地震模型正演
地震层析成像的正演与反演初步
地震层析成像的正演与反演初步摘要本文通过设立一个平行层的地球模型，初始的震源位置和发震时刻，并改变震源出射角的值，求出射线到达地面的位置，以及射线到达台站的到时，获得了正演模型得走时。
并将正演结果用于反演。
在反演中，本文采用了赵大鹏的反演程序1，2，反演速度结构并与设立的模型比较，得到较满意的结果。
1、引言最初用于医学造影的成像技术自从上个世纪七八十年代引入地学后已经发展成为一项成熟的技术，越来越多地用于地球动力学，地幔对流，板块俯冲带及其演化历史，以及消亡的板块的演化历史的研究，并为板块构造理论提供有力的证据。
由于到达台站的地震波的到时与地震波在所穿过的物质中的波速有关，因此，分析地震波的到时数据就可以得到地下波速结构。
结合其它的地学证据，层析成像揭示出地幔由集中的上升结构与下降结构组成10。
高速带通常是冷的岩石圈板块在板块的会聚边界陷入地幔的区域3，6，10，11，12；集中的低速结构通常预示着热的岩浆活动3，10，例如太平洋板块与欧亚板块碰撞形成的火山岛弧下的岩浆活动3，以及东非裂谷带下大规模的岩浆活动，导致了非洲大陆的抬升10。
在对地震波的各向异性的研究中，James Wookey等8根据澳大利亚地震台站接收到的来自Tonga-Kermadec和New Hebrides俯冲带的深源地震的s波分裂，揭示出在该地区地幔中部约660km深处可能存在中部地幔分界层，阻断上下地幔的对流。
随着成像解析度的提高，现在已经能反演出地球深部的速度结构和异常，追述消亡的板块的演化历史5，11，12。
例如Van der Voo等10在西伯利亚1500-2800km深处发现了高速异常带，揭示了大约150-200百万年前Kular-Nera洋关闭，Mongolia-North China陆块与Omolon陆块结合的演化历史。
目前层析成像技术正向着高精确性，大数据量和适用性的方向发展，正反演数值计算方法的开发，成像方法的评价，成像结果的地学解释都是目前研究的方向。
地震模型正演
地震模型正演与反演简介一、地震模型正演（seismic forward modeling）的概念如果我们已知地下的地质模型，它的地震响应如何？地震模型正演就是通过室内模拟得到地质模型对于地震波的响应。
地震模型正演包括物理模拟和数值模拟，数值模拟就是应用相应的地球物理方程和数值计算求解已知的地质模型在假定激发源的作用下的地震相应。
通常，我们针对特定的勘探区块，应用期望或实际的采集参数通过地震正演模拟野外地震采集，得到单炮记录，再通过速度分析、动校正、叠加、偏移等处理得到成像数据。
图1为Marmousi速度模型，图2为正演得到的炮集记录，图3为正演得到的叠加剖面。
图1 Marmousi模型图2正演炮集图3 正演叠加剖面二、数值模型正演方法通常，我们提到的模型正演为数值模拟的模型正演，目前常用的数值模拟地震模型正演方法包括基于射线原理的射线追踪法，以及基于波动方程的有限差分法、有限元法、积分方程法、快速傅里叶变换法和拟谱法等。
射线追踪法主要反映地震波的运动学特征，有限差分、有限元法则适合复杂地质构造的正演模拟，积分方程法涉及复杂的数学推导，快速傅里叶变换法在频率域计算得到正演数据。
