非线性地震波形反演研究

非线性地震波形反演研究

邢文军，王永刚，谢万学，吕铁良

（中国石油大学地球资源与信息学院地球物理系，山东东营 257061）

摘要地震波形反演由于其反演依据充分、可以有效的排除偶然因素的影响，受到了广大地球物理工作者的关注。此外，由于非线性地震波形反演可以恢复速度场的所有波长分量，所以该方法得到了长足的发展。本文先讲述了经典的非线性地震波形反演，介绍了几种常见的非线性地震波形反演方法，为了说明问题，最后对一维地震波形反演进行了模型测试，反演结果初步显示出波形反演的有效性、可靠性、稳定性。

关键词：波形反演、多尺度反演、波动方程

Research of Nonlinear Seismic Waveform Inversion

Xing Wenjun, Wang Yonggang, Xie Wanxue, Lv Tieliang (Geo-Resources and Information Institute in the University of Petroleum, China, Dongying 257061)

Abstract Seismic waveform inversion which can eliminate effect of factors by accident is favourited by many geophysicist, as seismic data have enough information for seismic waveform inversion. Furthermore, nonlinear seismic waveform inversion can recover all wavelength components of the velocity model, so waveform inversion has been developed very fast. In this paper we show the classic gradient calculation for discrete formulations of generalized waveform inversion, introduce several common methods for nonlinear seismic waveform inversion, and test model to 1D seismic waveform inversion for illuminating issue. Inversion results demonstrate that this method is more sufficient dependable and stable.

Key words:waveform inversion、multiscale inversion、Acoustic wave equation

1、引言

地震波形反演的目的是获取一个预测地震记录与实测地震记录拟合最佳的地质模型。与其他反演方法相比，其优点是反演依据充分（计算值与实测值的对比参照是波形整体），可以有效的排除偶然因素的影响，从而提高了计算的可靠性和稳定性。

地震波形反演分为线性和非线性两大类。在线性地震波形反演中，观测地震数据和速度的关系被近似线性化，而只有当初始速度在目标函数的全局极小点的邻域内时，近似线性化的关系才能成立。所以，只有当研究区域的几何结构不很复杂或者对背景速度场有很

好的先验知识时，这样做才是合理的。而且，在线性地震波形反演中，速度场的长波长分量是不能恢复出来的[1]。Mora [2]证明，在正常的地震勘探条件下，采用完全非线性地震波形反演方法，地震速度波场的所有波长分量都是可观测的。

完全非线性地震波形反演[3]将反演问题转化为一个非线性优化问题。这种方法先给出一个初速度、计算误差、迭代修正速度值，直到收敛到使优化目标函数达到极小时的速度值。但是，由于目标函数中存在大量局部极小点，在处理合成数据和实际数据时，该方法效果很差。这些局部极小点的产生主要有两个原因。一是如果初速度使得模型数据和观测数据的差距很大，将会引起运动误差；二是子波的高频分量引起多峰的相关函数。解决局部极小点问题的途径有两个：（1）将几何相关的约束条件引入目标函数。这种方法到现在为止，还没有比较成功的结果。（2）尺度分解的方法。原来的反演问题可以分解为不同尺度上的反演问题，在大的尺度上，局部极小点的数目将会大大减少。因此，可以先在大的尺度上迭代反演，得到一个比较好的速度估计，将这个速度估计作为新的初速度，再在小的尺度上迭代反演。这样可以递推反演出原问题的最优解。

对于1维介质情形，Kolb [4]等的工作做出了比较好的结果。他们的作法是：先在小的时窗内迭代反演，反演出比较好的速度值后，延长时窗，在较大的时窗内迭代反演。最后，在整个时窗内迭代反演，求得原问题的最优解。由此看来，他们的作法不是完全的尺度分解方法。另外只有通过大量的实际运算，才能知道怎样选取一个好的时窗段。Bunks [5]等人和孟鸿鹰[6]等人的工作是真正的尺度分解方法，他们分别采用多重网格法和小波变换法将地震数据分解在不同的尺度上，按尺度分解的思想进行迭代反演，得到了很好的效果。董良国[7]在其博士论文中，详细阐述了多尺度叠前地震波形反演分步反演思路，并作了实验研究。

2、经典的地震波形反演

地震波传播遵循常密度声波波动方程

???

?????+??+??=??s z p x p t p v 22222221 (1) 式中，p(x,z,t)为波场函数，s(x,z,t)为震源函数，而速度v(x,z)仅为x 和z 的函数，是反演目标。波场的初始条件是：

?????==0)0,,(0)0,,(z x p dt

d z x p (2)

其离散形式为

l m n l m n l m n l m n l m n l m n l m n l m n l m n l m n m n s z p p p x p p p t p p p v ,21,,1,2,1,,121,,1,2,2221+??

??????+?+?????????+?=?+??+?+?+ (3) 相应的初始条件为

???==?000,1,m

n m n p p (4) 在界面z ＝0处，采用自由边界条件。为了保证上面的数值计算框架的数值稳定性

和数值频散，抽样步长01,=?l n p ?x,z, t 的选择要求满足下面的约束条件：

??min(x, z)>??2 t max(v), (5)

?max(x, z)

10)

min(f v ， (6)

其中max(v)为速度模型的最大值，f max 为震源的最高频率，min(v)为速度模型的最小值。

离散的目标函数为

∑∑=∈??

?

????=L l l m n l m n H m n p p v J 12

,~,),(21

)( (7)

其中p 为模型数据，是观测数据。

~p 转化为无约束的优化问题为

??????

?

?????+?+

?????????+?+=?+?+===∑∑∑21,,1,2,1,,10,0022z p p p x p p p J S l m n l m n l m n l m n l m n l m n M m l m n N n L l λ

???

?

?+??+?+21

,,1,

2,,21t p p p v s l m n l m n l m n m n l m n

(8)

其中Lagrange 算子，满足的共轭方程为 l

m n ,λ???

?

?????+??+?=?++?2,1,,122,1

,,1,22x t v l m n l m n l m n m n l m n l m n l m n λλλλλλ

??

?

?????

?+

????????+??+?+l

m n l m n l

m n l

m n l

m n m n p p z t v ,~,21,,1,22

,2λλλ (9) 终值条件为

??????==?L m

n L m n L m n L

m n p p ,~,1,,0λλ

(10)

通过计算m

n v S ,??得到离散梯度

∑=?+?????????+?=??L l l m n l m n l m n l m

n m n m n t p p p v v S 021,,1,,3,,22λ， (11) 式中的可以通过方程(3)获得，可以通过方程(9)获得。

l m n p ,1,?l m n λ经典的完全非线性地震波形反演就是先给出初速度，然后利用(11)式的梯度函数迭代修正速度函数，直到目标函数取极小为止。

3、数值算例

为了研究波形反演的有效性，同时也考虑到计算量问题，我们仅构造了一个较为复杂的一维速度模型，如图3.1所示，

图3.1 理想速度和初速度

模型变化比较剧烈，薄层达到6m 。我们选用主频为30Hz 的Ricker 子波，用有限差分法求解一维波动方程，得到理想的正演记录，如图3.2所示，

图3.2 理论模型正演记录

抽样间隔参数为z ＝6m ，?t ＝1ms 。给定一个初速度（如图3.1）

，分别用最速下降法（图3.3）和共轭梯度法（图3.4）进行迭代求解，从反演结果看总体趋势非常好，并且低速薄层反演的很好，只是在个别高速层上存在点误差，这可能是局部极小值造成的。但总体上反演结果能够显示出波形反演的有效性、可靠性和稳定性。共轭梯度法反演速度要快于最速下降法，但在浅层却有些波动。

?

