地震模型正演
地震层析成像的正演与反演初步
地震层析成像的正演与反演初步摘要本文通过设立一个平行层的地球模型，初始的震源位置和发震时刻，并改变震源出射角的值，求出射线到达地面的位置，以及射线到达台站的到时，获得了正演模型得走时。
并将正演结果用于反演。
在反演中，本文采用了赵大鹏的反演程序1，2，反演速度结构并与设立的模型比较，得到较满意的结果。
1、引言最初用于医学造影的成像技术自从上个世纪七八十年代引入地学后已经发展成为一项成熟的技术，越来越多地用于地球动力学，地幔对流，板块俯冲带及其演化历史，以及消亡的板块的演化历史的研究，并为板块构造理论提供有力的证据。
由于到达台站的地震波的到时与地震波在所穿过的物质中的波速有关，因此，分析地震波的到时数据就可以得到地下波速结构。
结合其它的地学证据，层析成像揭示出地幔由集中的上升结构与下降结构组成10。
高速带通常是冷的岩石圈板块在板块的会聚边界陷入地幔的区域3，6，10，11，12；集中的低速结构通常预示着热的岩浆活动3，10，例如太平洋板块与欧亚板块碰撞形成的火山岛弧下的岩浆活动3，以及东非裂谷带下大规模的岩浆活动，导致了非洲大陆的抬升10。
在对地震波的各向异性的研究中，James Wookey等8根据澳大利亚地震台站接收到的来自Tonga-Kermadec和New Hebrides俯冲带的深源地震的s波分裂，揭示出在该地区地幔中部约660km深处可能存在中部地幔分界层，阻断上下地幔的对流。
随着成像解析度的提高，现在已经能反演出地球深部的速度结构和异常，追述消亡的板块的演化历史5，11，12。
例如Van der Voo等10在西伯利亚1500-2800km深处发现了高速异常带，揭示了大约150-200百万年前Kular-Nera洋关闭，Mongolia-North China陆块与Omolon陆块结合的演化历史。
目前层析成像技术正向着高精确性，大数据量和适用性的方向发展，正反演数值计算方法的开发，成像方法的评价，成像结果的地学解释都是目前研究的方向。
地震模型正演
地震模型正演与反演简介一、地震模型正演（seismic forward modeling）的概念如果我们已知地下的地质模型，它的地震响应如何？地震模型正演就是通过室内模拟得到地质模型对于地震波的响应。
地震模型正演包括物理模拟和数值模拟，数值模拟就是应用相应的地球物理方程和数值计算求解已知的地质模型在假定激发源的作用下的地震相应。
通常，我们针对特定的勘探区块，应用期望或实际的采集参数通过地震正演模拟野外地震采集，得到单炮记录，再通过速度分析、动校正、叠加、偏移等处理得到成像数据。
图1为Marmousi速度模型，图2为正演得到的炮集记录，图3为正演得到的叠加剖面。
图1 Marmousi模型图2正演炮集图3 正演叠加剖面二、数值模型正演方法通常，我们提到的模型正演为数值模拟的模型正演，目前常用的数值模拟地震模型正演方法包括基于射线原理的射线追踪法，以及基于波动方程的有限差分法、有限元法、积分方程法、快速傅里叶变换法和拟谱法等。
射线追踪法主要反映地震波的运动学特征，有限差分、有限元法则适合复杂地质构造的正演模拟，积分方程法涉及复杂的数学推导，快速傅里叶变换法在频率域计算得到正演数据。
三、数值模型正演的步骤数值模拟求解地震模型正演问题的步骤主要包括以下三个方面：1) 地质建模，根据研究对象和问题建立地球物理或地质模型；2) 数学建模，根据应用的物理手段和地球物理模型建立相应的数学模型；3) 模拟计算，选择正演计算方法，编写计算程序进行数值模拟计算。
四、什么是地震反演地震反演技术就是充分利用测井、钻井、地质资料提供的丰富的构造、层位、岩性等信息，从常规的地震剖面推导出地下地层的波阻抗、密度、速度、孔隙度、渗透率、沙泥岩百分比、压力等地球物理信息。
反演就是由地震数据得到地质模型，进行储层、油藏研究。
地震资料反演可分为两部分：1）通过有井(绝对)、无井（相对）波阻抗反演得到波阻抗、速度数据体。
2）利用测井、测试资料结合波阻抗、速度数据进行岩性反演，得到孔隙度、渗透率、砂泥百分比、压力等物理数据。
地震反演
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。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∑-∑∑∑-∑=-=∑∑-=22)()(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+=ˆ （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。
地球物理正演与反演
正演理论方法
PY地震剖面与地质模型
速度分析
CDP叠加
PY地质模型与其地震响应
为什要进行地震反演？
• 在时间域中的褶积就 是频率域中的乘ห้องสมุดไป่ตู้.
• 从右图中可以看出,子 波的作用是将地震频 谱中高频和低频都消 除了.
• 理论上讲,反演就是试 图将这些失去的频率 区域进行恢复.
