应用遗传算法估计非稳态地震数据的混合相位子波及Q值

1

作者 朱耀旭 包乾宗 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期763-770,共8页

地震高分辨率处理或反演的目的是获得精确的反射系数或弹性参数模型。然而地层滤波效应模糊了地震记录中的地层反射信息,因此有必要消除这种滤波效应。现有的大部分提高分辨率方法并不能完全摒弃关于地震子波和Q模型的一些假设。为了获... 地震高分辨率处理或反演的目的是获得精确的反射系数或弹性参数模型。然而地层滤波效应模糊了地震记录中的地层反射信息,因此有必要消除这种滤波效应。现有的大部分提高分辨率方法并不能完全摒弃关于地震子波和Q模型的一些假设。为了获得更为切合实际的地震子波,同时自适应获取Q模型,文中将地震子波相位估计与Q模型估计相结合,提出了基于遗传算法的非稳态地震数据混合相位子波及Q值估计方法。首先通过井旁道记录拟合得到初始地震子波的振幅信息,然后依据子波Z变换的根关于单位圆移动与否构建用于遗传算法的编码链条。另一方面,十进制Q模型对应的二进制表示形式同样能够利用编码链条表征,因此利用全局优化算法能够同时估计地震混合相位子波以及Q模型。结合根变换和遗传算法不断改变子波相位的同时自适应生成Q模型,利用子波和Q模型构造的时变子波矩阵与测井反射系数得到合成地震记录,并与井旁道记录进行匹配,最终得到合理的混合相位子波和地层Q模型,进而构造时变子波矩阵进行时变反褶积。通过井旁道记录与测井数据拟合得到的混合相位子波,与实际地震子波相位更为接近,理论数据和实际数据处理结果证实了该方法的有效性。 展开更多

关键词 高分辨率处理 品质因子 非稳态地震数据 混合相位子波 遗传算法

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矩形/长方体网格单元时间高阶有限差分波场数值模拟

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作者 徐世刚 黄兴国 +2 位作者 韩丽 包乾宗 任志明 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期976-988,共13页

有限差分法在求解不同类型地震波动方程中广泛应用,提高有限差分在时间域和空间域的地震波场数值模拟精度十分重要。为了提高现有时间—空间域高阶差分方法的精度和灵活性,提出了基于矩形/长方体网格单元的改进时间—空间高阶有限差分方... 有限差分法在求解不同类型地震波动方程中广泛应用,提高有限差分在时间域和空间域的地震波场数值模拟精度十分重要。为了提高现有时间—空间域高阶差分方法的精度和灵活性,提出了基于矩形/长方体网格单元的改进时间—空间高阶有限差分方案,分别求解二维和三维声波方程。改进差分法主要通过联合旁轴网格节点和传统轴向节点来共同完成偏导数近似,进一步结合平面波理论和泰勒级数展开求取改进模板中的高阶差分系数。数值精度分析表明,改进差分方案相较于传统方法具有更高的数值精度和稳定性。多个模型算例表明,在相同参数条件下,改进差分方法在兼顾空间模拟精度的前提下能够提高时间模拟精度。此外,改进模板沿不同空间方向可以选用不同的网格步长,有效增加了波场模拟的灵活性,能够为后续的地震成像和反演提供有效波场延拓工具。 展开更多

关键词 地震波动方程 正演模拟 高阶有限差分 矩形/长方体网格 差分系数

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基于改进交错网格差分结构的地震波场正演模拟

3

作者 徐世刚 包乾宗 任志明 《桂林理工大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期225-231,共7页

有限差分离散在地震波场数值模拟中广泛使用,相比于传统时间二阶差分,时间高阶差分具有更高的精度和稳定性,隐式差分比显式差分具有更高的精度。本文结合时间高阶方法和隐式差分的优势,提出了一种改进的交错网格差分结构求解三维一阶声... 有限差分离散在地震波场数值模拟中广泛使用,相比于传统时间二阶差分,时间高阶差分具有更高的精度和稳定性,隐式差分比显式差分具有更高的精度。本文结合时间高阶方法和隐式差分的优势,提出了一种改进的交错网格差分结构求解三维一阶声波方程。在该方案中,时间高阶离散被用于补偿传统时间二阶差分的近似精度,同时采用隐式交错网格差分求解空间导数;给出了关于时间离散格式的泰勒展开差分系数,求取了空间隐式离散格式中的泰勒展开和最小二乘两种差分系数。与现有的几种交错网格差分方案相比,改进方案能够在空间不同方向上采用不同的网格间距和差分算子长度,因此在保证模拟精度的前提下灵活性更高。数值分析和模型算例表明,改进方案能够采用较短的算子长度获得高精度模拟结果。 展开更多