图3.3 最速下降法反演结果 图3.4 共轭梯度法反演结果

目标函数值随迭代次数变化的曲线如图3.5所示,同其它反演方法类似，开始迭代时目标函数下降很快，在逐步接近全局极小点时收敛很慢，共轭梯度法比最速下降法收敛要快。

图3.5 目标函数值

由于波形反演利用的是波形整体，所以他就容易受噪声的影响，为此，我们研究了不同信噪比对波形反演的影响。图3.6是加10％噪音后反演结果，从结果看，和无噪时相比，相差不大，薄层依然能够清晰可见。图3.7是加80％噪音后反演结果，在浅层波动比较大，深层并没有受到多少影响。图3.8是加噪音300％后，正演结果，地震记录已经面目全非，图3.9是反演结果，结果已相差甚远。为了更好的说明不同信噪比地震数据对波形反演的影响，用拟合误差()

∑∑==?M

i oi M i oi i v v v 1221来刻画速度反演的正确程度（M 为点数，v i 为速度反演结果，v oi 为理论速度值），拟合误差随地震数据信噪比的变化情况如图3.10，反演精度随信噪比的降低而降低，并且变化越来越快，说明噪声对波形反演的影响是很严重的。

图3.6加噪后反演结果图3.7加噪后反演结果

图3.8加噪后地震数据

图3.9加噪后反演结果图3.10拟合误差

4、几种常见的波形反演方法

非线性地震波形反演的方法有很多种[8]，其中研究的较为深入的是以最优化理论为基础的非线性反演方法。该方法被认为是一种经典的反演方法，具有计算量相对较小的优点，但也存在迭代收敛性与模型初始猜测有关等缺陷。

为了解决非线性地震波形反演中的多极值问题，周辉等[9]人用遗传算法训练的人工神经网络进行地震波形反演，主要研究了遗传算法应用于训练神经网络、确定网络节点之间连接权的范围、加速网络收敛等方法以及神经网络在地震波形反演中的特点。由于用遗传算法学习的人工神经网络在训练和联想过程中，均未对目标函数、连续介质模型和地震数据的波动方程作线性化，所以这种反演方法是一种非线性反演方法。但是由于网络输入节点量大，权系数和阈值等未知量大，因此其训练时是非常耗时的，而且，它遵循“见多识

广”的原则，训练样本越多，其联想效果越好，但是其运算量也相应增加。

模拟退火和遗传算法[3]、[10-12]都是模拟自然过程中的自然规律，不同的是模拟退火是模拟物质退火的物理过程，遗传算法是模拟生物进化的自然选择和遗传过程。在地震波形反演中，模拟退火和遗传算法都能解决局部极值问题，并且不依赖于初始模型。但是它们共同的缺点也是计算量大，尤其对于模型参数较多的、连续不均匀的反演问题，计算量将是十分巨大的。

图4.1 尺度分解示意图（a）表示的是一维目标函数，

（b）－（e）表示的是相同目标函数在不同尺度下的分解。

多尺度（多分辨率）反演是近几年才提出的一个能加快收敛速度、克服局部极小值影响、搜索全局最小极值点的反演策略。多尺度反演（如图4.1）是把目标函数分解成不同尺度的分量，根据不同尺度上目标函数的特征逐步搜索全局极小。一般情况下，在大尺度上，目标函数极点少，且分得很开，容易求出全局极小点，而且它在下一尺度上全局极小点的领域内，继而以大尺度的全局极小值为初始点求出小尺度的全局极小值。不断的缩小尺度，提高分辨率，目标函数的尺度降至原始尺度（即最小尺度）时，对应搜索出的全局极小点，就是真正的总体极小点。这种做法的优点是：在大尺度上，反演稳定，反演结果不受初始模型的影响，在一定程度上，能避免其后的反演受局部极小所困扰，使收敛速度加快。

多尺度反演方法有小波分析的多尺度反演方法[6]和多重网格的多尺度反演方法[12]-[14]。小波变换是分析信号的强有力的工具，它具有很好的时频域局部集中性质。小波变换可以将信号分解在不同的尺度上，每个尺度上的信号频率集中在一个频带内。另外，小波变换具有分解和恢复的快速算法，当计算量很大时，小波变换无疑是个很好的工具。

多重网格多尺度分解方法需要定义细网格到粗网格的限制算子、粗网格到细网格的注入算子及松弛算子，按照多尺度分解的思想，先在粗网格上迭代反演，然后在细网格上迭代反演，最后得到原始非线性优化反演问题的最优速度值。由于多重网格方法能解决局部

极值问题、不受初始值影响、反演稳定、收敛快、计算量小等优点。

5、结论

求解非线性地震波形反演问题时，会遇到许多局部极值，这会阻碍全局极小值的求解。模拟退火和遗传算法是两种寻找全局极小解的反演方法，计算量很大，对于模型参数较多的反演问题，尤其是连续不均匀的反演问题，计算量是十分巨大的。遗传算法训练的神经网络虽然是一种完全的非线性反演方法，但是其学习过程比较复杂，计算量也是非常大的。

多尺度反演是把目标函数分解成不同尺度的分量，根据不同尺度上目标函数的特征逐步搜索全局极小。虽然有很多学者致力于多尺度反演，但是还没有人对震源子波作过尺度分解，如果同时对震源子波、观测数据、速度模型进行尺度分解，尺度每增加一级，反演问题的规模将减少为八分之一。这样在粗尺度下，所需优化的参数将大大减少，降低了反演计算量，其运算速度会大大提高。

多尺度反演应用比较成功的就是尺度分解的多重网格技术，具有以下优点：（1）对初始模型依赖性低；（2）能够比较好的解决局部极值问题；（3）收敛速度快，而且与网格尺度无关，稳定性好；（4）由于采用了尺度分解的方法，加快了运算速度。

多重网格的多维问题迭代方法有点松弛迭代和线松弛迭代，对于线松弛迭代的雅可比迭代，存储量大，既存老值又要存新值，且收敛速度较慢，由于在过去受到计算机计算能力的限制，一般多用高斯迭代。但是在并行机高速发展的今天，由于雅可比迭代完全可以并行化和向量化，因此雅可比迭代就成为优选的迭代方法。并行算法能大大提高运算效率，这就为更高维地震波形反演过渡奠定了基础。

参考文献

【1】Devancy A J. Geophysical diffraction tomography. IEEE Trans on Geoscience and Romote Sensing,1984,22(1):3-13

【2】Mora P. Inversion=migration+tomography.Geophysics,1989, 54(12):1575-1586

【3】Sambridge M and Drijkoningen G.. Genetic algorithms in seismic waveform inversion. Geophys J Int,1992,109:323~342

【4】Kolb P，Collino F，Lailly P. Pre－stack inversion of 1-D medium. Proceeding the IEEE，1984，74(3)：498－508

【5】Bunks C，Saleck F M，Zaleski S. Multiscale seismic waveform inversion.Geophysics,1995，60(5)：1457～1473

【6】孟鸿鹰，刘贵忠. 小波变换多尺度地震波形反演，地球物理学报，1999，42(2)

【7】董良国地震数值模拟与反演中几个关键问题研究[博士论文]，上海：同济大学，2003

【8】王家映. 地球物理反演理论，高等教育出版社，2002

【9】周辉，何樵登. 人工神经网络非线性地震波形反演，石油物探，1997，36(1)