为什要进行地震反演？
低频 测井资料中所包含的频带范围 高频 地震资料中所包含的频带范围
反演理论方法
• 地震反演的目的
根据地震资料，反推出地下介质的波阻抗、 速度和密度等岩石地球物理参数的分布，估算储 层参数，并进行储层预测，以便为油气田的勘探 和开发提供可靠的基础资料。
反演理论方法
反演提供各种岩 性剖面，目的就是 将已知井点信息与 地震资料相结合， 为油田工作者提供 更多的地下地质信 息，建立储层、油 藏的概念模型、静 态模型、预测模型， 提高油田采收率。
正演理论方法
• 地震模型技术
模型技术的基本思想就是研究某一类复杂事 物时，抓住它们的某些主要方面，而摈弃、忽略 一些非本质的次要方面，概括出一个能反映这类 事物的主要特点的模型。再用数学或物理的方法 研究发生在这个模型里的物理现象的基本规律，
用以代表客观实际的复杂事物规律。
正演理论方法
• 地震模型技术
反演的理论基础：褶积模型(时间域)
《复杂介质地震波正演模拟方法及优化策略》记录
《复杂介质地震波正演模拟方法及优化策略》读书札记1. 内容概括本读书札记主要围绕《复杂介质地震波正演模拟方法及优化策略》聚焦于书中关于复杂介质地震波正演模拟方法的阐述与优化策略的探讨。
在第一部分，本书介绍了地震波正演模拟的基本概念、原理及其在地震研究中的重要性。
阐述了地震波在正演模拟过程中的基本步骤和原理，包括地震波的产生、传播、反射和折射等物理过程。
重点介绍了复杂介质对地震波的影响，包括介质的不均匀性、多相性、孔隙性和裂性等特点，以及这些特性如何影响地震波的传播和模拟结果。
书中详细阐述了复杂介质地震波正演模拟的具体方法，介绍了不同模拟方法的原理、特点和适用场景，如有限元法、有限差分法、边界元法等数值计算方法。
探讨了各种方法的优缺点以及在实际应用中的限制和挑战，在此基础上，详细描述了模型建立、参数设置、计算过程及结果分析等关键步骤。
重点讨论了地震波正演模拟的优化策略，首先分析了影响模拟效率和精度的主要因素，如计算资源、算法优化、并行计算技术等。
提出了针对性的优化策略和方法，包括改进算法、优化模型参数、提高计算效率等。
探讨了在实际应用中如何根据具体情况选择合适的优化策略，以提高模拟的效率和精度。
最后一部分为实践应用与案例分析，书中通过具体案例，展示了复杂介质地震波正演模拟方法在实际地震研究中的应用，包括地质构造分析、地震灾害评估、油气勘探等领域。
通过案例分析，使读者更好地理解和掌握复杂介质地震波正演模拟方法的应用和优化策略。
1.1 研究背景地震波在复杂介质中的传播是地球科学研究的重要基础，对于地震勘探、工程勘察和地震预警等领域具有至关重要的作用。
由于地下介质的复杂性，如非均匀性、各向异性、断裂和渗透性等，使得地震波的正演模拟成为一个极具挑战性的问题。
传统的地震波正演方法往往基于简化假设，如均匀介质、单相介质等，难以准确模拟复杂介质中的地震波传播行为。
发展新的正演模拟方法以更好地描述和预测复杂介质中的地震波传播，对于提高地震勘探和地震预警的准确性具有重要意义。
地震正演课程设计
地震正演课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生了解地震波的传播原理，掌握正演模拟的基本概念。
2. 使学生理解地震正演在地质勘探和地震预测中的应用，了解相关技术发展。
3. 帮助学生掌握地震正演模拟的基本步骤，了解影响正演结果的各种因素。
技能目标：1. 培养学生运用地震正演模拟方法分析地质结构的能力。
2. 提高学生运用地震正演软件进行数据处理和分析的技能。
3. 培养学生通过团队合作，解决实际地震正演问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对地球科学研究的兴趣，激发探索自然现象的热情。
2. 增强学生的环境保护意识，认识到地震预测和防范的重要性。
3. 培养学生尊重科学、严谨求实的态度，树立正确的价值观。
本课程针对高年级学生，结合地震学原理和实际应用，注重培养学生的理论知识和实践技能。
课程目标旨在帮助学生深入理解地震正演技术，提高解决实际问题的能力，同时培养学生的科学素养和责任感。
在教学过程中，教师需关注学生的个体差异，因材施教，确保课程目标的实现。
通过本课程的学习，学生将具备地震正演模拟的基本能力，为地质勘探和地震预测工作打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 地震波传播原理：介绍地震波的类型、传播速度、反射折射现象等基本概念，重点讲解地震波在地下介质中的传播规律。
教学内容：地震波分类、传播速度、反射折射定律、折射率、反射系数等。
2. 地震正演模拟方法：讲解正演模拟的基本原理，介绍常见的正演方法及其优缺点。
教学内容：正演模拟原理、射线理论正演、波动方程正演、有限差分法、有限元法、边界元法等。
3. 地震正演应用与案例分析：分析地震正演在地质勘探和地震预测中的应用，结合实际案例，让学生了解正演技术在解决实际问题中的具体运用。
