第七讲正演模拟技术
地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟与逆时成像
地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟与逆时成像陈可洋;陈树民;李来林;吴清岭;范兴才;刘振宽【摘要】为了进一步提高对地震波传播规律的认识,将波印廷矢量引入到二维地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟中.根据地震波波印廷矢量的波场数值特征,实现了对全地震波场中左行波、右行波、上行波和下行波波场的自动识别与分离.以均匀介质模型、倾斜界面模型以及Marmousi模型为例,开展了相应的数值模拟实验与逆时成像处理.计算结果表明,该方法准确有效,能够实现任意时刻波场快照中方向行波的波场分离,并合成分别由左行波、右行波、上行波和下行波形成的波场快照与数值模拟记录.该方法简单易行,计算量较小,对实际地震资料中方向行波波场的识别、分离、成像及验证具有一定的应用价值.【期刊名称】《岩性油气藏》【年(卷),期】2014(026)004【总页数】7页(P130-136)【关键词】地震波动方程;正演模拟;单程波;波场分离;波印廷矢量;逆时成像【作者】陈可洋;陈树民;李来林;吴清岭;范兴才;刘振宽【作者单位】中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712;中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712;中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712;中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712;中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712;中国石油大庆油田有限责任公司勘探事业部,黑龙江大庆163453【正文语种】中文【中图分类】P631.40 引言地震波正演数值模拟技术一直是国际地球物理学界的热点内容之一。
随着地震波动理论和计算机技术的不断发展，自20世纪60年代以来该项技术便得到了飞速发展，其中采用波动方程的地震波数值模拟技术能更好地保持地震波的几何学、运动学和动力学等特征，因此可达到精确模拟地震波传播规律的目的［1］。
大地电磁occam反演流程
大地电磁occam反演流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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基于测井资料的岩石物理学正反演技术
基于测井资料的岩石物理学正反演技术曹磊;杨刚【摘要】Based on integrated utilization of the logging,seismic and geological data and taking the petrophysics analysis of single or multi-wells as the starting point, in combination with seismic horizons,the authors used logging curves to establish reservoir elastic model for forward simulation, made a comprehensive analysis of the response characteristics of reservoir/oil-gas geophysics, and conducted rapid color inversion. The results obtained can not only verify the achievements of seismic interpretation but also be comparable with the inversion of impedance. This technology shows a good application effect in Sujiatun area.