【10】Basu A and Stoffa PL. Rapid determination of the critical temperature in simulated annealing inversion. Science,1990,V ol.249:1409~1412

【11】Sen M K and Stoffa P L. Nonlinear one-dimensional seismic waveform inversion using simulated annealing. Geophysics,1991,56(10):1624~1638

【12】Sen M K and Stoffa P L. Rapid sampling of model space using genetic algorithms:examples from seismic wave-form inversion. Geophys J Int,1992,108:281~292

【13】王才经. 现代应用数学，石油大学研究生院，2001

【14】刘超群. 多重网格法及其在计算流体学中的应用，清华大学出版社，1995

作者简介：邢文军，男，1979年生，于2003年在中国石油大学获得学士学位，现在中国石油大学攻读地球探测与信息技术硕士学位。主要从事正演模拟，波形反演和井间反演方面的学习研究。

地球物理学专业

地球物理学专业人才培养方案 教研室主任： 系主任： 教学副院长： 院长：

一、专业代码：070801 二、专业名称：地球物理学 三、标准修业年限：四年 四、授予学位：理学学士 五、培养目标： 本专业培养适应社会主义现代化建设需要，德、智、体、美等方面全面发展，具有良好的思想政治素质、人文素质、创新精神与实践能力，具有扎实的数理基础，掌握基本的地质学原理与方法，系统掌握地球物理学的基本理论、基本知识和基本技能，具有从事地震监测预测，地质矿产、煤田和油气资源勘查，道路桥梁的工程地球物理检测等方面的实际工作和研究工作初步能力的应用型人才。 六、基本要求： （一）知识要求： 1.具有基本的人文社科理论知识和素养，在哲学、经济学、法律等方面具备必要的理论知识，对社会有较强的适应能力； 2.具有扎实的数学、物理基础； 3.掌握基本的地质学原理与方法； 4.掌握地球物理场论、数字信号分析、水文地质学等专业基础知识； 5.系统地掌握固体地球物理学和勘探地球物理学的基本理论和基本知识； 6.掌握地震监测预测的基本理论与方法。 （二）能力要求： 1.具有较强的人际交往意识和初步的人际交往能力； 2.具有良好的自学能力和终身学习的意识； 3.具有独立思考问题、分析问题、解决问题的能力； 4.具有独立设计实验，并能对实验数据进行分析评价的能力； 5.具有独立地利用计算机进行文字和图像信息处理及进行科学计算的能力； 6.具有创新意识和创新精神，对特优学生要求具有质疑和挑战传统的理论、方法、假设的意识和能力； 7.了解全球自然灾害现状及防灾减灾体系研究发展趋势，具备综合防灾减灾意识及防震减灾宣传教育能力； 8.具有一定的提出新的问题和新的方法，分析、推断、解释新问题的能力； 9.得到从事基础研究和应用研究的初步训练。 （三）素质要求： 1．热爱祖国，具有高尚的民族气节、良好的道德品质和中华民族的传统美

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随机地震反演在PG气田的应用-工程论文 随机地震反演在PG气田的应用 杨超YANG Chao；钟顺飞ZHONG Shun-fei；张洪雨ZHANG Hong-yu （成都理工大学，成都610059） 摘要：普光气田属于低孔、低渗、非均质性比较强的裂缝——孔隙型碳酸盐岩油气藏，其具有溶蚀孔洞发育、局部裂缝发育、储层孔隙结构比较复杂的特点。储层孔隙结构复杂导致了储层分类难度大、精度低等难题，常规波阻抗反演的方法已不能满足实际生产开发需要。而随机地震反演充分考虑地质规律、地震和测井资料，具有比较高的描述能力和分辨能力，能够为储层描述提供更加丰富可靠的信息。在普光气田应用结果表明该方法有效地压制了地震反演的多解性，预测结果良好。 关键词：碳酸盐岩；普光气田；随机反演；储层预测 中图分类号：P631.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）03-0290-02 作者简介：杨超（1991-），男，四川武胜人，在读研究生，主要从事地震反演研究。 0 引言 普光气田地处于四川东北部，是我国南部海相碳酸盐岩油气储层的重要勘探区块之一，构造上受到川东北弧形隔挡式褶皱带与南大巴弧形隔挡式褶皱带的相互叠加。研究区经历了五期构造运动，有加里东运动、海西运动、印支运动、燕山

运动、喜马拉雅运动等，尤其是在燕山运动晚期和喜马拉雅运动期产生强烈的挤压作用，形成大量逆冲断层及相关褶皱，但是大套古生界及中生界沉积中的生储盖组合保存相对比较完整。 由钻井资料再结合野外露头资料可知，研究区下古生界地层保留比较完整，只有上志留统缺失；而上古生界的泥盆系的全部地层和石炭系的大部分地层都有缺失，只保留了上石炭统的黄龙组，二叠系地层保留比较齐全；中生界的三叠系、侏罗系和下白垩统保留较全，只有上白垩统地层缺失；另外，基本上看不到新生代地层的残留。 目前，川东北地区已发现了很多飞仙关组的大型气田，有普光气田、毛坝场、罗家寨、渡口河、铁山坡等。普光气田是中国目前在海相沉积组合中发现的规模最大、丰度最高、储层埋深最大、储层性质最好、优质储层厚度最大、天然气最干的特大型整装海相碳酸盐岩气。 1 随机反演方法 地震反演是进行储层预测的核心技术，主要是通过求取各种地球物理参数来模拟反映地下地质真实情况。经过几十年的发展，地震反演现在广泛应用于实际的油气田勘探开发中，成为了油藏描述以及储层预测的必要手段。基于地质统计学原理的随机地震反演方法是最近几年才发展起来的一种新的反演技术，主要有序贯模拟、条件模拟等。通常情况下，在一个特定的研究区，少量井资料的统计特征是比较稳定的，将这一比较稳定的统计特征作为约束来控制研究区域的反演，避免了过分依赖初始模型，弥补了模型需要大量井资料的缺点，同时有效地提高了反演的纵向分辨率。因此，随机模拟是油藏描述中表征储层物性的有力工具。本文随机反演方案是基于随机爬山法原理。