教学内容：正演在地质勘探中的应用、正演在地震预测中的应用、国内外典型地震正演案例分析。
教学安排与进度：1. 第一周：地震波传播原理2. 第二周：地震正演模拟方法3. 第三周：地震正演应用与案例分析教材章节：《地震勘探原理》第三章 地震波传播理论，第四章 地震正演模拟，第五章 地震数据处理与应用。
地震资料综合解释资料
名词解释：1.褶积模型：地震记录的褶积模型是当今地震勘探中三大环节的主要理论基础之一，其应用十分广泛，主要表现在三大方面：正演、反演和子波处理。
层状介质的一次反射波通常用线性褶积模型表示 ,即：式中:w(t)为系统子波;r(t)为反射系数函数,符号“*”表示褶积运算。
2.分辨率：分辨能力是指区分两个靠近物体的能力。
度量分辨能力强弱的两种表示：一是距离表示，分辨的垂向距离或横向范围越小，则分辨能力越强；二是时间表示，在地震时间剖面上，相邻地层时间间隔 dt 越小，则分辨能力越强。
时间间隔 dt 的倒数为分辨率。
垂向分辨率是指沿地层垂直方向所能分辨的最薄地层厚度。
横向分辨率是指横向上所能分辨的最小地质体宽度。
3.薄层解释原理：Dt<T/4 或 Dh 在 l/8 与 l/4 之间，合成波形的振幅与 Dt 近似成正比，可用合成波形的振幅信息来估算薄层厚度，这一工作称之为薄层解释原理。
4.时间振幅解释图版：我们把层间旅行时差Δ t 与实际地层的时间厚度Δ T 的关系曲线以及薄层顶底反射的合成波形的相对振幅Δ A 与实际地层的时间厚度Δ T 的关系曲线统称为时间－振幅解释图版。
5.协调厚度：在相对振幅ΔA 与实际地层时间厚度ΔT 的关系曲线上，ΔA 最大值所对应的地层厚度称为调谐厚度。
协调脉冲。
6.波长延拓：用数学的方法把波场从一个高度换算到另一个高度，习惯上称之为波场延拓。
7.同相轴：各接收点属于同一相位振动的连线。
8.波的对比：根据反射波的一些特征来识别和追踪同一反射界面反射波的工作，方法：相位对比、波组或波系对比、沿测网的闭合圈对比、研究异常波、剖面间的对比。
9.剖面闭合：相交测线的交点处同一反射波的 t0 时间应相等，是检验波的对比追踪是否正确的重要方法。
10.广义标定：是指利用测井、钻井资料所揭示的地质含义 (岩性、层厚、含流体性质等) 和地震属性参数(如振幅、波形、频谱、速度等)之间的对比关系，判别或预测远离或缺少井控制区域内地震反射信息 (如同相轴、地震相、各种属性参数等)的地质含义。
浅谈地球物理勘探技术中的三维地震勘探技术
浅谈地球物理勘探技术中的三维地震勘探技术摘要：基于煤矿采区三维地震解释成果与实际揭露地质现象仍然存在一定差距的实际情况，通过分析煤田三维地震数据采集、资料处理及地质解释过程，提出一些实际工作中的注意事项，为煤田三维地震勘探工程中的相关技术人员提供参考资料。
关键词：地球物理；勘探技术；地震勘探；技术分析随着浅层煤炭资源的开采完成，煤矿开采深度在不断地加深，地质条件也越来越复杂。
随着煤矿安全、高效生产的需要，采区三维勘探技术成为详细查明小断层、陷落柱、采空区、煤厚变化等地质资料的有效手段。
三维地震勘探具备成本低、分辨率高等特点，能够为煤矿的安全、高效生产提供有利支持。
1三维地震勘探原理三维地震勘探是指：在三维空间中，采用炸药或震源车等方式进行激发，产生振动波（弹性波），通过研究地震波在地层中的传播规律，以查明地质构造，确定油气、矿石、水、地热资源等矿藏赋存位置的一种技术方法。
2煤田三维地震勘探技术主要步骤2.1野外地震数据采集煤田勘探工作，大部分是在野外进行，在野外进行工作时，我们通常是利用地震勘探数据采集器进行数据采集，采集的目的层一般为煤系地层。
煤田勘探过程中需确保数据采集的准确性，这样才能够保障下一步工作的顺利进行，这对于安全生产及经济收益的提高，都具有巨大的现实意义。
野外勘测地震数据采集需要工作人员采集数据的同时，对于各个钻孔位置、深度及炸药量都要进行周密计划和管理。
将炸药放在预先计划好的位置上，同时对各个位置进行记录，在炸药被引爆之后，会产生非常强大的地震波，利用地震波的反射来获取地质结构资料。
2.2数据勘探作业处理煤矿勘探原本就是一项复杂又难度较高的工作，三维地震勘探技术在煤田勘探的应用过程中，也必然会面临很多综合性问题，这就使得数据的获取及处理难度更大。
地震勘探工作具有一定的特殊性，它的每一个步骤的工作既需要具有一定独立性，又要能够与其它各个环节相互联系和配合，彼此之间是相互协作，相辅相成的关系。
地震波正演方法研究
第1章地震波正演方法研究1.1地震波正演研究的目的地震波正演就是求取地震波在已知的地下地质模型中的传播规律，包括传播时间、路径、能量等。
正演通常是地震研究中了解未知问题的第一步。
在人工给定的地质模型中进行正演得到的规律能够增进人们对未知模型的认识，从而有助于问题的解决。
地震波的正演研究是理论地震学中较为活跃的课题之一。
地震学家成功的发展了许多折射和反射波的计算正演方法，人们从合成记录图中得到了比以往多得多的关于震源和介质的信息。