%综合利用测井、地震、地质资料,以多口井岩石物理分析为基础,结合地震解释层位,通过对测井曲线储层岩石参数的分析解释,建立油藏模型,进行弹性波动方程正演模拟,并综合分析储层与油气地球物理响应特征,快速进行有色反演,其结果不仅可以对地震解释成果进行验证,而且可以对基于地震的波阻抗反演结果进行比较.本方法在苏家屯地区的应用得到较好的效果.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2013(037)001【总页数】4页(P171-174)【关键词】岩石物理学;正演模拟;有色反演【作者】曹磊;杨刚【作者单位】中国石化东北油气分公司勘探开发研究院,吉林长春 130062;中国石化东北油气分公司勘探开发研究院,吉林长春 130062【正文语种】中文【中图分类】P631.4目前，统计岩石物理学已经成为量化地震储层描述的一种新方法，其目的是帮助建立流体类型与地震特征的定量联系，通过岩石速度与密度将岩石各种物理性质与反射波联系起来，是利用地震反射波研究储层性质的一种有效和可靠途径。
正、反演(文字部分)
一、地震正演模型的基本概念
正演模型 （模拟） 反演模型 （反演） 地震响应 反演计算 地质模型
输入 地质模型
处理 模型计算
输出 地震响应
正演模型基本概念：利用计算机数值模拟方法来 获得已知 地质体的地震响应特征。从而指导地 震资料的构造与岩性解释。
2、地震数学模型
按一定的假设条件设计一个地下地质体模 型（包括地质体的几何形态和物性参数）， 用计算机计算按一定的方式进行观测时由这 个地质体产生的地震相应。
主要优点：改变模型参数方便，选用计算方法
灵活，模型制作简单。 主要缺点：对实际地质体进行了简化，难以精
确地反映复杂地质体真实的情况。
3、地震数学模型的主要模拟方法
1 ri i 1i 1 ii 1 ri
反演—合成声波测井
用Gardner公式从波阻抗中分离 出速度和密度。
地震记录的形成和反演原理
地震反演的基本原理
地震正演：
s(t)=b(t)*r(t)+n(t)
其中，s(t)—地震记录
b(t)—地震子波 r(t)—反射系数， n(t)—噪声 地震反演：r(t) = s(t) * a(t)， a(t)—反子波 频率域：A(f).B(f)=1 B(f) 、 A(f) 分别为地震子波与反子波的频谱
地震正演模型分类
按对地质体变化的假设方式和观测方式分类 一维地震模型 二维地震模型
三维地震模型
• 1. 地震物理模型
•
用一定的材料，按一定的比例，制造出与 实际地质构造在形态、结构和物性等主要特征 相当的物理模型，并在实验室里对该物理模型 按一定的模拟相似比进行模拟地震记录，用以 研究地震勘探的野外采集方法技术，地震资料 处理和解释的理论与实际问题的研究。
自然电场三维有限元正演模拟
自然电场三维有限元正演模拟周竹生; 朱海伦; 谢静; 刘思琴; 杨阳【期刊名称】《《成都理工大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(046)006【总页数】8页(P754-761)【关键词】剖分技术; 自然电场; 正演模拟; 三维有限元; 复杂地形【作者】周竹生; 朱海伦; 谢静; 刘思琴; 杨阳【作者单位】中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083; 山西省煤炭地质物探测绘院山西晋中030600【正文语种】中文【中图分类】P631.321起伏地形对地表电位分布的影响较大，研究起伏地形引起的电位假异常是电法勘探理论发展的需要[1-4]。
目前直流电法二维正反演技术已相当成熟，也开展了大量的三维正反演研究工作并取得了显著成果；但复杂地形条件下的三维正反演研究仍有探索空间。
正演是反演的基础，开展快速、高精度的正演模拟工作，有助于反演技术的发展。
常规的正演模拟方法，如有限单元法、有限体积法、有限差分法等，通过简化实际地电模型实现正演模拟过程，以更好地认识地下异常体的地表异常响应。
其中有限单元方法模拟精度高、求解简易且规范、自动满足内部边界条件，适于各种复杂的物性分布情况，是一种实用高效并应用广泛的正演模拟方法 [5-9]。
单元网格剖分是正演模拟的核心工作，研究网格剖分方法对建立有限元模型至关重要。