地震波层析成像反演方法及其研究综述

No.13,2010 现代商贸工业 Modern Bus iness Trade Industry2010年第13期 地震波层析成像反演方法及其研究综述 冯 微 (长江大学物理科学与技术学院,湖北荆州434025) 摘 要:通过研究利用初至波走时的层析反演方法建立近地表速度模型,提供近地表地下介质的速度信息,进一步为静校正或浅层工程勘探服务。 关键词:速度建模;层析成像;初至波 中图分类号:TB 文献标识码:A 文章编号:1672 3198(2010)13 0368 01 地震勘探是利用人工在地表激发和接收地震波,再对地震波作分析处理以及解释而得到地下构造信息和岩性信息的一种方法。在整个地震勘探过程中,精确的求取地震波在地下介质中的传播速度,一直是地震勘探的核心问题之一。尤其在地表条件较复杂的区域,地表速度的横向剧烈变化会严重影响中深层目的层的成像效果。近地表速度不准确,将会直接影响到速度分析、偏移成像的质量以及静校正的精度等地震勘探的各个环节和最终的勘探成果。 1 地震面波及波形反演 利用面波进行结构反演一直是了解地球介质结构的重要途径。近几年来,在面波理论和面波反演方面做了大量工作。陈蔚天和陈晓非(2001)提出了一种求解水平层状海洋-地球模型中面波振型问题的新算法,它简洁、高效,彻底消除了高频情况下数值计算的精度失真问题。张碧星等(2000,2002)对瑞利波勘探中 之字形频散曲线形成的物理机理和多模性问题进行了理论分析,研究了诸波模的传播特性及相互关系,以及地表下低速层介质的位置、厚度及其它参数对 之字形频散曲线的相互影响.在面波反演理论方面,朱良保等(2001)通过保角变换,把面波群速度的反演变成了球谐系数的线性化反演,使其计算速度快,等值线光滑,构造界限清晰。众多研究者根据从面波资料求出的频散曲线,对不同地区的地下速度结构作了反演,揭示了横向结构差异的广泛存在。 根据走时反演地下结构是获取结构信息的经典做法。刘伊克等(2001)根据三维地震观测的初至走时数据,利用最小平方与QR分解相结合的算法,在三维空间重建近地表低降速带速度模型。同时,采用分形算法克服了初至波波形差异以及折射波相位反转导致的拾取误差,实现了三维初至拾取的大规模全自动化运算。李录明等(2000)针对地震勘探中的复杂地表问题,提出了一套地震初至波表层模型层析反演方法.它利用地震直达波、回折波、折射波以及三者组合的初至波和层析反演方法具有的纵、横向变速优势,实现适应速度任意变化的复杂表层模型反演。 在利用远震体波接收函数反演地下结构方面。钱辉等(2001)对接收函数反演地壳结构速度的算法作了分析,使之适应正演参数的变化,并利用天然地震接收函数揭示了青藏高原东部地壳结构。 近年来,非线性反演越来越受到重视,许多研究者把新的最优化理论引入地震学反演中。孟洪鹰和刘贵忠(1999)提出了多尺度地震波形反演的小波变换方法。对于一维非线性地震波形反演问题,此方法和已有的简单迭代法及多重网格法比较表明,此方法更为有效。杨峰和聂在平(2000)提出了用于二维轴对称非均匀介质结构的反演和成像的一种新的反演迭代方法变分玻恩迭代方法.与传统的玻恩迭代方法相比,其收敛速度和成像质量均有较大改善。 2 地震勘探、测井问题中的地震波研究及其它 在地震勘探和测井方面,许多研究者针对实际问题,提出了新的方法。沈建国和张海澜(2000)计算了井内靠近井壁的偏心声源激发的声场,得到了在井壁不同位置的接收波形,分析了直达波、井壁反射波、纵波、横波和面波在这些波形中的反映。为了处理横向强变速介质中的深度成像问题,程玖兵等(2001)提出一种基于共炮道集的优化系数的傍轴近似方程叠前深度偏移算子,在基于反射系数估算的成像条件下,可实现叠前深度偏移成像。陈生昌等(2001)实现了一种基于拟线性Born近似的叠张海明等:地震波研究前深度偏移方法,扩大了拟线性Born近似的应用范围,使其能够适应更强的横向速度变化。张美根和王妙月(2001)利用有限元法和最小走时射线追踪的界面点法,实现了各向异性弹性波的叠前逆时偏移.陈志德等(2002)利用叠前深度域地震成像对速度模型变化的敏感性,采用偏移迭代逐次逼近最佳成像速度,研究开发了一套快捷有效的三维叠前深度偏移深度域速度模型建立技术。顾汉明等(2002)在频率-波数域中采用解析法,解出多层条件下海底实测的多分量地震数据分解成上行和下行P波和S波的算法,导出海底各层地震反射系数随入射角变化(简称RVA)的递推计算公式。金胜汶等(2002)给出了一种高效率、高精度的炮检距域叠前深度偏移方法,并得到各个不同照射角下的成像结果。 3 讨论和结论 地震波理论是固体地球物理学研究的重要基础.地震波研究领域的任何实质性进展都会促进固体地球物理学的发展.在过去的4年里,中国地球物理学家在该领域做了很多有意义的研究工作,其中不乏创新性的理论工作.当前地震波研究领域的重要课题包括: (1)复杂地球介质中地震波激发与传播理论; (2)高效计算三维介质中地震波传播的数值方法; (3)利用先进的地震波数值模拟方法,开展设定地震与强地面运动的数值模拟研究,为精细的地震危险分析与预测奠定基础。 参考文献 [1]周庆凡.我国天然气发展前景广阔[J].中国石化,2009. [2]刘英祥.我国天然气价格与天然气发展问题研究[J].企业经济, 2009. [3]牛建娣.我国天然气市场供需状况及发展对策分析[D].对外经济 贸易大学,2007. ! 368 !

反演原理及公式介绍工科

第一章反演理论 第一节基本概念 一．反演和正演 1．反演 反演是一个很广的概念，根据地震波场、地球自由振荡、交变电磁场、重力场以及热学等地球物理观测数据去推测地球内部的结构形态及物质成分，来定量计算各种有关的物理参数，这些都可以归结为反演问题。在地震勘探中，反演的一个重要应用就是由地震记录得到波阻抗。 有反演，还有正演。要正确理解反演问题，还要知道正演的概念。 2．正演 正演和反演相反，它是对一个假设的地质模型，给定某些参数（如速度、层数、厚度）用理论关系式（数学模型）推导出某种可测量的量（如地震波）。在地震勘探中，正演的一个重要应用就是制作合成地震记录。 3．例子 考虑地球内部的温度分布，假定地球内部的温度随深度线性增加，其关系式可表示成：T(z)=a+bz 正演：给定a和b，求不同深度z的对应温度T(z) 反演：已经在不同点z测得T(z)，求a和b。 二．反演问题描述和公式表达的几个重要问题 1．应用哪种参数化方式——离散的还是连续的？ 2．地球物理数据的性质是什么？观测中的误差是什么？ 3．问题能不能作为数学问题提出，如果能够，它是不是适定的？ 4．对问题有无物理约束？ 5．能获得什么类型的解，达到什么精度？要求得到近似解、解的范围、还是精确解？ 6．问题是线性的还是非线性的？ 7．问题是欠定的、超定的、还是适定的？ 8．什么是问题的最好解法？ 9．解的置信界限是什么？能否用其它方法来评价？ 第二节反演的数学基础

一．解超定线性反问题 1．简单线性回归 可利用最小平方法确定参数a 、b 使误差的平方和最小。 ??? ? ???∑-∑∑∑-∑=-=∑∑-=2 2)()(x x n y x xy n b x b y n x b y a （1-2-1） 拟合公式为： bx a y +=? （1-2-2） 该方法的公式原来只适用于解超定问题，但同样适用于欠定问题，当我们有多个参数时，称为多元回归，在地球物理领域广泛采用这种方法。此过程用矩阵形式表示，则称为广义最小平方法矩阵方演。 2．非约束最小平方法反演——广义矩阵方法 由前面讨论可知，参数估计的最小平方方法用矩阵公式表示，所得到的算法等价于一个或多个模型参数的一个或多个数据集反演，步骤为： 问题定义→矩阵公式→最小平方解 线性问题采用广义矩阵形式 d=Gm （1-2-3） 对于精确的数据模型，参数m 为 m=G -1d （1-2-4） 但是由于试验误差，实际数据将不能精确拟合获得，故采用最小平方法求解。解的矩阵表示式为 d G G G m T T 1][?-= （1-2-5） 上式具体计算时可用奇异值分解方法 G=U ∧V T 最后，得 m ?=（G T G ）-1G T d=V ∧-1U T d （1-2-6）