总的来说，正演有以下几个方面的用处：1.对波场特征进行理论研究；2.指导野外数据采集工作设计；3.作为反演解释的理论基础；4.帮助资料解释。
本文进行正演方法研究与计算的目的是认识初至波的形成规律，了解低降速带的结构变化对地震波反射与折射旅行时的影响，分析来自不同射线路径的初至波和反射波在地面同一点处静校正量是否有一致性。
现在广泛使用的静校正方法多是基于初至折射波的。
初至折射静校正是利用浅层初至折射波信息，使用某种方法计算出静校正量，再应用静校正量使受低降速带横向结构变化影响的反射波旅行时归位。
这样做的前提在于地表一致性假设，即在地表同一点处，所有的折射波和反射波通过低降速带时都具有相同的路径，因此静校正量是相同的。
但在目前的勘探工作中，特别是在山区的勘探中，常常出现与此假设不相符的情况，比如当低速带速度与下伏地层的速度差别不是特别大或当基岩出露时，这种情况下，反射波和折射波在通过低降速带时路径可能存在较大的差异，从而产生不同的校正量。
这时再沿用基于初至波的静校正方法就无法得到满意的叠加效果。
分析在不同地表结构情况下初至波与反射波静校正量的一致性，对于提高这些地区地震勘探工作的质量是很有意义的。
本章的目的就在于寻找一种对折射波、反射波都能够进行计算的正演方法，为以后的研究工作提供理论依据。
本文中，将这种既能追踪折射波，又能追踪反射波的正演方法叫做多波场地震波正演。
1.2 地震波传播的基本规律错误！未找到引用源。
Discovery地震正演模型制作
利用LogM_STRUCT正演软件制作正演模型利用特定正演软件诸如LogM_STRUCT等做正演,这个软件是LandMark的自带软件包,discovery中也有这个包.1.打开LogM_STRUCT 的Structual Model Entry,输入模型名字,模型长度及深度.(图1.2)2.打开Edit中的那个加入层位的按钮,在模型上画一个层,这时候它还只是一个层位(图3),我们必须让他与模型的两边有交点(只有这样,才能有体等概念),用右键点击层位,会弹出一个菜单,选 horizon tie,有时候,这个软件容易在这里出错,可以点一次applay,再点一次accept,存一次模型.这里候,层位的一边与模型闭合了,再右键点层位,再horizon一次,一般这时候都可以成功(图4).3.分别在各个闭合的体内点右键,设置各个体的速度及密度等属性密度不用输入也行,会自动根据速度计算一个出来.(图5)4.分配完属性后,就可以生成地震数据了.打开synthetics菜单,里面有各种正演计算方法,在这里,我们选用第一个.根以根据需要调整子波参数,在这里,我们保持默认(图6)5.生成正演地震数据.(图7)需要说明的一点:利用LogM_STRUCT的Structual Model Entry可以制作比较复杂的正演模型,不知道是我版本的问题,还是什么原因,在画模型时容易出错,每次horizon tie只能applay一次就要保存模型,然后cancel,再点horizon tie,再applay一次.(还不如以前我自己编的那个正演模型程序,这个问题比它解决的好)1.jpg (16.19 KB)2.jpg (24.94 KB)3.jpg (13.57 KB)4.jpg (28.87 KB)5.jpg (32.97 KB)6.jpg (38.58 KB)7.jpg (22.03 KB)。
地震反演原理及其应用
目前，以物探局范祯祥先生开发的《非线性波动方程地震波反演技 术软件—ANGEL2001》为代表的地震反演软件包已投入生产应用。本 技术的基本技术思路是：采用有限元波动方程对地震波剖面数值模拟， 借助于最优选择理论对地震波反映的物性参数与几何形态进行逐次逼近 ，以实现物性参数的反演。在此基础上借助于神经网络分析对所反演的 物性参数进行非线性标定。小波技术，模糊识别技术，分形技术穿插应 用其中。
即而反演过程则是估算个子波的地震反演概述正演合成记录tntwtrtsiiiiiiiir?1111?而反演过程则是估算一个子波的逆反子波用反子波和地震道进行褶积运算得到反射系数rt然后由上式导出的递推公式逐层递推计算出每一层的波阻抗即用gardner公式从波阻抗中分离出速度和密度
地震反演原理及其应用
引言：
s(i) r ( j ) w(i j 1) n(i)
jHale Waihona Puke （ 1）（ 2）这里＊ 意思是褶积
关于褶积模型的假设条件: •叠后数据 – 地震道是零炮间距的； •没有多次波；
•没有 AVO 效应；
•噪声是随机的, 即是白噪的, 与地震不相关； 没有相干噪声。 •子波是恒定的 – 不随时间变化。
这里
( j ) = 第j层的密度 ( j ) = 第j层的纵波速度
•
反演的目的是为了从地震道本身估算地层速度。显然，首先需要从褶积 模型中提取反射系数的一个估算值，因此，我们可进行反褶积的相关处 理。在讨论反褶积和反演之前，让我们更详细地讨论一下褶积模型的两 个主要组成部分： 反射系数和地震子波。
地震波传播正演模拟方法和装置
