2013年--外文翻譯--實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)的地震響應(yīng)。一個(gè)反射數(shù)據(jù)的預(yù)處理需要使用卡爾加里大學(xué)物理模型研究所的CREWES程序，規(guī)定的水和有機(jī)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(yīng)中的大約1％的非線性響應(yīng)。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(dá)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(shí)的非線性AVO模擬分析。正確的捕獲實(shí)際測量數(shù)據(jù)是這種方法在邁向應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)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)?？柤永锎髮W(xué)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(biāo)響應(yīng)（Mahmoudian等，2012）。在進(jìn)行這種分析時(shí)，預(yù)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(shí)驗(yàn)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(jī)玻璃反射邊界的。</p><p>　　圖1 卡爾加里大學(xué)物理建模設(shè)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?cái)嗟穆晫W(xué)介質(zhì)時(shí)推導(dǎo)出來的。水和有機(jī)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(jìn)行比較。標(biāo)準(zhǔn)的Aki-Richards近似同樣也單獨(dú)進(jìn)行

7、計(jì)算和比較。我們的首要目標(biāo)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(diǎn)，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(yù)處理過程。</p><p>　　其次，我們分析與淺層反射相關(guān)的P-P反射系數(shù)的數(shù)學(xué)形式（這是一個(gè)acousticelastic邊界）

8、，來推導(dǎo)Rpp的近似與,和之間的函數(shù)關(guān)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(gè)四層反射模型進(jìn)行地震物理模型進(jìn)行試驗(yàn)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(jī)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(diǎn)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(jī)玻璃。</p><p>　　一個(gè)CMP道集反射數(shù)據(jù)的垂直分量需要對一個(gè)物理模型進(jìn)行二維接收。這些數(shù)據(jù)繪制在圖2中。在這項(xiàng)研究中感興趣的事件是最早的反射，這是標(biāo)記為A。

10、在這個(gè)事件內(nèi)，確定性校正序列被應(yīng)用于采集振幅。在本節(jié)的其它部分，我們將對校正進(jìn)行總結(jié)。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)簡化</b></p><p>　　反射數(shù)據(jù)強(qiáng)度的減少主要包括幾何擴(kuò)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(yīng)，或者說方向特性(e.g., Sprattet al., 1993)。對于圖2中的反射標(biāo)記為A，相關(guān)的校正是針對幾

11、何擴(kuò)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(jī)玻璃，衰減可忽略不計(jì)。它的幾何外形被設(shè)計(jì)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(jìn)行如下（更詳細(xì)，請參閱Mahmoudian等人，2012）：</p><p>　　幾何擴(kuò)散。對于一個(gè)給定的目標(biāo)深度偏移，對PP射線路徑進(jìn)行跟蹤以確定傳播

12、半徑。這個(gè)半徑是用來校正幾何擴(kuò)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(yùn)動(dòng)軌跡。</p><p>　　震源與檢波器的方向性。方向校正用于補(bǔ)償物理模型發(fā)射信號的有限性。</p><p>　　圖3中意淡藍(lán)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(kuò)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(lán)線）和球形波Zoeppritz結(jié)果有較大的差別。</p><p>　　圖2中標(biāo)記的信號直達(dá)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(cuò)誤地當(dāng)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(diǎn)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(yīng)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(dāng)入射角較小時(shí)，求解P波從聲波介質(zhì)入射到彈性介質(zhì)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(guān)系中，盡可能的包含了我們在圖5內(nèi)給出的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。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(yīng)控制在有四個(gè)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(jī)玻璃界面的PP反射。</p><p>　　圖3 經(jīng)幾何擴(kuò)散、出射角度以及源/接收器的方向校正后的水—有機(jī)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(gòu)成了建模的焦點(diǎn)。</

