大学各专业名称英文翻译—— 理科 SCIENCE

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Unit 6 Versions for reference 1. E-C (Owing to the instability and ambiguity) (of common language) and its much too great complacency (about completeness) (of expression), we require, even where we use its means of expression, a new legitimation (of significations) (by orienting them) (according to accrued insights), and a fixing of words(as expressing the significations (thus legitimated) ). 由于日常语言的不稳定性和歧义性及其对完美表达的过度自信,我们需要一种新的合法性和一种固定性,即使在我们使用日常语言进行表达的内容中:这种新的合法性相关意义,我们可按照所得的洞见将其定位;固定性则相关语词,我们在表达因此得到合法论证的意义时需要它。 Unit 7 Versions for reference I.English—Chinese The dogwood bud, pale green, is inlaid with russet markings. Within the perfect cup a score of clustered seeds are nestled. One examines the bud in awe: Where were those seeds a month ago? All the sleeping things wake up—primrose, baby iris, blue phlox. The earth warms—you can smell it, feel it, crumble April in your hands. 参考译文:山茱萸的蓓蕾,淡绿清雅,表面点缀着褐色斑痕,活像一只完美无缺的小杯,一撮撮种子,半隐半现地藏在里面。我敬畏地观察着这蓓蕾,暗自发问:一个月之前,这些种子在什么地方呢?一切冬眠的东西都在苏醒——美丽的樱草花,纤细的蝴蝶花,还有蓝色的草夹竹桃。大地开始变暖——这,你既可以嗅到,也可以触摸到——抓起一把泥,四月便揉碎在你的手心里了。 山茱萸的蓓蕾透着淡淡的绿,星星点点的褐色点缀其上。精美的杯状花蕾里,十几颗小种子簇拥而居。细看这花蕾,不禁心生敬畏:一个月前,这些种子在哪儿呢?沉睡的万物苏醒了--迎春花,小蝴蝶花,蓝色夹竹桃随处可见。土地回暖--你能嗅得到,也能触摸到,捧一抔土在手心,将四月揉碎在你的掌心里。 II.Chinese—English 积善之家,必有余庆;积不善之家,必有余殃。臣弑其君,子弑其父,非一朝一夕之故;其所由来者渐矣。 改译:The family accumulating good will surely enjoy lasting blessings /fortunes; the family accumulating evil will surely suffer endless curses/misfortunes. That

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