地震波传播正演模拟方法和装置地震是一种对人类社会具有巨大破坏力的自然灾害，为了更好地理解地震的发生机制、预测地震的影响以及进行有效的抗震设计，地震波传播的研究显得至关重要。
地震波传播正演模拟作为一种重要的研究手段，可以帮助我们深入了解地震波在地下介质中的传播规律。
地震波传播正演模拟方法主要基于物理学原理和数学模型来描述地震波在地下的传播过程。
常见的方法包括有限差分法、有限元法和射线追踪法等。
有限差分法是一种应用广泛的数值方法。
它通过将求解区域划分为网格，然后对波动方程进行离散化处理，用差分格式近似替代微分方程中的导数项，从而得到一组代数方程。
通过求解这组代数方程，可以得到地震波在各个网格点上的数值解。
有限差分法的优点是计算效率较高，适用于处理大规模的计算问题。
但其精度在复杂介质中可能会受到一定限制。
有限元法是另一种重要的数值方法。
它将求解区域划分为有限个单元，通过构建单元的插值函数来近似表示波场。
然后，基于变分原理将波动方程转化为一个泛函的极值问题，从而得到一组线性方程组。
有限元法在处理复杂几何形状和非均匀介质时具有优势，能够较好地模拟波的散射和折射现象，但计算量相对较大。
射线追踪法是一种基于几何光学原理的方法。
它通过追踪地震波传播的射线路径来计算波的传播时间和振幅。
这种方法计算效率高，尤其适用于长距离传播和高频波的模拟。
但射线追踪法在处理波的衍射和散射等现象时存在一定的局限性。
除了上述方法，还有一些其他的正演模拟方法，如谱元法、伪谱法等，它们在不同的应用场景中都发挥着各自的作用。
在地震波传播正演模拟中，装置的选择和应用也非常关键。
高性能计算机是实现大规模模拟计算的重要工具。
强大的计算能力和存储容量能够支持处理复杂的模型和大量的数据。
同时，专业的地震模拟软件也是不可或缺的。
这些软件通常集成了各种正演模拟方法，并提供了友好的用户界面和丰富的后处理功能，方便研究人员进行模型构建、参数设置和结果分析。
地震正演模拟
地震正演模拟
1. 原理
在地震记录上看到的波形是地震子波叠加的结果，从地下许多反射界面发生反射时形成的地震子波，振幅大小决定于反射界面反射系数的绝对值，极性的正负决定于反射系数的正负，到达时间的先后取决于界面深度和覆盖层的波速。
若地震子波波形用S(t)表示，反射系数是双程垂直反射旅行时t 的函数，用R(t)表示，地震记录f(t)形成的物理过程在数学上就可表示为：
f(t)=S(t)* R(t)=∫S (t )R (t −τ)dτT
其中反射系数R 取R=ρ2v2−ρ1v1ρ2v2+ρ1v1，设地层密度为均匀的，且令ρ2=4ρ1，则反射系数只与地层间速度有关。
地震子波取雷克子波S(t)=[1-2*（pi*fp*t ）2]exp[-（pi*fp*t ）2]，其中主频取fp=20。
2. 模型
本次模拟中采用的是300*80的网格，道数为80，垂直采样点数为300。
模型为一个三层水平层状均匀介质，其速度分别为1000m/s 、2000m/s 、3000m/s ，模型如下：
图1 模型示意图 图2 地震子波 3. 结果 2000m/s 1000m/s
3000m/s
图2 各层界面的地震响应。
歧口凹陷陡坡扇地震地质模型正演与应用
摘 要 ：根 据 歧 ｔ ２ １ 凹 陷 典 型 陆 相 沉 积 为 主 的沉 积 模 式 ， 结 合 储 层 纵 向砂 泥 薄 互 层 、 横 向砂 体 变 化 大及 砂 泥 岩
速 度 接 近造 成 的 波 阻 抗 差 异 小 等 特 点 ， 利用 该 区 的 实 际 井 测 井 资 料 分 别 建 立 一 维 、 二维 、 三维地质 模型 ， 进 行 正 演 模 拟 。通 过 实 际井 简化 一 维 模 型 正 演 分 析 ， 建 立 歧 口典 型 陡 坡 扇 沉 积 特 征 的 地 质 模 型 进 行 二 维 正 演 模 拟， 总结陡坡扇沉积的地震响应特征 ， 再 利 用 三 维 模 型 正 演 能很 好 的反 映 砂 体 纵 横 向 变 化 引 起 地 震 属 性 变 化 的优 势 ， 对 三 维 正 演 数 据 体 的各 种 平 面 属性 及 时 间 切 片 等 参 数 特 征 进 行 分 析 ， 优 选 出 了 适 合 该 类 储 层 的地 震 预测方法 ， 为 陡 坡 扇 沉 积 砂 体 的地 震 资 料 剖 面解 释 预 测 和 地震 相识 别 提 供 了 理 论 依 据 。
ａ ｎ ｄ Ｉ ｔ ｓ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｙｕ ｅ Ｙｉ ｎ ｇ，Ｃｈ ｅ ｎ Ｓ ｈ ｕ ｑ ｉ ｎ，Ｚ ｈ ｏ ｕ Ｚ ｏ ｎ ｇ ｌ ｉ ａ ｎ ｇ，Ｇｕ ｏ Ｓ ｈｕ ｗｅ ｎ，Ｇｕ ｏ Ｃｈ ｕ ｎ ｘ ｉ ａ ｎ ｇ，Ｃｈ ｉ Ｙｏ ｎ ｇ ｈ ｏ ｎ ｇ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ —７ ９ ４ ０ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ０ １
