非均匀各向异性介质地震正演模拟新方法

基于最佳平方逼近的TTI介质解耦qP波与qSV波逆时偏移慕鑫茹; 黄建平; 李振春; 郭旭; 雍鹏; 袁双齐【期刊名称】《《石油地球物理勘探》》【年(卷),期】2019(054)006【总页数】13页(P1280-1292)【关键词】逆时偏移; TTI介质; qP波; qSV波; 最佳平方逼近; 有限差分—伪谱混合法【作者】慕鑫茹; 黄建平; 李振春; 郭旭; 雍鹏; 袁双齐【作者单位】中国石油大学(华东) 山东青岛266580; 海洋科学与技术国家实验室山东青岛266000【正文语种】中文【中图分类】P6310 引言研究表明，地下介质广泛存在地震各向异性，传统的各向同性假设不能准确描述地震波运动学特征[1-2]。

因此，基于各向同性的逆时偏移算法对实际地震资料成像时会产生构造假象、偏移噪声等问题，不能满足当前高精度地震勘探成像要求[3-5]。

为使地震资料准确成像，Crampin[6]提出一种具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质模型近似周期性排列的薄互层和水平排列的平行裂缝等地质体。

然而，VTI介质假设不能对陡倾地质体准确成像。

如在盐丘侧翼覆盖页岩情况下，对称轴不在垂直方向，若忽略此倾角信息，成像时会产生构造假象和噪声干扰。

因此，人们提出了具有倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质模型弥补VTI介质模型的不足[7]。

尽管各向异性全弹性波方程可以较准确地描述实际地下介质中的地震波传播特征，但是巨大的计算量、计算内存和波场分离困难等问题限制了其在业界的应用[8-9]。

此外，由于目前地震勘探主要利用纵波反射信息，前人研究了可极大减小计算量与内存需求的拟声波波动方程，以期更好地处理纵波勘探数据[10-17]。

Thomsen[1]首次提出弱各向异性理论，并用Thomsen各向异性参数表征地下各向异性强度。

Tsvankin[18]推导了由Thomsen参数表示的VTI介质精确相速度公式。

为便于纵波成像，Alkhalifah[19]假设沿着垂直方向的横波速度为零，简化了VTI介质相速度公式，可以降低频散方程的复杂性，且不会明显影响qP波运动学信息的准确性。

442023年6月上 第11期 总第407期信息技术与应用China Science & Technology Overview0 引言随着油气勘探开发的不断深入，石油地震勘探目标向尺度小、细、深及复杂特征的趋势发展，高质量勘探开发难度日益加大，若要资源突破，物探先行已成为目前高质量勘探、少井高产和效益开发的主要方法，因此，地震资料处理速度建模技术得到了迅速发展，已经从常规的时间域速度建模向深度域速度建模发展，并研发了地下非均质地层介质的各向异性速度建模，应用国内外很多建模学者正在研究的FWI 全波形反演速度建模。

当前，高精度速度建模还处于瓶颈期，超深层碳酸盐岩地质复杂，速度精度不足导致断裂、缝洞体等成像不清晰、构造归位不准确等问题，FWI 全波形反演速度建模成为其追求的目标，但是由于FWI 建模对资料要求很高，陆上地震超深层勘探目标效果还不显著，所以，要获得更多高品质地震资料，实现“多做物探少打井，打高产井”的目标，迫切需要效率和精度都高的速度建模技术来支撑，保证地震反演速度精度与钻井速度高度一致，再通过高精度成像结果为钻井提供更好的分析资料，实时指导钻井轨迹的调整。

井中地震勘探作为能够快速获得垂向地震剖面和最初了解地下信息的技术，随着采集装备、处理技术的发展，从1917年至今，井中地震勘探技术已经在垂直地震剖面（VSP）基础上形成了零井源距VSP、非零井源距VSP、变井源距VSP、井间地震、三维VSP、随钻地震等系列，成为不可或缺的勘探方法，在油气勘探开发中被广泛应用[1]。

其中，零井源距VSP、非零井源距VSP 被广泛应用于层位与深度标定、速度求取、地震波吸收衰减因子求取和提高分辨率井控处理；随钻导向技术逐步用于钻头前地层深度预测、地层压力预测、钻头导向和提高储层钻遇率方面，并与零井源距VSP 一起应用于高精度速度建模，通过获得的高精度速度对地震资料进行高精度成像，从而帮助随钻井调整轨迹方向。

