基于石油勘探中地震面波信息的近地表参数反演方法研究

Generally speaking,it is difficult to obtain accurate quality factor and velocity values of near surface media in the field of oil seismic exploration.To resolve this problem, we advocate viewing surface waves as useful signal rather than noise to inverse velocity and quality factor of near surface media.We plan to accomplish the simulation of the propagation of near-surface wave fields in anelastic media based on an improved vacuum formulation, MPML boundary conditions,linear isotropic viscoelasticity and staggered grid finite difference scheme.We also plan to deduce the dispersion equation of surface-wave in linear isotropic viscoelastic media and solve it for dispersion curves and attenuation curves.Considering the characteristics of seismic data in land oil prospecting, we research the surface-wave preprocessing techniques first,and then fulfill the construction of velocity field and quality factor field of near surface media utilizing the inversion methods from that of seismology and seismic engineering. The research achievements will provide a new way to surface parametric modeling and inversion, improve the efficiency of oil prospecting, avoid repetition of field acquisition, and decrease the cost of production. It has significant theoretic and application value.

针对石油地震勘探中近地表速度与品质因子难以准确获取的问题，提出将油气地震记录中通常被视为噪音的面波重新看作有效信号来反演近地表速度与品质因子的思想。拟采用一种改进的真空公式法处理自由表面边界条件，MPML技术处理吸收边界，基于各向同性线性粘弹性介质理论与交错网格有限差分方法实现面波在粘弹性介质中地震波场的数值模拟。根据传递矩阵理论，推导粘弹性介质中的面波频散方程，求解得到频散曲线与衰减曲线。考虑石油地震勘探资料自身的特点，研究面波数据预处理技术，借鉴天然地震与工程地震领域的面波反演方法，实现近地表三维速度场与品质因子场的反演。本研究成果，将为油气地震勘探提供一种新的近地表参数建模手段，能避免重复采集，降低生产成本，具有重要的理论意义与应用价值。

针对石油地震勘探中近地表速度与品质因子难以准确获取的问题，本项目提出将地震记录中通常被视为噪音的面波看作有效信号来反演近地表速度与品质因子。本项目按预期计划开展了全部研究内容，取得了多项成果：(1) 基于CFS-CPML边界条件构建了粘弹介质勒夫波数值模拟方法，分析了松弛机制的个数对Q值拟合的影响，验证了CFS-CPML边界条件能够吸收大角度掠射到边界的地震波。(2) 建立了完全弹性、常Q黏弹和Kelvin-Voigt黏弹层状介质中勒夫波频散特征方程的统一求解方法，总结了出现频散曲线交叉现象时，复相速度平面上勒夫波频散特征根的相对运动规律。(3) 提出一种基于频率速度域多重信号分类的面波高分辨率频散成像方法—fv-MUSIC法，具有使用方便、计算效率较高、能产生较高精度的相速度图像的优点。(4) 建立了互相关与MASW技术相结合的频散成像方法—CCPS法，明显提高了频散图像的质量，相速度聚焦性能和背景噪音压制能力有显著改善。(5) 首次将群智能优化算法—洗牌蛙跳算法引入到瑞雷波频散曲线反演，可以有效地定量解释瑞雷波频散曲线。(6) 对MUSIC方法进行了扩展，通过搜索复波数谱的局部峰值，可以同时确定面波的相速度与衰减系数。(7) 实现了基于油气勘探资料中面波衰减系数的近地表Q值反演。. 创新点主要表现在：(1) 进一步研究了适合各向同性线性粘弹性机制中面波数值模拟的CFS-CPML边界条件；(2) 实现了将互相关与常规相移法直接结合的频散成像方法，提高了常规相移法在面波频散成像方面的品质； (3) 首次将非线性全局优化算法—洗牌蛙跳算法应用到瑞雷波频散曲线反演。