【摘要】：在陸地與淺海石油和天然氣地震勘探中,長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正對(duì)于獲得高質(zhì)量的疊加和偏移剖面起著至關(guān)重要的作用,并影響到后續(xù)的地質(zhì)解釋、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及描述。獲取準(zhǔn)確的近地表長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正需要高精度近地表速度模型。初至波走時(shí)層析成像廣泛應(yīng)用于近地表速度反演。然而,走時(shí)層析成像是病態(tài)反演問(wèn)題,存在解的非唯一性問(wèn)題。為了使反演過(guò)程穩(wěn)定,目前最常用方法是利用吉洪諾夫正則化約束走時(shí)反演。但是當(dāng)?shù)叵聨r石交界區(qū)域存在尖銳邊界時(shí),吉洪諾夫正則化方法會(huì)產(chǎn)生平滑的反演模型,模糊尖銳的界面特征�？傋兎终齽t化方法通過(guò)對(duì)模型參數(shù)的梯度施加稀疏約束來(lái)產(chǎn)生具有尖銳界面的塊狀模型,保留反演結(jié)果中的邊界信息。然而,總變分正則化方法存在數(shù)值求解不穩(wěn)定,反演收斂性嚴(yán)重依賴于參數(shù)的選取,反演模型中易產(chǎn)生階梯狀人造假象等問(wèn)題。本論文將一種改進(jìn)的總變分正則化方法應(yīng)用于走時(shí)反演,以保留模型中的尖銳邊界并提高速度反演的準(zhǔn)確性。理論模型測(cè)試表明,與使用傳統(tǒng)的吉洪諾夫正則化的走時(shí)反演相比,改進(jìn)的總變分正則化走時(shí)反演方法得到了具有更高分辨率的模型,并且比總變分正則化方法產(chǎn)生更少的人造假象。在實(shí)際地震資料應(yīng)用中,新方法得到的近地表速度模型提供了更準(zhǔn)確的長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正值,并使得疊前時(shí)間偏移剖面的反射層能量更加集中。本論文進(jìn)一步將該方法拓展到三維走時(shí)反演,并應(yīng)用于實(shí)際數(shù)據(jù)。共中心點(diǎn)疊加剖面表明新方法提高了長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正的精確性。初至波走時(shí)層析成像具有非線性程度弱、對(duì)初始模型依賴程度低、計(jì)算效率高等優(yōu)點(diǎn),可以很好地約束淺層速度結(jié)構(gòu)。但是當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)中存在隱藏低速層或者小散射體時(shí),走時(shí)反演無(wú)法刻畫(huà)復(fù)雜近地表的精細(xì)結(jié)構(gòu)。初至波波形反演基于波動(dòng)方程理論,考慮了地震波在非均勻介質(zhì)中遇到速度異常時(shí)的散射現(xiàn)象和波前復(fù)原效應(yīng),大大提高了對(duì)速度異常體的分辨能力。利用地震初至波波形信息,可以恢復(fù)近地表結(jié)構(gòu)的中、高波數(shù)特征,但是它需要準(zhǔn)確的初始模型以避免預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的周期跳躍。地震走時(shí)和波形聯(lián)合反演方法具有保留走時(shí)反演和波形反演的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)克服它們各自的缺點(diǎn)的潛力。在聯(lián)合反演中,將地震初至波走時(shí)和波形數(shù)據(jù)放在同一方程組中同時(shí)反演,利用共軛梯度法迭代求解非線性反演問(wèn)題。本論文將走時(shí)與波形聯(lián)合反演方法應(yīng)用于地下淺層隧道和空洞探測(cè),對(duì)隧道進(jìn)行速度反演。聯(lián)合反演將隧道頂部的混凝土墻成像為高速異常,并將內(nèi)部空氣填充的空洞解釋為低速異常。作為對(duì)比,傳統(tǒng)的全波形反演也應(yīng)用于該數(shù)據(jù)。聯(lián)合反演方法預(yù)測(cè)的速度異常的位置與隧道的先驗(yàn)埋深信息一致。理論模型測(cè)試和實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)用表明,聯(lián)合反演更好地恢高速混凝土異常體頂部的速度值以及空間位置。聯(lián)合反演方法另一個(gè)應(yīng)用是玉門(mén)油田近地表復(fù)雜區(qū)域成像。該區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,地形起伏急劇變化,單獨(dú)的走時(shí)反演和波形反演都很難得到精確的反演結(jié)果。實(shí)際地震數(shù)據(jù)反演結(jié)果表明,走時(shí)與波形聯(lián)合反演同時(shí)擬合兩種類(lèi)型的數(shù)據(jù),有助于約束淺層的速度結(jié)構(gòu),減少淺層區(qū)域人造假象的產(chǎn)生。全波形反演技術(shù)廣泛應(yīng)用于油氣勘探中。然而,在目前的大多數(shù)應(yīng)用研究中,只有縱波速度被反演重建。這是因?yàn)樵诙鄥?shù)全波形反演框架內(nèi)的密度和速度耦合在一起。在小孔徑的情況下,縱波速度與密度有著相同的傳播模式,從而增加了反演問(wèn)題的非線性程度。重力梯度數(shù)據(jù)反演是重構(gòu)高精度密度模型的有效方法。在全波形反演中結(jié)合重力梯度反演可以建立全張量重力梯度數(shù)據(jù)與地震數(shù)據(jù)間的信息互補(bǔ),實(shí)現(xiàn)相互修正速度模型與密度模型的目的。本論文開(kāi)發(fā)了三維地震全波形和重力梯度數(shù)據(jù)聯(lián)合反演方法,以反演地下高精度的速度與密度模型。由于速度與密度存在相關(guān)性,聯(lián)合反演利用交叉梯度約束來(lái)增強(qiáng)密度和速度模型之間的結(jié)構(gòu)相似性。本論文通過(guò)三維檢測(cè)板模型和SEAM(SEGAdvanced Modeling)Phase 1鹽丘模型驗(yàn)證了聯(lián)合反演算法的有效性。我們將聯(lián)合反演應(yīng)用于馬來(lái)西亞近海地區(qū)的實(shí)際數(shù)據(jù),表明聯(lián)合反演的速度模型顯著地提高了疊前深度偏移剖面質(zhì)量。此外,聯(lián)合反演的密度模型突出顯示了地下斷層的位置。
【圖文】：