地球物理正演与反演
反演的理论基础：褶积模型(时间域)
假设: 叠后地震数据道是零偏
移距的 没有多次波 没有AVO效应 噪声是随机的，与地震
数据不相关 子波是固定的，不随时
间变化 地震数据已做过偏移，
每一地震道只取决于地震 道位置处的反射系数序列
地震道可以用下面的模型表示 seismic = wavelet * reflectivity + noise
当研究客观世界存在的复杂事物和自然现象 时，最可靠的办法是对事物进行试验和观测，然 而由于种种原因，对事物进行直接观测，研究会 遇到很多困难，甚至不可能实现。在这些情况下， 较好的解决办法就是用模型来代替实物，也就是 所谓模型技术。
正演理论方法
• 地震模型技术
模型技术的基本思想就是研究某一类复杂事 物时，抓住它们的某些主要方面，而摈弃、忽略 一些非本质的次要方面，概括出一个能反映这类 事物的主要特点的模型。再用数学或物理的方法 研究发生在这个模型里的物理现象的基本规律，
测井资料和地震资料频带范围对比
为什要进行地震反演？
◙可以看出，地震资料中明显缺少测井曲线 中包含的低频及高频信息。低频成分提供了 地层的基本速度结构，高频成分提供了地层 的纵向分辨率。地震资料提供了稳定的中频 信息和可靠的横向分辨能力。因此，需要通 过测井约束的波阻抗反演来提高其分辨率。
反演理论方法
PY地震剖面与地质模型
速度分析
CDP叠加
PY地质模型与其地震响应
为什要进行地震反演？
• 在时间域中的褶积就 是频率域中的乘积.
• 从右图中可以看出,子 波的作用是将地震频 谱中高频和低频都消 除了.
• 理论上讲,反演就是试 图将这些失去的频率 区域进行恢复.
为什要进行地震反演？
地震正演模拟
l1 ' l2 ' l3 ' l''i
l1 l2 l3
li
lln n ' C l
t' t
Ct
则根据定义，我们说这两个质点系是相似的，其中C M 、C F
、C
和
l
C
t
称
为相似常数，由牛顿第二定律我们得出这些相似常数的相互关系
物理模拟相似第一定理
对第一类质点系有 对第二类质点系有
Fi
Mi
d 2li dt ' 2
it
Fi't ' 2
M ili Fi t 2
记一般形式为 Ml
• 以两质点系的动力学相似为例，说明两物理现象相似的性质。
设有两个初始位置几何相似的质点系
M 1,M 2,M 3,M i,M n M 1 ',M 2 ' ,M 3 ',M i',M n '
各质点上有作用方向对应平行的力
F 1,F 2,F 3,F i,F n
F1',F2',F3',Fi',Fn'
在对应的时间t,t’内各质点移动了距离
C
F
C
2 t
，其中
C C
M F
Cl
C
2 t
称为相似指标
上式表明，相似现象中相似常数不都是可以任意选取的，它们之间存在一定的关
系，这是物理现象中各物理量之间有一定的函数关系的原故。
物理模拟相似第一定理
由式 Mi' CMMi ，Fi' CFFi ，t ' Ct t ， li' Clli
பைடு நூலகம்
波动方程正演模型及应用
波动方程正演模型及应用吴清岭 张 平 施泽龙3(大庆石油管理局勘探开发研究院)摘 要 地震资料解释经常用到正演模型。
常规的褶积模型不能模拟地震波的动力学特征。
本文采用声波方程,通过四阶有限差分近似,实现了复杂地质构造零炮检距的数值模拟。
文中同时展示了实际应用效果。
主题词 正演模型 有限差分 零炮检距剖面作者简介 吴清岭,男,1962年生,1983年毕业于华东石油学院勘探系,硕士,高级工程师,现从事地震方法研究工作。
地址:(163712)黑龙江省大庆市让胡路区勘探开发研究院。
3 参加本工作的还有杨有林同志。
在地震资料解释中,人们力图得到能够保持地震波的运动学与动力学特征的波动方程正演模型,以达到精确模拟地震波传播特性的目的。
在求解波动方程的2种数值解法(有限差分法和有限元法)中,有限差分法是一种快速有效的方法,并且地质模型的复杂程度不影响运算速度。
本文介绍了对声波方程采用四阶有限差分近似制作零炮检距剖面的基本过程及应用效果。
一、基本原理1,计算公式在二维空间域内,二维声波方程为1C 292u 9t 2=92u 9x 2+92u9z 2式中 C ———声学介质下地震波的纵波速度;u ———声压。
设Δh 为空间采样步长;Δt 为时间采样步长;m 、n 、l 分别为正整数;则有x =m ・Δh z =n ・Δh t =l ・Δt 对时间域采用二阶有限差分;对空间域采用四阶有限差分(推导过程略),其数值计算公式为u (m ,n ,l +1)=(A 2/12){16[u (m +1,n ,l )+u (m -1,n ,l )+u (m ,n +1,l )+u (m ,n -1,l )]-[u (m +2,n ,l )+u (m -2,n ,l )+u (m ,n +2,l )+u (m ,n -2,l )]}+(2-5A 2)[u (m ,n ,l )-u (m ,n ,l -1)]其中 A 2=C 2(m ,n )Δt 2/Δh 2式中 C (m ,n )———介质速度的空间离散值;Δt ———时间离散步长;Δh ———空间离散步长。
