论文部分内容阅读
井间地震作为一种特殊的地震观测方式，在数据采集时可接近目的层或直接置于目的层之上，从而完全避开了地面地震因两次通过低速带造成高频成份被严重吸收的影响，同时避免了类似地表条件下的面波的干扰，因此，井间地震方法具有高分辨率和高信噪比的特点；另外，井间地震能够直接获得两井纵波速度和横波速度剖面，通过分析两种速度剖面及纵横波速度比剖面可以得到地层的流体饱和度、流体分布等信息。由于井间地震具有其它地震方法无可比拟的优势，在油气田勘探和油藏开发阶段都有非常重要的应用。在勘探阶段，通过井间地震深度偏移成像技术可以得到较高分辨率的井间地质层位反射剖面，这种精细的井间剖面为建立精细沉积模式、储层分布、研究储层横向不均匀性、小断层、尖灭、小构造等提供了有效手段；在油藏开发阶段，井间地震与地面地震以及其它方法相结合可以分析油气运移和重新聚散的情况，实现油气开发过程中的动态检测和管理，提高油田开发效益。因此，开展井间地震研究，对我国石油工业的发展具有重大的战略意义。
井间地震偏移成像一直是井间地震资料处理最为关键的一部分。目前井间地震偏移成像大多采用叠前偏移方法，这样就避免了叠后偏移由于水平叠加速度不准引起的部分误差，实现真正的共反射点叠加。在众多叠前偏移方法中波动方程偏移被认为是解决复杂地质条件下最有效的工具，而叠前逆时偏移是波动方程偏移中最精确的一种成像方法。其主要原因是逆时偏移在波场外推过程中完全遵守全波波动方程，因而没有倾角限制，能适应空间速度变化的情况。叠前逆时偏移目前主要是基于声波方程的偏移成像，关于弹性波逆时偏移成像仅做了一些初步的研究，这些研究工作都是基于弹性波动方程的波场外推，通过逆时偏移成像得到水平分量和垂直分量剖面，该方法没有充分考虑到地下结构在纵、横波速度上的差异，无法得到纵、横波独立的成像剖面。另外在逆时偏移时反射波(这里的反射波是指由波场外推过程中介质分界面处产生的，以下提到的关于压制反射波都指这种类型的波)的影响以及边界条件等都需要做进一步研究。基于以上几个方面的原因，本文通过分析逆时偏移过程中反射波对成像结果的影响，研究了标量叠前逆时偏移时采用弱反射波方程结合特征值分解的压制反射波方法；在矢量叠前逆时偏移时采用特征值分解压制反射波的方法。对于波场外推时引入了非分裂式的PML吸收边界条件；推导出了纵、横波解耦的广义一阶应力-速度无转换波动方程，实现了纵、横波独立成像的矢量叠前逆时偏移方法。
论文以声波逆时偏移为基础，通过理论模型分析了观测系统参数以及波场外推过程中反射波对逆时偏移的影响，研究出了压制反射波的有效方法，引入了非分裂式的PML吸收边界条件。在此基础之上通过标量叠前逆时偏移方法实现了纵、横波独立成像，鉴于这种成像方法是将井间多分量数据作为标量波来处理，特提出了基于纵、横波解耦的广义一阶应力-速度无转换波动方程的矢量叠前逆时偏移成像方法，该方法在保持地震数据矢量特性的情况下能完全满足纵、横波独立成像，理论模型试算及实际井间地震数据偏移成像验证了上述算法的可行性和有效性。论文的主要研究内容如下：
(1)研究逆时偏移成像过程中观测系统参数对逆时偏移的影响，主要从数据采集时
的不同观测方式、不同排列长度及不同道间距对逆向外推波场的影响展开分析；
(2)针对逆时偏移时反射波对成像剖面造成低频干扰这一问题，研究分别针对弹性波标量叠前逆时偏移和矢量叠前逆时偏移的压制反射波方法；
(3)利用声波方程实现弹性波标量叠前逆时偏移成像，对于弹性波通过将纵、横波分离后分别采用声波逆时偏移成像方法得到纵、横波独立剖面；
