井间地震反射波正演方法研究

张龙科　黄倩

摘要：本文阐述了多层界面情况下，反射波射线追踪的基本原理、实现方法和利用此方法算出的地质模型的正演实例。采用射线追踪中的最优化射线追踪为主要正演方法，对该地质模型进行正演，得出每一层的上行反射波和下行反射波，最终得出模型图、射线路径图和地震响应图等图件，验证算法的有效性；改变模型中的某个参数，得出其地震响应图，得到的结果与理论完全相符，从而验证了本论文算法的正确性。

关键词：井间地震；正演；最优化射线追踪；地质模型

1.引言

井间地震是在一口井中激发、在另外一口井中接收的地震勘探技术。与地面地震和VSP等常规型地震勘探技术相比，井间地震勘探具有如下特点：不受地表低速带影响，地震波传播距离短，震源激发频率高（一般100～1000Hz），接收点和震源点都能接近探测目标，接收到的地震记录频率高（是地面地震的频率的十几倍到几十倍）、能量强、信噪比很高，波场类型多且复杂，散射波能量强，能够实现透射波、绕射波、散射波、导波、折射波、转换波、反射波等多种波型的高分辨成像。因此，井间地震是一种有效的地球物理技术，它不但在地震学研究、煤、金属与非金属等固体矿产资源、工程地质、环境地质和地质灾害勘探中得到卓有成效的应用，而且在石油天然气勘探与开发中获得成功应用。

在井间地震勘探中存在着透射波、绕射波、散射波、导波、折射波、转换波、反射波等多种波型，我们将主要研究反射波法勘探。本课题主要是进行正演方法的研究，目的在于为以后的地球物理在油藏研究中的反演奠定丰富的经验基础，为以后的地震剖面图反演提供有利的条件，使以后的反演更加方便、简捷、快速。致力于这样的一个目的，我们在此选择了井间地震反射波正演方法研究这个课题。

2.论文研究内容和成果

二维地震射线追踪，就是指在二维层状空间内，以几何地震学为基础，将从炮点传到反射层，经反射、折射后传到接收点的波离散成为线性传播的一条条射线，通过对射线路径和射线到达时的研究，来反映地下介质的分布情况。

本文就是基于射线追踪的原理，采用最优化射线法为手段，通过编写程序，实现对反射波的射线路径进行追踪，并设计了多种层状模型，来证明这个方法和程序的正确性。

3.多层反倾斜介质反射波正演地震响应

模型分为四层，各地层均假定为均匀各向同性且是完全弹性的。界面1的深度为505m，第一层速度为1800m/s，界面2的深度为625m，第二层速度为2000m/s，界面3的深度为805m，第三层速度为2400m/s，界面4的深度为935m，第四层速度为2500m/s，震源子波为Rick子波，主频为400 Hz。井间地震勘探的主要参数为：炮点个数为10炮，检波点个数为48个。炮点起始深度垂直地面510m，炮间距为50m，最后一炮的深度为垂直地面960m；检波点起始深度为垂直地面510m，道间距为10m，最后一道检波点的深度为垂直地面980m。

图3-1和图3-2分别为该模型的上行反射波和下行反射波射线路径图，其中各自的左图为单炮的记录，右图为多炮记录。由图看出总共有10炮，并且可以直观地看出每一炮的波的传播路径。图3-1为其中某一炮的上行反射和下行反射的射线路径综合图。图3-1为该模型的地震响应图，震源子波为Rick子波，主频为400Hz，采样间隔00002s，样点数为6000个，地震道数为48道。由地震响应图中可以看出，上行波在三个界面上发生反射，下行波在两个界面上发生了发射，而这一结论正好与图3-1相符。

图3-1模型反射波射线路径图图3-2模型的地震响应图

4、结论

（1）总结出了井间地震射线追踪正演模拟方法。归纳总结了井间地震正演模型的设计原理及计算步骤：①界面和速度模型建立；②上、下行反射波的射线追踪。它是本文研究的重点内容，通过C语言，实现了井间地震反射波的射线追踪，获得了上、下行反射波的传播路径图，并计算出传播至每一个接收点的旅行时；③地震子波选取。本文选取的是广泛用于地震模型计算和解释中的雷克（Ricker）子波，并且是零相位的，分辨能力较高，适用效果良好；⑤合成地震记录。

（2）成功编写了井间地震最优化射线追踪正演模拟程序。

程序主要完成以下工作：①建立模型。通过程序首先定义完成射线追踪和正演模拟的一些必需的参数设置；②射线追踪。完成上、下行反射波的射线追踪；③生成正演数据。生成井间地震正演模拟参数数据与旅行时和射线路径数据并记录。④正演计算。在设置完各项参数后，该程序可以实现井间地震地震记录的合成。可以合成上、下行反射波的正演记录。

本文主要研究了以上内容，由于本次设计时间有限，还有以下工作需要完善：（1）对更复杂的地层情况进行研究，特别是倾角特别大的地层的研究。（2）完善现有的程序，使现有程序能更好的适应多波、多观测系统的射线追踪系统。（3）进一步深化研究井间地震正演模拟方法。

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