地震正演与高斯束偏移
典型模型二：局部低速体
绿色框内表示 双变区域
速度场模型
模型参数： 水平距离：930*6m 纵向深度：550*6m 精细网格采样：2m 全局时间采样：0.3ms 局部时间采样：0.06ms 炮点位置：（101*6m，3*6m） 模拟时间长度：2.4s 中国石油大学(华东)
波场快照对比图
Z分量
由于采用了局部精细化的双变网格技术，在局部目标区域网格可以从 米级变化到毫米级（而在全局采用毫米级的常网格算法将导致巨大的计 算量，因而是不可行的），从波场快照的对比图可以看出：双变网格算 法能够较好模拟局部小尺度低速构造。
t 2 Dz z Dx t xz Dz x Dx z
n 1 2
1 2 1 x i , j 2
n
i, j
1 2
中国石油大学(华东)
弹性波方程离散化
在传统交错网格技术中，变量关于 x 的2n阶空间偏导数差分近似式为
ux N 2m 1 2m 1 x am u x0 x u x0 x O x 2 N x 2 2 m 1
中图 常网格波场快照
中国石油大学(华东) 右图 二者波场快照之差
耗时对比 6000 5000 4000
时间
5537
3000 2000 1000 0 804
2775
粗网格 细网格 局部变网格 双变网格 1105
1 从计算耗时对比可知： 在保证计算精度的前提下，模型网格非均匀剖 FD 分的双变网格算法，能够极大的提高正演模拟的效率。
T i 1
v vV v v
2：利用过渡区域的波场值判断是否进入精细时间采样
T i 3 2
不同类型介质模型与地震波场正演理论计算
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不同类型介质模型与地震波场正演理论计算
摘要:介质模型与地震波场研究是地震波理论的核心内容之一，本文结合地震相关地震软件及其数值模拟,初步地阐述介质模型及地震波传播的相关问题。我们清楚地震学中研究的主要问题是不同地质及其构造下地震波的传播规律；其次是其传播的动力学（能量扩散),其中其主体内容可以由波动方程的构建、波动方程和波动方程的时空延伸。通过简单理论模型的建立并结合matｌab、软件数值模拟计算,增加我们对地震波的传播与介质差异因素和界面因素,以及孔隙介质模型的认识和讨论；然后结合均匀弹性各向同性、VTI介质（横向各向同性、垂向各向异性)、粘弹性各向同性、双相介质四种模型，阐述地震波场的主要特性。最后,根据前人大量的科研成果,总结了人工地震研究、天然地震波场的主要特性；并且,结合其他地质、地球物理资料,利用地震波场对地球内部物质结构及其构造的动力学机制反演的样例。
图1 2001年11月到2002年12月的GPS地壳表面水平位移量
(IｓabellｅRyder等，２01１年,Geｏphys）
东昆仑断裂带是分割青藏高原北部柴达木—祁连山块体和中部羌塘地块的边界断裂带，将青藏高原划分为南北两大部分的活跃且重要的构造带。结合地球化学和地球物理的数值模拟、反演技术,此构造带南北之间的物理性质明显不同，地层的速度结构及分层、密度、横向和纵向的各向异性、地热结构等物理性质都存在很大的差异,正是这些差异使得该地区的动力学环境呈现明显的区域特性。
波动方程数值解法是建立在以弹性或粘弹性理论和牛顿力学为基础的偏微分方程，其近似解法是建立在弹性波动力学的变分原理基础上。实际介质性质不同决定了对应地震传播方程也不同。例如声波波动方程、弹性介质的弹性波波动方程、粘弹性介质中的粘弹性波波动方程和各向异性介质中的各向异性弹性波波动方程等都存在一定的差异。因此，我们在建立和求解复杂模型的波动方程时，基于弹性介质的波动方程，粘弹性介质模型数值模拟计算时在方程中添加粘滞项；而双相介质模拟则需要根据实际复杂程度选择最佳模型。
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地震模型正演与反演简介
一、地震模型正演（seismic forward modeling）的概念
如果我们已知地下的地质模型，它的地震响应如何？地震模型正演就是通过室内模拟得到地质模型对于地震波的响应。
地震模型正演包括物理模拟和数值模拟，数值模拟就是应用相应的地球物理方程和数值计算求解已知的地质模型在假定激发源的作用下的地震相应。
通常，我们针对特定的勘探区块，应用期望或实际的采集参数通过地震正演模拟野外地震采集，得到单炮记录，再通过速度分析、动校正、叠加、偏移等处理得到成像数据。
图1为Marmousi速度模型，图2为正演得到的炮集记录，图3为正演得到的叠加剖面。
图1 Marmousi模型
图2正演炮集
图3 正演叠加剖面
二、数值模型正演方法