关键词 数值模拟 波动方程 有限差分 矩形交错网格

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一般TI介质中多震相旅行时层析成像——以井间成像为例 被引量：9

4

作者 黄国娇 白超英 钱卫 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期115-126,21,共12页

传统的各向异性介质中的正、反演研究大多基于弱各向异性假设下的VTI介质,且主要是有关初至波的射线追踪和相应的旅行时反演。然而,随着勘探精度要求的不断提高,一般普适的(含强)TI介质中的多震相射线正、反演方法,则成为急需解决的问... 传统的各向异性介质中的正、反演研究大多基于弱各向异性假设下的VTI介质,且主要是有关初至波的射线追踪和相应的旅行时反演。然而,随着勘探精度要求的不断提高,一般普适的(含强)TI介质中的多震相射线正、反演方法,则成为急需解决的问题。鉴于此,本文将基于各向同性介质多震相分区多步最短路径射线追踪算法推广到一般各向异性TI介质,结合相、群速度导数的一阶旅行时扰动方程,采用共轭梯度求解带约束的阻尼最小二乘问题,进而提出了一种利用多震相旅行时进行一般TI介质弹性参数反演的方法。井间地震数值实验结果表明,多震相旅行时联合反演可有效提高成像分辨率,验证了方法的有效性和正确性。 展开更多

关键词 各向异性TI介质 多震相射线追踪 弹性参数反演 井间旅行时层析

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起伏层状TI介质中多次波射线追踪 被引量：12

5

作者 李晓玲 白超英 胡光义 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期924-931,1016+850,共8页

现有的TI介质中的射线追踪算法很少涉及多次波的追踪计算,加之大多数算法又是建立在规则网格(或单元)模型划分的基础上,不利于追踪不规则界面下的多次波射线路径和相应走时。本文在模型参数化时引入不规则网格(或单元)划分,在主节点上... 现有的TI介质中的射线追踪算法很少涉及多次波的追踪计算,加之大多数算法又是建立在规则网格(或单元)模型划分的基础上,不利于追踪不规则界面下的多次波射线路径和相应走时。本文在模型参数化时引入不规则网格(或单元)划分,在主节点上对TI介质的6个参数(五个弹性参数,外加介质对称轴倾角)进行采样,计算得到三种类型(qP,qSV,qSH)波的群速度,通过单元主节点的群速度值线性插值得到次级节点上的群速度值。然后采用网格(或单元)波前扩展的方法进行分区波前扫描(射线追踪),实现了起伏层状TI介质中多次(透射、反射、及转换)波的追踪计算。均匀各向异性介质中的计算结果表明,数值解与解析解吻合,验证了算法的有效性;模型数值模拟结果表明,该算法可以有效地模拟起伏地表和速度间断面,具有较高的计算精度和较快的CPU运行时间,能够适用于任意倾角的TI介质中的多次波射线追踪。 展开更多

关键词 TI介质 最短路径算法 多次波射线追踪 不规则网格 分区多步计算技术

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四面体单元剖分下三维各向异性TI介质中多次波射线追踪 被引量：5

6

作者 李兴旺 白超英 李晓玲 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期48-55,共8页

采用不规则四面体单元做模型剖分,实现了三维复杂层状各向异性TI介质中多次(透射、反射及转换)波的追踪计算,弥补了现行算法主要采用规则网格计算多次波的不足。根据介质的5个弹性参数及其对称轴倾角和走向,计算主节点上qP、qSV和qSH波... 采用不规则四面体单元做模型剖分,实现了三维复杂层状各向异性TI介质中多次(透射、反射及转换)波的追踪计算,弥补了现行算法主要采用规则网格计算多次波的不足。根据介质的5个弹性参数及其对称轴倾角和走向,计算主节点上qP、qSV和qSH波群速度,由此线性插值得到次级节点的群速度值;然后采用不规则最短路径算法,并结合分区多步计算技术实现多次波追踪计算。均匀各向异性介质中计算出的数值解与解析解吻合,验证了算法的有效性。复杂层状模型数值模拟结果表明:采用不规则四面体单元可有效拟合起伏地表及地下不规则速度间断面,同时该算法适用于任意倾角的TI介质,且不受各向异性强度限制。 展开更多

