井間地震反射波正演方法研究

張龍科　黃倩

摘要：本文闡述了多層界面情況下，反射波射線追蹤的基本原理、實(shí)現(xiàn)方法和利用此方法算出的地質(zhì)模型的正演實(shí)例。采用射線追蹤中的最優(yōu)化射線追蹤為主要正演方法，對(duì)該地質(zhì)模型進(jìn)行正演，得出每一層的上行反射波和下行反射波，最終得出模型圖、射線路徑圖和地震響應(yīng)圖等圖件，驗(yàn)證算法的有效性；改變模型中的某個(gè)參數(shù)，得出其地震響應(yīng)圖，得到的結(jié)果與理論完全相符，從而驗(yàn)證了本論文算法的正確性。

關(guān)鍵詞：井間地震；正演；最優(yōu)化射線追蹤；地質(zhì)模型

1.引言

井間地震是在一口井中激發(fā)、在另外一口井中接收的地震勘探技術(shù)。與地面地震和VSP等常規(guī)型地震勘探技術(shù)相比，井間地震勘探具有如下特點(diǎn)：不受地表低速帶影響，地震波傳播距離短，震源激發(fā)頻率高（一般100～1000Hz），接收點(diǎn)和震源點(diǎn)都能接近探測目標(biāo)，接收到的地震記錄頻率高（是地面地震的頻率的十幾倍到幾十倍）、能量強(qiáng)、信噪比很高，波場類型多且復(fù)雜，散射波能量強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)透射波、繞射波、散射波、導(dǎo)波、折射波、轉(zhuǎn)換波、反射波等多種波型的高分辨成像。因此，井間地震是一種有效的地球物理技術(shù)，它不但在地震學(xué)研究、煤、金屬與非金屬等固體礦產(chǎn)資源、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和地質(zhì)災(zāi)害勘探中得到卓有成效的應(yīng)用，而且在石油天然氣勘探與開發(fā)中獲得成功應(yīng)用。

在井間地震勘探中存在著透射波、繞射波、散射波、導(dǎo)波、折射波、轉(zhuǎn)換波、反射波等多種波型，我們將主要研究反射波法勘探。本課題主要是進(jìn)行正演方法的研究，目的在于為以后的地球物理在油藏研究中的反演奠定豐富的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，為以后的地震剖面圖反演提供有利的條件，使以后的反演更加方便、簡捷、快速。致力于這樣的一個(gè)目的，我們?cè)诖诉x擇了井間地震反射波正演方法研究這個(gè)課題。

2.論文研究內(nèi)容和成果

二維地震射線追蹤，就是指在二維層狀空間內(nèi)，以幾何地震學(xué)為基礎(chǔ)，將從炮點(diǎn)傳到反射層，經(jīng)反射、折射后傳到接收點(diǎn)的波離散成為線性傳播的一條條射線，通過對(duì)射線路徑和射線到達(dá)時(shí)的研究，來反映地下介質(zhì)的分布情況。

本文就是基于射線追蹤的原理，采用最優(yōu)化射線法為手段，通過編寫程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)反射波的射線路徑進(jìn)行追蹤，并設(shè)計(jì)了多種層狀模型，來證明這個(gè)方法和程序的正確性。

3.多層反傾斜介質(zhì)反射波正演地震響應(yīng)

模型分為四層，各地層均假定為均勻各向同性且是完全彈性的。界面1的深度為505m，第一層速度為1800m/s，界面2的深度為625m，第二層速度為2000m/s，界面3的深度為805m，第三層速度為2400m/s，界面4的深度為935m，第四層速度為2500m/s，震源子波為Rick子波，主頻為400 Hz。井間地震勘探的主要參數(shù)為：炮點(diǎn)個(gè)數(shù)為10炮，檢波點(diǎn)個(gè)數(shù)為48個(gè)。炮點(diǎn)起始深度垂直地面510m，炮間距為50m，最后一炮的深度為垂直地面960m；檢波點(diǎn)起始深度為垂直地面510m，道間距為10m，最后一道檢波點(diǎn)的深度為垂直地面980m。

圖3-1和圖3-2分別為該模型的上行反射波和下行反射波射線路徑圖，其中各自的左圖為單炮的記錄，右圖為多炮記錄。由圖看出總共有10炮，并且可以直觀地看出每一炮的波的傳播路徑。圖3-1為其中某一炮的上行反射和下行反射的射線路徑綜合圖。圖3-1為該模型的地震響應(yīng)圖，震源子波為Rick子波，主頻為400Hz，采樣間隔00002s，樣點(diǎn)數(shù)為6000個(gè)，地震道數(shù)為48道。由地震響應(yīng)圖中可以看出，上行波在三個(gè)界面上發(fā)生反射，下行波在兩個(gè)界面上發(fā)生了發(fā)射，而這一結(jié)論正好與圖3-1相符。

圖3-1模型反射波射線路徑圖圖3-2模型的地震響應(yīng)圖

4、結(jié)論

（1）總結(jié)出了井間地震射線追蹤正演模擬方法。歸納總結(jié)了井間地震正演模型的設(shè)計(jì)原理及計(jì)算步驟：①界面和速度模型建立；②上、下行反射波的射線追蹤。它是本文研究的重點(diǎn)內(nèi)容，通過C語言，實(shí)現(xiàn)了井間地震反射波的射線追蹤，獲得了上、下行反射波的傳播路徑圖，并計(jì)算出傳播至每一個(gè)接收點(diǎn)的旅行時(shí)；③地震子波選取。本文選取的是廣泛用于地震模型計(jì)算和解釋中的雷克（Ricker）子波，并且是零相位的，分辨能力較高，適用效果良好；⑤合成地震記錄。

（2）成功編寫了井間地震最優(yōu)化射線追蹤正演模擬程序。

程序主要完成以下工作：①建立模型。通過程序首先定義完成射線追蹤和正演模擬的一些必需的參數(shù)設(shè)置；②射線追蹤。完成上、下行反射波的射線追蹤；③生成正演數(shù)據(jù)。生成井間地震正演模擬參數(shù)數(shù)據(jù)與旅行時(shí)和射線路徑數(shù)據(jù)并記錄。④正演計(jì)算。在設(shè)置完各項(xiàng)參數(shù)后，該程序可以實(shí)現(xiàn)井間地震地震記錄的合成。可以合成上、下行反射波的正演記錄。

本文主要研究了以上內(nèi)容，由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間有限，還有以下工作需要完善：（1）對(duì)更復(fù)雜的地層情況進(jìn)行研究，特別是傾角特別大的地層的研究。（2）完善現(xiàn)有的程序，使現(xiàn)有程序能更好的適應(yīng)多波、多觀測系統(tǒng)的射線追蹤系統(tǒng)。（3）進(jìn)一步深化研究井間地震正演模擬方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸基孟.地震勘探原理[M].北京：石油大學(xué)出版社，1993：45-91.

[2]李輝峰，徐峰.地震勘探新技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社，2010：34-21.

[3]左建軍等.波動(dòng)方程法井間地震成像[J].勘探地球物理進(jìn)展，005（6）：212-214

[4]曹輝.井間地震技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].勘探地球物理進(jìn)展，2002，25（6）：6-10

[5]姚姚.地震勘探新技術(shù)與新方法[M].中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1991：22-58

[6]趙連鋒.井間地震波速與衰減聯(lián)合層析成像方法研究[C].博士論文，2002

[7]張永剛.地震波場數(shù)值模擬方法[J].石油物探，2003，42（2）：143-148.