2013年--外文翻譯--實驗室模擬非線性的avo（譯文）

1、<p>　　中文3390漢字，2900單詞，13600英文字符</p><p>　　出處：Innanen K A, Mahmoudian F. Nonlinear AVO in the lab[C]//2013 SEG Annual Meeting. Society of Exploration Geophysicists, 2013.</p><p>　　實驗室模擬非線性的AV

2、O</p><p>　　K. A. Innanen and F. Mahmoudian, Dept. of Geoscience, University of Calgary/CREWES</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　非線性的地震振幅變化隨偏移距變化（AVO）是用物理模型數(shù)據(jù)來研究在彈性聲波介質(zhì)的性質(zhì)相對變化較

3、大時的地震響應。一個反射數(shù)據(jù)的預處理需要使用卡爾加里大學物理模型研究所的CREWES程序，規(guī)定的水和有機玻璃邊界的反射。由此產(chǎn)生的采集和處理之后的振幅與平面波的Zoeppritz方程精確解的一階，二階，三階近似解Rpp相比較。我們的結(jié)論是在0~20度的角度范圍內(nèi)三階平面波近似足以捕獲從Vp為1485~2745m/s，Vs為0?1380m/s，并且Row為1.00?1.19gm/cc的固液界面的AVO響應中的大約1％的非線性響應。這相對于

4、線性Aki-Richards近似而言，在相同的角度范圍內(nèi)，誤差可能高達25％。</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　最近Innanen（2011年，2013年）已提出在穿過彈性（或滯彈性）參數(shù)相對變化較大的反射界面情況時的非線性AVO模擬分析。正確的捕獲實際測量數(shù)據(jù)是這種方法在邁向應用領域的一個關鍵步驟。在本文中，我們比較線性和非線性AVO近

5、似物理模型的振幅數(shù)據(jù)。卡爾加里大學的物理模型工具CREWES（圖1）已被用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)集可以檢查來自AVO和AVAz的各向異性目標響應（Mahmoudian等，2012）。在進行這種分析時，預處理過程是為了使所記錄的振幅可以代表反射系數(shù)。拾取的反射振幅用于實驗室校正，采集和數(shù)據(jù)的幾何因子。這里，我們規(guī)定此過程是基于水和有機玻璃反射邊界的。</p><p>　　圖1 卡爾加里大學物理建模設備（CREWES）<

6、/p><p>　　(http://www.crewes.org/AboutCREWES/ResearchFacilities/)</p><p>　　非線性平面波的AVO近似是由在入射被彈性介質(zhì)截斷的聲學介質(zhì)時推導出來的。水和有機玻璃的密度，P波和S波速度是已知的。對基于已知的彈性介質(zhì)的一階、二階和三階近似和數(shù)據(jù)在0~25度的角度范圍內(nèi)進行比較。標準的Aki-Richards近似同樣也單獨進行

7、計算和比較。我們的首要目標就是利用這些對比，說明非線性AVO在常規(guī)AVO中扮演的角色越來越重要。</p><p>　　為了做到這一點，我們整理本論文如下。</p><p>　　首先，我們討論了物理模型數(shù)據(jù)集，其要求和用于校正拾取振幅的預處理過程。</p><p>　　其次，我們分析與淺層反射相關的P-P反射系數(shù)的數(shù)學形式（這是一個acousticelastic邊界）

8、，來推導Rpp的近似與,和之間的函數(shù)關系。</p><p>　　第三，我們考察了測量數(shù)據(jù)和精確的Rpp曲線的精確度，得出的結(jié)論是三階校正的Rpp近似有能力捕捉到AVO變化規(guī)律。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)物理建模數(shù)據(jù)集</b></p><p>　　對一個四層反射模型進行地震物理模型進行試驗獲得垂直分量反射的數(shù)據(jù)(Mahmoudianet

9、al., 2012)。該模型由水和有機玻璃，它是各向同性的，并且酚醛樹脂是一種模擬裂縫介質(zhì)。在本文中我們將重點放在前兩種介質(zhì)上，它的彈性性能列于表1。</p><p>　　表1：物理模擬介質(zhì)的彈性性能。介質(zhì)0：水。介質(zhì)1：有機玻璃。</p><p>　　一個CMP道集反射數(shù)據(jù)的垂直分量需要對一個物理模型進行二維接收。這些數(shù)據(jù)繪制在圖2中。在這項研究中感興趣的事件是最早的反射，這是標記為A。

10、在這個事件內(nèi)，確定性校正序列被應用于采集振幅。在本節(jié)的其它部分，我們將對校正進行總結(jié)。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)簡化</b></p><p>　　反射數(shù)據(jù)強度的減少主要包括幾何擴散校正，傳播損耗，非彈性衰減，主要干擾，虛反射，多次波和炮檢距陣列響應，或者說方向特性(e.g., Sprattet al., 1993)。對于圖2中的反射標記為A，相關的校正是針對幾