地震反演的类型

地震反演的类型 1．1 反演的分类 1）从所利用的地震资料来分可分两类：叠前反演和叠后反演; 2）从测井资料在其中所起作用大小可分为四类：地震直接反演，测井控制下的地震反演，测井—地震联合反演和地震控制下的测井内插外推； 3）从实现方法上可分三类：直接反演、基于模型反演和地震属性反演。 4）从反演模型参数来分主要有：储层特性(如:孔隙度、渗透率、饱和度等)反演、岩石物性反演、地质结构反演、各向异性参数反演、阻抗反演以及速度反演等; 5）从使用的数学方法可分为：最优化拟合反演、遗传算法反演、蒙特卡罗反演、Born近似反演、统计随机反演以及基于神经网络的反演等。 1．2几种主要反演方法的概述 叠前反演尚处于研究试验阶段，而叠后地震反演近年来快速发展，形成了多种技术。下面简要介绍几种主要反演方法：直接反演（递推反演和道积分反演）、基于模型反演、地震属性反演、测井约束反演和叠前AVO反演。 1．2．1直接反演 两种基本做法：递推反演和道积分反演。 1）递推反演：递推反演是一种基于反射系数递推计算地层波阻抗的直接地震反演方法。它完全依赖于地震资料本身的品质，地震资料噪音对反演结果敏感，影响大，地震带宽窄会导致分辨率相对较低，难以满足储层描述的要求。典型的有Seislog,Glog，稀疏脉冲反演(实现方法又有MED,AR,MLD,BED方法等)等;Seislog,CLOG等使用测井信息后，只获得剖面上关键点的低频分量，整个剖面上的低频信息要靠内插来求得。 优点：计算简单，递推列累计误差小。其结果直接反映岩层的速度变化，可以以岩层为单元进行地质解释。缺点：由于受地震固有频率的限制，分辨率低，无法适应薄层解释的需要；其次，无法求得地层的绝对波阻抗和绝对速度，不能用于定量计算储层参数。这种方法在处理过程中不能用地质或测井资料对其进行约束控制，因而其结果比较粗略。 2）道积分反演：是以反褶积为基础的地震直接反演法。道积分是利用叠后地震资料计算相对波阻抗的直接反演方法，它无需测井资料控制，计算简单，其结果直接反映了岩层的速度变化，但受地震资料固有频宽的限制，分辨率低，无法适应薄层解释的需要，无法求得地层的绝对波阻抗和绝对速度，不能用于定量计算储层参数。 优点：能比较完整地保留地震反射的基本特征（断层、产状），不存在基于模型方法的多解性问题，能够明显地反映岩相、岩性的空间变化，在岩性相对稳定的条件下，能较好地反映储层的物性变化。 缺点：由于受地震频带宽度的限制，递推反演资料的分辨率相对较低，不能满足薄储层的研究需要。 1．2．2基于模型的反演 1）基于模型的反演：就是从地质模型出发，采用模型优选迭代扰动算法(广义线性或非线性最优化算法)，通过不断修改更新模型，使模型正演合成地震资料与实际地震数据最佳吻合，最终的模型数据便是反演结果。 实现方法有广义线性反演(GLI)(Cooke,1983);宽带约束反演(BCI)(Martinez,1988);地震岩性模拟(SLIM)(Ge lfand,1984);具有全局优化特点的遗传算法、模拟退火法(Smith等1992:Sen和Stoffa,1995);蒙特卡罗搜索法(Cary和Chapman,19 98)以及人工神经网络法(Ca lderron-Macias 等，1998)等。 目前,以模型为基础的反演方法一般都是依据测井及地质资料建立初始模型,通过广义线性反

固体地球物理学

固体地球物理学 （学科代码：070801） 一、培养目标 本学科培养德、智、体全面发展，具有坚实的地球物理理论基础和系统的专业知识，了解固体地球物理学和与其相关学科发展的前沿和动态，能够适应二十一世 纪我国经济、科技和教育发展的需要，并具有较熟练的实验技能和较强的动手能力，具有较全面的计算机知识，具有独立从事该学科领域研究和教学能力的高层次人 才。 二、研究方向 1. 地震学、 2. 地球动力学、 3. 岩石物理、 4. 应用地球物理学、 5. 城市地球物理学 三、学制及学分 按照研究生院有关规定。 四、课程设置 英语、政治等公共必修课和必修环节按研究生院统一要求。 学科基础课和专业课如下所列。 基础课: GP15201★地球内部物理学★（4） GP15202★ 地球动力学★（4） GP15203★地球物理反演★（4） 专业课：

GP14201 计算地震学（3） GP14202 地球物理学进展（4） GP14203 地震学原理（4） GP15210 地震勘探（3） GP15211 定量地震学（4） GP15212 地震偏移与成像（4） GP15213 工程地震学（4） GP15214 岩石本构理论（4） GP15215 应用地球物理学（3） GP15216 地球内部电性与探测（4） GP15218 现代计算机与网络应用（3） GP15219 固体力学（4） GP15220 城市地球物理学（3） GP15701 地球物理高级实验（2） PI05204 工程中的有限元法（3） GP16201 固体地球物理理论（4） GP16202 地球科学中的近代数学（4） GP16203 地球科学前沿讲座（4） 备注：带★号课程为博士生资格考试科目。 五、科研能力要求 按照研究生院有关规定。 六、学位论文要求 按照研究生院有关规定。

地震学原理与应用Chapter5b(1)

二、地震波辐射源的理论模式 1.集中力系点源 (1)集中力 弹性力学中为了分析连续体的运动，引入： Δm为ΔV中之质量；ΔF 为 Δm所受之合力。 1)r点上单位质量所受的体力(密度)： 2)r点上单位体积所含质量受到的体力(密度)： V r , m Δ F Δ lim )t,r ( X V Δ ∈ = → Δ V Δ r t), ,r ( X t),r (ρ m Δ F Δ V Δ m Δ lim V Δ F Δ lim t),r ( F V V ∈ = = = → Δ → Δ 即运动方程中的体力项。

*如果：???? ?Δ?=Δ∈≠V r 0,V r 0,t),r ( F *如果：(t) g t)dV', r'( F lim V V =∫ Δ→Δ当ΔV 趋于r 点时，积分有限。则称g(t)为作用在r 点上的集中力。 用Dirac δ函数表示： F(r, t)＝g(t)δ(r) (2)力场的势函数(用Φ和Ψ表示) *据场论分析，矢量场作Stokes 变换(分解)： 0,t),r ( F =Ψ??Ψ×?+Φ?=① *对①式两边分布求散或求旋： Ψ ??=Ψ??Ψ???=Ψ×?×?=×?Φ?=??2 2 2 )(F ;F ②

它们都是泊松方程(非奇次的拉普拉斯方程)，有定解 ∫∫ ∞ ∞ ×?= Ψ???=dV' ) r' -r (π 4 t) , r' (F ') t ,r (;dV') r' -r (π 4 t), r' (F ' t),r (Φ③ *求③式的积分：

第二式也可类似导出。力势可由给定的力场表示： ?? ? ? ?? ?×?=Ψ???=Φ∫∫∞∞dV'r t), r' (F 4π1 t),r (dV'r t) , r' (F 4π1 t),r (** ④ (3)几种基本的集中力系点源的弹性波辐射场 (均匀各向同性弹性全空间) 1)单个集中力引起的位移场(基本解)*运动方程： F u μ)u ()μ2(λt u ρ22+×?×?????+=??⑤ *位移矢量场的Stokes 分解(用小写字符?和ψ表示)： ψ;ψu =??×?+??=⑥

