槽波地震層析成像技術(shù)

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1、層析成像技術(shù)又稱為CT技術(shù)。CT(ComputerizedTomography)技術(shù)，早先是醫(yī)學(xué)界用x射線或超聲波為病人迅速診斷而發(fā)展起來的，是醫(yī)學(xué)上的一種成像技術(shù)；后來，CT技術(shù)很快被引入地球物理學(xué)領(lǐng)域．開始用以研究地球內(nèi)部構(gòu)造及天然地震等。英國Mason(1979)首先將這一技術(shù)用來研究Thoresby煤礦頂板的應(yīng)力分布，隨后在英國等國家得到越來越廣泛應(yīng)用。我國在80年代后期，西安煤炭研究分院、河北省煤炭研究所等單位開展了煤層槽波及坑道無線電波CT技術(shù)的研究與應(yīng)用。1．地震層析方法發(fā)展的回顧地震層析成像自引入到地球物理學(xué)領(lǐng)域以來,由

2、于地震勘探中不同觀測方式所具有的投影角度不同,解決問題的難易程度不同,計算機(jī)發(fā)展水平的限制以及理論基礎(chǔ)(射線理論和波動理論)等方面的因素,近20多年來的發(fā)展主要遵循著以下三條主線。成　谷,馬在田,耿建華,曹景忠地震層析成像發(fā)展回顧1．1從透射層析發(fā)展到反射層析由于地震數(shù)據(jù)最通常的接收方式是地面接收,因此人們最先想到的是利用反射資料進(jìn)行反射層析的研究。從80年代到現(xiàn)在為止,反射層析的研究一直沒有中斷過。例如,Cutler和Bishop的“地震層析成像:公式和方法”;Bube和Resnick分析了反射地震層析成像能夠測定的和不能準(zhǔn)確測定的特

3、征參數(shù);Jannane等研究了從地震反射數(shù)據(jù)能夠分辨的地球結(jié)構(gòu)的尺度;Williamson針對反射層析中反射界面的情況提出了三種處理方式;Wang和Houseman利用反射地震振幅來反演速度的變化;Wang和Pratt討論了反射層析中地震旅行時和振幅對速度的不同分量的敏感度。與透射層析相比,反射層析成像除了受到“地震數(shù)據(jù)有限帶寬、觀測方式的有限視角”等問題的影響外,還受到“低速帶、速度和反射界面深度之間的多解性”等特定因素的影響,而且反射層析與透射層析相比受有限視角的影響更大。因此,從總體上來說,層析成像的研究以透射層析(主要是跨井觀測

4、方式,也有VSP以及反向VSP觀測方式)為多。在地震層析成像發(fā)展的早期,針對射線層析中大型、欠定(或混定)、不相容、非常稀疏、有時病態(tài)或奇異的線性代數(shù)方程組而推出的各種解法,盡管對反射層析也同樣適用,但基本上都是按照透射層析的情況進(jìn)行試算的。針對層析成像中欠定(或混定)引起的解非唯一性問題而應(yīng)用的各種平滑、約束和歸一化的技巧,也主要是根據(jù)透射層析的情況進(jìn)行研究的,如Meyerholtz和Pavlis研究了地震層析中褶積壓制的作用;Phillips和Fehler比較了各種平滑和歸一化方式(阻尼最小平方法、阻尼最小平方加空間平均平滑器法、阻

5、尼最小平方加均值平滑器法、褶積壓制法等)應(yīng)用于同一含噪音的合成數(shù)據(jù)的效果;Zhou在井間旅行時層析中采用了空間相干濾波器;Nemeth和Normark在井間旅行時層析中采用了動態(tài)平滑的措施。隨著透射層析發(fā)展逐漸成熟,以及對反射層析中存在問題的相應(yīng)解決辦法的研究不斷深入,人們發(fā)現(xiàn),與透射數(shù)據(jù)相比,反射數(shù)據(jù)能夠反映地下更精細(xì)尺度的結(jié)構(gòu)和參數(shù)分布,并能節(jié)約觀測成本,為此,反射層析的研究又重新提到日程上來,重新得到了人們的重視。1．2從旅行時層析發(fā)展到波形層析地震剖面主要包括旅行時信息和振幅信息。然而,同時利用以上兩種信息對地下不同尺度的參數(shù)分

6、布進(jìn)行層析反演的結(jié)果很不理想,目標(biāo)函數(shù)中局部極值的個數(shù)非常多,這意味著層析反演的非線性特強(qiáng)。因此人們轉(zhuǎn)而開始研究地震剖面上的數(shù)據(jù)與地下介質(zhì)模型的對應(yīng)關(guān)系(抽象地說是數(shù)據(jù)空間與模型空間的對應(yīng)關(guān)系)。Jannan和Beydoun等發(fā)現(xiàn):數(shù)據(jù)空間與模型空間的對應(yīng)關(guān)系并不簡單。旅行時信息反映速度的大尺度變化,振幅信息反映速度的小尺度變化,速度的中尺度變化在數(shù)據(jù)中沒有反映,但可以通過增大接收的排列長度和增加震-檢系統(tǒng)的低頻響應(yīng)來縮小大尺度變化和小尺度變化之間的間距。受到這些研究結(jié)果的啟發(fā),人們將數(shù)據(jù)空間中的信息分解為旅行時和振幅,將模型空間中的慢

7、度變化分解為長波長、中波長和短波長。在層析成像方法發(fā)展的初期,人們對地下介質(zhì)參數(shù)變化的尺度分辨要求不高,僅利用旅行時信息進(jìn)行層析反演已經(jīng)足以反映地下介質(zhì)參數(shù)變化的趨勢,而且僅利用旅行時信息層析反演的結(jié)果還遠(yuǎn)較利用波場信息層析反演的結(jié)果為好。這是因為旅行時信息對應(yīng)地下介質(zhì)參數(shù)變化的趨勢,因而目標(biāo)函數(shù)中局部極值個數(shù)少,非線性程度相對減弱,使得計算和求解相對穩(wěn)定。同時僅利用旅行時信息,意味著層析反演所用的數(shù)據(jù)量減少,計算量也相應(yīng)減少。因此,盡管旅行時層析中旅行時拾取的精度對層析反演結(jié)果的影響非常大,而疊前剖面上信噪比低又給旅行時的拾取造成了困

8、難,人們?nèi)匀粚H利用旅行時信息的層析方法情有獨鐘。然而,隨著人們想要解決的地下介質(zhì)情況越來越復(fù)雜,在疊前剖面上準(zhǔn)確拾取旅行時越來越困難,這給旅行時層析的應(yīng)用增添了一定的難度。同時人們也不再滿足于旅行時信息所