基于τ-p变换的地震道重构

基于τ-p变换原理,研究一种基于τ-p变换的地震数据重构方法,运用该方法对待重构道用零道替代,通过τ-p正反变换及一定的迭代处理实现地震道数据重构。理论模型与实际资料应用表明,基于τ-p变换的地震道重构方法效果明显,重构数据稳健。     

多波波场分离的τ-p频域变换方法及影响因素分析

多波多分量地震勘探技术近年逐渐发展,但多波记录中各种波场混杂交叠,处理和利用这些信息较困难,所以需要对地震记录中的各类波形进行分离处理。使用有限差分波动方程数值模型进行时间域τ-p变换与频率域τ-p变换的对比,采用了不同模型进行多波波场分离尝试并对τ-p变换中出现的问题进行了讨论和参数比较。证实了频率域中τ-p变换算法在提高计算速度的基础上能够更好地保持τ-p域形态收敛和能量聚集,有效地将t-x域内的复杂波形分离开来并进行波形提取;加高斯窗边界处理可以抑制τ-p变换中出现的端点效应和截断效应,但对于记录数据恢复有影响;延伸外加边界加窗及反加窗可以保证边界能量恢复效果,减少实际信息损失,取得更好的波场分离效果;同时讨论了τ-p变换过程中需要根据记录确定范围的参数,对这些参数的范围选取原则以及影响因素作出了比较和分析,为后续处理及其他研究者的使用提供参考意见。     

基于双曲Radon变换的混采地震数据重建

采用多级中值滤波分离混采数据,可以很好地保持单炮的有效信息;对分离后的单炮数据,采用双曲Radon变换进行地震数据道重建,可以在Radon域获得极高的分辨率从而准确地重建地震数据。单炮道重建时,通过稀疏约束控制Radon变换来提高地震数据的重建精度。双曲Radon变换计算耗时较长,在算子求解时,本文采用快速迭代收缩阈值算法(FISTA),明显加快收敛速度,提高计算效率。模拟数据和实际数据表明,采用多级中值滤波和双曲Radon变换的方法重建混采地震数据可以获得较高的重建精度。     

Trace变换的基本理论及其在地震勘探中的应用

Trace变换是一种新的图象重建工具,在图象重建方面已取得很好的效果。推导了Trace变换公式中的一个公式:∫(ε(t))rdtq的反变换公式,并结合τ-p变换中坐标系的转换关系,讨论了它在地震勘探中应用的可能性。对80道单一理论水平合成记录作了正、反变换的分析。从原记录和反变换记录中分别取道分析,分析结果表明对80道理论水平记录能很好的恢复。     

实现稀疏反褶积的预条件双共轭梯度法

地震勘探稀疏反褶积计算一般要导出一个Toeplitz矩阵的线性系统，通常可以用矩阵求逆、Levison递推及共轭梯度等方法直接求解。当Toeplitz矩阵的条件数很大时，数值稳定性差，甚至无法求解。使用共轭梯度法，在矩阵的对角元素上加入规则化因子，可以改善这种情况，但不能彻底解决数值稳定性和精度问题。若求解最小二乘问题的原始问题，结果会好些。线性系统形式的细微改变，将导致不同的数值计算特性。在规则化策略基础上，可巧妙地构造稀疏反褶积的问题原型，引入预条件，采用双共轭梯度法求解，从而实现稀疏反褶积，获得较好结果。数值算例表明，预条件双共轭梯度法比直接稀疏反褶积方法收敛快、精度高。     

去假频高分辨率τ-p变换法波场分离

τ-p变换是消除相干噪声、波场分离的重要方法之一,但常规τ-p变换存在算子假频和端点效应,分辨率太低,无法直接使用。本文提出一种新的非迭代高分辨率τ-p变换方法,可同时压制假频和端点效应,提高了变换域的分辨率。通过理论模型记录与实际资料的试验表明了该方法的有效性。     

Shearlet域稀疏约束地震数据重建

在地震数据处理流程中,通常对不规则的、稀疏的或者缺失的地震数据进行插值处理,通过插值方法来避免多次波的预测错误和成像假频等现象,使地震数据处理更加精准。Shearlet变换是一种多尺度变换,具有最佳的稀疏性、方向性以及局部化特性。将Shearlet变换与基于Landweber加速下降迭代方法结合起来对地震数据进行插值,在保证求解精度的同时提高了计算效率。信号和噪声在Shearlet域具有不同的分布特点,通过阈值法压制随机噪声,可提高算法的抗噪性。此外,采用jitter采样的方式,更好地压制了假频信息。理论和实际地震数据验证了该方法的有效性。     

基于稀疏变换的地震数据重构方法

缺失地震数据重构恢复是后期地震资料处理取得良好效果的前提.笔者通过研究稀疏变换(F-K变换、Curvelet变换)与最近流行的压缩感知理论,将两者结合起来,建立基于稀疏变换的地震数据重构模型.F-K变换是将地震数据由时间—空间域变换到稀疏域频率—波数域,Curvelet变换由于其良好的方向性、局部性以及各向异性,能够将地震数据进行更优的稀疏表达.基于重构模型,分别采用这两种稀疏变换对地震数据进行重构,并且比较两者的重构效果,证实Curvelet变换重构效果优于F-K变换.最终通过Marmousi2模型以及实际地震资料处理分析,证明该重构模型的正确性和有效性.     

