基于吸收衰减补偿的多分量高斯束逆时偏移

高斯束逆时偏移结合了射线类偏移的高计算效率和波动方程逆时偏移的高精度,能很好地处理焦散点、大倾角成像问题,并且具有面向目标成像的能力.多分量地震资料的偏移技术可以对地下复杂构造进行更准确的成像,由于实际地下介质具有黏滞性,研究黏弹性叠前逆时偏移具有一定的现实意义.本文采用高斯束逆时偏移方法对多分量地震数据进行吸收衰减补偿,首先分别给出纵波和转换波共炮域高斯束叠前逆时偏移方法原理,在此基础上推导补偿吸收衰减的表达式,校正Q引起的振幅衰减和相位畸变,实现基于吸收衰减补偿的多分量高斯束叠前逆时偏移.数值模型的测试结果显示,在考虑地下介质的黏滞性时,本文方法具有更高的成像分辨率.     

矢量黏弹性衰减补偿高斯束偏移

基于弹性波动理论的多波多分量高斯束偏移具有计算效率高和成像准确等优点.但是目前此方法没有考虑实际地下介质的黏弹性对地震波传播的影响,从而无法补偿能量衰减和校正相位畸变,这使得该方法对一些含高黏弹性地层的成像效果不佳.针对衰减区域的成像问题,本文提出一种黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法,该方法以多波多分量矢量波场弹性高斯束偏移方法为基础,在偏移过程中沿射线路径通过引入品质因子Q来考虑黏弹性影响并进行衰减补偿.该方法能够在偏移过程中实现PP波和PS波的自动分离及分别成像.同时,本文给出了在矢量波场偏移过程中提取角度域共成像点道集的方法,以便用于成像质量控制,并为后续速度和黏弹性参数反演提供所需的数据.本文利用2D层状模型和洼陷模型进行了方法测试,其成像结果验证了本文所提出的黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法的可行性和有效性.     

黏声介质最小平方逆时偏移

介质的黏滞性是普遍存在的.黏滞性介质中的真振幅成像需要校正由介质的黏滞性引起的振幅衰减与速度频散,然而常规的反Q偏移方法存在不稳定问题.本文在反演的框架下求解黏声介质成像问题,在有效避开不稳定的同时实现真振幅成像.首先将波动方程线性化,并依此建立黏声介质最小平方逆时偏移(LSRTM)的目标函数;然后推导波动方程伴随算子,并在此基础上借助伴随状态法推导迭代求解的具体算法;最后通过引入动态相位编码技术将计算量降至与常规逆时偏移相同的数量级.该方法在真振幅成像过程中考虑了介质黏滞性的影响,更接近实际情况,具有更好的振幅保持性.相对于常规逆时偏移,该方法能够自动压制成像噪声,具有更高的成像分辨率及精度.通过模型试算验证了方法的正确性.     

黏声介质最小平方逆时偏移

介质的黏滞性是普遍存在的.黏滞性介质中的真振幅成像需要校正由介质的黏滞性引起的振幅衰减与速度频散,然而常规的反Q偏移方法存在不稳定问题.本文在反演的框架下求解黏声介质成像问题,在有效避开不稳定的同时实现真振幅成像.首先将波动方程线性化,并依此建立黏声介质最小平方逆时偏移（LSRTM）的目标函数;然后推导波动方程伴随算子,并在此基础上借助伴随状态法推导迭代求解的具体算法;最后通过引入动态相位编码技术将计算量降至与常规逆时偏移相同的数量级.该方法在真振幅成像过程中考虑了介质黏滞性的影响,更接近实际情况,具有更好的振幅保持性.相对于常规逆时偏移,该方法能够自动压制成像噪声,具有更高的成像分辨率及精度.通过模型试算验证了方法的正确性.     

一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移

地下介质通常具有黏滞性,地震波在地下介质的传播过程中将不可避免地伴随着振幅衰减和速度频散,进而影响地震成像的准确性和分辨率.基于黏滞介质的衰减补偿逆时偏移能沿地震波的传播路径恢复其所经历的振幅衰减和相位畸变,有效提升成像效果.然而,由于地层对地震波的吸收衰减效应呈指数变化,衰减补偿过程中高低频分量的非同步增长易导致补偿算法数值不稳定.为此,本文提出了一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移方法.该方法基于解耦的常Q分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程描述地震波在地下介质中的传播效应,将振幅正则化因子引入该方程的时间-波数域的解析解中,以确保在补偿过程中地震波场能稳定延拓.二维、三维合成数据以及实际资料的偏移算例均证实了该方法的可行性和有效性,所提出的方法能有效地处理衰减补偿中的不稳定问题,明显提升地震资料的偏移成像质量.     