关键词 三维各向异性TI介质 改进型最短路径算法 多次波射线追踪 四面体单元 分区多步计算技术

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一种基于新差分模板和无穷范数的震源波场重建方法 被引量：2

7

作者 包乾宗 戴雪 梁雪 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期1384-1394,I0005,共12页

伴随状态法广泛应用于偏移成像和全波形反演中。模型的像或梯度可通过震源波场和伴随波场之间的相互运算得到。但两种波场分别沿时间正向和反向传播,无法同时访问。为避免对震源波场进行存储,可采用边界波场逆向重建震源波场。但现有的... 伴随状态法广泛应用于偏移成像和全波形反演中。模型的像或梯度可通过震源波场和伴随波场之间的相互运算得到。但两种波场分别沿时间正向和反向传播,无法同时访问。为避免对震源波场进行存储,可采用边界波场逆向重建震源波场。但现有的重建方法仍无法平衡精度和存储需求。为此,发展了一种新的交错网格有限差分震源波场重建方法。新方法通过存储边界区域的N层波场和M-N层波场的线性组合来重建内部区域的震源波场(M为差分算子长度参数,0≤N≤M)。推导了基于新差分模板的频散关系,构建了无穷范数型目标函数,采用Remez交换算法优化了重建系数。详细分析了所提方法的精度和稳定性,并将其应用于声波逆时偏移和弹性波全波形反演。数值结果表明:新方法可以获得足够精确的重建波场、偏移剖面和反演结果;其内存需求仅为传统方法的(N+1)/M。 展开更多

关键词 震源波场重建 有限差分 交错网格 逆时偏移 全波形反演

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倾斜正交各向异性介质中多次反射qP波射线追踪 被引量：3

8

作者 王迪 吴翔 +1 位作者 白超英 李兴旺 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期632-640,共9页

实际地层中常发育裂隙,表现出正交各向异性介质特征。为研究此类复杂介质中qP波的传播规律以及计算旅行时和射线路径,首先从Christoffel方程出发讨论了正交各向异性介质中qP波相速度和群速度的计算方法,并利用旋转矩阵求得倾斜正交各向... 实际地层中常发育裂隙,表现出正交各向异性介质特征。为研究此类复杂介质中qP波的传播规律以及计算旅行时和射线路径,首先从Christoffel方程出发讨论了正交各向异性介质中qP波相速度和群速度的计算方法,并利用旋转矩阵求得倾斜正交各向异性介质的群速度分布,然后结合分区多步改进型最短路径算法,实现了在倾斜正交各向异性介质中追踪直达、反射和多次反射qP波。求取群速度分布时,引入了球面三角剖分算法确定近似均匀分布的相速度方向采样点,能够节省约一半的计算量;此外采用GPU并行计算技术可进一步提高计算效率。数值模拟结果表明,该算法旅行时计算相对误差不超过0.35%,具有较高的稳定性和计算精度,可应用于追踪复杂的多次波;效率分析结果显示,求取群速度分布是较为耗时的过程,串行程序中该过程约占总耗时的61%,采用GPU并行计算后,计算效率提高了近30倍。 展开更多

关键词 倾斜正交各向异性 分区多步 改进型最短路径算法 地震射线追踪

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结合泊松算法和波场分解成像条件的各向异性优化纯声波方程逆时偏移 被引量：5

9

作者 徐世刚 包乾宗 +1 位作者 任志明 刘洋 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期613-623,I0005,共12页

常规各向异性逆时偏移主要采用伪声波方程,该类方程容易引起成像剖面上的伪横波干扰及数值不稳定,发展各向异性纯声波方程能够较好地解决上述问题。为此,首先回顾了TTI介质中两种常用的伪声波方程;再采用最小二乘方法获得了优化的纯声... 常规各向异性逆时偏移主要采用伪声波方程,该类方程容易引起成像剖面上的伪横波干扰及数值不稳定,发展各向异性纯声波方程能够较好地解决上述问题。为此,首先回顾了TTI介质中两种常用的伪声波方程;再采用最小二乘方法获得了优化的纯声波频散关系;在此基础上,结合泊松算法和有限差分求解高精度纯声波方程。在传统互相关成像条件中,全波场信息均参与其中,容易引起较强的低频噪声干扰。鉴于此,将基于Hilbert变换的复数波场分解成像条件推广至各向异性介质,对获得的TTI纯声波沿不同方向分解,选取传播方向相反的波场分量参与最终成像。理论和模型算例表明,将优化纯声波和波场分解成像条件结合能够有效压制各向异性逆时偏移中的伪横波干扰及低频噪声,获得高质量的成像剖面。 展开更多