11、何擴散，出射角，以及震源與檢波器的方向性。</p><p>　　由于材料種類使用的是水和有機玻璃，衰減可忽略不計。它的幾何外形被設計為可以避免主要反射，虛反射與事件A的多次波干擾疊加。</p><p>　　該修正值進行如下（更詳細，請參閱Mahmoudian等人，2012）：</p><p>　　幾何擴散。對于一個給定的目標深度偏移，對PP射線路徑進行跟蹤以確定傳播

12、半徑。這個半徑是用來校正幾何擴散的。</p><p>　　出射角。追蹤P-P反射路徑還用于確定檢波器出波傳播出射角的角度，以確定波的運動軌跡。</p><p>　　震源與檢波器的方向性。方向校正用于補償物理模型發(fā)射信號的有限性。</p><p>　　圖3中意淡藍色曲線表示圖2中“A”處的振幅，圖3中粉紅色、綠色和紅色曲線分別表示幾何擴散校正、出射角度校正和方向校正累

13、積的結(jié)果，這些曲線都與平面波Zoeppritz結(jié)果（圖中藍線）和球形波Zoeppritz結(jié)果有較大的差別。</p><p>　　圖2中標記的信號直達波+emerg.角+傳播過程是為了減少反射數(shù)據(jù)（超過臨界角的振幅被錯誤地當做初至波而被拾取到）。在圖4a中，我們將數(shù)據(jù)集的最終形式與AVO近似對比再次說明；在圖4b中，我們只考慮本文中重點研究的低角度范圍。</p><p><b>　

14、　非線性AVO模型</b></p><p>　　我們的目的是通過調(diào)整Innanen方法使其適應聲波入射介質(zhì)，檢測非線性AVO對圖4b中AVO曲線振幅和趨勢的擬合程度。</p><p>　　彈性介質(zhì)放在水中界面</p><p>　　當入射角較小時，求解P波從聲波介質(zhì)入射到彈性介質(zhì)時Zoeppritz方程（Aki and Richards, 2002; Ke

15、ys, 1989）可得到P-P反射系數(shù),公式如下：</p><p><b>　　(1)</b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　(2)</b></p><p><b>　　(3)</b></p><

16、p>　　并且其中A-D是比例系數(shù)</p><p><b>　　(4)</b></p><p><b>　　(5)</b></p><p><b>　　(6)</b></p><p>　　圖5顯示的結(jié)果中，與上一節(jié)中所討論的實驗裝置相匹配。</p><p

17、><b>　　定義參數(shù)的相對變化</b></p><p>　　接下來我們在彈性參數(shù)的變化關系中，盡可能的包含了我們在圖5內(nèi)給出的標準結(jié)構。通常情況下P波速度的相對變化被定義為方程（5）中的比例系數(shù)C:</p><p><b>　　(7)</b></p><p>　　圖2 采用自適應控制在有四個分層的模型上采集數(shù)據(jù)，

18、并抽取其CMP垂直分量，“A”是水與有機玻璃界面的PP反射。</p><p>　　圖3 經(jīng)幾何擴散、出射角度以及源/接收器的方向校正后的水—有機玻璃界面反射振幅</p><p>　　圖4：從圖2中的物理建模反射事件A中拾取校正RPP值。</p><p>　?。╝）RPP值全角度范圍；（b）在本文RPP值較小的角度范圍0-30°構成了建模的焦點。</

19、p><p>　　圖5 聲波入射介質(zhì)/彈性介質(zhì)模型</p><p>　　物理模擬實驗中表層雙層介質(zhì)。 (b)RPP 根據(jù)在界面上/下進行建模。</p><p>　　我們根據(jù)這些變化推導出參數(shù)C并展開</p><p><b>　　（8）</b></p><p>　　通過比值A和D把根據(jù)其

20、標準定義做些相應的變化，用衡量其變化的大小，同時介質(zhì)密度也做相應的變化，如下公式：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　（10）</b></p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　我們將代替這些系列入方程（1），把其展

21、開得到其線性和非線性逼近形式。</p><p>　　根據(jù),和推導出的展開式</p><p>　　我們把方程（8）和（11）代入方程（1）中，得到分母的二項展開式（e.g.,Innanen,2011）,由前面部分所討論三個變化我們可得</p><p><b>　　(12)</b></p><p>　　根據(jù)Aki-Richa

22、rds近似得到其第一項</p><p><b>　　(13)</b></p><p><b>　　經(jīng)校正的第二項為</b></p><p><b>　?。?4）</b></p><p><b>　　經(jīng)校正的第三項為</b></p><p

23、><b>　　（15）</b></p><p>　　這個展開式可以計算到任意項，在本文中我們只計算到第三項，高階展開式可以和模型有較好的近似，同時也和Aki-Richards近似保持一致。</p><p>　　結(jié)果：非線性逼近與實驗室</p><p>　　在模擬實驗中我們給出了表1中所列出的物理介質(zhì)的彈性參數(shù)，為了評價我們的模型，我們找個