衰减补偿的黏弹性最小二乘逆时偏移

地震勘探是发现和认识油气藏的重要方法,随着国内油气勘探领域、勘探对象的日趋复杂化,油气勘探迫切需求地震成像的精准度、分辨率和保真度的大幅度提升.相比于常规逆时偏移方法,最小二乘逆时偏移成像有较少的伪像,成像振幅均衡,成像分辨率高.目前常用弹性最小二乘逆时偏移方法来对地下介质进行成像.但由于地下介质通常表现出黏弹性性质,在含油气地层中表现尤为明显,若忽略地下介质的吸收衰减作用,地震波传播中的振幅衰减和频散累积将会影响成像的振幅和相位,进而降低成像分辨率,致使地下构造定位不准.本文基于标准线性体模型的黏弹性波动方程,提出一种衰减补偿的黏弹性最小二乘逆时偏移成像方法,推导了准确的黏弹性最小二乘理论框架下的偏移算子、反偏移算子、步长,并给出了算法的数值实现流程.通过对层状模型和Marmousi模型进行测试,得到本文提出的黏弹性波最小二乘逆时偏移方法的成像结果和收敛速度,并与其他方法的测试效果进行了对比.结果表明,黏弹性最小二乘逆时偏移方法能够准确地归位包含强衰减的多分量地震记录,能够有效避免弹性波最小二乘逆时偏移成像错误的反射层位置,压制成像噪声,收敛速度快,成像精度高.     

基于GSLS模型TI介质衰减拟声波方程

随着计算机硬件技术的发展以及高分辨率勘探需求的增加,我们希望能够更准确地模拟地下介质,得到更丰富的地层信息.然而,传统的声学假设并不能描述实际地层所存在各向异性和黏滞性,使得成像分辨率较低.为了实现深部储层的高精度成像,本文同时考虑了介质的各向异性和黏滞性,从TI介质弹性波的基本理论出发,结合各向异性GSLS理论,并通过声学近似方法导出基于GSLS模型的各向异性衰减拟声波方程.数值模拟表明该方程既能准确地描述各向异性介质下的准P波运动学规律,又能体现地层的吸收衰减效应;模型逆时偏移结果表明,在实现成像过程中考虑各向异性和黏滞性的影响,能对高陡构造清晰成像,且剖面振幅相对均衡,分辨率较高.     

基于吸收衰减补偿的多分量高斯束叠前深度偏移（英文）

高斯束叠前深度偏移是对地下介质进行精确成像的方法之一,多分量地震资料的叠前深度偏移技术可以对复杂构造进行更准确的成像。由于实际地下介质具有粘滞性,研究粘弹性叠前深度偏移具有一定的现实意义。本文采用高斯束偏移方法对多分量地震数据进行吸收衰减补偿,首先利用高斯束模拟粘弹性介质中传播的地震波,并在模拟中引入与品质因子Q有关的复速度和精确的粘弹性Zoeppritz方程,合成地震记录;然后给出纵波和转换波共炮域高斯束叠前深度偏移原理,在此基础上推导补偿吸收衰减的表达式,校正Q引起的振幅衰减和相位畸变,实现基于吸收衰减补偿的多分量高斯束叠前深度偏移,并分析Q误差对偏移结果的影响。数值实验表明,在考虑地下介质的粘滞性时,本文方法具有更高的成像分辨率。     

一种黏声波方程逆时偏移成像中的衰减补偿方法

在存在强衰减介质的区域进行逆时偏移成像,需要既能补偿地震波传播过程中的振幅衰减,又能保持其相位不变的高效算法.为此,本文提出了一种利用有限差分模拟进行声波衰减补偿的方法来实现考虑衰减的逆时偏移.这种方法以线性黏弹性体模型为基础,保持其复模量的实部不变,并采用多项式多级优化方法修正复模量的虚部,从而实现在保持相位不变的同时补偿振幅,进而有效提高偏移成像的清晰程度,尤其是对于介质对地震波衰减极为强烈的情形.这一方法在声波方程中只增加了整数阶微分算子进行修正,能够保证利用有限差分法进行数值求解,有利于进行高效的大规模细粒度并行计算和GPU加速计算.数值实验结果验证了这一方法的可行性和有效性,能够很好地提高强衰减介质区域的偏移成像质量.     