目前常规的结构化网格剖分技术仍以六面体为基础单元。
规则六面体剖分只适用于水平地形条件下的三维正演模拟，一定程度上限制了三维有限元的发展和应用。
熊彬等首先提出先将研究区域进行一级六面体剖分，再将六面体二级剖分为6个四面体，对四面体添加地形数据，以完成三维复杂地形条件下的有限元正演模拟[10]；在此基础上，吕玉增等提出一种四面体网格交叉剖分技术，并将六面体的二级剖分减少为5个四面体[11]。
但以上两种剖分技术必须满足四面体单元交叉分布，才能保证模拟误差呈对称性分布。
强建科提出任意三棱柱单元剖分方式，该三棱柱包含地形特征，能有效贴合起伏地形，成功实现复杂地形条件下的三维有限元正演模拟[12]；但该剖分技术必须满足模型的顶底界面平行，不利于模型的建立，且对模拟精度有一定影响。
地球物理正反演理论(正演部分)
正演理论方法
正演理论方法
•地震波场正演数值计算
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
•算例演示’s Principle
Diffractions
正演理论方法
Huygen’s Principle
Diffractions
正演理论方法
•地震波与岩石物性
•岩石性质与地震波速度 •与岩石性质关系
正演理论方法
•地震波与岩石物性
•岩石性质与地震波速度 •与孔隙度关系
正演理论方法
Diffractions
正演理论方法
Huygen’s Principle
Diffractions
正演理论方法
Huygen’s Principle
Diffractions
正演理论方法
Huygen’s Principle
Diffractions
正演理论方法
Huygen’s Principle
Diffractions
•速度和密度资料的获取 •地震子波的选取
正演理论方法
正演理论方法
•一维模型计算（人工合成地震记录）
•计算合成地震记录
正演理论方法
正演理论方法
正演理论方法
•一维模型计算（人工合成地震记录）
•考虑透过系数合成地震记录（自学） •考虑多次波和透过系数合成地震记录（自学）
正演理论方法
•波动方程克希霍夫积分解
地震解释7地震属性分析技术及其应用
如：交会分析，回归分析，地质统计分析等
6
6
一.地震属性的概述 2.地震属性技术的发展历程
地震剖面的彩色显示（Balch，1971；Anstey，1972）
Balch的成果被称为一个用颜色进行地震资料分析的时代的开始。 Anstey代表了把颜色和属性引入地震世界的里程碑。 亮点技术（Anstey，1972） 包括超强振幅、平点、频率损失、反射时间下弯、时间阴影、 极性倒转、暗点、低频阴影、Q 属性，…… 复地震道分析技术（Taner，1976）
振 幅 类
瞬 时 类
频 谱 类
层 序 类
非 线 性 类
21
21
二.地震属性的分类
用于隐蔽型油气藏研究的具体属性参数表
（五大类46个属性参数）
22
22
二.地震属性的分类
振幅类属 瞬时类属 性 性
反映了岩石波 阻抗差、地层 厚度、岩石成 分、地层压力、 孔隙度及含流 体成分的变化。 基于小波变换 的实部与虚部 提取。 某一道能量在 给定时刻的稳 定性、平滑性 和极性变化的 一种度量。 给定时刻信号 的复能量密度 函数（即功率 ）的初始瞬间 中心频率（均 值）的一种度 量。
能 量
比 率
17
17
根据波运动学/动力学特征进行的地震属性分类(Quincy Chen)
振
瞬时真振幅 瞬时振幅积分 瞬时真振幅乘以瞬时相位 的余弦 反射强度 基于分贝的反射强度 反射强度的中值滤波能量 反射强度基于分贝的能量 反射强度的斜率 滤波反射强度乘以瞬时相 位的余弦
幅
波
视极性
形
频
瞬时振幅
率
①瞬时振幅对声阻抗中的变化敏感，所以对岩性、孔隙度、烃和薄层调谐也很敏感 ②瞬时相位对追踪反射层连续性很有用处，所以可以用来探测不整合、断层和地层的横向变化
煤田采区三维地震勘探技术及发展趋势
煤田采区三维地震勘探技术及发展趋势
尚晓光
河 北 煤 田地 质 局 物 测地 质 队 ， 河 北邢 台 ０ ４ ０ ５００
摘 要 介 绍 了煤 田三 维 地 震 勘探 工作 在 设 计 、 采 集 、处理 、解释技 术 所取得 的成 果及 最新研
５ 煤 田三 维地 震勘探 技术 的发 展趋 势
