正演模拟技术在地震解释中的应用

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2 . 2 建立交错网格差分格式基本思想 利用交错网格差分算法离散化二维波动方程 被证明可以精确、 稳定的应用于复杂随机介质模 型弹性波动方程正演模拟
[ 5, 6 ]
2 波动方程正演方法原理
地球物理正演是对地质模型进行理论模拟, 分物理模拟和数值模拟两种。物理模拟是对与实 际地质体成比例的模型进行探测, 模拟野外探测 情况的方法; 数值模拟是基于弹性介质波场传播 理论的计算机环境下模拟实际地质模型的方法, 对解释实际地震资料 , 表征地下介质结构与岩性 有重要的实际意义。高精度地震波场正演模拟技 术常见射线追踪法和波动方程法, 分别根据地震 波的动力学方程和波动学方程来模拟地震波在地 质体中传播的方法。本研究采用对波动方程求解 的正演模拟方法, 利用全波场交错网格差分算法 对地质模型做正演模拟 , 以反映地质体结构和反 射特征。以下对该方法理论原理做简单阐述。 2 . 1 非均匀横向各向同性介质二维弹性波波动 方 非均匀横向各向同性介质中二维 P - S V 弹 性波波动方程如以下方程组所示 ( 取 z 轴为垂直 对称轴) [ 3, 4] : U = B( t W = B( t
461
+ M 2 i, j +
1 2
拟结果与原地震剖面进行对比, 拟合程度的好坏 将反映出构造解释的可靠程度。
( 2) 式( 2) 就是由解析微分方程组通过交错网格 差分算法得到的横各向同性弹性介质弹性波波动 方程的离散化递推公式 , 即模型正演目标的离散 方程组。对该方程进行求解可以获得空间各点的 地震波波动学参数。 2 . 3 正演模型设计流程 本研究利用基于 Window s 操作系统的软件 平台 GeoGraphix Discovery GMA plus 正演模拟 软件包和 T esseral 正演模拟软件两种 , 前者是操 作方便的地质、 地震和测井一体化解释软件, 其中 ST RU CT 模块为一款地震构造正演模拟工具 , 用 于在很少或没有井控的地区建立复杂地质模型, 并通过它产生相应的合成地震剖面; 后者为全波 场正演模拟软件, 对波动方程数值模拟采用有限 差分法实现, 能够模拟地震勘探中的多种地震记 录剖面 ( 包括单炮记录、 时间剖面、 偏移剖面、 V SP 剖面、 井间记录、 波场记录 ) 。 首先 , 根据解释结果设计实际地质模型, 界定 断层、 地层位置 , 并定义地层速度、 密度等物性参 数。然后根据地震波理论 , 选择不同激发方式、 传 播方式等。最后产生合成地震波记录 , 并进行滤 波、 噪音、 增益等参数设置 , 以及定义显示参数、 成 图方式等。通过以上操作 , 可获得合成地震道 , 分 析其反射特征并与地震剖面进行对比 , 寻找构造 或岩性变化规律 , 用于指导地震解释工作。 将模
( I nstitute of Geop hy sics and Geomatics , China Univ er sity of Geosciences , Wuhan 430074, China)
Abstract: T he geolo gical m odel o f t he wave f ield f orw ard calculat ion can sim ulat e seismic w av es in t he gr ound o f t he t ransm ission medium in order to ident ify t he charact erist ics of seismic records o f geolog ical bo dy. In t he pr ocess of seismic int erpret ation, t he g eolog ical fo rw ar d m odeling fro m t he result s of t he calculat io n can be ver if ied, and underg round g eo logical body pet rophysical seismic respo nse characteristics, as geolog ist s study t he g round flo or of the right geolo gical env ironment t o provide evidence of seism ic w ave field. T his pa per descr ibes t he use of t he ideolo gical dif f erence st agg ered grid t o solv e t he seismic w ave e quat ion f orw ard m odeling m et hods , and makes a brief analy sis of t he f orw ard sim ulat ion a bout so me applicat ions in t he Carbonat e st rat igraphy seism ic interpretat ion and limest one reservoir w ith a relat ive low seismic velocit y and a t hinner t hickness. Key words: f orw ard modeling; seismic int erpr et at io n; w ave equat ion 一层沉积岩岩石物理性质相对均匀的假设 , 通常
xz
=
*
xz
( x , z , t ) 为二维平面应力张量 ;
//
,
, ! 分别表示物质水平和垂直方向上拉
梅系数; ! 定义为一新的弹性常数。上式表明, 横向各向同性弹性介质中 , 独立的弹性常数有五
第4期
肖开宇 等 : 正演 模拟技术在地震解释中的应用
k+ 1 k+ 1 # t 2 2 ( W i+ 1 1 - W 1 1 ) , j+ 2 i- 2 , j+ 2 2 #z
第6卷 第4期 2009 年 8 月
Baidu Nhomakorabea
CHIN ESE JO U RN A L O F EN GI NEERIN G G EOP HY SICS