地球物理反演研究的方法与技术地球物理反演是一种通过观测和分析地球物理现象来推断地下结构和性质的方法。

反演研究的目标是揭示地下地球的内部构造，了解地球的演化历史以及地质过程。

本文将介绍常见的地球物理反演方法和技术，包括重磁法、地震波形反演、物性反演和电磁法反演。

一、重磁法反演重磁法反演是利用地球重力和地磁场的测量数据来推断地下物质分布和性质。

地球重力和地磁场是地下物质分布的重要指示器。

通过收集地面上的重力和磁场测量数据，可以建立数学模型，通过反演算法推断地下物质的密度分布和磁性特征。

重磁法反演的关键是建立准确的物理模型和有效的数学算法。

建模过程中需要考虑到地球重力和地磁场的多种因素对测量数据的影响，例如地形起伏、地表岩石性质、地下岩性边界等。

反演算法的选取也是关键，常用的反演算法包括正则化方法、模型约束方法和优化算法等。

二、地震波形反演地震波形反演是利用地震波传播过程中测量到的数据来推断地下介质的性质。

地震波在地下介质中传播时会发生折射、反射和散射，通过记录地震波的到达时间、振幅和频谱等信息，可以重建地下介质的速度和密度模型。

地震波形反演的核心是通过正演模拟和反演算法来寻找最优的地下模型。

正演模拟是利用地球物理波动方程对地震波在地下介质中的传播进行模拟，通过比较模拟波形和实际观测波形的差异来获得地下介质的模型参数。

反演算法的选择取决于地下介质的复杂程度和数据的可靠性，常用的反演算法包括全波形反演、走时反演和频率反演等。

三、物性反演物性反演是指根据物理计量描述地下介质性质的参数，如电阻率、介电常数、磁化率等，通过测量数据推断地下介质的物性分布。

常见的物性反演方法包括电法、电磁法和磁法等。

在电法反演中，通过测量电场和电流数据，利用欧姆定律推断地下介质的电阻率分布。

电磁法反演是利用地球磁场和电磁感应现象推断地下介质的导电性和磁化性。

磁法反演是利用地磁场测量数据推断地下介质的磁性特征。

物性反演的关键在于建立合理的物理模型和有效的数据处理方法。

地震反演方法概述地震反演是地球物理学中一种重要的方法，它通过分析地震波的传播和干涉现象，来推断地球内部结构和性质的手段。

地震反演方法广泛应用于地球内部结构研究、油气勘探和地震监测等领域。

本文将对几种常见的地震反演方法进行概述，并介绍其原理和应用。

一、层析成像法层析成像法是一种常见且较为简单的地震反演方法。

它基于地震波在地下传播的散射和衍射现象，通过收集地震记录并运用数学模型进行重构，来获得地下结构的图像。

层析成像法通常分为正演和反演两个步骤。

在正演过程中，我们根据地下介质密度、速度等参数，通过数值模拟计算地震波的传播路径和特征。

而在反演过程中，我们则根据实际观测的地震记录，通过优化算法来调整模型参数，以使计算结果与观测结果尽可能匹配。

通过多次迭代，最终得到地下结构的层析图像。

层析成像法在地球物理勘探、地震监测和地质调查中得到了广泛的应用。

它可以提供地下埋藏物、地质构造和油气储层的信息，对于资源勘探和环境灾害预测都具有重要意义。

二、全波形反演法全波形反演法是一种较为复杂但是精确度较高的地震反演方法。

它利用地震波传播的全部信息，即全波形数据，来获取地下介质的详细结构和性质。

全波形反演法需要对地下介质的密度、速度和衰减等参数进行高精度的估计。

全波形反演法的原理是通过对比模拟的地震波与实际观测波形之间的差异，来优化反演模型参数。

反演过程中，我们需要利用正演模拟得到的地震记录与实际观测记录之间的残差进行匹配，从而获取最优的地下介质参数。

全波形反演法在油气勘探、地球内部结构研究和地震灾害监测等方面具有重要应用价值。

它对于解决复杂地下介质中的高分辨率问题以及水下地质灾害预测等领域具有重要意义。

三、统计反演法统计反演法是一种基于概率统计理论的地震反演方法。

它通过对大量地震记录的分析与统计，来获得地下介质的统计属性和模型参数。

统计反演法在解决地球内部介质的不确定性和非均匀性方面具有独特优势。

统计反演法利用统计学的方法，构建许多模型样本，通过与实际观测数据的比较，从而推断地下介质的分布和性质。

地震波动数值模拟的一种谱元模型方法
谱元法是一种数值模拟方法，它可以用来模拟地震波动。

这种方法在空间域上进行离散，建立谱元方程，然后采用逐步微分积分方法求解该方程，获得地震波动的解答。

这种方法采用高精度离散方法，使得时空维度上的精度相互匹配，从而在整体上提高了波动数值模拟的精度。

数值实验表明，此种谱元模型在整体上达到了相当高的计算精度。

并且在较大的时空网格情况下可以取得令人满意的计算结果。

此外，有学者提出了一种结合谱元模型和逐步微分积分分析的地震波动数值模拟方法。

这种方法采用了谱元法对空间域进行离散，并采用地震反应逐步微分积分方法求解该方程，获得地震波动的解答。

由于在空间域和时间域均采用了高精度离散方法，使得时空维度上的精度相互匹配，在整体上提高了波动数值模拟的精度。

以上内容仅供参考，如有需要，建议查阅地震工程与减轻地震灾害研究报告。

地震反演的类型反演的分类1）从所利用的地震资料来分可分两类：叠前反演和叠后反演2）从测井资料在其中所起作用大小可分为四类：地震直接反演，测井控制下的地震反演，测井—地震联合反演和地震控制下的测井内插外推；3）从实现方法上可分三类：直接反演、基于模型反演和地震属性反演。

