论文部分内容阅读
【摘要】本文简单回顾了地震散射波的概念，对其研究历史和发展现状作了大致的概括，并对散射波理论及其在油田应用研究成果进行了系统描述。
【关键词】油田应用 地震散射波 散射理论 非均匀性
1 地震散射波及其研究意义
地震散射波研究领域比较广泛。广义而言，由任何三维非均匀性介质引起的地震波变化都称为散射波。但是，一般把可以用几何光学（射线理论）处理的，而由大尺度非均匀性引起的走时和振幅变化摒除于散射领域之外，只研究狭义的地震波散射现象。地震散射波涉及的领域非常广泛，它是探测地球不均匀性的有力工具，可以推断地下介质的不均匀性情况。
2 地震散射波的发展与现状
地震散射波的研究始于上世纪60年代，Chernov运用随机介质中的标量波传播理论处理了地震散射波问题，同年，Miles用Born近似公式对Rayleigh散射求出了显式表达式。Aki提出岩石层内的非均匀性引起的逆散射是尾波；1972年，Haddon提出PKIKP波的前驱波PKP波是核幔边界附近非均匀介质引起的散射波。1983年高龙生等将散射波理论推广应用于各向多次散射问题。1988～1990年，吴如山和安艺敬一系统收集总结了国际上研究地震波散射的最新成果，共同主编了相关文集。在国内，现在地震散射波的研究已经得到了广泛的关注，在散射波数值模拟和处理技术，关于散射衰减，逆散射，金属矿勘探方面作出了大量的研究。
3 地震散射波的研究领域
3.1 正演数值模拟方法
在现有散射波数值模拟方法中，Wu等曾用相位屏算子计算过二维垂直变背景情况下的散射场，符立耘等给出了配置法求解体积分方程的数值方法。David W.Eaton采用Born 近似及射线理论近似计算了背景场和格林函数的三维弹性波弱散射场，孙明（2001）采用高斯射线束的方法进行简单块状模拟。黄雪继（2003）基于微扰论，采用FK域积分公式进行了正演模拟；秦雪霏（2007）采用六阶有限差分法进行数值模拟。刘铁华（2010）设计了一种基于微扰论的FK域积分法，在散射场的二次震源和空间能量衰减处理两方面进行了改进。
3.2 多重散射理论
多重散射波对相干波的影响很重要，特别是在波长和散射体尺度相差不多的情况下，多重散射强度与离散散射体分布密度有关，弱散射体之间的多重散射效应可以忽略不计，不过在散射体的体积比较大时，必须考虑多重散射的效应。李小凡曾对大陆延伸非均匀介质中地震波全弹性多次散射理论进行了系统研究，构造了一个基于非均匀薄层或非均匀相屏单次散射迭代法的多次散射模型，可以用来计算弹性波多次散射的能通量及处理散射衰减问题。
3.3 压制散射噪音
Ernst（1999）等提出了一种基于全波理论消除地震资料中近地表散射影响的方法，基本原理是估算近地表散射体的分布后把散射波从地震资料上消除。杨旭明等（2002）基于地震波散射理论的近地表地震散射模型，提出了近地表散射噪声的正反演方法，用来衰减近地表地震散射噪声，提高叠前地震资料信噪比；郭向宇（2002）等提出了基于波动方程压制近地表散射波噪声的方法，韩佳君等（2010）在杨旭明方法的基础上，将散射波场与面波通过波阻抗差函数联系起来。但这些方法并不能把干扰波从数据中处理干净，损失有效波，有待更好的方法提出。
3.4 散射波成像
在散射波成像方面，Bancroft等提出了基于等效偏移距概念的共散射点道集成像方法理论，根据地震旅行时的双平方根方程，采用叠前Kirchhoff积分偏移原理，将地震道按产生的散射点，在给定的偏移距范围内映射出共散射点道集，随后基于共散射点道集进行数据处理。王勇（2000），王伟（2005）等也在这方面做了一些工作，取得了预期的成像效果，尤其是针对低信噪比数据。尹军杰等（2009）基于EOM方法尝试将其应用到低信噪比数据的成像处理中取得了不错的效果，但在实际应用中发现了该方法的一些不足，影响成像效果。
3.5 逆散射理论
