井间地震层析成像在隐伏断层探测中的应用

论文摘要

隐伏(活)断层探测中,目前常用的方法是浅层地震勘探与钻探联合剖而相结合的方法,即首先利用浅层地震勘探确定目标断层以及上断点的埋深,然后采用钻探联合剖面和地层样品年龄测定等方法确定断层的活动性。在浅层反射地震勘探中,近炮点接收段常常受强能量面波等干扰以及第四纪松散沉积物的影响,无法获取浅部探测盲区内的反射波信息,不能可靠确定断层上断点的位置。目前还只能采用钻探的方式来确定断裂在浅部地层的错断深度,该方法不仅加大了勘探的成本,而且在很多情况下由于受到场地条件的限制实施难度较大。针对目前隐伏(活)断层探测中存在的难题,本文试图利用井间地震层析成像的方法得到断层浅部地层的P波速度结构图,并确定断裂上断点的位置。即在浅层地震勘探的基础上,在断层面的两侧布设两个钻孔,分别将震源和检波器放置在钻孔中进行激发与接收,不利用井中检波器记录的初至波旅行时,通过层析成像技术得到浅部地层精细的P波速度结构图像。本文在充分调研的基础上阐述了井间地震层析成像技术的基本原理和国内外最新研究进展。目前,井间地震层析成像的方法主要有射线层析和波动方程层析(又称散射层析成像)两大类。本文根据实际工作情况采用射线层析方法对井间地震数据进行层析成像。并在银川地堑内跨芦花台断裂进行了井间地震野外数据采集试验工作,在数据处理中,首先剔除废道坏道,定义观测系统,然后手动拾取初至波的旅行时曲线,选取初始模型进行计算,反演得到断层面两侧地层的P波速度分布图像。在井间地震层析成像反演计算的过程中,分别选取均匀模型(平均速度1650m/s)和层状模型以及不同的网格划分(1m×1m、1m×2m、0.5m×1m、0.5m×0.5m、0.5m×0.25m、0.25m×0.5m和0.25m×0.25m)进行层析。试验表明,均匀模型反演的井间地震成像结果优于层状模型和自定义模型；在满足反演精度的要求下不同大小的网格划分对层析结果的影响不大。本文采用弯曲法进行射线追踪,即从源与接收点之间的初始假想路径开始,根据最小走时准则对路径进行扰动,从而求得接收点处的走时及射线路径。反演方法采用针对问题本身的目标函数进行求解而不需要任何先决条件或辅助信息的遗传算法,对模型群体进行追踪搜索,解决大尺度、多变量的非线性反演问题。通过多次试验对比,本文选取均匀模型(平均速度1650m/s、0.25m×0.25m的网格划分进行试验,选取迭代6次的结果为最终层析成像结果。根根结果中相同速度地层的错动,推断解释断层面的大致位置以及断层的性质,同时根据上覆未发生错断的地层,确定上断点的埋深约为7m。井间地震层析成像结果与钻探结果对比发现,两者相当吻合。利用井间地震层析成像的方法,可以为隐伏断层上断点的确定提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 选题的目的意义
• 1.2 井间地震层析成像的研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 井间地震层析成像
• 2.1 井间地震
• 2.1.1 井间地震的基本概念和基本原理
• 2.1.2 井中震源
• 2.1.3 井下检波器
• 2.1.4 井间地震的其他采集设备
• 2.1.5 井间地震数据的采集方法
• 2.1.6 井间地震波场分析
• 2.1.7 井间地震数据处理方法
• 2.2 层析成像
• 2.2.1 建立初始模型和模型参数化
• 2.2.2 正演模拟
• 2.2.3 反演计算及其图像重建
• 2.2.4 分辨率分析
• 2.2.5 层析成像的数学丛础—Radon变换
• 2.3 井间地震层析成像
• 2.3.1 井间地震层析成像
• 2.3.2 初至波旅行时层析成像实现的基本原理
• 2.3.3 弯曲射线追踪
• 2.3.4 遗传算法
• 2.3.5 遗传算法中存在的问题
• 2.3.6 遗传算法实现中的困难
• 2.4 本章小结
• 第三章 井间地震层析成像数据采集
• 3.1 试验场地概述
• 3.2 数据采集设备
• 3.3 井间地震层析成像原始数据采集
• 3.3.1 第一次试验
• 3.3.2 第二次试验
• 3.4 本章小结
• 第四章 井间地震层析成像的处理过程
• 4.1 井间地震数据预处理
• 4.2 井间地震层析成像过程
• 4.2.1 初始模型的选取
• 4.2.2 地震射线追踪和速度层析反演
• 4.2.3 网格划分对层析结果的影响
• 4.2.4 层析成像结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论和建议
• 5.1 井间地震层析成像在隐伏断层探测中的应用
• 5.2 井间地震层析成像在隐伏断层探测中的优势和不足
• 5.3 试验总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录