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(shí)驗(yàn)中表層雙層介質(zhì)。 (b)RPP 根據(jù)在界面上/下進(jìn)行建模。</p><p>　　我們根據(jù)這些變化推導(dǎo)出參數(shù)C并展開</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　通過比值A(chǔ)和D把根據(jù)其

20、標(biāo)準(zhǔn)定義做些相應(yīng)的變化，用衡量其變化的大小，同時(shí)介質(zhì)密度也做相應(yīng)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(dǎo)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(xiàng)展開式（e.g.,Innanen,2011）,由前面部分所討論三個(gè)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(xiàng)</p><p><b>　　(13)</b></p><p><b>　　經(jīng)校正的第二項(xiàng)為</b></p><p><b>　?。?4）</b></p><p><b>　　經(jīng)校正的第三項(xiàng)為</b></p><p

23、><b>　?。?5）</b></p><p>　　這個(gè)展開式可以計(jì)算到任意項(xiàng)，在本文中我們只計(jì)算到第三項(xiàng)，高階展開式可以和模型有較好的近似，同時(shí)也和Aki-Richards近似保持一致。</p><p>　　結(jié)果：非線性逼近與實(shí)驗(yàn)室</p><p>　　在模擬實(shí)驗(yàn)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(jià)我們的模型，我們找個(gè)

24、一個(gè)基準(zhǔn)，我們用這把些屬性作為計(jì)算平面波和標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行建模，圖中橙色粗線是準(zhǔn)確的結(jié)果，橙色細(xì)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(zhǔn)確的結(jié)果，橙色細(xì)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(biāo)地質(zhì)體非線性AVO響應(yīng)。</p><p>　　我們實(shí)驗(yàn)?zāi)M了方程（12）中三個(gè)階段項(xiàng)的效果，在圖7a中，用數(shù)據(jù)（處理后）繪制的曲線與準(zhǔn)確值重合；在圖7b中，用相同的數(shù)據(jù)繪制，圖中藍(lán)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(shí)類似的。</p><p>　　圖7 模型數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) （a）實(shí)線表示的準(zhǔn)確結(jié)果用，圓圈表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果 (b)

26、圖中藍(lán)線表示一項(xiàng)近似結(jié)果，圓圈表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果(c）-（d）分別表示兩項(xiàng)和三項(xiàng)的近似結(jié)果，圓圈表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果。</p><p>　　圖7c中以兩項(xiàng)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(jì)算準(zhǔn)確值時(shí)他不可忽略，圖7c中絕對誤差高達(dá)20°，圖7d中的三階

27、近似與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較接近。</p><p><b>　?。?8）</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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差的百分?jǐn)?shù)，誤差百分?jǐn)?shù)用一下公式計(jì)算為</p><p><b>　?。?9）</b></p><p>　　圖d-f表示

28、的與準(zhǔn)確平面波的Zoeppritz結(jié)果誤差的百分?jǐn)?shù)，在25°是一階Aki-Richards近似的誤差約50％左右，與此相比較，25°時(shí)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(shí)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(kuò)大角度適用范圍，方程（1）

29、中的2階和應(yīng)該一起運(yùn)算以增大角度范圍，使數(shù)據(jù)更正確。</p><p>　　圖8 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)AVO逼近和準(zhǔn)確合成數(shù)據(jù)誤差百分比。 圖(a)-(c)分別表示實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)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(shí)的物理模型，我們設(shè)計(jì)一個(gè)用于處理實(shí)驗(yàn)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(dāng)，并把處理結(jié)果與準(zhǔn)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(dǎo)出來的。</p><p>　　我們認(rèn)為線性近似（即一階近似）有絕對的振幅,它與Aki-Richards逼近等價(jià)。它的誤差在0-25°范圍內(nèi)高達(dá)25％，它不能在任意角度時(shí)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(jī)近玻璃界面處的AVO響應(yīng)，這個(gè)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(rèn)為非線性是不能忽視的，上述例子就是一個(gè)強(qiáng)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(shí)又有線性似的好處。</p><p><b>

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

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