地震反演方法概述

地震反演方法概述 地震反演：由地震信息得到地质信息的过程。 地震反射波法勘探的基础在于：地下不同地层存在波阻抗差异，当地震波传播有波阻抗差异的地层分界面时，会发生反射从而形成地震反射波。地震反射波等于反射系数与地震子波的褶积，而某界面的法向入射发射系数就等于该界面上下介质的波阻抗差与波阻抗和之比。也就是说，如果已知地下地层的波阻抗分布，我们可以得到地震反射波的分布，即地震反射剖面。即由地层波阻抗剖面得到地震反射波剖面的过程称为地震波阻抗正演，反之，由地震反射剖面得到地层波阻抗剖面的过程称为地震波阻抗反演。 叠前反演主要是指AVO反演，通过AVO反演，可以获得全部的岩石参数，如：岩石密度、纵横波速度、纵横波阻抗、泊松比等。叠前反演与叠后反演的根本区别在于叠前反演使用了未经叠加的地震资料。多道叠加虽然能够改善资料的品质，提高信噪比，但是另一方面，叠加技术是以东校正后的地震反射振幅、波形等特征不随炮检距变化的假设为基础的。实际上，来自同一反射点的地震反射振幅在不同炮检距上是不同的，并且反射波形也随炮检距的变化而发生变化。这种地震反射振幅、波形特征随炮检距的变化关系很复杂，主要原因就在于不同炮检距的地震波经过的地层结构、弹性性质、岩性组合等许多方面都是不同的。叠加破坏了真实的振幅关系，同时损失了横波信息。叠前反演通过叠前地震信息随炮检距的变化特征，来揭示岩性和油气的关系。叠前反演的理论基础是地震波的反射和透射理论。理论上讲，利用反射振幅随入射角的变化规律可以实现全部岩性参数的反演，提取纵波速度、横波速度、纵横波速度比、岩石密度、泊松比、体积模量、剪切模量等参数。 叠后地震剖面相当于零炮检距的自激自收记录。与叠前反演不同，叠后反演只能得到纵波阻抗。虽然叠后反演与叠前反演想必有很多不足之处，但由于其技术方法成熟完备，到目前为止，叠后反演仍然是主流的反演类型，是储层预测的核心技术。 介绍几种叠后反演方法： 1）道积分：利用叠后地震资料计算地层相对波阻抗（速度）的直接反演方法。因为它是在地层波阻抗随深度连续可微的条件下推导出来的，因而又称为连续反演。 原理简述： 上述公式表示，反射系数的积分正比于波阻抗Z的自然对数，这是一种简单的相对波阻抗概念。 适用条件及优缺点 与绝对波阻抗反演相比，道积分的优点：1.递推时累积误差较小；2.计算简单，不需要反射系数标定；3.无需钻井控制，在勘探储气即可推广使用。 缺点：1.由于这种方法受到地震固有频宽的限制，分辨率低，无法适用于薄层解释的需要；2.需要地震记录经过子波零相位化处理；3.无法求得地层的绝对波阻抗和绝对速度，不能用于定量计算储层参数；4.这种方法在处理过程中不能用地质或测井资料对其进行约束控制，因而结果比较粗略。 2）递推反演方法：根据反射系数进行递推计算地层波阻抗或层速度，其关键在于由原始地震记录估算反射系数和波阻抗，测井资料不直接参入反演，只起到标定和质量控制的作用。因此又称为直接反演。 原理简述： 利用以上公式，可以从声波时差曲线及密度曲线上（没有密度曲线时可以利用Gardnar 公式进行换算）选择标准层波阻抗作为基准波阻抗，将反褶积得到的反射系数转为波阻抗。

第七章 地震预测1

地震学原理与应用
第七章 地震预测

一、概说
当今世界，各种自然灾害频频发生，全世界每年大约发生20起严 重的自然灾害，年平均死亡8万余人，经济损失80余亿美元。自然灾害 是对现代科学的挑战。 地震灾害的猝发性和惨重性给人类以极大威胁，地震所造成的巨 大灾害和损失，遥居各种自然灾害之首。 1995年1月17日，日本兵库县南部地震(MW＝7.2)，发生在工业发 达、人口密集的现代化大都市大阪－神户地区。这个地震造成人员死 亡5413人、受伤2.7万人；直接经济损失超过1000亿美元。 2011年3月11日，发生在日本东北部海域的MW 9.0地震及诱发的 海啸，已确认造成14435人死亡、11601人失踪；造成了重大人员伤亡 和财产损失 。
2013-5-27 地震学原理与应用第七章 2

大陆是人类主要活动地区，发生在大陆的地震虽只占全球 地震的15％，但大地震给人类造成的损失却占全球地震损失的 85％。中国是世界大陆区地震分布最广的国家，据1970-1980年 的统计，地震造成的伤亡和损失超过了其他国家和地区的总 和，地震预报的紧迫性明显地摆在中国地震工作者面前。 2008年5月12日下午14:28发生在四川汶川地区的MS8.0级地 震，截至8月25日统计，确认死亡69226人，失踪17823人，受伤 374643人，累计受灾人数4624.9048万人。直接经济损失估计超 过8451亿元人民币。 党和国家领导人多次到灾区视察、指导抗震救援工作。
2013-5-27 地震学原理与应用第七章 3

数字地震记录与模拟地震记录波形的一致性对比分析

地震地磁观测与研究 第25卷 增刊SEISM OLO GICAL A ND GEOM AG NET IC Vo l25 Suppl 2004年 9月OBSERVA T IO N AN D RESEARCH Sept 2004数字地震记录与模拟地震记录波形的 一致性对比分析 王 平狄秀玲 (中国西安710068陕西省地震局) 摘要 通过对模拟台网与数字台网记录到的地震震相和波形进行了对比分析,从比较情况看,两套系统地震记录的波形特征较为一致。 关键词 地震波形;对比分析 中图分类号:P315.63 文献标识码:A 文章编号:1003-3246(2004)增刊-0038-07 引言 陕西省数字地震台网建于1997年,最初是7个子台,2002年发展到13个子台。仪器运行情况良好,记录资料连续可靠。2002年数字台网记录资料正式使用、交流,模拟台网也于2002年4月停记。模拟、数字台网并行期间记录到的资料为模拟地震台网向数字地震台网的平稳过渡,为地震分析、预报、研究等提供了大量科学依据。在此,我们对数字台网记录的地动速度波形、仿真(仿DD-1)记录波形、模拟台网记录到的地动位移波形进行了对比分析,为进一步分析数字台网记录的地震震相提供参考。 1 资料的选取 按照中国地震局 区域台网地震月报目录与地震观测报告编报技术规范 要求,我们从台网并行期间记录到的地震事件中,选取了部分较为典型的地方震、近震记录图。在资料选取过程中,既要求数字、模拟记录属同一个台站的同一个地震事件,又要求图面质量记录较好。在符合这些条件的一些地震记录中,本文选用了几个比较典型的地震记录图。 在选取的地震中,我们给出每个地震数字台网记录的地动速度波形、仿真记录波形、模拟台网记录的地动位移波形,并进行比较分析。由于数字台网在人机交互式地震分析处理系统软件中,具有对波形的放大、缩小等编缉功能,为了使两种记录的时间标度一致,我们把数字台网记录的地震按每分钟120mm长度打印,模拟台网记录按原记录图纸复印。为便于波形的对比,下面给出地震的数字记录、仿真记录、模拟记录3种记录的时间尺度一致。 2 震相到时对比分析 我们从1998~2001年的地震记录中,选取了模拟、数字都记录到的近震、地方震的震相到作者简介:王平(1965~),女,陕西省地震局数字遥测台网工程师,从事遥测台网数据分析处理和编目工作