据 专家预 测 ，￣ ２ ２ 年 ￣ ２ ５ 年 ，我 国 ｜ ｔ００ １ ０ ０ 煤炭 占一次 性能 源 的 比重 分 别为 ６ ％￣ ５ ％ ８ Ｈ０ 左右 。 因此 ，随 着 国 民经 济 的 持 续 快 速 发 展 ，对 煤炭 的需 求量 Ｉ益 增加 ，煤炭 业将 ｑ 继续 走可持 续发 展 的道路 。 煤 田 三 维 地 震 勘 探 主 要 是 查 明 构 造 和 进行 储 层预 测 ，得 到煤 层的开 采及矿 方 的验 证 ，使我 们在地 震 资料采 集 、处理 和解 释方 面积 累丰 富的 经验 ，从而 不断 地推 动煤 田 维地 震勘 探技 术的 发展 。煤 田三维 地震 勘探 技 术的 发展趋 势有 以 下几点 。 ５ １全 波三维 地震 勘探 是发展 方 Ｉ ． 地 震 勘 探 的 方 法 从 横 波 勘 探 ，纵 波 勘 探 ，横 、纵 波联 合勘探 ，多波 多分量勘 探转 向 多分 量转 换波 勘探 ，从 单 一的 波源 到 多波 ． 及转换 波的 勘探 ，根据 地震 波的 传播 理论 和 地质规 律 ，得 出 目标地 层的赋存 情 况以及 目 标地 层附近 的构 造情 况 。 纵 波 或 横 波 地 震 勘 探 条 件 是 地 下 均 各 向同性 半无 限弹性 空 间的理论 。地下 介质 实 际上是 不均 匀的 、各性 异性 的 、不是 完全 弹性 的 。这样 所造 成的 各种 复杂 反射 、折射 和 透射现 象 ，用 一 分量 地震 勘探 很难分 析 。 所 以分 别用 横波和 纵波 的震 源激 发 ，用 三分 量 检波 器接 收 ，得 到九 个分 量的 全波地 震记 录 。 可以利 用传播 时 间比 、纵横 速度 比 、振 幅比 等来研 究岩 石孔 隙度 的变化 ，也 可以利 用横 波分 裂现象 研究 介质 的 各向异性 ，使 地 震 勘 探 有 勘 探 构造 阶段 过 渡 到 勘 探 岩 性 阶 段 ，全三 维地描 述地 球 内部 的地 层地 质 赋存 结构 及岩 性参 数 ，为矿 井高 产 、高 效提 供可 靠 的地 质保障 。 ５２ 进行 高精 度地震 解 释 ． 利 用地震 资料 处理 成果 ，结 合地 质 、钻 探 、测 井及其 他物 探资 料 ，根据 地震 波的 传 播 理论 和地 质规 律 ，进 行高 精度 地震 解释 。 随 着计 算机性 能 的提 高和可 视化 解释 软件 的 升 级 ，当今 解释 技术 的发 展趋 向是微 机群 ， 即用 于解释 的微 机群 有两 种 ：一 种是 联机 并 行 机群 ，用于 大 量 的 计 算 和 三维 町视 化 分 析 ；另一 种是分 布式 机群 ，人 手 一台 ，通过 网络 精细 地解 释研 究 。 下转 第５ 页 ５
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2．一维计算模拟的基本公式
在计算机上实现必须以离散形式进行
式中，xn =x(n△)为x(t)在t＝tn＝n△时 刻的样值，其余类推，N为子波的全部 采样个数 ，Rn=R(n△)为反射系数序 列。
正演模拟种类：物理模拟和计算模拟 物理模拟：是用一些已知参数的介质做成一 定几何形态的模型来模拟地下地质结构采用超 声波模拟地震波,专用换能器模拟震源和检波器, 将野外地震勘探过程在实验室内重现,得到理论 地震记录的方法技术。具有与实际情况更为接 近的优点。 计算模拟：是用计算计实现的正演模拟。它 包括一维和二、三维模拟。具有效率高，计算、 修改参数方较方便,使用更为广泛。
模块功能简介
射线法正演模拟模块特点
模块(1)～(4)适用于含断层、岩性尖灭的复杂介质模 型，能模拟断点、岩性尖灭点上绕射波；模块(1)～ (3)能模拟一次波和多次波的波场，模块(4)能分别模 拟介质中的纵波、转换横波、纯横波一次波的波场； 接收的记录分量有水平和垂直分量；能模拟地震波 的运动学（某个界面上的某类波的旅行时间）和地 震波的动力学（考虑波前扩散、介质吸收、透射损 失及界面曲率的影响）；能计算整个模型的波场， 也可只计算指定的任意层的任意种类的波场两分量 记录。
声测井合成地震记录
射线法模模块功拟能原简理
5.1.2 传输方程的解
零阶近似的振幅系数可以足够好地描述 体波最重要的动力学特征，其表达式为
u0u00
J0V00 JV
式中，V对应P波或S波速度，ρ是介质密度， J（τ0）和J（τ）分别为时刻τ0及τ时的雅 可比值。
