三维VSP数据高效偏移成像的超道集方法

当前的三维VSP地震数据偏移成像实现都是在共炮点道集或共检波点道集中逐个道集循环进行的,计算效率相对较低.根据三维VSP观测系统中炮点和检波点布置的特殊性和地震波场满足线性叠加的特性,本文提出了一种三维VSP数据的高效偏移成像方法,即首先通过对三维VSP共接收点道集进行地震数据的广义合成得到一种超道集,然后在共接收点道集的波场深度外推过程中逐步应用多震源波场对超道集进行偏移成像,即利用一次波场深度外推循环完成对所有共检波点道集数据的偏移成像.通过三维VSP模型数据与实际地震数据的偏移成像试验验证了这种高效的超道集偏移成像方法可取得与常规共检波点道集相当的偏移成像效果,还具有极高的计算效率,其计算量与单个共检波点道集的偏移成像计算量相当.     

地震照明叠前深度偏移方法综述

对地震照明叠前深度偏移的基本概念、实现方法进行了分类和阐述.地震照明叠前深度偏移是通过对震源和炮记录进行合理的选择和合成,从而进行地震照明成像的一种有效方法.其可以分为平面波偏移和小束波偏移.理论模型的处理效果证明地震照明叠前深度偏移成像技术有很高的计算效率,并且还可以提高地下特定目标的成像质量.     

基于平面波照明的偏移成像补偿

受地下复杂构造和地震数据采集系统的影响,地震波对地下目标的照明出现不均匀,在地震数据的偏移成像中出现成像阴影.根据地震数据最小二乘偏移/反演理论,和把地震波场照明结果作为最小二乘偏移/反演中的Hessian矩阵的近似对偏移成像进行补偿的原理,提出一种应用平面波照明结果对平面波偏移成像结果进行补偿以消除偏移成像阴影的方法.这种基于平面波照明的偏移成像补偿方法相对于局部角度域的照明偏移成像补偿方法具有计算效率上的优势.     

叠前地震数据的平面波深度偏移法

提出了一套基于平面波分解的波动方程叠前地震数据深度偏移方法. 通过对共炮点道集和共偏移距道集地震数据的平面波分解，分别得到适用于单平方根波场外推方程和双平方根波场外推方程的共ps（炮点坐标平面波参数）平面波道集和共ph（偏移距坐标平面波参数）平面波道集. 在对共炮点道集和共偏移距道集地震数据的平面波分解时，不需要进行通常意义下的τ p变换计算. 通过对共ps平面波道集和共ph平面波道集的偏移效果对比，我们认为在速度弱横向变化介质中，两种平面波道集偏移方法的效果相当，但对于速度强横向变化介质，共ps平面波道集偏移方法的效果要优于共ph平面波道集偏移方法. 在计算效率方面，共ps平面波道集偏移方法与共ph平面波道集偏移方法基本相同.     

三维偏移距平面波有限差分叠前时间偏移

本文提出了中点-半偏移距域内的三维偏移距平面波(offset plane-wave)方程,并给出了其有限差分解法.偏移距平面波可通过对CMP道集进行平面波分解(倾斜叠加或线性Radon变换)生成,然而这样做会产生严重的噪音干扰.本文提出了局部倾斜叠加方法(local slant-stacking)来消除离散线性Rado...     

单向传播子的局部平面波分解以及在定向照明分析和目标特征成像中的应用

本文基于波场的局部平面波分解，得到空间和方向都具有局部性的局部平面波小波束，并由此对Fourier有限差分传播算子进行局部平面波分解.这种用小波束分解的单向传播算子，可被用来对采集系统进行定向照明分析和采集倾角响应估算，以分析采集系统布局和上覆结构对面向目标的叠前偏移成像质量的影响.进而，利用局部平面波成像矩阵及其成像相册，根据目标结构的主倾角方向，抽取并叠加部分局部平面波像，可以进行目标结构定向化特征成像.最后，对具有速度强横向变化上覆结构的陡倾角目标断层的复杂二维SEG-EAGE盐丘模型数据，进行采集系统目标照明分析和目标结构定向化特征成像.     

多震源地震数据偏移成像方法

多震源地震技术是一种高效的地震数据采集方法技术,得到的地震记录是来自多个震源的混合地震数据.本文在多震源波场传播理论和地震波场满足线性叠加原理的基础上,提出了两种多震源地震数据的偏移成像方法.第一种方法是首先对多震源地震数据进行分离,得到各个单震源的地震数据,然后再利用常规的偏移成像方法进行处理;第二种方法是多震源地震数据的直接偏移成像.把本文提出的多震源偏移成像方法应用于数值模拟的多震源地震数据,验证了本文方法的正确性和有效性,直接偏移成像方法较分离后再偏移方法具有更高的计算效率.     