2.1地震时间剖面的特征

第二章地震层序分析?2.1 地震时间剖面的特征 ?2.2 地震反射界面的追踪对比方法 ?2.3 地质界面的类型和特征 ?2.4地震反射界面的类型、成因及区分?2.5地震地层单元划分 1

第1节地震反射波基本特征 一、地震波有关概念 二、地震子波有关概念 三、单道地震记录形成机制 四地震剖面特征 四、地震剖面特征 五、地震波分辨率 2

一、地震波有关概念 地震波指振动即质点在其平衡位置附近所做的来往返1波的类型按传播过程中质点地震波：指振动，即质点在其平衡位置附近所做的来回往返的运动，在介质中的传播。纵波 1、波的类型—按传播过程中质点振动方向 纵波：介质中质点的振动方向与波的传播方 向平行，称为纵波， 又称为压缩波。 横波：介质中质点的振 动方向与波的传播方 向垂直，称为横波，横波激发接收困难，地震勘探主要采用纵波，横3又称为剪切波。波在流体中不能传播，速度为纵波的0%～70%。故纵横波联合勘探是发展方向。

1、波的类型—按传播过程中传播路径特点 4

３、地震波性质 回顾波最基本的形式是谐波，以正弦波为例，其在不同时刻的位移量U （与平衡位置间的距离）为：U=Asin(ωt+φ0)A 为振幅，指谐振动曲线中代表质点离开平衡位置的最大位移。A ω为频率，指谐振动系统在一秒中所完成的振动次数。频率的倒数为周期T，它是完成一次振动所需要的时间(秒)间(秒)。ωt+φ0为相位，它是时间t的线性函数，它在不同时刻有不同的数值并决定着该时刻的位移值。A U φ 0为初始相位，是与谐振动开始时间有关的一个量。波峰：质点位移为正时的极值点。 波谷：质点位移为负时的极值点。 周期：相邻两波峰(或波谷)间的时间间隔。 U 6持续时间：初始振动到终止振动所持续的时间 相位数：在持续时间内波峰或波谷的个数

关于地震反演的一些认识

其实反演，确切的应该叫做“反演预测”。很多人忽略了这个“预测”的真正含义。利用已知少数井点，通过地震资料，提取与钻井揭示的地质特征相对最吻合的信息，来对大片无井空白区的属性做预测，最终反应的是对地质特征的一个预测。既然是一门技术，就有它的可适用性和不可靠性。这就需要反演人员有软件操作的技术，更重要的是要有足够的地质思维！！！如果没有后者，那就需要地质人员来指导！不同的反演人员，即使针对相同的资料，反演出来的结果也不完全一样。换句话说，往往是按照熟悉区块地质特征的地质人员的要求来做出反演预测。不然反演的不确定性就会被放大。真正的地质人员，是不会否定地震反演。 概括一下，只不过有两点： 1、反演一般是在没有足够的井资料控制整个区块的时候采用（那非均质性强的地方呢？）。 2、反演结果的好坏，需要操作人员的技术，更需要地质人员的把握。 对于反演有2点感性认识： 第一点：井越多（测录井数据越全面），反演结果越准确。在井控制范围内，预测精度高，井控制范围以

外，随着距离的增大，精度降低。 第二点：反演人员的地质概念和经验，对反演结果有很大的影像。相同的数据与流程，不同人员作出来的差别还是很大，而且都是在加载了相同解释成果的前提下。 反演分为三种，一种是基本是没有井资料，通常在勘探前期，第二种是有少量井资料，在勘探开发中期，第三种就是井资料很丰富，通常已经是开发中后期。随着井资料的丰富反演结果肯定越来越好啊，如果没有或者很少井，就只能通过插值或者数值模拟的方法搞出来伪井资料，这个往往误差很大 反演结果的好坏，地震资料的质量非常重要，反演结果的分辨率要高于地震资料的分辨率，因为加入了测井资料的高纵向分辨率。 反演预测的物性分布只是一个定性的描述，效果特别好也只是个半定量的描述。 反演的解具有高度不唯一性，需要测井来约束，道理上是井越多越好，但是井多了，约束的方法就比较复杂，能否约束好，是个关键问题。 反演的可信度高的判别标准是：该井参入反演与未参入反演的结果应该差别不大，井多井少结果差别不大，

青海大柴旦地方震波形特征分析

SEISMOLOGICAL AND GEOMAGNETIC OBSERV ATION AND RESEARCH 第39卷 第1期2018年 2月Vol.39 No. 1Feb. 2018地震地磁观测与研究doi: 10. 3969/j. issn. 1003-3246. 2018. 01. 006 青海大柴旦地方震波形特征分析 李启雷1） 李玉丽1） 罗自浩2） 马 丽2） 1）中国西宁810001青海省地震局 2）中国青海812100湟源地震台 摘要?利用双差定位法对2009—2015年大柴旦M 0.5以上地震重新进行精确定位，并 绘制区域地震震源深度频数直方图。根据地震精定位结果，选取地震波形记录较好的事 件进行特征分析。结果发现，重新定位后，大柴旦地区约65%的地震震源深度分布在6— 10 km ，震源深度较浅，地震波列衰减快，经过滤波，在直达波后观测到新的震相，初 步推测为康拉德界面反射波。 关键词?大柴旦；双差定位法；地方震；震源深度 0 引言 地方震是指震中距100 km 以内的地震。在过去几十年乃至几百年的破坏性地震资料来看，严重破坏范围通常不超过150 km 。对于中强地震，重大灾害损失一般发生在地方震范畴内。因此，震中距大小很大程度上决定了地震对地面建筑的破坏程度：震中距越大，影响越小；震中距越小，影响越大。地震对震区地面建筑影响的另一个重要因素是震源深度，对于同级地震，震源越浅，对地表破坏越大。准确测定震源深度对地震灾害评估及救援意义重大。 震源深度是影响地震波形特征的一个重要物理量。震源深度的确定属于地震定位范畴，地震定位是地震学基本问题之一（黄媛，2008）。确定震源深度的方法有很多种，目前应用较多的主要有：①波形反演法，对台站数量和方位角分布要求低（龙锋等，2010），比较适合于中强地震计算；②深度震相法，即利用深度震相与源生初至震相到时差计算震源深度，对台站记录波形质量要求较高，计算量小，方便快捷；③双差定位法，其可靠性基于台站数量和震相到时资料质量，是少数可以对地震丛集进行定位的方法之一，尤其适合于震源空间跨度小的地震序列定位（刘劲松等，2007；罗艳等，2013）。以上3种方法只有波形反演法对震相分析精度要求较低，其余均依赖于震相分析的精度与数量。傅承义教授曾经说过：“震相分析是地震科学的心脏”。震相分析是数据利用的主要手段，地震学的任务就是利用震相测定地震的基本参数，确定震源机制，研究震源的力学性质和探讨地球内部构造等。因此，作为地震学研究基础，准确进行震相分析显得尤为重要。 震相分析就是在地震图上寻找在到时、振幅、周期及质点运动方式等特征表现不同的地震波组，本质上是对地震波形特征的分析，取决于震源、传播路径与接收仪器的特性。 作者简介：李启雷（1981—），男，山东嘉祥人，硕士，工程师，主要从事地震监测工作 通讯作者：李玉丽（1981—），女，山东临邑人，硕士，工程师，主要从事地震监测工作。E -mail ：27263836@https://www.sodocs.net/doc/1613574955.html, 基金项目：青海省地震科学基金（课题编号：2017A07） 本文收到日期：2016-11-16