关键词 各向异性 波动方程 纯声波 逆时偏移 波场分解

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相空间波前构造法地震多值射线追踪的改进 被引量：3

10

作者 王庆林 白超英 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2013年第1期15-21,4-5,共7页

当存在低速异常体或弯曲界面时,地震波前出现的自相缠绕(或地震多值)现象是地震波在介质中传播的自然现象,但在以往的研究中时常被忽略。而这些后续波有可能携带低速区或不规则反射界面的有用信息,可以弥补射线覆盖不足等问题。本文在... 当存在低速异常体或弯曲界面时,地震波前出现的自相缠绕(或地震多值)现象是地震波在介质中传播的自然现象,但在以往的研究中时常被忽略。而这些后续波有可能携带低速区或不规则反射界面的有用信息,可以弥补射线覆盖不足等问题。本文在相空间方法的基础上,对波前构造法进行了改进,其中包括反射界面处理过程中采用连续波前映射法和射线追踪过程中采用检波器精确定位算法等。几种简单模型的数值模拟结果表明,改进后的波前构造法是一种计算地震多值射线路径行之有效的算法。 展开更多

关键词 波前构造法 射线追踪 波前追踪 多值波前 多值射线 相空间

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简化的三维TTI介质黏滞纯声波方程及其数值模拟 被引量：8

11

作者 徐世刚 包乾宗 任志明 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期331-341,I0004,共12页

地球介质普遍具有非弹性和各向异性特征,因此在研究地震波在地下空间传播时应该同时考虑各向异性和黏滞性。在各向异性介质波场模拟、偏移成像和波形反演中,目前主要采用的是伪声波方程,该类方程是在直接将横波速度设置为0的基础上发展... 地球介质普遍具有非弹性和各向异性特征,因此在研究地震波在地下空间传播时应该同时考虑各向异性和黏滞性。在各向异性介质波场模拟、偏移成像和波形反演中,目前主要采用的是伪声波方程,该类方程是在直接将横波速度设置为0的基础上发展的,当介质参数不满足假设条件时容易产生伪横波数值干扰及模拟不稳定。考虑到伪声波方程存在的问题,文中应用泊松算子和有限差分相结合的策略求解高精度的三维TTI介质纯声波方程。同时,考虑到衰减介质对地震波振幅和相位的影响,在各向同性黏滞声波方程的基础上,推导了一种简化的三维TTI介质黏滞纯声波方程,该方程能够模拟纯声波的相位畸变和振幅衰减。应用三维层状模型、TTI楔状体模型和改进的Marmousi模型验证了方法的有效性和适用性。 展开更多

关键词 各向异性 衰减介质 波动方程 纯声波 数值模拟

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三维TI介质中多波走时层析成像 被引量：7

12

作者 黄国娇 孙江兵 +1 位作者 白超英 钱卫 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期63-72,共10页

传统的各向异性层析成像是在弱各向异性假设下,主要利用走时信息进行线性反演,忽略了介质横向变化,反演结果可信度不高。为此,研究了三维TI介质中多波走时层析成像技术。将各向同性介质中的分区多步不规则最短路径算法推广至三维TI介质... 传统的各向异性层析成像是在弱各向异性假设下,主要利用走时信息进行线性反演,忽略了介质横向变化,反演结果可信度不高。为此,研究了三维TI介质中多波走时层析成像技术。将各向同性介质中的分区多步不规则最短路径算法推广至三维TI介质中,实现多次透射、反射以及转换波的追踪计算,采用各向同性地震多震相走时层析成像技术,结合有关群速度、相速度偏导数计算,通过联合多波走时同时反演5个各向异性弹性参数。无论是射线路径和走时的追踪计算,还是反演方程的建立,或是雅克比矩阵的计算,该方法都未假设介质为弱各向异性,并且每次迭代都重新追踪射线路径和走时,并计算雅克比矩阵元素。因此,适用于TI介质多波走时层析成像。数值模拟结果表明,多波走时资料的联合反演可有效提高成像的空间分辨率。 展开更多

关键词 TI介质 多波走时 弹性参数反演 走时层析成像

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时间域广义2.5D一阶波动方程曲网格有限差分法数值模拟 被引量：4

13

作者 杨尚倍 白超英 ZHOU Bing 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期1262-1278,I0003,共18页

