面向目标的小束源照明和成像

结合小束源和Fourier传播子，应用Fourier传播子进行面向目标的小束源照明和成像.小束源的合成通过小波束变换中的小束函数获得，而Fourier传播子进行波场外推，完成小束源的波传播.小束源具有空间位置和方向的双局部特性，对于照明和成像，它更加灵活，并有更多的控制方法.通过照明分析，选择面向目标的有效照明小束源，进行部分小束源偏移，可以提供更好的成像质量和计算效率.作为数值试验，我们选用Fourier有限差分传播子，对 Marmousi模型和二维SEG-EAGE盐丘模型的数据，试验了小束源对目标结构的方向照明和成像.获得的结果表明，结合小束源和Fourier传播子进行面向目标的照明和成像是切实有效的.     

基于局部余弦基小波束的观测系统沉降法叠前深度偏移

将局部余弦基小波束波场分解、传播与观测系统沉降法叠前深度偏移相结合,推导了源-检波器观测系统沉降法传播算子.本算法中,先对频率域的共点源和共点检波器道集做局部余弦小波束分解,然后分别沿共小波束源和共小波束检波器在深度方向延拓得到下一层波场.每个深度的波场,都等效于把源和检波器放在该层后所能接收到的地震记录,每点的像值由炮点和检波点重合时的零时刻波场值给出.通过二维SEG/EAGE盐丘模型和Marmousi模型的偏移成像结果验证该方法理论推导的正确性.另外,结果显示该方法继承了小波束域波场延拓在速度扰动较大情况下波传播及成像精度高的优点.     

时-空局域化地震波传播方法:Dreamlet叠前深度偏移

提出了一种在时间和空间上完全局域化的波场分解和传播算法─dreamlet偏移方法.Dreamlet是一种脉冲-小波束形式的波场分解原子,它利用多维局部分解变换,把时空域波场映射到局部时间-频率-空间-波数相空间,并用局部相空间的传播算子(dreamlet算子)沿深度延拓.本文利用多维局部余弦变换实现dreamlet算法,分解后的波场系数和传播算子不仅有很好的稀疏性,且均为实数,也即波的传播和成像过程完全在实数域实现.文中推导了局部余弦基dreamlet波场分解和传播算子理论公式并将其应用于叠前深度偏移.在dreamlet相空间波的传播过程为稀疏矩阵相乘,而且延拓后的地表数据波场的有效时间长度随深度的增加不断减小,从而可以减少需要传播的波场系数.二维SEG/EAGE盐丘和SIGSBEE模型算例验证了理论推导的正确性,成像结果显示该方法在横向速度变化剧烈情况下有很好的精度.     

基于时空局域化dreamlet单程波算子的观测系统沉降法偏移

Dreamlet偏移成像目的是探索一类能够对地震波场和单程波传播算子同时分解和压缩的理论和方法,也即实现在压缩域的传播与成像、地震数据在时间和空间的非平稳性质,决定了要实现地震数据的有效稀疏表示,分解方法必须在时间和空间上同时具有局域化性质.Dreamlet由时间和空间局部分解原子的张量积构成,可以看作一种脉冲-小波束形式的波场分解原子.时空局域化的dreamlet单程波传播算子在对波场沿深度方向延拓时,地震数据在时间轴上总是向同一方向流动.随着深度的增加,部分用于成像浅层结构的数据归位至其空间位置后被dreamlet算子丢弃,波场的有效记录时间变短,每一步用于波场延拓的计算量也相应下降.为了充分发挥这一优势,本文介绍dreamlet传播算子与观测系统沉降法偏移相结合的理论与方法.观测系统沉降法偏移每一步都将记录到的所有数据向下延拓,沉降后的波场等效于把源和检波器都放置在目标深度所能接收的反射数据.Dreamlet观测系统沉降过程只保留用于成像观测系统下部地质结构的有效数据,自动丢弃已经用于成像观测系统上部而对下部成像没有贡献的信号.本文通过二维SEG/EAGE叠后和Marmousi叠前数据算例展示了dreamlet传播算子应用于观测系统沉降法偏移的这一特点.数值算例结果显示,在不影响成像质量的前提下,该偏移方法能够有效减少传播数据量,为发展一种快速高效的偏移方法提供了新的思路.     

基于Gabor-Daubechies小波束叠前深度偏移的角度域共成像道集

传统炮检距域共像集（CIG）在复杂介质中因波传播的多路径而存在反射体位置不确定的问题. 角度域CIG由于克服了这一缺陷而逐步成为速度分析、AVA以及振幅保真偏移成像等研究的主要手段. 以波动理论为基础的地震偏移成像方法的发展为获得高质量的角度域CIG提供了可靠的实现途径. 其中,基于波场局域化分解和传播的小波束域波场延拓和偏移成像方法,因其波场分解基本函数和传播算子在空间和方向上的双重局域特性,而成为角度相关分析研究的有效工具. 本文在采用Gabor Daubechies框架分解的小波束叠前角度域偏移成像基础上,利用不同的叠加方法由局部角度域像矩阵得到了反射角域CIG（CRAIG）和倾角域CIG（CDAIG）. 以SEG EAGE二维盐体模型为例,通过对CRAIG和CDAIG的对比,探讨了这两种角度域CIG的特点及其在地震偏移成像中的潜在应用.     