(4)从最基本的非均匀介质中的弹性波方程出发，推导出满足弹性波矢量偏移成像的波动方程，并利用此方程做相关的正演模拟来说明纵、横波解耦及无转换波的有效性；
(5)利用纵横波解耦的广义一阶应力-速度无转换波动方程实现弹性波矢量叠前逆时偏移成像；
(6)利用两种不同的弹性波叠前逆时偏移方法进行理论模型试算，说明两种方法对于弹性波偏移的有效性，向时将两种方法应用于实际资料处理。论文的主要工作及研究成果为：
(1)对井间地震工作原理、现状及发展过程做了简要的介绍，并对井间地震偏移成像的研究现状进行了说明；
(2)分析了逆时偏移时反射波对成像结果的影响，发现在逆时偏移时反射波对成像结果会造成低频干扰，浅部尤为严重。针对这一情况提出了适用于标量逆时偏移的弱反射方程结合特征值分解压制反射波的方法和适用于矢量逆时偏移的特征值分解压制反射波的方法；
(3)分析了波场外推过程中的不同边界条件，引入了改进的非分裂式的PML(简称NPML)边界条件，通过对几种边界条件的对比可以得出NPML边界条件不但能够很好的吸收边界反射，而且具有编程简单，存储变量小等特点；
(4)以均匀介质为基础，研究了数据采集时不同接收方向、不同排列长度及不同道间距对逆向外推波场的影响。通过正、反向波场对比分析得出：逆向外推波场之所以与正向波场不同是由于接收到的地震数据不完全所造成的，对于排列长度和道间距来说，排列长度对逆时偏移的影响远大于道间距；
(5)实现了对弹性波数据的标量叠前逆时偏移成像；
(6)推导了纵横波解耦的广义一阶应力-速度无转换波动方程，并利用交错网格高阶有限差分法进行了正演模拟；
(7)利用纵横解耦的广义一阶应力-速度无转换波动方程实现了弹性波矢量叠前逆时偏移成像，在偏移成像过程中不需要对地震数据做纵、横波及上、下行波分离，而且可以同时得到纵、横波独立的成像剖面；
(8)利用两种不同的弹性波叠前逆时偏移方法对井间实际地震数据进行了处理；
(9)编写了井间地震弹性波叠前逆时偏移成像程序模块，按照程序运行顺序可分为以下几个模块：①自动切除直达波模块；利用旅行时计算方法得到初至波到达时，然后根据其波长自动切除直达波；②道间自动插值模块；根据有限差分稳定性条件利用Sinic插值算法自动对地震数据做道间插值以满足有限差分稳定性条件；③波场外推模块；利用交错网格高阶有限差分法进行波场外推；④成像模块；根据成像条件进行成像；⑤多炮连续偏移模块；当一炮偏移完成后根据炮点位置自动判断是否进行下一炮偏移成像，直到所有炮全部完成偏移；⑥多炮叠加模块；所有数据偏移完成后进行叠加，然后做相关的叠后处理(如增益调整、多道相干、滤波等)。
论文的创新点主要有以下几个方面：
(1)提出了在波场外推过程中标量逆时偏移利用弱反射方程结合特征值分解压制反射波和矢量逆时偏移时利用特征值分解压制反射波的方法，这种方法能够将反射波能量压制达90％以上，而且对于大角度的反射波也有很好的效果。通过利用这种方法压制逆时偏移时波场外推过程中界面的反射波，使成像结果不受低频干扰，成像精度得到较大提高；
(2)推导出了纵横波解耦的广义一阶应力-速度无转换波动方程，应用这种弹性波动方程在波场外推过程中不但能够实现纵、横波的分离，而且避免了界面转换波的干扰，非常有利用弹性波逆时偏移成像。在此基础上实现了弹性波矢量叠前逆时偏移，这种方法在偏移前不需要对地震数据做纵、横波及上、下行波分离，而且可同时得到纵、横波独立的成像剖面，成像精度好、效率高；
(3)在逆时偏移中引入了改进的非分裂式PML边界条件，这种边界条件的引入不但能够解决波场外推过程中存在的边界反射问题，而且编程简单，存储变量小，非常有利于正演模拟及波动方程偏移的开展。