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、實現方法和利用此方法算出的地質模型的正演實例。采用射線追蹤中的最優化射線追蹤為主要正演方法，對該地質模型進行正演，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圖等圖件，驗證算法的有效性；改變模型中的某個參數，得出其地震響應圖，得到的結果與理論完全相符，從而驗證了本論文算法的正確性。

關鍵詞：井間地震；正演；最優化射線追蹤；地質模型

1.引言

井間地震是在一口井中激發、在另外一口井中接收的地震勘探技術。與地面地震和VSP等常規型地震勘探技術相比，井間地震勘探具有如下特點：不受地表低速帶影響，地震波傳播距離短，震源激發頻率高（一般100～1000Hz），接收點和震源點都能接近探測目標，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、信噪比很高，波場類型多且復雜，散射波能量強，能夠實現透射波、繞射波、散射波、導波、折射波、轉換波、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，它不但在地震學研究、煤、金屬與非金屬等固體礦產資源、工程地質、環境地質和地質災害勘探中得到卓有成效的應用，而且在石油天然氣勘探與開發中獲得成功應用。

在井間地震勘探中存在著透射波、繞射波、散射波、導波、折射波、轉換波、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驗基礎，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。致力于這樣的一個目的，我們在此選擇了井間地震反射波正演方法研究這個課題。

2.論文研究內容和成果

二維地震射線追蹤，就是指在二維層狀空間內，以幾何地震學為基礎，將從炮點傳到反射層，經反射、折射后傳到接收點的波離散成為線性傳播的一條條射線，通過對射線路徑和射線到達時的研究，來反映地下介質的分布情況。

本文就是基于射線追蹤的原理，采用最優化射線法為手段，通過編寫程序，實現對反射波的射線路徑進行追蹤，并設計了多種層狀模型，來證明這個方法和程序的正確性。

3.多層反傾斜介質反射波正演地震響應

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為：炮點個數為10炮，檢波點個數為48個。炮點起始深度垂直地面510m，炮間距為50m，最后一炮的深度為垂直地面960m；檢波點起始深度為垂直地面510m，道間距為10m，最后一道檢波點的深度為垂直地面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圖，震源子波為Rick子波，主頻為400Hz，采樣間隔00002s，樣點數為6000個，地震道數為48道。由地震響應圖中可以看出，上行波在三個界面上發生反射，下行波在兩個界面上發生了發射，而這一結論正好與圖3-1相符。

圖3-1模型反射波射線路徑圖圖3-2模型的地震響應圖

4、結論

（1）總結出了井間地震射線追蹤正演模擬方法。歸納總結了井間地震正演模型的設計原理及計算步驟：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內容，通過C語言，實現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，并計算出傳播至每一個接收點的旅行時；③地震子波選取。本文選取的是廣泛用于地震模型計算和解釋中的雷克（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設置；②射線追蹤。完成上、下行反射波的射線追蹤；③生成正演數據。生成井間地震正演模擬參數數據與旅行時和射線路徑數據并記錄。④正演計算。在設置完各項參數后，該程序可以實現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容，由于本次設計時間有限，還有以下工作需要完善：（1）對更復雜的地層情況進行研究，特別是傾角特別大的地層的研究。（2）完善現有的程序，使現有程序能更好的適應多波、多觀測系統的射線追蹤系統。（3）進一步深化研究井間地震正演模擬方法。

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