机械波与电磁波的区别与应用

机械波与电磁波的区别与应用 机械波与电磁波是波的两种主要形式，它们共有波的基本特性：比如说能发生反射、折射、干涉、衍射，都能够传播能量与信息，波速、波长、频率之间具有同样的关系。它们又有各自不同的地方：电磁波是一种纵波，有偏振现象，机械波的形式可以是纵波也可以是横波、电磁波的传播不需要介质，机械波必须在介质中传播。由于两者性质的不同，他们在现实生活中也有着不同的应用。 远距离的测量可以用到机械波和电磁波。在海上航行的船只在测量海底深度时会用到一个叫声纳的装置，它的工作原理是发出一束能量很强的超声波，超声波在到达海底后发生反射，测量超声波发射到反射回船只的时间就能得到海底的深度。当测量地球到月球的距离时，就必须用到电磁波。将上述工作原理中的超声波改为电磁波就能合理地测量地球到月球之间的距离。超声波的穿透能力很强，在水中传播时损耗很小，所以能够较好地测量海底的深度，但是超声波不能在真空中传播，所以在测量地月距离时必须要用到电磁波。 机械波的另一个主要应用表现在对地震波的测量和分析。 地震波是由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地震发生时，震源释放出巨大的能量。震源区的介质在这股能量的驱动下发生剧烈的振动和破裂，这种振动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及其表层各处传播出去，形成了连续介质中的弹性波。地震震源施放出的能量沿振动波传播到地表，给地面的建筑物造成强烈的破坏。 地震波主要分为两种，一种是实体波，一种是表面波。表面波只在地表传递，实体波能穿越地球内部。实体波在在地球内部传递，又分成P 波和S 波两种。 P 波为一种纵波，粒子振动方向和波前进方平行，在所有地震波中，前进速度最快，也最早抵达。P 波能在固体、液体或气体中传递。 S 波前进速度仅次于P 波，粒子振动方向垂直于波的前进方向，是一种横波。S 波只能在固体中传递，无法穿过液态外地核。 表面波又称L 波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。表面波有低频率、高震幅和低频散的特性，只能沿地表传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。 根据对波动方程20tt xx u v u -=的分析可以得到：地震波的传播速度由下式决定。 v = 该式中E 为介质的弹性模量，ρ为介质的密度。

应用地震波形指示反演方法预测有利储层分布特征

石油化工 2019·02 51 Chenmical Intermediate 当代化工研究 应用地震波形指示反演方法预测有利储层分布特征 ＊田　梅 （中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院 辽宁 124010） 摘要：在单井评价的基础上，进行单井、连井对比，井震结合，总结各岩性组合地震响应特征。在此基础上，通过目标概率反演，预测 井间储层分布规律。 关键词：地震；波形指示反演；有利储层 中图分类号：T 文献标识码：A Prediction of Favorable Reservoir Distribution Characteristics by Seismic Waveform Indication Inversion Method Tian Mei (Exploration and Development Research Institute of Liaohe Oilfield Branch of PetroChina, Liaoning, 124010) Abstract ：On the basis of single-well evaluation, single-well and continuous-well comparisons are made, and on the basis of well-earthquake combination, the seismic response characteristics of each lithologic combination are summarized. On this basis, the distribution law of inter-well reservoirs is predicted by target probability inversion method. Key words ：earthquake ；waveform indication inversion ；favorable reservoir 地震波形特征的差异往往能反映储层岩性、物性的变化，因此地震波形特征分析是岩性预测、油气预测的重要手段。 1.有利储层地震响应特征分析 基于砂体叠置模式多信息耦合响应特征，发挥地震横向分辨率高的优势，把井眼的“硬数据”与地震“软数据”有机结合，通过精细标定和正演分析，实现井震有效结合，解析地震反射特征，寻找产能与地震响应之间的匹配关系，实现了砂体的定性-半定量表征。 （1）大套块状-厚层砂砾岩，表现为强振幅单峰波形下的连续空白反射特征，产能较高，单井累产一般大于2000吨；（2）连续厚层砂砾岩，表现为中强振幅连续反射特征，产能中等，单井累产一般为500-2000吨；（3）泥岩发育，厚度较薄的砂泥岩护层，表现为复合反射或杂乱反射特征，产能较低，单井累产一般小于500吨。 依据以上对不同岩性组合含油砂体地震波形特征的认识，以单井为中心，通过放射状联井地震剖面，分块刻画主力含油砂体平面范围及纵向展布特征。S268块发育3个含油砂体，Ⅲ砂岩组砂体沉积范围最广，东西两翼减薄，直至尖灭；Ⅱ砂岩组仅发育在S268井一带，北西南东向展布，往两翼减薄；Ⅰ砂岩组相对Ⅲ砂岩组砂体沉积范围有所减小，主要在S268-34-22井一带发育，东西两翼减薄。 S358块发育2个含油砂体，Ⅱ砂岩组砂体主要发育在S358井一带，往两翼减薄，直至尖灭，北西南东向展布。Ⅰ砂岩组砂体发育较为广泛，在S358、S351及S358-34-18井一带均有发育，东侧受控沉积断层影响，延伸长度有限，南部具有沉积填平的特点，物源供给翻越S358南控沉积主干断层，在S640井及其南部一带沉积。 2.有利储层地震波形指示反演 S358块为近岸水下扇沉积，平面划分两个扇体，纵向上多期砂体叠置，储层发育特征受沉积控制，主体部位叠加厚度大，横向变化快，分布规律复杂。为确保水平井实施效果，采用“地震波形特征指示反演技术”，提高储层钻遇 率，利用高精度储层反演成果，优化设计水平井轨迹。 (1)精细时深标定 时深标定是联系深度域钻井、测井资料与时间域地震资料的桥梁。通过制作合成地震记录，可以标定各主要目的层在地震剖面上的准确深度位置和地震反射特征。时深标定是地震资料解释工作中最关键的环节，标定的准确性对解释成果有直接影响。面向储层预测的时深标定相对于构造解释要求更高，只有准确的精细标定，才能找到储层的地震响应特征，才能利用地震资料比较准确的描述储层的空间变化特征。 时深关系直接决定井震关系是否匹配，进而影响储层预测的准确性。鉴于时深标定的重要性，为确保时深标定的准确，需要对标定进行严格的质量控制，主要从以下三个方面进行：①单井时深关系质控，主要从波组对应关系、合成记录的井震相关系数、相关系数曲线等三个方面进行质量控制。以S268-34-22井为例，目的层段波组匹配关系较好、相关性较好。②多井时深关系质控，利用“速度体”模块实现，对工区内所有井时深关系进行对比。在无高速或者低速层影响的情况下，同一地震工区的井，时深关系应当是基本一致的。主要从时深关系趋势是否一致、时深差异是否过大，两个方面分析。S358-S268块单井趋势与总体趋势一致、无速度畸变、时深差异较小，时深标定较好。③连井时深关系质控，通过连井剖面对比，主要检查井、地震的地质认识是否统一，着重检查井间储层的对应关系和连通关系，研究区内所有井其地质分层都基本标定在同一地震解释层位上，井震地质认识统一。 (2)建立合理的地层格架模型 正确的地质框架模型才能正确描述地层接触关系和储层空间结构；反之，则会导致地层和储层的空间结构不合理，进而影响反演效果。框架模型的建立，首先要选取合适的地震解释层位，然后对相应的层位进行质控和优化。 地震解释层位进行质控和优化对构造解释是十分必要的。其常见的问题有：①构造解释层位出现个别跳点或者局部不闭合；②构造解释层位与地震轴产状不一致（穿轴）；