通常，我们提到的模型正演为数值模拟的模型正演，目前常用的数值模拟地震模型正演方法包括基于射线原理的射线追踪法，以及基于波动方程的有限差分法、有限元法、积分方程法、快速傅里叶变换法和拟谱法等。
射线追踪法主要反映地震波的运动学特征，有限差分、有限元法则适合复杂地质构造的正演模拟，积分方程法涉及复杂的数学推导，快速傅里叶变换法在频率域计算得到正演数据。
三、数值模型正演的步骤
数值模拟求解地震模型正演问题的步骤主要包括以下三个方面：
1) 地质建模，根据研究对象和问题建立地球物理或地质模型；
2) 数学建模，根据应用的物理手段和地球物理模型建立相应的数学
模型；
3) 模拟计算，选择正演计算方法，编写计算程序进行数值模拟计算。
四、什么是地震反演
地震反演技术就是充分利用测井、钻井、地质资料提供的丰富的构造、层位、岩性等信息，从常规的地震剖面推导出地下地层的波阻抗、密度、速度、孔隙度、渗透率、沙泥岩百分比、压力等地球物理信息。
反演就是由地震数据得到地质模型，进行储层、油藏研究。
地震资料反演可分为两部分：
1）通过有井(绝对)、无井（相对）波阻抗反演得到波阻抗、速度数据体。
2）利用测井、测试资料结合波阻抗、速度数据进行岩性反演，得到孔隙度、渗透率、砂泥百分比、压力等物理数据。
图4为包括火山锥、火山溢流相的特殊岩性体偏移地震剖面，从常规剖面上地质工作者很难进行岩性体的解释和追踪。
图5为对应的反演剖面，显然，反演剖面更有利于地质体的解释、识别、和横向追踪。
图4偏移地震剖面
图5地震反演剖面
五、常用地震反演方法
当今的地震反演方法，一是建立在波动理论基础之上的。
由其固有的不适定性，反演的效果尚不如以褶积模型为基础的方法，加之这种方法尚不够完善而未能得到普遍推广。
二是建立在褶积模型基础上的，即叠后资料反演。
叠后地震资料反演可分为三种基本的类型（Brain.h.Russell）：带限反演，或称常规递推法、稀疏脉冲法以及以模型为基础的反演方法。
如地震岩性模拟、广义线性反演、宽带约束反演等。
稀疏脉冲法包括最大似然反褶积、L1范数反褶积、最小熵反褶积、最大熵反褶积、同态反褶积等，稀疏脉冲反演是基于脉冲反褶积基础上的递推反演方法,其基本假设是地层的强反射系数是稀疏分布的。
从地震道中根据稀疏的原则提取反射系数,与子波褶积后生成合成地震记录;利用合成地震记录与原始地震道残差的大小修改参与褶积的反射系数个数,再作合成地震记录;如此迭代,最终得到一个能最佳逼近原始地震道的反射系数序列。
该方法适用于井数较少的地区,其主要优点是能够获得宽频带的反射系数,较好地解决地震反演的多解性问题,从而使反演结果更趋于真实。
常规递推法与稀疏脉冲反演法主要是利用反褶积方法来恢复反射系数序列，由经过标定的反射系数序列递推出相对波阻抗，然后加上从声波测井和地质模型中得到的低频分量，最终得到反演波阻抗。
这两类方法的主要缺陷是选择可靠低频信息较为困难，由反射系数递推波阻抗过程中误差积累快，当反射系数存在较大误差时，递推出来的波阻抗剖面会面貌全非。
此外，经过反褶积处理的结果，并不代表真正的反射系数序列，稀疏脉冲法在地质结构复杂的条件下使用效果很差。
其精度也难以满足储层预测、油藏描述的需要。
以模型为基础的反演方法以测井资料为约束条件,采用正、反演结合进行迭代，求取地下波阻抗将反演方法推向非线性问题。
这种新方法利用了测井资料的高频和低频信息，大幅度拓宽了地震信号的频带，可以更好地获得薄层、薄互层的波阻抗信息。
因而表现出强劲的发展势头，是目前国内外各软件公司重点发展的技术，也是油田开发阶段进行储层预测、油藏描述的主要应用技术。
叠前反演主要指AVO(AVA,振幅随炮检距或入射角变化)反演，是继亮点技术后出现的又一种油气直接识别技术，Zoeppritz方程描述了振幅与入射角的关系。
精确的Zoeppritz方程是AVO烃类检测技术的基础。
随着地球物理技术的飞速发展及利用地震信息进行岩性勘探与含油气储层的研究，
直接利用地震信息找油找气成为人们普遍关注的热点，亮点技术的出现，为直接找油、找气揭示了广阔的前景；同时真假亮点想象使人们陷入勘探的误区，如何识别真假亮点，即如何从亮点的振幅异常中识别出只与含气有关的亮点，多年来人们渴望找到一种方法来解决这一问题，八十年代AVO 技术的出现，对解决这一问题有了可能，近年来AVO技术日趋成熟，在国外AVO烃类检测技术的广泛应用，为油气田的开发带来了巨大的经济效益。
地震反射信号的振幅随炮检距的变化而变化。
反射系数对反射角度的依赖关系反映了这种变化，在某些沉积环境中，这种振幅变化可能提供了烃类存在的重要信息，如当碎屑岩空隙中含气时，纵波速度降低，而横波速度不变，这造成地震反射波振幅与炮检距（或地震波入射角）之间的关系发生变化产生振幅异常。
通常共中心点叠加压制了振幅随入射角变化的信息，因为叠加中每个同相轴的振幅表示所有不同炮检距上地震反射波的平均振幅。
AVO分析处理技术试图研究振幅随入射角的变化关系，研究这种关系的变化，对储层的含油气性进行预测，特别适合于预测含气储层。
求得的AVO属性以适当的方式显示，并对其进行解释、研究，找出区域上油气的分布规律。