4）从反演模型参数来分主要有：储层特性(如孔隙度、渗透率、饱和度等）反演、岩石物性反演、地质结构反演、各向异性参数反演、阻抗反演以及速度反演等5）从使用的数学方法可分为：最优化拟合反演、遗传算法反演、蒙特卡罗反演、Born近似反演、统计随机反演以及基于神经网络的反演等。

1．2几种主要反演方法的概述叠前反演尚处于研究试验阶段，而叠后地震反演近年来快速发展，形成了多种技术。

下面简要介绍几种主要反演方法：直接反演（递推反演和道积分反演）、基于模型反演、地震属性反演、测井约束反演和叠前A V O反演。

1．2．1直接反演两种基本做法：递推反演和道积分反演。

1）递推反演：递推反演是一种基于反射系数递推计算地层波阻抗的直接地震反演方法。

它完全依赖于地震资料本身的品质，地震资料噪音对反演结果敏感，影响大，地震带宽窄会导致分辨率相对较低，难以满足储层描述的要求。

典型的有Seislog,Glog，稀疏脉冲反演(实现方法又有MED,AR,MLD,BED方法等)等;Seislog,CLOG等使用测井信息后，只获得剖面上关键点的低频分量，整个剖面上的低频信息要靠内插来求得。

优点：计算简单，递推列累计误差小。

其结果直接反映岩层的速度变化，可以以岩层为单元进行地质解释。

缺点：由于受地震固有频率的限制，分辨率低，无法适应薄层解释的需要；其次，无法求得地层的绝对波阻抗和绝对速度，不能用于定量计算储层参数。

这种方法在处理过程中不能用地质或测井资料对其进行约束控制，因而其结果比较粗略。

2）道积分反演：是以反褶积为基础的地震直接反演法。

道积分是利用叠后地震资料计算相对波阻抗的直接反演方法，它无需测井资料控制，计算简单，其结果直接反映了岩层的速度变化，但受地震资料固有频宽的限制，分辨率低，无法适应薄层解释的需要，无法求得地层的绝对波阻抗和绝对速度，不能用于定量计算储层参数。

TTI各向异性逆时偏移技术及应用王咸彬【摘要】地下介质广泛存在各向异性,传统各向同性地震偏移成像技术往往会导致成像精度不高甚至深度偏差问题,宽方位采集技术和高精度逆时偏移(RTM)成像技术的应用更是突显了各向异性的影响.从弱各向异性弹性波波动方程出发,首先采用拟声波近似得到VTI各向异性伪声波控制方程,然后引入交叉导数项进行坐标旋转得到TTI各向异性伪声波控制方程,再由高阶有限差分方法得到TTI-RTM偏移算子,最后采用波场校正消除横波分量影响,提高各向异性偏移算子的精度.模型试算和实际资料处理结果表明,该技术在处理各向异性介质地震资料时具有更高的精度,是高精度地震成像理想的技术手段.%Anisotropy is widespread in the subsurface formation medium.The conventional isotropic seismic migration imaging technique often leads to low imaging accuracy and even depth error.The application of wide azimuth seismic acquisition technique and high precision RTM imaging technology have highlighted the influence of anisotropy.In this paper we begin with the weakly anisotropic elastic wave equation,First,the VTI anisotropic pseudo acoustic wave control equation is obtained by quasi acoustic approximation.Then,the cross derivative term is introduced to coordinate rotation to get the TTI anisotropic pseudo acoustic wave control equation.Next,the TTI-RTM migration operator is obtained by high order finite difference.Finally,the influence of the S-wave component is eliminated by wave field correction to improve the accuracy of the anisotropic migration operator.The model test and field data processing results show that,the technique is more beneficial to theanisotropic medium with higher precision and it's an ideal technique for high precision seismic imaging.【期刊名称】《石油物探》【年(卷),期】2017(056)004【总页数】9页(P534-542)【关键词】各向异性;拟声波近似;控制方程;TTI逆时偏移【作者】王咸彬【作者单位】中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院,江苏南京211103【正文语种】中文【中图分类】P631地下介质具有广泛的各向异性特性,如我国东部陆相砂泥岩薄互层具有长波长各向异性特征,西部海相岩溶—裂缝型碳酸盐岩储层具有裂隙诱导各向异性特征。