τ-p变换的两种实现方法

τ-p变换是一种经典的函数投影变换方法,在地震数据处理中有着广泛的应用,可以根据地震数据射线参数的差异,实现信噪分离、地震道插值、平面波分解等。但是,由于τ-p变换的精度和分辨率受到相应数学反问题的限制,在保证较高变换精度的前提下,τ-p变换计算速度的加快,以及相应滤波算子的设计等都值得研究。本文提出了基于径向道变换的τ-p变换方法和基于斜率分解的τ-p变换方法,阐明了两种方法的基本原理并与常规τ-p变换方法进行对比。基于径向道变换的τ-p变换方法利用快速Fourier变换和径向道变换,能有效减少τ-p变换的耗时;基于斜率分解的τ-p变换方法运用斜率分解算法,能进行高分辨率τ-p变换,并且提供冗余变换维度（τ-x-p域）,使滤波器算子的设计更灵活。数值实验结果表明,两种实现方法分别在计算速度和重构精度上优于传统τ-p变换算法。通过面波噪声压制的实际数据处理和比较,证明本文提出的两种τ-p变换实现方法可以为实际处理提供更加有效和灵活的实施方案。     

反射系数与子波同时迭代反演的预条件共轭梯度法

在反射系数白噪、子波最小相位的假设下,研究基于线性反演的地震反射系数和子波同时估计问题。在Cauchy准则稀疏反演求解中,应用预条件共轭梯度法实现反射系数和子波同时迭代反演。在迭代求解正则化方程时,用共轭梯度法求解相应的原问题,初猜子波求解也使用该策略。模型数据试算与比较,表明了该算法正确而有效。用实际数据检验算法的实用性,经研究表明,预条件共轭梯度法计算的反射系数和子波,要比直接稀疏反演精度高,而且收敛较快,数值稳定,实用性强。     

利用τ-p变换技术实现多波波场分离

通过研究多波地震资料空间三个分量的波场特征及在τ-p域的特性,采用τ-p变换技术,编制了波场分离程序;选取适当的空间和时间τ-p参数,对模型和实际多波地震资料进行波场分离,取得了满意的效果。      

基于压缩感知理论的缺失地震数据重构方法

压缩感知是一种新的理论,它打破常规尼奎斯特-香农采样定理的制约,利用信号的稀疏特性或可压缩特性,用较少的数据即可重构恢复完整的信号。建立了基于压缩感知理论的缺失地震数据重构模型。首先在与稀疏变换不相关的测量矩阵基础上引入一种约束矩阵,使地震数据的缺失满足或接近高斯随机分布;随机缺失的地震数据变换到稀疏域会产生很多与有效信号不相干的随机噪声,接着通过一种新的自适应阈值迭代算法可以很好地消除稀疏系数中的随机噪声干扰,经过逆稀疏变换即得到重构后的地震数据。Marmousi 2模型测试及实际地震资料处理均验证了该方法的可行性和有效性。重构缺失地震数据取得了较好的效果。     

基于抛物线方程的坐标拉伸τ-p变换的P-P、P-SV波分离

分离P-P波和P-SV波最常用的是τ-p变换法, 但是在τ-p域中, P-P波和P-SV波常有重叠部分, 不能很好分离。地震勘探中, 当炮检距小于界面深度时, P-P波和P-SV波的时距曲线方程都可近似为抛物线方程。针对这种情况, 提出了一种基于抛物线方程的坐标拉伸τ-p变换的P-P、P-SV 波分离方法, 该方法首先对地震记录沿空间方向上进行坐标拉伸, 再进行τ-p正变换, 在τ-p域中分离P-P波和P-SV波, 其次对P-P波和P-SV波分别进行τ-p反变换, 实现P-P波和P-SV波的分离。与常规τ-p变换法对比分析表明, 利用该方法能很好地将合成地震记录中的P-P波和P-SV波分离。     