V ol 6, N o 4 Aug , 2009
文章编号 : 1672
7940( 2009) 04
0459
06
doi: 10. 3969/ j. issn. 1672- 7940. 2009. 04. 014
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工 程 地 球 物 理 学 报 ( Chinese Jour nal of Engineer ing Geo phy sics)
第6卷
面都将呈现不同地震波响应[ 2] 。 地震数值模拟就是在假定地下介质结构模型 和相应物理参数已知情况下, 在计算机上模拟研 究地震波在地下各种介质中的传播规律 , 以明确 地质体地震记录特征 , 对地震响应的特征进行分 析, 从而验证地震资料地质解释的合理性, 提高解 释分辨率 , 并最终指导解释工作。下面将介绍地 震波波场正演模拟方法及其应用。
xx xx zx
。当波长中网格点
数多于 10 时, 网格 色散与网格各向异性均可忽 略。在此 , 设 U, W 分别为介质在 x , z 两个方向 上速度离散量 ; R , T , H 分别为应力张量 和
// xz * xx
,
zz
的离散 量; L 0, M 0, L 1, M 1 和 M 2 分别为
图1
二维一阶速度 - 应力弹性波方程交错网格
Fig. 1 T he st agg er ed g rid o f first or der velocit y- st ress elast ic w av e equat ions in 2D 之后 ( 1) 式将被离散化为如下 ( 2) 式 : k+ 1 k- 1 #t k 1 k Ui, j 2 = U i, j 2 + B i, j ( R i+ 2 , j - R i- 1 2,j) # x t (H k k + B i, j # i, j + 1 - H i, j - 1 ) 2 2 # z 1 1 k+ k# t (H k k W i+ 12 , j+ 1 = W i+ 12 , j+ 1+ B i+ 1 , j+ 1 i+ 1, j + 1 - H i, j + 1 ) 2 2 2 2 2 2 2 2 # x # t k 1 k 1 + B i+ 1 ( T i+ 2 , j + 1 - T i+ 1 2 , j+ 2 2,j) # z k+ 1 k # t k+ 1 k+ 1 i+ 1 , j + ( L R i+ 1 ( Ui+ 12, j - Ui, j 2 ) ,j = R 2 2 # x k + 1 # t ( W k+ 11 2 2 + L 1i+ 1 ,j 1 - W 1 1 ) 2 i+ , j + i+ , j # z 2 2 2 2 1 1 k+ k+ k+ 1 k # t ( W 12 1 - W 12 1 ) T i+ 1 = T i+ 1 ,j + (L 2 i+ 2 , j+ 2 i+ 2 , j- 2 2,j #x # t k+ 1 k+ 1 ,j + L 1i+ 1 ( U i+ 12, j - Ui, j 2 ) 2 # z 1 1 + 2 1 k # t ( Uk k+ H k+ i, j + 1 = H i, j+ 1 + M 2i, j+ 1 i, j + 1 - Ui, j 2 ) 2 2 2 # x
个, 分别为 : 介质的密度函数、 垂直方向上的纵、 横 波速度 v P 和 v S vP = [ ( CPv = CPv = ( 以及纵、 横波的各向异性系数 CPv 和 C Sv , 其表达式为 : + 2! ) / ∀ ] 1/ 2 , v S = ( ! / ∀ ) 1/ 2 ,
//
+ 2! // ) / (
1 引
言
认为地球内部地震波的反射主要来自不同岩层之 间的构造界面 。地震勘探原理表明 , 在分辨率 允许的范围内 , 存在物性差异的地质体之间的界
[ 1]
能够对沉积岩系进行地震解释主要基于对同
作者简介 : 肖开宇 ( 1984 - ) , 男 , 硕士研究生, 主要从事地球物理学的学习与研究。 E- mail: xky_s xd@ 126. com 胡祥云 ( 1966 - ) , 男 , 江西吉安人, 教授 , 博士生导师 , 主要从事电磁法理论及应用的教学与研究。
,! // , , ! 和 ! 的离散量。则 ( 1) 式中 , 各导 数项均可用中心差分替代 , 如图( 1) 所示的交错网 格中各节点计算不同的量 : U , B 在节点 1 处计 算; W , B 在节 点 2 处 计算 ; R, T , L 0, M 0, L 1, M 1 在节点 3 处计算; H , M 2 在节点 4 处进行计 算。
x
zx
+ +
z
zz
) ) W z U x ( 1)
x
//
z
t
zz
= ( = (
U+ + 2! // ) x + 2! ) W+ z W) x
t
zx
t
* = ! ( U+ z
式中 U( x , z , t) , W ( x , z , t ) 分别为垂 向纵、 横波速度向量 ; B( x , z ) 为随空间变化的密度 ∀= ∀ ( x , z ) 的倒数 ; xx = xx ( x , z , t ) 、 zz = zz ( x , z , t) 和 ! // 和
正演模拟技术在地震解释中的应用
肖开宇, 胡祥云
( 中国地质大学 地球物 理与空间信息学院 , 武汉 430074)
摘
要: 对地质模型进行波场正演计 算可以模 拟地震 波在地下 介质中 的传播 规律, 以明 确地质体 地震记 录
特征 . 在地震资料解释过程中 , 对地质模型的正演计算可以对解释结果进行验证 , 并能提供地下地质体地震波 岩石物理响应特性 , 为地质学家正确研究地下地 质环境提供地震波波场证据。本文介绍了利用交错网格差分 思想求解波动方程的地震正演模拟方法 , 并在 碳酸盐 地层中 层位判 断和相 对低速薄 灰岩储 层中的 两个实 际 地质模型为例进行简要分析。
关键词: 正演模拟; 地震解释; 波动方程 中图分类号 : P 631. 4
文献标识码 : A
收稿日期: 2009- 05- 31
Forward Seismic Modeling Technology in the Application of Interpretation
Xiao Kaiyu, H u Xiang yun