散射系数矩阵的计算及其应用

利用Gabor Daubechies（G? D）小波束域波场分解和传播在空间和方向上的双重局域性，提出了基于G? D小波束域叠前深度偏移进行角度域成像和计算局部散射系数矩阵的方法. 以简单分层模型为例，对不同探测系统的局部散射系数矩阵分布特征进行分析. 分析结果表明，在一定的探测系统几何布局下，由本文方法得到的局部散射系数矩阵能够较真实地反映局部结构的散射(或反射)特性. 通过局部散射系数矩阵进一步外推具有不同速度反差的水平界面随角度变化的反射系数，并估计界面的空间位置和倾角等说明局部散射系数矩阵的潜在应用.     

散射系数矩阵的计算及其应用

利用GaborDaubechies（G?D）小波束域波场分解和传播在空间和方向上的双重局域性，提出了基于G?D小波束域叠前深度偏移进行角度域成像和计算局部散射系数矩阵的方法. 以简单分层模型为例，对不同探测系统的局部散射系数矩阵分布特征进行分析. 分析结果表明，在一定的探测系统几何布局下，由本文方法得到的局部散射系数矩阵能够较真实地反映局部结构的散射(或反射)特性. 通过局部散射系数矩阵进一步外推具有不同速度反差的水平界面随角度变化的反射系数，并估计界面的空间位置和倾角等说明局部散射系数矩阵的潜在应用.     

利用局部谐和基小波束的高精度叠前深度域偏移成像方法研究

小波束域利用局部余弦基(local cosine bases)的偏移成像方法具有很高的计算效率和成像质量.然而局部余弦基小波束通常沿垂直方向具有两个对称波瓣.由于缺乏单一定义的方向性,在某些强变速介质中利用局部余弦基的波传播方法会产生一定的误差,同时也使得一些在局部角度域的操作变得非常不便.于是我们提出了利用局部谐和基进行波场外推的方法.局部谐和基(local harmonic base)是由局部余弦基和局部正弦基线性组合而成,具有单一定义的方向性,同时具备快速算法.局部谐和基与Gabor-Daubechies标架类似,都具有单一定义的方向性,但比Gabor-Daubechies标架效率更高.局部谐和基保持了与局部余弦基的偏移成像方法相同的计算效率,但在成像精度上有了显著的提高.通过二维SEG/EAGE模型和BP模型的叠前深度域偏移成像说明了该方法的有效性.     

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.     

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.     

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.     

基于全波形反演的探地雷达数据逆时偏移成像

逆时偏移成像(RTM)常用来处理复杂速度模型,包括陡倾角及横向速度变化剧烈的模型.与常规偏移成像方法(如Kirchhoff偏移)相比,逆时偏移成像能提供更好的偏移成像结果,近些年逆时偏移成像越来越广泛地应用到勘探地震中,它逐渐成为石油地震勘探中的一种行业标准.电磁波和弹性波在动力学和运动学上存在相似性,故本文开发了基于麦克斯韦方程组的电磁波逆时偏移成像算法,并将其应用到探地雷达数据处理中.时间域有限差分(FDTD)用于模拟电磁波正向和逆向传播过程,互相关成像条件用于获得最终偏移结果.逆时偏移成像算法中,偏移成像结果受初始模型影响较大,而其中决定电磁波传播速度的介电常数的影响尤为重要.本文基于时间域全波形反演(FWI)算法反演获得了更为精确的地下介电常数模型,并将其反演结果作为逆时偏移成像的初始介电常数模型.为了验证此算法的有效性,首先构建了一个复杂地质结构模型,合成了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用常规Kirchhoff偏移算法及逆时偏移成像算法进行偏移处理,成像结果显示由逆时偏移成像算法得到的偏移结果与实际模型具有较高的一致性;此外本文在室内沙槽中进行了相关的物理模拟实验,采集了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用Kirchhoff和叠前逆时偏移成像算法进行处理,结果表明叠前逆时偏移成像在实际应用中能获得更好的成像效果.     