逑２．邋２．邋１理論模型測(cè)試一逡逑第一個(gè)理論速度模型如圖２．２ａ所示，為常速度雙層模型，上下層速度差為逡逑１０００邋ｍ／ｓ。其網(wǎng)格剖分大小為８００ｘ６０，網(wǎng)格間距為５邋ｍ。觀測(cè)系統(tǒng)包含５１炮，逡逑每炮對(duì)應(yīng)的檢波器個(gè)數(shù)為１９９，炮間距為４０邋ｍ，檢波器間距為２０邋ｍ。我們使用逡逑最短路徑射線追蹤法計(jì)算走時(shí)，再加入５％的高斯隨機(jī)噪聲以模擬實(shí)際數(shù)據(jù)情況。逡逑初始模型為３０００邋ｍ／ｓ的常速度模型。對(duì)于以常速度模型作為初始模型的ＭＴＶ正逡逑則化方法，，在早期的迭代中界面位置不準(zhǔn)確。因此，前８次走時(shí)反演迭代中使逡逑用Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正則化以獲得光滑的背景速度。然后，以交替的方式解兩個(gè)子問(wèn)題，逡逑將尖銳的界面引入模型，同時(shí)保證模型長(zhǎng)波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。逡逑⑷邐（ｂ）逡逑３００邐３００逡逑０邐１０００邐２０００邐３０００邐４０００邐０邐１０００邐２０００邐３０００邐４０００逡逑Ｄｉｓｔａｎｃｅ邋（ｍ）邐Ｄｉｓｔａｎｃｅ邋（ｍ）逡逑（Ｃ）邐（ｄ）逡逑芒邐２５００邋＾邐２５００邋＾逡逑＿邋ｊ邐」逡逑０邐１０００邐？０００邐３０００邐４０００邐０邐１０００邐？０００邐３０００邐４０００逡逑Ｄｉｓｔａｎｃｅ邋（ｍ）邐Ｄｉｓｔａｎｃｅ邋（ｍ）逡逑（ｅ）逡逑ｉｉ00Ｈ＾＾９Ｈ｜Ｈ邋Ｉ３０００！逡逑ｔｌ逡逑０邐１０００邐２０００邐３０Ｃ０邐４０００逡逑Ｄｉｓｔａｎｃｅ邋（ｍ）逡逑圖２．２邋（ａ）理論模型測(cè)試一的真實(shí)模型。（ｂ）根據(jù)真實(shí)模型計(jì)算的射線密度圖以及觀測(cè)系統(tǒng)。逡逑紅星表示炮點(diǎn)

ＴＶ正則化反演結(jié)果中在界面處存在階梯狀人造假象，而ＭＴＶ方法既保逡逑留了尖銳界面又減少了人造假象的產(chǎn)生。逡逑我們選取水平與垂直速度切片來(lái)定量比較圖２．２中的反演結(jié)果。圖２．３ａ表示逡逑ｚ＝１３０邋ｍ的水平切片，圖２．３ｂ，邋ｃ分別表示ｘ＝１０００邋ｍ，邋２０００邋ｍ處的垂向速度切片。逡逑Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正則化反演結(jié)果在界面處是平滑變化的，而ＴＶ和ＭＴＶ正則化反演結(jié)逡逑果準(zhǔn)確的重構(gòu)了大的速度對(duì)比，提高了反演結(jié)果的精度。圖２．４ａ，邋ｂ畫(huà)出了該三逡逑種方法的數(shù)據(jù)殘差與模型誤差隨迭代次數(shù)的變化曲線。三種方法的收斂速度基逡逑本相同，數(shù)據(jù)殘差也下降到相同量級(jí)。而模型誤差有較大差異，ＴＶ正則化的模逡逑型誤差值下降速度遠(yuǎn)大于Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正則化，而ＭＴＶ正則化方法最終的模型殘逡逑差最小，說(shuō)明了其反演結(jié)果最接近真實(shí)速度模型。因此，在這個(gè)理論模型測(cè)試逡逑中
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：P631;P618.13

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2611522