逆时偏移中几种角度域成像条件噪声压制效果分析

逆时偏移使用双程波动方程进行波场外推,含有各个方向角度的波场,成像精度高,但这也给成像结果带来了强振幅的低频噪声,严重影响成像质量.角度域成像条件通过对角度或者方向信息进行筛选来有效的压制低频噪声,是逆时偏移中常用的低频噪声压制方法.本文首先分析了逆时偏移中低频噪声产生的机制,并给出了几种能够有效压制低频噪声的角度域成像条件,结合数值实验对几种角度域成像条件进行试算和比较,数值算例表明了几种角度域成像条件对于低频噪声压制的有效性.     

Reverse time migration with Gaussian beams using optimized ray tracing systems in transversely isotropic media

Prestack depth migration is a key technology for imaging complex reservoirs in media with strong lateral velocity variations. Prestack migrations are broadly separated into ray-based and wave-equation-based methods. Because of its efficiency and flexibility, ray-based Kirchhoff migration is popular in the industry. However, it has difficulties in dealing with the multi-arrivals, caustics and shadow zones. On the other hand, wave-equation-based methods produce images superior to that of the ray-based methods, but they are expensive numerically, especially methods based on two-way propagators in imaging large regions. Therefore, reverse time migration algorithms with Gaussian beams have recently been proposed to reduce the cost, as they combine the high computational efficiency of Gaussian beam migration and the high accuracy of reverse time migration. However, this method was based on the assumption that the subsurface is isotropic. As the acquired azimuth and maximum offsets increase, taking into account the influence of anisotropy on seismic migration is becoming more and more crucial. Using anisotropic ray tracing systems in terms of phase velocity, we proposed an anisotropic reverse time migration using the Gaussian beams method. We consider the influence of anisotropy on the propagation direction and calculate the amplitude of Gaussian beams with optimized correlation coefficients in dynamic ray tracing, which simplifies the calculations and improves the applicability of the proposed method. Numerical tests on anisotropic models demonstrate the efficiency and accuracy of the proposed method, which can be used to image complex structures in the presence of anisotropy in the overburden.     

Implementation aspects of attenuation compensation in reverse‐time migration

Attenuation compensation in reverse‐time migration has been shown to improve the resolution of the seismic image. In this paper, three essential aspects of implementing attenuation compensation in reverse‐time migration are studied: the physical justification of attenuation compensation, the choice of imaging condition, and the choice of a low‐pass filter. The physical illustration of attenuation compensation supports the mathematical implementation by reversing the sign of the absorption operator and leaving the sign of the dispersion operator unchanged in the decoupled viscoacoustic wave equation. Further theoretical analysis shows that attenuation compensation in reverse‐time migration using the two imaging conditions (cross‐correlation and source‐normalized cross‐correlation) is able to effectively mitigate attenuation effects. In numerical experiments using a simple‐layered model, the source‐normalized cross‐correlation imaging condition may be preferable based on the criteria of amplitude corrections. The amplitude and phase recovery to some degree depend on the choice of a low‐pass filter. In an application to a realistic Marmousi model with added Q, high‐resolution seismic images with correct amplitude and kinematic phase are obtained by compensating for both absorption and dispersion effects. Compensating for absorption only can amplify the image amplitude but with a shifted phase.     

基于分数阶拉普拉斯算子解耦的黏声介质地震正演模拟与逆时偏移

时间域常Q黏声波方程,由于含分数阶时间导数项,数值求解需要大量内存,计算效率低,不利于地震偏移的实施.通过一系列近似,可将该方程简化为介质频散效应和衰减效应解耦的分数阶拉普拉斯算子黏声波方程,数值求解内存需求少,计算效率高.本文采用交错网格有限差分逼近时间导数,改进的伪谱法计算空间导数,PML吸收边界去除边界反射,对该方程进行数值离散和地震正演模拟,开展地震数据的黏声介质逆时偏移,实现波场逆时延拓过程中同时完成频散校正和衰减补偿.改善深层构造的成像精度,数值结果表明,基于分数阶拉普拉斯算子解耦的黏声介质地震正演模拟与逆时偏移可大幅度提高地震模拟计算效率,偏移剖面明显优于常规声波偏移剖面,极大改善深层构造的成像品质.     