三、数值模型正演的步骤数值模拟求解地震模型正演问题的步骤主要包括以下三个方面：1) 地质建模，根据研究对象和问题建立地球物理或地质模型；2) 数学建模，根据应用的物理手段和地球物理模型建立相应的数学模型；3) 模拟计算，选择正演计算方法，编写计算程序进行数值模拟计算。
四、什么是地震反演地震反演技术就是充分利用测井、钻井、地质资料提供的丰富的构造、层位、岩性等信息，从常规的地震剖面推导出地下地层的波阻抗、密度、速度、孔隙度、渗透率、沙泥岩百分比、压力等地球物理信息。
反演就是由地震数据得到地质模型，进行储层、油藏研究。
地震资料反演可分为两部分：1）通过有井(绝对)、无井（相对）波阻抗反演得到波阻抗、速度数据体。
2）利用测井、测试资料结合波阻抗、速度数据进行岩性反演，得到孔隙度、渗透率、砂泥百分比、压力等物理数据。
地震反演
第一章反演理论第一节基本概念一．反演和正演1．反演反演是一个很广的概念，根据地震波场、地球自由振荡、交变电磁场、重力场以及热学等地球物理观测数据去推测地球内部的结构形态及物质成分，来定量计算各种有关的物理参数，这些都可以归结为反演问题。
在地震勘探中，反演的一个重要应用就是由地震记录得到波阻抗。
有反演，还有正演。
要正确理解反演问题，还要知道正演的概念。
2．正演正演和反演相反，它是对一个假设的地质模型，给定某些参数（如速度、层数、厚度）用理论关系式（数学模型）推导出某种可测量的量（如地震波）。
在地震勘探中，正演的一个重要应用就是制作合成地震记录。
3．例子考虑地球内部的温度分布，假定地球内部的温度随深度线性增加，其关系式可表示成：T(z)=a+bz正演：给定a和b，求不同深度z的对应温度T(z)反演：已经在不同点z测得T(z)，求a和b。
二．反演问题描述和公式表达的几个重要问题1．应用哪种参数化方式——离散的还是连续的？2．地球物理数据的性质是什么？观测中的误差是什么？3．问题能不能作为数学问题提出，如果能够，它是不是适定的？4．对问题有无物理约束？5．能获得什么类型的解，达到什么精度？要求得到近似解、解的范围、还是精确解？6．问题是线性的还是非线性的？7．问题是欠定的、超定的、还是适定的？8．什么是问题的最好解法？9．解的置信界限是什么？能否用其它方法来评价？第二节反演的数学基础一．解超定线性反问题1．简单线性回归可利用最小平方法确定参数a 、b 使误差的平方和最小。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∑-∑∑∑-∑=-=∑∑-=22)()(x x n y x xy n b x b y n x b y a （1-2-1） 拟合公式为：bx a y+=ˆ （1-2-2） 该方法的公式原来只适用于解超定问题，但同样适用于欠定问题，当我们有多个参数时，称为多元回归，在地球物理领域广泛采用这种方法。
此过程用矩阵形式表示，则称为广义最小平方法矩阵方演。
地球物理正演与反演
正演理论方法
PY地震剖面与地质模型
速度分析
CDP叠加
PY地质模型与其地震响应
为什要进行地震反演？
• 在时间域中的褶积就 是频率域中的乘ห้องสมุดไป่ตู้.
• 从右图中可以看出,子 波的作用是将地震频 谱中高频和低频都消 除了.
• 理论上讲,反演就是试 图将这些失去的频率 区域进行恢复.
