基于地震干涉技术的井地资料联合成像方法.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW355基于地震干涉技术的井地资料联合成像方法一海来木果，梁锋中国地质科学院，北京，100037注：本文为国家自然科学基金资助项目（编号：4217040918）和国际科学组织联盟基金项目（编号：ANSO CR PP 2022 04）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：周健。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.158作者简介：海来木果，男，1999 年生，专业为勘查技术与工程；Email：。通讯作者：梁锋，男，1982 年生，博士，副研究员，主要从事地震波场成像与深部结构研究工作；Email：imr_。关键词：关键词：地震干涉；VSP地面地震对复杂地表及直立高陡构造成像困难，VSP 方法中检波器的布置更接近目的层，能够有效地避免地表低速带对地震反射波中高频成分的吸收衰减；在对大角度构造进行勘探时，也可以采集到更多反射波信息。但 VSP 地震成像范围有限，难以满足高陡构造精细成像的需求。地震干涉技术能够从原始的地震数据中合成新的地震数据。具体来说，能够将震源重置到检波器排列的位置上，使震源检波点排列更加接近目标区域，因而能够大幅提高成像的精度，同时，由于能够将检波点变成虚震源，增加了照明范围。干涉成像基于源检互易原理重构虚拟震源数据，能够实现面向目标的高精度成像。因此将井中数据 VSP 方法与地震干涉法结合，实现井地联合成像。可以提高 VSP 地震的照明范围，实现对地下复杂构造的高精度成像。1不同观测系统数值模拟应用泰勒级数展开式可以推导出二维波动方程时间 2 阶、空间 2L 阶精度的有限差分形式。对于时间 2 阶、空间 2L 阶精度有限差分法的数值模拟效果。有限差分法是利用有限的离散网格来近似逼近连续的无限介质，用离散代替连续会在精度上引起误差，由于用差分算子近似微分算子时舍去了泰勒级数高阶项，随着计算累积的误差使得具有不同频率的地震波表现为不同的相速度，使波场发生弥散，在地震记录上表现为在同相轴后连续出现的一系列振幅逐渐衰减的伪波动现象。（向飞，2013）这类误差可以通过数值频散（或称网格频散）来描述。在均匀介质中进行数值模拟，对比采用空间不同阶数精度的有限差分法模拟效果。空间阶数较低时频散现象严重，而随着阶数的增加，模拟精度得到了提高，频散问题得到了压制，一般采用八阶以上阶数。由于计算和存储的限制，数值模拟地震记录无法模拟出地震波在广阔的地层中无限传播的情况，只能模拟地震波在有限的速度模型中传播的过程。对于边界条件采用 PML 吸收边界条件（Berenger，1994），在数值计算中波场的边界外部添加多层网格构成一定厚度的吸收层，在吸收层内设置衰减因子形成衰减介质，使地震波传播到边界时被吸收层中的衰减介质所吸收和衰减。PML 吸收边界条件不受边界吸收角度的限制，可以吸收任意方向、任意频率的波，迄今为止，认为是精度最高的边界处理方法。2干涉原理地震检波器或地震仪记录到的地震信号等效于格林函数和地震子波的卷积。地震波干涉法的核心思想就是对记录的地震信号进行一定的数学处理，得到以其中一个检波器为震源的新的地震记录。如果对地震波场的格林函数进行运算后，能产生一个虚震源记录，那么在对地震子波做卷积之后，这种关系将仍然成立。因此，地震波干涉法的数学实现方式体现在虚震源格林函数的提取方法上（符力耘等，2010）。地震干涉法可以分为相关型与褶积型两大类，相关型地震波干涉法是应用最为广泛的一种。实际上，在反褶积型地震波干涉法出现之前，人们对地震波干涉法的定义就是指用相关的方法获得虚震地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1356源的地震数据，其中，自相关生成自激自收的地震记录，互相关生成共炮点道集，相关型地震波干涉法的原理可以用几何射线的方法直观地解释：对不同的检波器 A 和 B 接收到的地震信号进行互相关，重合的射线路径将相互抵消，使得最后得到的新的地震信号看起来像是以 B 为震源，从 B 传播到 A一样。地震波干涉法也可以用褶积来实现。原理为对两个不同检波器记录到的地震波进行相关等价于以对一个检波器的负时记录和另一检波器的因果的地震记录进行褶积。褶积型干涉法涉及的数学理论与相关型地震波干涉法类似。地震检波器或地震仪记录到的地震信号等效于格林函数和地震子波的卷积，褶积型干涉法可以有效提取虚拟源的格林函数。这两种方法是以相关型互易方程与褶积型互易方程为基础，互易方程是地震干涉技术的基础公式，应用这一公式可以对数据进行重建，完成数据的转换。主要的转换有 VSP（vertical seismicprofile)（垂直地震剖面）数据转换成 SWP（singlewell profile)（单井剖面）数据，VSP 数据转换成 SSP（surface seismic profile)（地表地震剖面）数据，SSP 数据转换成 SSP 数据和 VSP 数据之间的转换。3井地资料联合成像当常规地震勘探数据处理方法不能对地下存在的陡倾角地质构造获得满意的成像效果，受井中检波器串级数局限，垂直地震剖面反射波成像范围窄，且不能对井中最浅接收点上方区域有效成像。虽然多次波成像能扩大成像范围，但在实际应用中尚有诸多困难和挑战。应用虚拟震源方法将垂直地震剖面(VSP，vertical seismic profile)数据重构成地面地震(SSP，surface seismic profile)数据，可以使得观测系统重构到更接近于井附近目标体的位置，震源和检波器都位于复杂的 覆盖之下并避免井和地表之间未知速度信息的影响，从而获得对地下地质构造更好的成像分辨率。尤其是当地下存在诸如断层这样的陡倾角地质构造时，干涉法可以对目标体产生很好的成像效果。参考文献/References陶毅,符力耘,孙伟家,孙秋霞.2010.地震波干涉法研究进展综述.地球物理学进展,25(5):17751784.向飞2013基于 CUDA 的高阶差分正演模拟以及逆时偏移中国海洋大学.Berenger J A.1994.Perfectly matched layer for the absorption ofelectromagnetic waves.Journal of Computational Physics,114(2):185200.HAILAI Muguo，LIANG Feng：Joint imaging method ofwell-ground data based on seismic interferometryKeywords：seismic interferometry；VSP