逆散射问题通过散射体外部场的探测来估计其内部结构信息。随波动方程逆散射研究不断深入，该理论被应用到地球物理勘探领域，逆散射理论开始与地震勘探成像联系起来，在研究中逐渐以小扰动理论和Born近似为理论基础，利用Fourier变换等方法进行速度反演。以逐渐进行逆散射理论去除地震数据中的多次波，提高地震数据的信噪比的研究。国内在逆散射方面发展比较晚，也过一些研究。逆散射理论能在制多次波，进行奇性反演，深度成像方面发挥很大的作用，在大扰动成像方面等仍然存在很多难题。
4 地震散射波在油田等的应用
地震波揭示的非均匀性尺度跨越达8个等级，利用地震波前向散射可以研究介质的随机特性。国内外在利用散射波对地球内部情况进行了解都有成果产生。
系统的研究基于地震波散射理论的金属矿地震勘探方法与技术，具有重要的现实意义和实用价值。我国八五期间提出利用散射波地震勘探方法寻找隐伏金属矿。孙明进行了金属矿地震散射波场的数值模拟研究。徐明才、高景华等研究了金属矿地震勘探数据采集、处理和综合解释的方法技术。在应用技术方面、地震资料处理方面，成像方面，专家学者从不同角度证明散射波理论在金属矿地震勘探中具有较好的应用前景。
煤田方面，煤炭储层相对较浅，煤层的横向变化较大，生产中的突水问题与断层构造、陷落柱等存在必然的联系，生产后形成的塌陷区对后期勘探深部煤炭资源是强干扰区，散射理论是个比较有前景的研究领域。已经有学者把散射波理论应用到深部矿井成像和煤层采空区的研究中。
在油田方面主要是利用全波理论消除地震资料中的近地表散射，原理为先估算近地表散射波的分布，随后从地震资料中消除散射波。从长远来看，我国油气田在陆相环境沉积环境中形成，地下构造复杂，散射波勘探方法将大有可为。
5 结语
总体上来说，地震散射波在油田领域的研究已卓有成效，但还是一个较新的研究领域，许多方面的研究和应用才刚刚起步，深度远远不够。地震散射波的理论和油田应用研究的发展，还有很长的路要走。
参考文献
[1] 吴如山，安艺敬一.地震波的散射与衰减[M].北京：地震出版社，1993.
[2] 尹军杰，刘学伟， 李文慧.地震波散射理论及应用研究综述[J].地球物理学进展，2005 ，20（1）：123-134
[3] 李信富，李小凡，李米田.地震波散射研究回顾与展望[J]物探化探计算技术，2007，29（4）：286-295
【关键词】油田应用 地震散射波 散射理论 非均匀性
1 地震散射波及其研究意义
地震散射波研究领域比较广泛。广义而言，由任何三维非均匀性介质引起的地震波变化都称为散射波。但是，一般把可以用几何光学（射线理论）处理的，而由大尺度非均匀性引起的走时和振幅变化摒除于散射领域之外，只研究狭义的地震波散射现象。地震散射波涉及的领域非常广泛，它是探测地球不均匀性的有力工具，可以推断地下介质的不均匀性情况。
2 地震散射波的发展与现状
地震散射波的研究始于上世纪60年代，Chernov运用随机介质中的标量波传播理论处理了地震散射波问题，同年，Miles用Born近似公式对Rayleigh散射求出了显式表达式。Aki提出岩石层内的非均匀性引起的逆散射是尾波；1972年，Haddon提出PKIKP波的前驱波PKP波是核幔边界附近非均匀介质引起的散射波。1983年高龙生等将散射波理论推广应用于各向多次散射问题。1988～1990年，吴如山和安艺敬一系统收集总结了国际上研究地震波散射的最新成果，共同主编了相关文集。在国内，现在地震散射波的研究已经得到了广泛的关注，在散射波数值模拟和处理技术，关于散射衰减，逆散射，金属矿勘探方面作出了大量的研究。
3 地震散射波的研究领域
3.1 正演数值模拟方法
在现有散射波数值模拟方法中，Wu等曾用相位屏算子计算过二维垂直变背景情况下的散射场，符立耘等给出了配置法求解体积分方程的数值方法。David W.Eaton采用Born 近似及射线理论近似计算了背景场和格林函数的三维弹性波弱散射场，孙明（2001）采用高斯射线束的方法进行简单块状模拟。黄雪继（2003）基于微扰论，采用FK域积分公式进行了正演模拟；秦雪霏（2007）采用六阶有限差分法进行数值模拟。刘铁华（2010）设计了一种基于微扰论的FK域积分法，在散射场的二次震源和空间能量衰减处理两方面进行了改进。
3.2 多重散射理论