为什要进行地震反演？
低频 测井资料中所包含的频带范围 高频 地震资料中所包含的频带范围
反演理论方法
• 地震反演的目的
根据地震资料，反推出地下介质的波阻抗、 速度和密度等岩石地球物理参数的分布，估算储 层参数，并进行储层预测，以便为油气田的勘探 和开发提供可靠的基础资料。
反演理论方法
反演提供各种岩 性剖面，目的就是 将已知井点信息与 地震资料相结合， 为油田工作者提供 更多的地下地质信 息，建立储层、油 藏的概念模型、静 态模型、预测模型， 提高油田采收率。
正演理论方法
• 地震模型技术
模型技术的基本思想就是研究某一类复杂事 物时，抓住它们的某些主要方面，而摈弃、忽略 一些非本质的次要方面，概括出一个能反映这类 事物的主要特点的模型。再用数学或物理的方法 研究发生在这个模型里的物理现象的基本规律，
用以代表客观实际的复杂事物规律。
正演理论方法
• 地震模型技术
反演的理论基础：褶积模型(时间域)
《复杂介质地震波正演模拟方法及优化策略》记录
《复杂介质地震波正演模拟方法及优化策略》读书札记1. 内容概括本读书札记主要围绕《复杂介质地震波正演模拟方法及优化策略》聚焦于书中关于复杂介质地震波正演模拟方法的阐述与优化策略的探讨。
在第一部分，本书介绍了地震波正演模拟的基本概念、原理及其在地震研究中的重要性。
阐述了地震波在正演模拟过程中的基本步骤和原理，包括地震波的产生、传播、反射和折射等物理过程。
重点介绍了复杂介质对地震波的影响，包括介质的不均匀性、多相性、孔隙性和裂性等特点，以及这些特性如何影响地震波的传播和模拟结果。
书中详细阐述了复杂介质地震波正演模拟的具体方法，介绍了不同模拟方法的原理、特点和适用场景，如有限元法、有限差分法、边界元法等数值计算方法。
探讨了各种方法的优缺点以及在实际应用中的限制和挑战，在此基础上，详细描述了模型建立、参数设置、计算过程及结果分析等关键步骤。
重点讨论了地震波正演模拟的优化策略，首先分析了影响模拟效率和精度的主要因素，如计算资源、算法优化、并行计算技术等。
提出了针对性的优化策略和方法，包括改进算法、优化模型参数、提高计算效率等。
探讨了在实际应用中如何根据具体情况选择合适的优化策略，以提高模拟的效率和精度。
最后一部分为实践应用与案例分析，书中通过具体案例，展示了复杂介质地震波正演模拟方法在实际地震研究中的应用，包括地质构造分析、地震灾害评估、油气勘探等领域。
通过案例分析，使读者更好地理解和掌握复杂介质地震波正演模拟方法的应用和优化策略。
1.1 研究背景地震波在复杂介质中的传播是地球科学研究的重要基础，对于地震勘探、工程勘察和地震预警等领域具有至关重要的作用。
由于地下介质的复杂性，如非均匀性、各向异性、断裂和渗透性等，使得地震波的正演模拟成为一个极具挑战性的问题。
传统的地震波正演方法往往基于简化假设，如均匀介质、单相介质等，难以准确模拟复杂介质中的地震波传播行为。
发展新的正演模拟方法以更好地描述和预测复杂介质中的地震波传播，对于提高地震勘探和地震预警的准确性具有重要意义。
地震正演课程设计
地震正演课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生了解地震波的传播原理，掌握正演模拟的基本概念。
2. 使学生理解地震正演在地质勘探和地震预测中的应用，了解相关技术发展。
3. 帮助学生掌握地震正演模拟的基本步骤，了解影响正演结果的各种因素。
技能目标：1. 培养学生运用地震正演模拟方法分析地质结构的能力。
2. 提高学生运用地震正演软件进行数据处理和分析的技能。
3. 培养学生通过团队合作，解决实际地震正演问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对地球科学研究的兴趣，激发探索自然现象的热情。
2. 增强学生的环境保护意识，认识到地震预测和防范的重要性。