2.5D地震波场数值模拟通过在2D地质模型中施加点源从而计算得到3D地震波场。首先通过傅里叶变换得到了一种适用于混合(声波、弹性各向同性、弹性各向异性)介质和各种边界条件(声波自由地表、固体自由地表和固—液边界)的2.5D时域广义一... 2.5D地震波场数值模拟通过在2D地质模型中施加点源从而计算得到3D地震波场。首先通过傅里叶变换得到了一种适用于混合(声波、弹性各向同性、弹性各向异性)介质和各种边界条件(声波自由地表、固体自由地表和固—液边界)的2.5D时域广义一阶波动方程,并采用曲线网格有限差分法求解该波动方程。在各种均匀介质模型(声波、弹性各向同性和弹性各向异性)中,通过对比2.5D数值解与3D解析解和3D数值解,不仅验证了推导的方程和数值求解方法的正确性,而且验证了2.5D数值方法相比3D数值方法在计算效率和内存占用方面有很大的优势。2D数值方法由于线源假设,其解与2.5D数值解相比存在较大的振幅误差和相移,难以直接应用。数值实验结果表明,该2.5D数值模拟方法适用于含各种边界(声波自由地表、固体自由地表和固—液边界)的地质模型。不同于2D波场数值模拟方法,2.5D波场数值模拟方法可直接应用于实际的点源观测数据处理,如2.5D逆时偏移成像。 展开更多

关键词 波场模拟 广义一阶波动方程 2.5D 有限差分法 曲线网格

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2D/3D起伏地表多震相地震波走时的因式分解程函方程算法 被引量：1

14

作者 张云 李夕海 +3 位作者 白超英 牛超 王艺婷 曾小牛 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期857-871,共15页

起伏地表条件的地震波走时计算方法是研究该类地表区地下结构的基础工具。快速行进法和快速扫描法均是基于有限差分求解程函方程而发展起来的地震波走时计算方法,由于震源附近波前曲率较大,这两种算法均存在震源奇异性问题。研究成果表... 起伏地表条件的地震波走时计算方法是研究该类地表区地下结构的基础工具。快速行进法和快速扫描法均是基于有限差分求解程函方程而发展起来的地震波走时计算方法,由于震源附近波前曲率较大,这两种算法均存在震源奇异性问题。研究成果表明,对于复杂模型快速行进法的计算效率高于快速扫描法。为此,借鉴快速扫描法解决震源奇异性的思路,采用快速行进法求解因式分解程函方程,从而规避了震源奇异性问题。具体而言,将地震波走时分解为一个距离函数T0与一个走时扰动值T1乘积的形式,通过快速行进法求解T1,并与T0相乘,得到地震波走时;同时,为弥补规则网格迎风差分格式不适用于地表/界面起伏的缺陷,构建了适用于不规则网格的不等距迎风差分格式,进而结合分区多步技术形成了全局多震相地震波走时计算方法。2D和3D数值模拟实例表明,所提算法从根本上解决了快速行进法的震源奇异性问题,显著提高了原算法的计算精度与效率,可精确计算多震相地震波走时。 展开更多

关键词 因式分解程函方程 走时扰动因子 不等距迎风差分格式 多震相地震波走时计算

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四面体网格剖分下速度与反射界面的同时反演

15

作者 何雷宇 严星 白超英 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期921-931,共11页

针对含起伏地表、不规则反射界面及速度异常体的复杂模型的走时正、反演问题,本文采用四面体单元进行模型参数化,实现多震相地震射线的追踪计算,且推导了四面体单元下走时关于速度、走时关于反射点深度的偏导数计算公式;结合共轭梯度法... 针对含起伏地表、不规则反射界面及速度异常体的复杂模型的走时正、反演问题,本文采用四面体单元进行模型参数化,实现多震相地震射线的追踪计算,且推导了四面体单元下走时关于速度、走时关于反射点深度的偏导数计算公式;结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘反演问题,实现了多震相走时联合及同时反演成像;通过在同时反演中对不同种类Jacobi偏导元素做归一化处理,有效解决了不规则界面存在散射而导致的散射点所在区域射线过密、速度和界面过度更新问题。数值模拟结果表明:采用四面体单元进行模型参数化,复杂模型正演计算结果具有较高精度;同时反演可准确刻画不规则反射界面和速度异常体。因此,本文提出的走时成像方法具有有效性和实用性。 展开更多

关键词 四面体单元 多震相射线追踪 多波联合反演 同时反演 走时层析成像

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