基于应用网格环境的复杂地表波动方程基准面静校正研究

论文摘要

静校正技术一直是复杂地表区勘探的“瓶颈”,目前生产中广泛使用的静校正方法都基于地表一致性假设,复杂地表区往往不满足这种假设,波动方程基准面静校正被公认为是复杂地表区最好的静校正方法之一。本论文对波动方程基准面静校正进行了深入的研究,包括波动方程基准面静校正的流程、初至波拾取及近地表模型的建立、波场延拓算法等。设计了更合理的实现流程,建立了较准确的近地表速度模型,提出了高精度的波场延拓算法,使得波动方程基准面静校正适应于地表起伏剧烈、近地表速度纵横向变化剧烈的复杂地表区。在对波动方程基准面静校正原理深入分析的基础上,设计了一套波动方程基准面静校正流程。实现流程主要包括9个步骤:①利用自动和人工相结合的方式进行初至拾取;②利用初至旅行时层析成像技术,获取近地表速度模型;③把炮集记录分为共炮点道集和共检波点道集;④在共炮点道集上,利用近地表速度模型,将所有检波点从地表向下延拓到高速层顶界面;⑤采用替换速度,将检波点波场从高速层顶界面向上延拓到水平基准面;⑥将延拓后的数据重排,生成共检波点道集;⑦在共检波点道集上,利用近地表速度模型,将所有炮点向下延拓到高速层顶界面;⑧采用替换速度,将炮点从高速层顶界面向上延拓到水平基准面;⑨将延拓后的数据重排,生成共炮点道集。从波动方程基准面静校正的实现流程可以看出,波动方程基准面静校正需要准确的地表结构和精确的延拓方法。本论文采用自动拾取和人工修正相结合的方式进行初至拾取,利用初至旅行时层析成像技术重建地表介质速度分布,对层析成像模型测试的结果证明,初至旅行时层析反演方法能获得较合理的近地表速度模型。波动方程波场延拓方法主要有Kirchhoff积分法、有限差分法和频率-波数域法,Kirchhoff积分法和有限差分法是一种近似解,波动方程在频率-波数域变换不会带来波的畸变,可以得到精确解。频率-波数域内的相移法和相移插值法都不能适应速度横向变化剧烈的地质条件,为了解决这一问题,本论文提出了“相移-时移法”,通过修改Stolt公式,使得波动方程基准面静校正不受校正量的限制,从而能适应地表起伏剧烈、近地表速度纵横向变化剧烈的地质条件。为了检验“相移-时移法”在频率-波数域进行波动方程基准面静校正的有效性,对建立的理论模型进行了试算,并对某复杂地表区的实际地震资料进行了处理。实验结果证明,所用的方法和建立的模型是正确有效的。用“相移-时移法”在频率-波数域进行波动方程基准面静校正消除了起伏地表和复杂地表结构对数据的影响,同时,还消除了由于地表起伏对地下构造形态产生的畸变,为后续处理的速度分析和同相叠加奠定了良好的基础。由于波动方程基准面静校正计算量巨大,要想投入工业化应用,需要在高性能计算环境下进行。在对高性能计算深入研究的基础上,本论文建立了一个适合地震资料处理的松耦合微机计算集群和一个石油应用网格,对建立的集群做了性能测试,并把波动方程基准面静校正程序移植到石油应用网格环境中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文来源及研究的目的和意义
• 1.2 波动方程基准面静校正的研究现状
• 1.3 网格与石油勘探结合的研究现状
• 1.4 论文的研究思路及主要内容
• 1.5 论文取得的主要成果
• 1.6 论文的创新点
• 1.7 本章小结
• 第二章 复杂地表区静校正技术分析
• 2.1 目前生产中使用的静校正方法
• 2.1.1 基于模型和高程的静校正
• 2.1.2 基于生产炮初至信息的静校正
• 2.1.3 基于生产炮反射波信息的静校正
• 2.2 复杂地表区主要特征
• 2.2.1 沙漠区近地表特征
• 2.2.2 山地近地表特征
• 2.2.3 黄土塬覆盖区近地表特征
• 2.2.4 戈壁砂砾区近地表特征
• 2.2.5 水域近地表特征
• 2.3 复杂地表区静校正难点分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 波动方程基准面静校正
• 3.1 目前的静校正方法存在的问题
• 3.2 波动方程基准面静校正的特点
• 3.3 波动方程基准面静校正的原理
• 3.4 目前波动方程基准面静校正的困难
• 3.5 波动方程基准面静校正的实现方案
• 3.5.1 实现步骤
• 3.5.2 软硬件环境
• 3.6 波动方程基准面静校正的优点
• 3.7 波动方程基准面静校正的关键技术
• 3.8 本章小结
• 第四章 近地表模型的建立
• 4.1 初至旅行时层析成像
• 4.1.1 基本原理
• 4.1.2 成像的步骤
• 4.1.3 关键技术
• 4.2 初至拾取
• 4.2.1 数据预处理
• 4.2.2 地震资料参数的提取
• 4.2.3 样本选择
• 4.2.4 神经网络应用于初至拾取
• 4.3 最短路径射线追踪计算旅行时
• 4.4 表层速度反演
• 4.4.1 建立层析反演目标函数
• 4.4.2 目标函数的求解
• 4.5 层析反演模型测试
• 4.6 本章小结
• 第五章 波场延拓
• 5.1 波场延拓的流程
• 5.2 波场延拓算法
• 5.2.1 Kirchhoff 积分法波场延拓
• 5.2.2 有限差分法波场延拓
• 5.2.3 频率-波数域波场延拓
• 5.2.4 三种波场延拓算法的比较
• 5.3 频率-波数域波场延拓分析
• 5.3.1 相移波场延拓算子
• 5.3.2 相移加插值波场延拓算子
• 5.3.3 对相移加插值波场延拓的评价
• 5.4 相移-时移法波场延拓
• 5.4.1 相移-时移法的数理推导
• 5.4.2 相移-时移法的实现步骤
• 5.4.3 对本方案的评价
• 5.5 本章小结
• 第六章 波动方程基准面静校正的测试
• 6.1 模型试算
• 6.2 实际资料处理
• 6.2.1 单炮记录
• 6.2.2 共炮检距剖面
• 6.2.3 长波长静校正
• 6.2.4 非复杂地表的叠加剖面
• 6.3 对测试结果的分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 高性能计算环境
• 7.1 高性能计算简介
• 7.2 并行编程
• 7.3 集群系统概述
• 7.4 构建基于LINUX和MPI的集群
• 7.4.1 节点计算机
• 7.4.2 网络互联
• 7.4.3 操作系统
• 7.4.4 软件环境RSH
• 7.4.5 MPICH 的安装和配置
• 7.5 集群系统的性能测试
• 7.6 网格概述
• 7.7 石油应用网格环境的设计与实现
• 7.7.1 石油应用网格环境的总体设计方案
• 7.7.2 石油应用网格的体系结构设计
• 7.7.3 石油应用网格的总体逻辑结构
• 7.7.4 石油应用网格计算环境的构建
• 7.7.5 把现有程序移植到网格计算环境中
• 7.8 本章小结
• 结论及下一步研究工作
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简介