叠前逆时偏移影响因素分析

反射地震勘探中的偏移成像技术是获取地下介质构造形态最有效的手段之一.在叠前深度域偏移方法中,目前工业界采用的方法包括基于射线理论的波动方程积分解法和基于波动理论的微分波动方程单程波解法,这两类方法难以处理地震波横向速度变化剧烈的高陡倾角构造成像问题.近年来勘探地震学研究领域发展起来的叠前逆时偏移采用了双程波求解微分波动方程的算法,这种方法具有相位准确、不受介质横向速度变化和高陡倾角构造的影响、成像精度高、可以利用回转波正确成像等优点,从理论上弥补了当前工业界常规地震偏移所面临的成像缺陷.然而,叠前逆时偏移成像方法从理论走向实用尚需解决如下问题:计算速度和数据存储空间的节省、初始速度模型的建立、震源子波的选择、数值模型边界条件的定义和假像的消除等等.对于计算速度和存储量大的问题,随着计算机硬件的快速发展,将会不断得到改善,同时可以采取一些计算技术和存储策略来加以缓解.本文主要针对初始速度模型的建立、震源子波的选择、数值模型边界条件的定义和假像的消除这些因素,利用简单模型进行了分析.对于反射波造成的传播路径上的假像,给出了一种振幅补偿滤波方法.对勘探地球物理学界给出的SEG/EAGE二维盐丘模型、Marmousi模型和本研究设计的崎岖海底模型进行了叠前逆时偏移成像,均取得了较好的成像效果.     

隧道工程勘察中的超前预报成像方法研究

针对地下工程领域隧道超前预报地震波波场传播与成像中存在的问题,通过数值模拟,构建二维含低速异常的隧道介质模型,研究隧道弹性波场传播规律和异常体边界成像准确性.首先,利用一阶速度-应力波动方程和高阶交错网格有限差分计算方法,导出隧道超前预报数值模拟的稳定性条件和边界条件,对上述隧道模型进行数值模拟,识别波场特征;其次,利用叠前逆时偏移成像方法,对压制噪音干扰后的波场在互相关成像条件下,对隧道模型中的异常体边界进行逆时偏移成像.研究结果表明：采用高阶交错网格有限差分正演获得异常体边界清晰的反射波和角点产生的散射波;逆时偏移算法获得隧道内异常体准确成像结果,从而大大提高隧道超前预报的分辨率与准确性;靠近掌子面单一震源、多道接收观测系统对异常体成像效果最佳,为隧道内高效数据采集提供理论依据.     

基于Chebyshev多项式的弯曲射线Kirchhoff叠前时间偏移

弯曲射线Kirchhoff叠前时间偏移被认为是一种综合了叠前时间偏移效率和叠前深度偏移精度的方法.本文以保精度地减少高阶Kirchhoff叠前时间偏移走时计算量为目标,在分析了Chebyshev正交多项式性质的基础上,建立了Chebyshev多项式约简系数表,进而用模拟退火法对转换系数进行分段优化,从而实现了在大炮检距...     

拉东投影法三维叠前深度偏移

对地下地质构造进行正确成像是地震勘探的最终目的,由于三维地震资料采集不可能都沿垂直构造走向的方向进行,为地震资料的三维处理带来了许多困难. 本文将三维叠后拉东投影偏移思想应用于三维叠前处理中,提出了三维叠前投影偏移算法. 利用拉东投影变换的原理,将整个三维叠前数据体投影到一系列各方向的径向线上,各方位角的构造都包含在其中某条或多条径向剖面上. 投影完成后,形成一系列的独立的二维叠前测线,可采用二维叠前深度偏移成像方法来实现各径向线的叠前偏移,当各径向剖面偏移完成后,在时间切片上进行反投影,从而最终形成三维叠前深度偏移结果. 实际应用表明,用本方法进行三维叠前深度偏移时,深度偏移剖面对横向分辨率有所提高,对陡地层和小断层的成像效果有所改善.     

小波束叠前深度偏移和照明:基于Marmousi模型的测试

小波束源有很强的局部性和方向性,它可以很容易的实现局部照明和偏移,除此之外,它的偏移效果也要好于常规的偏移方法。本文介绍了基于框架理论的小波束叠前深度偏移的基本原理。我们解释了基于Gaussian函数的G-D框架。小波束分解提供了局部空间和方向上的信息。我们在小波域中,分别应用矩形窗和Gaussian窗合成了小波束源和小波束记录,并基于傅立叶有限差分算子,对marmousi模型进行了叠前深度偏移试算。通过对单个,以及多个小波束源偏移结果对比分析,验证了Gaussian小波束叠前深度偏移方法的有效性。     

保幅Kirchhoff弯曲射线叠前时间偏移技术在天然气水合物三维地震资料处理中的应用

天然气水合物的富集往往与断裂、底辟及泥火山等构造有关,这就要求地震成像要精确,而针对水合物的地震处理又要以保真保幅为前提,因此快速高效而又有较高成像质量的的保幅Kirchhoff弯曲射线叠前时间偏移技术被广泛应用于三维水合物资料处理中。与直射线Kirchhoff叠前时间偏移技术相比,弯曲射线Kirchhoff叠前时间偏移同样具有快速高效的特点,同时成像精度在一定程度上可媲美叠前深度偏移。在实际资料的应用中可发现,基于保幅Kirchhoff弯曲射线叠前时间偏移技术处理的地震剖面可精确地刻画气体通道,有利于天然气水合物富集区的识别。