多重散射波对相干波的影响很重要，特别是在波长和散射体尺度相差不多的情况下，多重散射强度与离散散射体分布密度有关，弱散射体之间的多重散射效应可以忽略不计，不过在散射体的体积比较大时，必须考虑多重散射的效应。李小凡曾对大陆延伸非均匀介质中地震波全弹性多次散射理论进行了系统研究，构造了一个基于非均匀薄层或非均匀相屏单次散射迭代法的多次散射模型，可以用来计算弹性波多次散射的能通量及处理散射衰减问题。
3.3 压制散射噪音
Ernst（1999）等提出了一种基于全波理论消除地震资料中近地表散射影响的方法，基本原理是估算近地表散射体的分布后把散射波从地震资料上消除。杨旭明等（2002）基于地震波散射理论的近地表地震散射模型，提出了近地表散射噪声的正反演方法，用来衰减近地表地震散射噪声，提高叠前地震资料信噪比；郭向宇（2002）等提出了基于波动方程压制近地表散射波噪声的方法，韩佳君等（2010）在杨旭明方法的基础上，将散射波场与面波通过波阻抗差函数联系起来。但这些方法并不能把干扰波从数据中处理干净，损失有效波，有待更好的方法提出。
3.4 散射波成像
在散射波成像方面，Bancroft等提出了基于等效偏移距概念的共散射点道集成像方法理论，根据地震旅行时的双平方根方程，采用叠前Kirchhoff积分偏移原理，将地震道按产生的散射点，在给定的偏移距范围内映射出共散射点道集，随后基于共散射点道集进行数据处理。王勇（2000），王伟（2005）等也在这方面做了一些工作，取得了预期的成像效果，尤其是针对低信噪比数据。尹军杰等（2009）基于EOM方法尝试将其应用到低信噪比数据的成像处理中取得了不错的效果，但在实际应用中发现了该方法的一些不足，影响成像效果。
3.5 逆散射理论
逆散射问题通过散射体外部场的探测来估计其内部结构信息。随波动方程逆散射研究不断深入，该理论被应用到地球物理勘探领域，逆散射理论开始与地震勘探成像联系起来，在研究中逐渐以小扰动理论和Born近似为理论基础，利用Fourier变换等方法进行速度反演。以逐渐进行逆散射理论去除地震数据中的多次波，提高地震数据的信噪比的研究。国内在逆散射方面发展比较晚，也过一些研究。逆散射理论能在制多次波，进行奇性反演，深度成像方面发挥很大的作用，在大扰动成像方面等仍然存在很多难题。
4 地震散射波在油田等的应用
地震波揭示的非均匀性尺度跨越达8个等级，利用地震波前向散射可以研究介质的随机特性。国内外在利用散射波对地球内部情况进行了解都有成果产生。
系统的研究基于地震波散射理论的金属矿地震勘探方法与技术，具有重要的现实意义和实用价值。我国八五期间提出利用散射波地震勘探方法寻找隐伏金属矿。孙明进行了金属矿地震散射波场的数值模拟研究。徐明才、高景华等研究了金属矿地震勘探数据采集、处理和综合解释的方法技术。在应用技术方面、地震资料处理方面，成像方面，专家学者从不同角度证明散射波理论在金属矿地震勘探中具有较好的应用前景。
煤田方面，煤炭储层相对较浅，煤层的横向变化较大，生产中的突水问题与断层构造、陷落柱等存在必然的联系，生产后形成的塌陷区对后期勘探深部煤炭资源是强干扰区，散射理论是个比较有前景的研究领域。已经有学者把散射波理论应用到深部矿井成像和煤层采空区的研究中。
在油田方面主要是利用全波理论消除地震资料中的近地表散射，原理为先估算近地表散射波的分布，随后从地震资料中消除散射波。从长远来看，我国油气田在陆相环境沉积环境中形成，地下构造复杂，散射波勘探方法将大有可为。
5 结语
总体上来说，地震散射波在油田领域的研究已卓有成效，但还是一个较新的研究领域，许多方面的研究和应用才刚刚起步，深度远远不够。地震散射波的理论和油田应用研究的发展，还有很长的路要走。
参考文献
[1] 吴如山，安艺敬一.地震波的散射与衰减[M].北京：地震出版社，1993.
[2] 尹军杰，刘学伟， 李文慧.地震波散射理论及应用研究综述[J].地球物理学进展，2005 ，20（1）：123-134
[3] 李信富，李小凡，李米田.地震波散射研究回顾与展望[J]物探化探计算技术，2007，29（4）：286-295