不完全LU分解预条件BICGSTAB算法实现感应测井二维FDFD快速正演模拟

在柱坐标系下推导了二维感应测井差分格式,采用频率域有限差分方法求解感应测井正演问题。针对差分近似得到的线性方程组系数矩阵是大型稀疏复系数病态矩阵求解困难等问题,采用不完全LU分解预条件的稳定双共轭梯度(BICGSTAB)算法求解该线性方程组。研究结果表明,本算法具有速度快、精度高和稳定性好等优点,能有效提高感应测井正演模拟的效率和精度。     

面向海上地震资料的τ-p域保幅处理方法

AVO分析和反演需要地震资料处理时最大限度地保持振幅相对关系,然而常规处理中球面扩散补偿、拉伸畸变和多次波均会影响振幅相对关系,海上地震资料尤为严重。提出一套面向海上地震资料的τ-p域保幅处理方法。该方法通过τ-p域无需球面扩散补偿且多次波周期性增强的特点,减少球面扩散补偿与多次波对振幅相对关系的破坏,通过τ-p域拉伸因子非时空变换的特点减少动校拉伸产生的频率和能量畸变。最后通过挪威海上实际资料的处理验证了方法的合理性与可行性。     

基于降秩和稀疏联合约束的地震数据同时重建和去噪

野外地震数据包含各种随机噪声干扰,且存在不规则道缺失现象,为了不影响后续资料处理,需要对其进行同时重建和去噪。目前大部分同时重建和去噪方法都是基于单一稀疏约束和降秩约束,尽管稀疏约束具有高效性优点,但对各种数据缺乏适应性,而降秩约束可以自适应不同数据,但计算成本较高。为了充分利用不同约束条件的优势,本文提出一种基于联合约束的地震数据同时重建和去噪方法：选用基于傅立叶变换的凸集投影算法(POCS)作为稀疏约束,阻尼多道奇异谱分析(DMSSA)作为降秩约束,在此过程中,还需使用截断奇异值分解(TSVD)算法和指数阈值公式。理论和实际数据的处理结果表明,本方法在联合约束条件下,能够从时间和空间上考虑地震资料的相关性并利用起来,比单一约束方法能在更少的迭代次数下取得更高的信噪比。     

基于稀疏反演算法的高分辨率Radon变换及其在多次波压制中的应用

针对目前双曲Radon变换Radon域能量团能量泄漏的问题,提出一种基于稀疏约束反演算法的高分辨率Radon变换进行多次波的压制。该方法在常规双曲Radon变换的基础上加入稀疏约束条件,应用共轭导向梯度(CGG)反演算法进行求解,能有效地提高Radon域速度谱的聚焦效果,有利于分离一次波和多次波。模型和实际资料试算证明了该方法的有效性和实用性。     

抗噪性加权抛物线Radon变换的地震道重建

叠前CMP道集中,走时为双曲线的地震反射同相轴经过部分动校正(NMO)之后变为近似抛物线,当道集中缺失某些地震道时,可利用抛物线Radon变换通过迭代计算进行地震道的重建和恢复。笔者基于抛物线Radon变换的基本原理,利用加权抛物线Radon变换的计算方法,进行叠前地震道的恢复和重建,并且在数据域对其加权系数进行改进和优化,模型数据和实际资料的试算结果表明,改进后的计算方法即使在较强的随机噪声下依然可以稳建同相轴,且避免了常规方法在重建过程中产生虚假同相轴的缺点,与原始的加权抛物线Radon变换的计算方法相比,新方法具有压制随机噪声的优点,即具有较好的抗噪性,计算精度也有所提高,且算法稳健、高效,具有良好的应用前景。     

基于复值曲波变换的地震数据重建方法

传统的地震数据采样必须遵循奈奎斯特采样定理,而野外数据采样可能由于地震道缺失或者勘探成本限制,不一定满足采样定理的要求,因此需要进行叠前数据重建,以满足后续处理的要求。为此,笔者提出一种基于复值曲波变换和凸集投影算法(POCS)的地震数据重建方法。首先引入凸集投影算法和能够刻画地震数据局部化特征的复值曲波变换,在重建过程中针对传统阈值参数收敛速度较慢的缺点,提出了指数平方根衰减规律的阈值参数,并采用硬阈值算子对二维地震数据进行重建,从而降低了迭代次数,提高了重建精度。通过理论数据的研究表明,该方法重建效果显著,最后将该技术应用于实际地震勘探资料,获得较好的应用效果。     

Tau-p变换的频率域算法及Tau-p域的偏移处理

针对时间—空间域倾斜迭加算法的一些缺点,本支根据倾斜迭加运算与富里叶变换的关系,提出在频率一波数域实现τ—p变换。在频率一波数域进行τ—p变换,还可与视速度滤波相结合,以便更有效地消除干扰波,提高处理质量。根据τ—p变换频率一波数域算法原理,提出了在τ—p域直接实现偏移处理,同时指出,为了避免假同相轴的干扰,必须进行插值处理。