添加正则化项的黏声逆时偏移成像方法研究

在实际地球介质中传播的地震波会产生衰减和频散现象,因此其更接近于黏弹性介质,在地震处理中补偿这些黏性影响是十分必要的。基于波动方程的叠前深度偏移中进行吸收衰减补偿更准确,也更有物理意义,直接求解双程波动方程的逆时偏移(RTM)能够成像大倾角复杂构造,具有诸多优势。然而当考虑吸收衰减补偿时通常会产生不稳定现象,大部分研究都是在逆时偏移的波场延拓中进行波数域的低通滤波来解决这个问题。本文采用广义标准线性固体的黏声波动方程进行吸收衰减补偿的Q--RTM方法,通过添加正则化项的方式来稳定延拓过程。添加正则化项本质上是低通滤波,滤波窗口是指数形式,在时空域有明确的形式,可以阻止发生高频不稳定。与直接滤波相比,正则化参数可以是空变的,因此比较适合剧烈变化的区域,我们还发现震源归一化互相关成像条件更适合Q--RTM方法。      

The stability problem of reverse time migration for viscoacoustic VTI media

In real strata anisotropy and viscosity extensively exists. They degraded waveforms in amplitude, resulting in which reducing of image resolution. To obtain high-precision imaging of deep reservoirs, we extended the separated viscous and anisotropic reverse time migration (RTM) to a stable viscoacoustic anisotropic RTM for vertical transverse isotropic (VTI) media, based on single generalized standard and linear solid (GSLS) media theory.. We used a pseudo-spectral method to develop the numerical simulation. By introducing a regularization operator to eliminate the high-frequency instability problem, we built a stable inverse propagator and achieved viscoacoustic VTI media RTM. High-resolution imaging results were obtained after correcting for the effects of anisotropy and viscosity. Synthetic tests verify the validity and accuracy of algorithm.     

探地雷达衰减补偿逆时偏移成像方法

探地雷达信号在地下介质中传播时易受到电导率所产生的衰减影响,从而使得传统偏移成像结果在高衰减区域变得模糊.本文提出了衰减补偿的逆时偏移方法来消除电导率的影响.该方法基于麦克斯韦方程组实现电磁波的正演模拟和逆时传播.通过改变衰减项的正负号,保证了逆时传播的时间对称性,从而能够重构出原始波场,实现衰减补偿.数值实验比较了传统逆时偏移方法和衰减补偿逆时偏移方法在存在高导异常区域情况下的成像效果,结果证明了衰减补偿逆时偏移方法能够很好地恢复由电导率造成的信号衰减,从而提高探地雷达剖面的分辨率.     

Viscoacoustic prestack reverse time migration based on the optimal time-space domain high-order finite-difference method

Prestack reverse time migration （RTM） is an accurate imaging method ofsubsurface media. The viscoacoustic prestack RTM is of practical significance because itconsiders the viscosity of the subsurface media. One of the steps of RTM is solving thewave equation and extrapolating the wave field forward and backward; therefore, solvingaccurately and efficiently the wave equation affects the imaging results and the efficiencyof RTM. In this study, we use the optimal time-space domain dispersion high-order finite-difference （FD） method to solve the viscoacoustic wave equation. Dispersion analysis andnumerical simulations show that the optimal time-space domain FD method is more accurateand suppresses the numerical dispersion. We use hybrid absorbing boundary conditions tohandle the boundary reflection. We also use source-normalized cross-correlation imagingconditions for migration and apply Laplace filtering to remove the low-frequency noise.Numerical modeling suggests that the viscoacoustic wave equation RTM has higher imagingresolution than the acoustic wave equation RTM when the viscosity of the subsurface isconsidered. In addition, for the wave field extrapolation, we use the adaptive variable-lengthFD operator to calculate the spatial derivatives and improve the computational efficiencywithout compromising the accuracy of the numerical solution.