柯西波场及在角度域成像条件中的应用

角度域成像道集是叠前深度偏移的重要输出结果,它是偏移速度分析、各向异性分析和AVA分析等研究工作的基础.目前存在的角度域成像道集的生成方法受计算效率或角度分辨率的影响,仍然满足不了实际生产的要求.角度域成像道集的生成方法可以大致分为直接法和间接法两大类.在直接方法中,波矢量方向计算和局部平面波分解是两个最重要的内容,它们共同决定角度域成像条件的实现效率和角度域成像道集的质量.为了完善现有的角度域成像道集生成方法,本文提出一种新的波矢量计算方法和局部平面波分解方法.本文先用波动方程任意时刻的柯西条件构造一个只含原波场负频率成分的柯西波场,然后根据柯西波场在时间波数域的振幅谱计算波场的波矢量方向.该方法仅在需要计算波矢量方向的时刻合成柯西波场,不需要增加额外的数据读写操作,是一种高效的波矢量计算方法.本文还以柯西波场为基础提出一种高效的局部平面波分解方法,保证角度域成像条件的实现效率.结合柯西波场和局部平面波分解方法,本文最后给出一种新的角度域成像方法.文中最后的数值实验证明该方法得到的角度域成像道集具有理想的角度分辨率,可以反映地下构造的角度照明情况.     

基于地震图像校准的共成像点道集增强技术

由共成像点道集抽取的共偏移距道集可以当成相同地下成像的多次观测.由于偏移误差的影响,在不同共偏移距道集上,同一采样点存在水平和垂直方向上的错位.本文提出一种基于地震图像校准的共成像点道集增强技术,实现了不同偏移距道集在时间和空间上的逐点匹配对齐.在本文中以2D局部归一化互相关来表征共偏移距道集和叠加道集在相同时空位置的相似度,假设在不同水平和垂直移动量时的互相关满足连续凸函数,利用求导方法估计共偏移距道集在该位置处的非整数校正量,最后采用双线性内插方法估计成像振幅.传统道集拉平技术在垂直方向进行校正量消除,本文方法能有效估计共偏移距道集中的水平和垂直校正量,并在亚像素域估计正确的成像振幅.模型数据和实际数据的处理结果表明,本文方法能有效增强共成像点道集中同相轴的一致性,提高叠加结果的分辨率.     

叠前地震数据特征波场分解、偏移成像与层析反演

本文提出了一套叠前地震数据稀疏表达(特征波场合成)、深度偏移成像和层析成像的处理流程.不同于传统的变换域中的数据稀疏表达理论,本文利用局部平面波的传播方向(慢度矢量),在中心炮检点处同时进行波束合成,从而将地震数据投影到局部平面波域(高维空间)中.由于波束合成后的地震数据描述了局部平面波的方向特征,因此称之为特征波场.然而波束合成算法需要估计局部平面波的慢度矢量.当地震数据受噪声干扰时,难以在常规τ-p谱中自动估计局部平面波的射线参数(慢度矢量).本文提出了基于反演理论的特征波场合成方法,可以同时反演局部平面波及其传播方向,从而提高特征波合成的自动化程度并保持方法的稳健性.通过特征波场合成,可以将地震数据分解为单独的震相(波形).这样的数据可以直接用来成像及反演.在局部平面波域中,由于局部平面波的入射与出射射线参数已知,传统的Kirchhoff叠前深度偏移(PSDM)和高斯束/控制束PSDM可以实现从"沿等时面的画弧"到"向反射点(段)的直接投影"的转变,叠前偏移的效率以及成像质量可以同时提高.此外,特征波场与地下反射点(段)的一对一映射关系使得叠前深度偏移与层析成像融为一体,可以极大地提高速度反演的效率.数值试验证明了特征波场合成、叠前深度成像以及层析反演的有效性.     

Double plane‐wave reverse‐time migration

We develop a new time‐domain reverse‐time migration method called double plane‐wave reverse‐time migration that uses plane‐wave transformed gathers. Original shot gathers with appropriate data acquisition geometry are double slant stacked into the double plane‐wave domain with minimal slant stacking artefacts. The range of plane‐wave components needed for migration can be determined by estimating the maximum time dips present in shot gathers. This reduces the total number of input traces for migration and increases migration efficiency. Unlike the pre‐stack shot‐profile reverse‐time migration where the number of forward propagations is proportional to the number of shots, the number of forward propagations needed for the proposed method remains constant and is relatively small even for large seismic datasets. Therefore, the proposed method can improve the efficiency of the migration and be suitable for migrating large datasets. Double plane‐wave reverse‐time migration can be performed for selected plane‐wave components to obtain subsurface interfaces with different dips, which makes the migration method target oriented. This feature also makes the method a useful tool for migration velocity analysis. For example, we are able to promptly obtain trial images with nearly horizontal interfaces and adjust velocity models according to common image gathers. Seismic signal coming from steeply dipping interfaces can be included into the migration to build images with more detailed structures and higher spatial resolution as better velocity models become available. Illumination compensation imaging conditions for the proposed method are also introduced to obtain images with balanced amplitudes.     