3. 培养学生尊重科学、严谨求实的态度，树立正确的价值观。
本课程针对高年级学生，结合地震学原理和实际应用，注重培养学生的理论知识和实践技能。
课程目标旨在帮助学生深入理解地震正演技术，提高解决实际问题的能力，同时培养学生的科学素养和责任感。
在教学过程中，教师需关注学生的个体差异，因材施教，确保课程目标的实现。
通过本课程的学习，学生将具备地震正演模拟的基本能力，为地质勘探和地震预测工作打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 地震波传播原理：介绍地震波的类型、传播速度、反射折射现象等基本概念，重点讲解地震波在地下介质中的传播规律。
教学内容：地震波分类、传播速度、反射折射定律、折射率、反射系数等。
2. 地震正演模拟方法：讲解正演模拟的基本原理，介绍常见的正演方法及其优缺点。
教学内容：正演模拟原理、射线理论正演、波动方程正演、有限差分法、有限元法、边界元法等。
3. 地震正演应用与案例分析：分析地震正演在地质勘探和地震预测中的应用，结合实际案例，让学生了解正演技术在解决实际问题中的具体运用。
教学内容：正演在地质勘探中的应用、正演在地震预测中的应用、国内外典型地震正演案例分析。
教学安排与进度：1. 第一周：地震波传播原理2. 第二周：地震正演模拟方法3. 第三周：地震正演应用与案例分析教材章节：《地震勘探原理》第三章 地震波传播理论，第四章 地震正演模拟，第五章 地震数据处理与应用。
地震资料综合解释资料
名词解释：1.褶积模型：地震记录的褶积模型是当今地震勘探中三大环节的主要理论基础之一，其应用十分广泛，主要表现在三大方面：正演、反演和子波处理。
层状介质的一次反射波通常用线性褶积模型表示 ,即：式中:w(t)为系统子波;r(t)为反射系数函数,符号“*”表示褶积运算。
2.分辨率：分辨能力是指区分两个靠近物体的能力。
度量分辨能力强弱的两种表示：一是距离表示，分辨的垂向距离或横向范围越小，则分辨能力越强；二是时间表示，在地震时间剖面上，相邻地层时间间隔 dt 越小，则分辨能力越强。
时间间隔 dt 的倒数为分辨率。
垂向分辨率是指沿地层垂直方向所能分辨的最薄地层厚度。
横向分辨率是指横向上所能分辨的最小地质体宽度。
3.薄层解释原理：Dt<T/4 或 Dh 在 l/8 与 l/4 之间，合成波形的振幅与 Dt 近似成正比，可用合成波形的振幅信息来估算薄层厚度，这一工作称之为薄层解释原理。
4.时间振幅解释图版：我们把层间旅行时差Δ t 与实际地层的时间厚度Δ T 的关系曲线以及薄层顶底反射的合成波形的相对振幅Δ A 与实际地层的时间厚度Δ T 的关系曲线统称为时间－振幅解释图版。
5.协调厚度：在相对振幅ΔA 与实际地层时间厚度ΔT 的关系曲线上，ΔA 最大值所对应的地层厚度称为调谐厚度。
协调脉冲。
6.波长延拓：用数学的方法把波场从一个高度换算到另一个高度，习惯上称之为波场延拓。
7.同相轴：各接收点属于同一相位振动的连线。
8.波的对比：根据反射波的一些特征来识别和追踪同一反射界面反射波的工作，方法：相位对比、波组或波系对比、沿测网的闭合圈对比、研究异常波、剖面间的对比。
9.剖面闭合：相交测线的交点处同一反射波的 t0 时间应相等，是检验波的对比追踪是否正确的重要方法。
10.广义标定：是指利用测井、钻井资料所揭示的地质含义 (岩性、层厚、含流体性质等) 和地震属性参数(如振幅、波形、频谱、速度等)之间的对比关系，判别或预测远离或缺少井控制区域内地震反射信息 (如同相轴、地震相、各种属性参数等)的地质含义。
浅谈地球物理勘探技术中的三维地震勘探技术
浅谈地球物理勘探技术中的三维地震勘探技术摘要：基于煤矿采区三维地震解释成果与实际揭露地质现象仍然存在一定差距的实际情况，通过分析煤田三维地震数据采集、资料处理及地质解释过程，提出一些实际工作中的注意事项，为煤田三维地震勘探工程中的相关技术人员提供参考资料。