地震地质模型示意图
模型构制
模型构制
3.1 界面描述及参数给定
界面由一系列界面上的离散点坐标组成， 离散点之间的深度由三次样条函数插值求 得，故模型的输入参数包括界面的离散点 坐标，该界面两侧的纵波速度值，而对应 的横波速度值及密度值可由人工给定，也 可由经验公式换算。
模型处理
模型处理是对模型构制得到的 一系列线段组成的地质分界线赋予 层位地质属性。即将线段定义为分 界面（层位及断层面），给定分界 面两侧的弹性参数，按一定原则对 层位进行自动排序。
一、基本概念
正演模拟：指用物理模型和数学模型代替地下 真实介质，用物理实验和数学计算模拟地震记 录的形成过程，以得到理论地震记录的各种方 法、技术。 在地震勘探中,正演模拟占据着重要的地位。 它不仅对于地震勘探基础理论的研究具有十分 重要的意义，而且在生产实际中也起着越来越 重要的作用。例如，前述的某些补偿处理需要 用到正演模拟，人机联作解释中很重要的一部 分也是正演模拟。
平行薄层所组成。 (2)薄层假设为等时厚，每层时间厚度均为半个
△(采样间隔)。 (3)地震波为平面波法线入射． (4)每一界面的反射子波形状都相同，仅振幅和符
号依据各界面反射系数而变。 (5)忽略透射影响和多次反射。
2．一维计算模拟的基本公式
在上述假设条件下，反射地震记录x(t)可以看 作是地震子波b(t)与反射函数R(t)(离散时为反 射系数序列)的褶积。即
层位自动编号及排序
模型处理
应遵循下列主要原则： （1） 编号从左至右，再从上至下； （2） 编号在前的某一层位的两个端点 纵坐标其中之一要小于该编号后的所有 层位的纵坐标。
(3) 水平位置不同但深度相近的层位， 交平缓的层位编号在前。
四、一维计算模拟（褶积模型） 1．一维计算模拟的基本假设
一维模拟包括如下基本假设 (通常称之为古皮特模型)： (1)地层横向均匀，纵向由一系列不同弹性性质的
3
模块功能简介
.
声
波
模拟共炮点记录（CSP）模块
方
程 有
限
元
模拟自激自收记录（CDP）模块
法
正
演 模
模拟垂直地震剖面（VSP）模块
拟
（零偏、有偏多种观测方式）
模
块
4
模块功能简介
.
弹 性
模拟共炮点记录（CSP）模块
波
方
程
有
模拟自激自收记录（CDP）模块
限
元
法 正 演
模拟垂直地震剖面（VSP）模块 （零偏、有偏多种观测方式）
模
块
有限元法正演模拟模块特点
模块功能简介
模块能适用于含断层、岩性尖灭的复杂介质 模型；能模拟介质中所有波的波场（面波、 反射波、直达波、绕射波）；接收记录的分 量有位移及位移速度的水平和垂直分量。
三、 模型构制原理及算法
模型构制是将地质模型简化为地震地 质模型的过程，简化的方式必须考虑前述 正演公式的适应条件，同时也要尽量使模 型参数数量最少。地质模型可以分解成三 部分组成：(1)速度均匀的区域；(2)弯曲或 不连续界面，它是两个不同速度变化区域 的分界面；(3)不连续点(断点和岩性尖灭点) 组成的绕射点。
它有下列几个方面的用途： 1．野外采集方面：提供野外地震勘探 野外数据采集的观测系统设计的参数 2．处理方面：为地震资料处理确定合 适的处理参数；
3．解释方面： ➢帮助地震资料的解释，判断地震剖面上 的波的类型； ➢ 验证地震资料的构造及岩性解释的正确 性，尤其验证构造高点的位置是否正确； ➢ 为地震资料反演构造提供理论走时； ➢ 为地震资料岩性解释提供合成记录。
二、 系 统 功 能 简
介
系统功能简介
地质模型的人机交互构制 渐近线法正演模拟 有限元法正演模拟 褶积模型 图形输出
1. 一维和二维地震褶积记录
模块功能简介
（1）对声波时差及密度测井资料进 行合成一维地震记录 （2）模拟给定的二维地质模型的地 震褶积记录如楔状模型、砂泥互层 的韵律层模型的褶积记录。
第七讲正演模拟技术
物探新方法技术（地震勘探）
第七讲：地震波场正演模拟技术
物探新方法技术（地震勘探）
第七讲：地震波场正演模拟技术
一、基本概念 二、地震地质模型建立方法 三、渐近射线追踪方法 四、有限差分法正演模拟 五、有限元正演模拟方法 六、物理模拟技术
【思考题】 （1） 正演模拟、计算模拟和物理模拟的概念。 （2） 计算模拟与物理模拟的优缺点。 （3） 何为古皮特模型？ (4） 射线追踪的步骤？ (5) 何为两点射线追踪、初值问题的求解？ (6) 物理模拟的两个相似性准则。