石油勘探中地震面波的非线性反演方法研究

发布时间：2020-11-08 07:15

　　 瑞雷波是一种沿着地表与空气界面传播的面波,携带了近地表横波速度的信息,因此在环境和工程勘查中常被用于研究浅部地层的速度结构。自然界中的瑞雷波具有频散特性,面波频散特征反映了近地表介质弹性参数的垂向变化。如何充分利用面波的频散特征,最大限度地获取地下目标层的空间分布及其弹性参数是时兴的面波勘探技术急需解决的瓶颈问题。由于瑞雷面波频散方程具有高度非线性,因此本文主要研究了瑞雷面波频散曲线遗传算法反演近地表参数的相关方法。传统的瑞雷面波遗传算法反演效率较低,运算量非常大,若能改进反演方法,提高反演效率,可以充分利用瑞雷面波信息得到高精度的近地表参数信息。本文首先对瑞雷面波正演进行了阐述,对瑞雷面波在均匀半空间与水平层状介质中的传播进行了理论推导,得到瑞雷面波频散方程,然后研究了瑞雷面波频散曲线对于不同近地表参数的敏感性以及不同地震模型所对应的频散曲线形态特点,为初始模型的构建打下基础。由于本文缺乏实际资料,因此进行了瑞雷面波有限差分正演模拟,得到瑞雷面波波场地震记录之后,通过几种频散曲线提取方法的效果对比分析确定了相移法作为频散提取的方法。在进行瑞雷面波遗传算法反演时,重新设计了一种新的目标函数定义方法,通过与传统方法的对比,证实了新方法的有效性与稳定性,极大地提高了反演的计算效率,此外,还对遗传算法部分步骤进行了调整,提高了遗传算法反演的精度,设计了一个地下二维剖面,得到了其反演结果。最后对地震面波非线性反演工作进行了一定的总结与分析。
【学位单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：P631.4;P618.13
【部分图文】：

图 2-1 层状地质模型示意图同时设定： 221;1m mmm mc cri c c 当当 221;1m mmm mc csi c c 当当 22 ;m m c,m mu w ：瑞雷面波传播引起的介质质点沿x, z方向的位移；m zx p：切向应力；m zz p：法向应力；k c 2 ：波数； , , 1m m m m m m m m kr z z ks z z 。当m n时，即半空间情况下：

第二章 瑞雷面波波场频散特性与波场模拟及一个三层介质模型，使用上述有限差分方法对瑞雷面波进行了正演模拟，均匀完全弹性地质模型具体参数设置见表 2-4。表 2-4 均匀完全弹性地质模型相关地层参数层号sv （ m/s ） 层厚（ m ） （3g/cm ）pv（m/s）1 600 100 2.0 1200在进行均匀完全弹性地质模型波场数据模拟时，水平与垂直方向的采样步长均为1.0m，网格点数为 500×100，时间采样步长为 0.1ms，采样长度为 0.6s。采用峰值频率为 20Hz 的零相位雷克子波，震源加载于水平面上，采用中间激发的方式，在水平自由表面接收地震记录，空间偏导数采用四阶有限差分计算，结合自由地表边界条件，获得该模型的瑞雷面波正演记录。

29图 2-17 均匀完全弹性地质模型地震记录图 2-16 为均匀完全弹性模型正演所得的 0.3s、0.5s 所对应的波场记录，图 2-17为该模型正演所得的地震记录，由图中可以看出，针对简单的地质模型，上述有限差分方法可以有效消除数值反射，得到较好的瑞雷面波地震记录。下面对三层地质模型进行正演模拟，相关模型参数如下：表 2-5 三层地质模型相关地层参数层号sv （ m/s ） 层厚（ m ） （3g/cm ）pv（m/s）1 300 20 2.0 6002 600 20 2.0 12003 900 2.0 1800在进行三层地质模型波场数据模拟时，水平与垂直方向的采样步长均为 1.0m，网格点数为 500×200，时间采样步长为 0.1ms，采样长度为 1.2s。采用峰值频率为 20Hz的零相位雷克子波
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 孙成禹;闫月锋;蓝阳;;基于CFS-CPML边界处理的LOVE面波有限差分模拟[J];地球物理学进展;2015年06期

2 高静怀;何洋洋;马逸尘;;黏弹性与弹性介质中Rayleigh面波特性对比研究[J];地球物理学报;2012年01期

3 邵开胜;潘冬明;胡明顺;李娟娟;夏暖;;基于时频分析的面波探测技术研究与应用[J];能源技术与管理;2011年02期

4 秦臻;张才;郑晓东;徐基祥;宋建勇;宋雪娟;;高精度有限差分瑞雷面波模拟及频散特征提取[J];石油地球物理勘探;2010年01期

5 孔令召;侯兴民;陈建立;;基于时频分析方法提取瞬态瑞利波频散曲线[J];地震工程与工程振动;2008年06期

6 熊章强;张大洲;秦臻;周文斌;;瑞雷波数值模拟中的边界条件及模拟实例分析[J];中南大学学报(自然科学版);2008年04期

7 周竹生;刘喜亮;熊孝雨;;弹性介质中瑞雷面波有限差分法正演模拟[J];地球物理学报;2007年02期

8 王家映;;地球物理资料非线性反演方法讲座(一) 地球物理反演问题概述[J];工程地球物理学报;2007年01期

9 崔建文;一种改进的全局优化算法及其在面波频散曲线反演中的应用[J];地球物理学报;2004年03期

10 郑祥明,赵玉珍,史耀武;兰姆波频散曲线的计算[J];无损检测;2003年02期

相关博士学位论文 前5条

1 卢建旗;多道面波分析方法及其应用研究[D];中国地震局工程力学研究所;2013年

2 邵广周;多阶模式瑞利波频散特征与反演研究[D];长安大学;2009年

3 张立;层状介质中瑞利面波波场特征分析和反演方法研究[D];西南交通大学;2009年

4 彭文;利用石油勘探面波信息调查表层结构的方法研究[D];成都理工大学;2007年

5 鲁来玉;分层介质半空间瑞利波模式分析和介质参数反演[D];中国科学院研究生院（声学研究所）;2004年

相关硕士学位论文 前5条

1 邓乐翔;瑞雷波场正演模拟及频散曲线的提取[D];长安大学;2010年

2 肖云飞;面向波场分析的波动方程有限差分正演方法[D];中国石油大学;2010年

3 唐圣松;起伏二维地表模型瑞雷波场正演研究[D];中南大学;2009年

4 蒋婵君;瑞雷面波资料处理方法研究[D];中南大学;2009年

5 梁青;多模式瑞雷波频散曲线反演研究[D];中国地质大学;2007年

本文编号：2874457