24、一個基準，我們用這把些屬性作為計算平面波和標準的Aki-Richards近似的輸入?yún)?shù)，圖6給出了結(jié)果。</p><p>　　圖6 使用CREWES Zoeppritz程序進行建模，圖中橙色粗線是準確的結(jié)果，橙色細線是線性Aki-Richards近似結(jié)果。</p><p>　　在圖6中圖中橙色粗線是準確的結(jié)果，橙色細線是線性Aki-Richards近似結(jié)果，他們兩者之間的差異很明顯的表明

25、了目標地質(zhì)體非線性AVO響應。</p><p>　　我們實驗模擬了方程（12）中三個階段項的效果，在圖7a中，用數(shù)據(jù)（處理后）繪制的曲線與準確值重合；在圖7b中，用相同的數(shù)據(jù)繪制，圖中藍線是Aki-Richards近似結(jié)果。繪制的曲線結(jié)果與圖6中Aki-Richards的逼近時類似的。</p><p>　　圖7 模型數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù) （a）實線表示的準確結(jié)果用，圓圈表示實驗數(shù)據(jù)結(jié)果 (b)

26、圖中藍線表示一項近似結(jié)果，圓圈表示實驗數(shù)據(jù)結(jié)果(c）-（d）分別表示兩項和三項的近似結(jié)果，圓圈表示實驗數(shù)據(jù)結(jié)果。</p><p>　　圖7c中以兩項近似表示出來</p><p><b>　　（17）</b></p><p>　　雖然它與AVO大體趨勢之間有明顯的差異，在計算準確值時他不可忽略，圖7c中絕對誤差高達20°，圖7d中的三階

27、近似與實驗結(jié)果比較接近。</p><p><b>　　（18）</b></p><p>　　在圖8中，我們把這些逼近誤差量化，在圖8a-c中分別繪制了一階、兩階、三階近似與實驗數(shù)據(jù)誤差的百分數(shù)，誤差百分數(shù)用一下公式計算為</p><p><b>　?。?9）</b></p><p>　　圖d-f表示

28、的與準確平面波的Zoeppritz結(jié)果誤差的百分數(shù)，在25°是一階Aki-Richards近似的誤差約50％左右，與此相比較，25°時二階和三階近似的誤差大約5％。</p><p>　　然而，二階近似的誤差實在0-25°范圍內(nèi)，對三階近似而言，90°-20°誤差約1％。</p><p>　　為了在保持精度的情況下擴大角度適用范圍，方程（1）

29、中的2階和應該一起運算以增大角度范圍，使數(shù)據(jù)更正確。</p><p>　　圖8 實驗室內(nèi)AVO逼近和準確合成數(shù)據(jù)誤差百分比。 圖(a)-(c)分別表示實驗室內(nèi)數(shù)據(jù)的一階、二階和三階近似的誤差百分比。 (d)-(f)分別表示相對于準確結(jié)果一階、二階和三階近似的誤差百分比。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　非線性AV

30、O模型用來模擬大數(shù)據(jù)量、低角度時的物理模型，我們設計一個用于處理實驗室數(shù)據(jù)的程序，這些數(shù)據(jù)與平面波反射系數(shù)相當，并把處理結(jié)果與準確值、的一階、二階和三階近似比較，這些近似是根據(jù)邊界粘彈性性質(zhì)用非線性方法推導出來的。</p><p>　　我們認為線性近似（即一階近似）有絕對的振幅,它與Aki-Richards逼近等價。它的誤差在0-25°范圍內(nèi)高達25％，它不能在任意角度時與AVO變化趨勢一樣。</

31、p><p>　　用非線性的二階和三階形式校正線性AVO曲線，我們得出水-有機近玻璃界面處的AVO響應，這個界面有1-2％以20°角度在水中放置。由表1中粘彈性參數(shù)對比情況，我們認為非線性是不能忽視的，上述例子就是一個強有力地證據(jù)。</p><p>　　低階Aki-Richards近似可解釋為非線性近似，同時又有線性似的好處。</p><p><b>

32、　　致謝</b></p><p>　　Joe Wong負責采集的物理模型數(shù)據(jù)，Gary Margrave負責開發(fā)了反射振幅提取的程序。在工作進行中我們得到的CREWES和NSERC的資金支持，非常感謝CREWES項目小組對我們繼續(xù)支持。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] Aki, K., an

33、d P. G. Richards, 2002, Quantitative seismology, 2nd ed.: University Science Books.</p><p>　　[2] Castagna, J. P., and M. Backus, 1993, Offset-dependent reflectivity: Theory and practice of AVO analysis: SEG

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37、periment: 82nd Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, doi:10.1190/segam2012-0914.1.</p><p>　　[7] Spratt, R. S., N. R. Goins, and T. J. Fitch, 1993, Pseudo-shear — The analysis of AVO, in J. P