关键词：地球物理；勘探技术；地震勘探；技术分析随着浅层煤炭资源的开采完成，煤矿开采深度在不断地加深，地质条件也越来越复杂。
随着煤矿安全、高效生产的需要，采区三维勘探技术成为详细查明小断层、陷落柱、采空区、煤厚变化等地质资料的有效手段。
三维地震勘探具备成本低、分辨率高等特点，能够为煤矿的安全、高效生产提供有利支持。
1三维地震勘探原理三维地震勘探是指：在三维空间中，采用炸药或震源车等方式进行激发，产生振动波（弹性波），通过研究地震波在地层中的传播规律，以查明地质构造，确定油气、矿石、水、地热资源等矿藏赋存位置的一种技术方法。
2煤田三维地震勘探技术主要步骤2.1野外地震数据采集煤田勘探工作，大部分是在野外进行，在野外进行工作时，我们通常是利用地震勘探数据采集器进行数据采集，采集的目的层一般为煤系地层。
煤田勘探过程中需确保数据采集的准确性，这样才能够保障下一步工作的顺利进行，这对于安全生产及经济收益的提高，都具有巨大的现实意义。
野外勘测地震数据采集需要工作人员采集数据的同时，对于各个钻孔位置、深度及炸药量都要进行周密计划和管理。
将炸药放在预先计划好的位置上，同时对各个位置进行记录，在炸药被引爆之后，会产生非常强大的地震波，利用地震波的反射来获取地质结构资料。
2.2数据勘探作业处理煤矿勘探原本就是一项复杂又难度较高的工作，三维地震勘探技术在煤田勘探的应用过程中，也必然会面临很多综合性问题，这就使得数据的获取及处理难度更大。
地震勘探工作具有一定的特殊性，它的每一个步骤的工作既需要具有一定独立性，又要能够与其它各个环节相互联系和配合，彼此之间是相互协作，相辅相成的关系。
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地震模型正演与反演简介
一、地震模型正演（seismic forward modeling）的概念
如果我们已知地下的地质模型，它的地震响应如何？地震模型正演就是通过室内模拟得到地质模型对于地震波的响应。
地震模型正演包括物理模拟和数值模拟，数值模拟就是应用相应的地球物理方程和数值计算求解已知的地质模型在假定激发源的作用下的地震相应。
通常，我们针对特定的勘探区块，应用期望或实际的采集参数通过地震正演模拟野外地震采集，得到单炮记录，再通过速度分析、动校正、叠加、偏移等处理得到成像数据。
图1为Marmousi速度模型，图2为正演得到的炮集记录，图3为正演得到的叠加剖面。
图1 Marmousi模型
图2正演炮集
图3 正演叠加剖面
二、数值模型正演方法
通常，我们提到的模型正演为数值模拟的模型正演，目前常用的数值模拟地震模型正演方法包括基于射线原理的射线追踪法，以及基于波动方程的有限差分法、有限元法、积分方程法、快速傅里叶变换法和拟谱法等。
射线追踪法主要反映地震波的运动学特征，有限差分、有限元法则适合复杂地质构造的正演模拟，积分方程法涉及复杂的数学推导，快速傅里叶变换法在频率域计算得到正演数据。
三、数值模型正演的步骤
数值模拟求解地震模型正演问题的步骤主要包括以下三个方面：
1) 地质建模，根据研究对象和问题建立地球物理或地质模型；
2) 数学建模，根据应用的物理手段和地球物理模型建立相应的数学
模型；
3) 模拟计算，选择正演计算方法，编写计算程序进行数值模拟计算。
四、什么是地震反演
地震反演技术就是充分利用测井、钻井、地质资料提供的丰富的构造、层位、岩性等信息，从常规的地震剖面推导出地下地层的波阻抗、密度、速度、孔隙度、渗透率、沙泥岩百分比、压力等地球物理信息。
反演就是由地震数据得到地质模型，进行储层、油藏研究。
地震资料反演可分为两部分：
1）通过有井(绝对)、无井（相对）波阻抗反演得到波阻抗、速度数据体。
2）利用测井、测试资料结合波阻抗、速度数据进行岩性反演，得到孔隙度、渗透率、砂泥百分比、压力等物理数据。