Stacking angle‐domain common‐image gathers for normalization of illumination

Unequal illumination of the subsurface highly impacts the quality of seismic imaging. Different image points receive different folds of reflection‐angle illumination, which can be caused by irregular acquisition or by wave propagation in complex media. Illumination problems can deteriorate amplitudes in migrated images. To address this problem, we present a method of stacking angle‐domain common‐image gathers, in which we use local similarity with soft thresholding to determine the folds of local illumination. Normalization by local similarity regularizes local illumination of reflection angles for each image point of the subsurface model. This approach compensates for irregular illumination by selective stacking in the image space, regardless of the cause of acquisition or propagation irregularities. Additional migration is not required because the methodology is implemented in the reflection angle domain after migration. We use two synthetic examples to demonstrate that our method can normalize migration amplitudes and effectively suppress migration artefacts.     

特征高斯波包叠前深度偏移方法

高斯波包（Gaussian packet）传播算子可在局部时空域高效地计算局部波包的传播.高斯波包叠前深度偏移的基础是在Gabor变换域描述观测数据,再利用高斯波包传播算子计算炮点波场和检波点波场,两者相关即可得到偏移结果.利用炮道集的局部τ-p特征在Gabor变换域表达观测数据,可以仅关注部分高斯波包框架函数上的数据投影,这样既实现了波场的压缩存储,同时可利用高斯波包传播算子反传框架函数以实现整个炮道集的快速反传.这些综合了观测数据局部τ-p特征的高斯波包函数称为特征高斯波包（characteristic Gaussian packet,CGP）,相应的波场反传称为特征高斯波包反传.理论及数值分析证明了上述特征高斯波包反传方法是有效且快速的.炮点正传波场也利用高斯波包传播算子模拟.利用互相关成像条件可实现特征高斯波包叠前深度偏移（characteristic Gaussian packet pre-stack depth migration,CGPM）.由于高斯波包传播算子描述了局部方向及局部空间的波场,所以CGPM可以自然地提取角度域成像道集（ADCIG）,并易于实现面向目标叠前深度偏移,从而作为偏移引擎为偏移速度分析（MVA）服务.数值实验证明了CGPM和面向目标CGPM的有效性和实用性.     

控制照明与面向目标成像的观测系统设计

常规地震观测系统设计方法基于地下水平层 状介质的假设,通常不能适应复杂构造情况。我们 从控制照明的思想出发,提出了一种面向目标成像 的地震观测系统设计方法,该方法需要一个由初步 地震解释得到的速度模型。利用单程傅立叶有限差 分波场传播算子将目标层的平面源延拓到地表,通 过分析从目标层延拓到地表的波场能量的分布,可 以确定目标层成像所需要的炮点或者检波点的位置。 利用SEG-EAGE盐丘模型数值试算结果表明,该方法 用于设计面向目标成像的特定地震采集系统。     

Preconditioned prestack plane-wave least squares reverse time migration with singular spectrum constraint

Least squares migration can eliminate the artifacts introduced by the direct imaging of irregular seismic data but is computationally costly and of slow convergence. In order to suppress the migration noise, we propose the preconditioned prestack plane-wave least squares reverse time migration (PLSRTM) method with singular spectrum constraint. Singular spectrum analysis (SSA) is used in the preconditioning of the take-offangle-domain common-image gathers (TADCIGs). In addition, we adopt randomized singular value decomposition (RSVD) to calculate the singular values. RSVD reduces the computational cost of SSA by replacing the singular value decomposition (SVD) of one large matrix with the SVD of two small matrices. We incorporate a regularization term into the preconditioned PLSRTM method that penalizes misfits between the migration images from the plane waves with adjacent angles to reduce the migration noise because the stacking of the migration results cannot effectively suppress the migration noise when the migration velocity contains errors. The regularization imposes smoothness constraints on the TADCIGs that favor differential semblance optimization constraints. Numerical analysis of synthetic data using the Marmousi model suggests that the proposed method can efficiently suppress the artifacts introduced by plane-wave gathers or irregular seismic data and improve the imaging quality of PLSRTM. Furthermore, it produces better images with less noise and more continuous structures even for inaccurate migration velocities.