图4为包括火山锥、火山溢流相的特殊岩性体偏移地震剖面，从常规剖面上地质工作者很难进行岩性体的解释和追踪。
图5为对应的反演剖面，显然，反演剖面更有利于地质体的解释、识别、和横向追踪。
图4偏移地震剖面
图5地震反演剖面
五、常用地震反演方法
当今的地震反演方法，一是建立在波动理论基础之上的。
由其固有的不适定性，反演的效果尚不如以褶积模型为基础的方法，加之这种方法尚不够完善而未能得到普遍推广。
二是建立在褶积模型基础上的，即叠后资料反演。
叠后地震资料反演可分为三种基本的类型（Brain.h.Russell）：带限反演，或称常规递推法、稀疏脉冲法以及以模型为基础的反演方法。
如地震岩性模拟、广义线性反演、宽带约束反演等。
稀疏脉冲法包括最大似然反褶积、L1范数反褶积、最小熵反褶积、最大熵反褶积、同态反褶积等，稀疏脉冲反演是基于脉冲反褶积基础上的递推反演方法,其基本假设是地层的强反射系数是稀疏分布的。
从地震道中根据稀疏的原则提取反射系数,与子波褶积后生成合成地震记录;利用合成地震记录与原始地震道残差的大小修改参与褶积的反射系数个数,再作合成地震记录;如此迭代,最终得到一个能最佳逼近原始地震道的反射系数序列。
该方法适用于井数较少的地区,其主要优点是能够获得宽频带的反射系数,较好地解决地震反演的多解性问题,从而使反演结果更趋于真实。
常规递推法与稀疏脉冲反演法主要是利用反褶积方法来恢复反射系数序列，由经过标定的反射系数序列递推出相对波阻抗，然后加上从声波测井和地质模型中得到的低频分量，最终得到反演波阻抗。
这两类方法的主要缺陷是选择可靠低频信息较为困难，由反射系数递推波阻抗过程中误差积累快，当反射系数存在较大误差时，递推出来的波阻抗剖面会面貌全非。
此外，经过反褶积处理的结果，并不代表真正的反射系数序列，稀疏脉冲法在地质结构复杂的条件下使用效果很差。
其精度也难以满足储层预测、油藏描述的需要。
以模型为基础的反演方法以测井资料为约束条件,采用正、反演结合进行迭代，求取地下波阻抗将反演方法推向非线性问题。
这种新方法利用了测井资料的高频和低频信息，大幅度拓宽了地震信号的频带，可以更好地获得薄层、薄互层的波阻抗信息。
因而表现出强劲的发展势头，是目前国内外各软件公司重点发展的技术，也是油田开发阶段进行储层预测、油藏描述的主要应用技术。
叠前反演主要指AVO(AVA,振幅随炮检距或入射角变化)反演，是继亮点技术后出现的又一种油气直接识别技术，Zoeppritz方程描述了振幅与入射角的关系。
精确的Zoeppritz方程是AVO烃类检测技术的基础。
随着地球物理技术的飞速发展及利用地震信息进行岩性勘探与含油气储层的研究，
直接利用地震信息找油找气成为人们普遍关注的热点，亮点技术的出现，为直接找油、找气揭示了广阔的前景；同时真假亮点想象使人们陷入勘探的误区，如何识别真假亮点，即如何从亮点的振幅异常中识别出只与含气有关的亮点，多年来人们渴望找到一种方法来解决这一问题，八十年代AVO 技术的出现，对解决这一问题有了可能，近年来AVO技术日趋成熟，在国外AVO烃类检测技术的广泛应用，为油气田的开发带来了巨大的经济效益。
地震反射信号的振幅随炮检距的变化而变化。
反射系数对反射角度的依赖关系反映了这种变化，在某些沉积环境中，这种振幅变化可能提供了烃类存在的重要信息，如当碎屑岩空隙中含气时，纵波速度降低，而横波速度不变，这造成地震反射波振幅与炮检距（或地震波入射角）之间的关系发生变化产生振幅异常。
通常共中心点叠加压制了振幅随入射角变化的信息，因为叠加中每个同相轴的振幅表示所有不同炮检距上地震反射波的平均振幅。
AVO分析处理技术试图研究振幅随入射角的变化关系，研究这种关系的变化，对储层的含油气性进行预测，特别适合于预测含气储层。
求得的AVO属性以适当的方式显示，并对其进行解释、研究，找出区域上油气的分布规律。