基于稀疏离散τ-p变换的叠后地震道外推

这里研究的是一种基于稀疏离散τ-p变换的地震道缺失重建方法。该方法根据叠后零偏移距剖面,在局部时窗内可以看作是一系列线性同相轴的组合,使用稀疏离散τ-p和预条件双共轭梯度算法进行地震道外推,使空间方向的缺失道得到恢复。τ-p变换由于信息不足,有限的孔径和离散等因素,导致在τ-p域的结果存在假象、不准确,而在τ-p域进行稀疏对于重建缺失的信息是非常有用和必要的。同时,还可使用迭代的预条件双共轭梯度算法进行计算。     

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。     

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。     

面波压制方法与道间距关系的数值分析

野外无检波器组合的采集方式使得面波的压制成为单点高密度地震数据处理的关键。F-K滤波、τ-p变换是两种常用的压制面波的方法,这两种方法压制面波的效果与道间距有关。对面波速度、频率、射线参数与道间距关系的数值分析发现,道间距越小,压制面波的效果越好;大道间距会产生假频而使得面波难以有效地滤除。这从另一侧面也证明这两种方法可以更好地压制高密度地震数据中的面波。      

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

结合曲波变换的焦点变换在地震数据去噪和插值中的应用

为了更好地衰减地震数据中的随机噪声,以及更加精确地对缺失地震数据进行重构,在自由表面多次波的反馈迭代方法中,用多维加权互相关替换多维加权褶积,即焦点变换方法.该方法为全数据驱动过程,不需要任何地下信息,尤其当地下地质体比较复杂并且需要考虑的各种信息较多时.为了改善传统基于最小平方计算的焦点变换有效信号聚焦不够集中地效果,笔者提出将三维曲波变换与焦点变换结合,并采用L1范数最优化求解.模型及实测资料试验证明,联合三维曲波变换与焦点变换在地震数据随机噪声衰减中聚焦点有效信号更加集中,切除噪声后有效信号保存更完整;对缺失地震数据的重构更加完整和精细,并且有效保存了高频信息.     

基于信号重构的地震道插值

在简要回顾几种插值方法的基础上 ,提出了基于信号重构的地震道插值方法。这种方法无需任何地质和地球物理假设 ,主要用于恢复缺失的地震道。本方法的基础是傅立叶变换理论和最小平方反演技术。文中给出了原理、算法、实现步骤及简要的流程框图。如果对变换域的参数进行规则采样 ,则该方法可以用高效、快速的算法来实现。本插值方法适用于规则和非规则采样的数据。文中给出了理论合成数据和实际数据的试验结果 ,并对结果进行了讨论。同时 ,本方法对于 AVO分析、DMO处理、三维叠前偏移成像等研究也将是有益的     

一种基于傅里叶变换的去假频内插方法及应用

道间插值方法在地震资料处理中具有十分重要的作用,而地震道空间内插所面临的主要问题是空间假频。基于对模型数据的二维谱特征分析,通过在频率-波数域进行简单的除法运算构造内插算子,给出了一种基于傅里叶变换的地震道空间内插方法,实现了去假频道间插值,并将其应用于垂直地震剖面(VSP)记录的空间内插,取得了满意的效果。由于该方法不需求解线性方程组,可使用快速傅里叶变换,因此具有简单、快速的特点。      

基于Hankel矩阵的随机噪音衰减法在煤田勘探中的应用

针对煤田地震资料处理中常用的随机噪音衰减方法保真性与保幅性不高等问题,引入了基于Hankel矩阵的随机噪音衰减方法对煤田地震资料进行处理。通过傅立叶变换把地震数据变换到频率域并构造Hankel矩阵,进行奇异值分解后优选出前N个奇异值重构数据,从而达到随机噪音衰减的目的。实际数据处理结果表明,该方法大大提高了资料的信噪比,处理后的剖面波形自然,振幅保真性高。     

面波频散能量谱计算方法

面波频散能量谱成像精度是近地表横波速度计算的重要影响因素,有效提取面波频散曲线是后续反演地层结构及介质物性参数的重要环节。文中论述了τ-p变换法（τ为垂直波慢度,p为水平波慢度）、高分辨率线性Radon变换法、频率分解法、相移法、f-k变换法（f为频率,k为波数）、SFK变换法和矢量波数变换法等7种不同面波频散能量谱计算方法的基本原理;通过上述方法,对三层速度递增水平层状介质模型正演模拟合成Rayleigh波记录进行频散能量谱计算,并与理论频散曲线进行比较;根据所得频散能量谱,分析不同方法在数据处理过程中的特点与应用差异。结果表明：在提取频散曲线过程中,高分辨率线性Radon变换法和矢量波数变换法提取精度较高,f-k变换法提取精度最低,低频信息与高频信息无法有效识别;SFK变换法、矢量波数变换法、高分辨率线性Radon变换法抗噪性能强;τ-p变换法、f-k变换法、相移法计算速度优于其他方法。     

基于广义S变换的地震资料信噪分离方法

基于S变换具有良好的时频聚焦性和分时分频性,将可灵活选取窗函数的广义S变换引入到地震信号去噪处理中,系统研究了广义S变换在地震资料信噪分离中的应用。首先对地震数据进行广义S变换,然后对含噪频率剖面选取适当阈值压制噪声干扰,提取有效信号,最后重构得到去噪后的记录。经合成记录和实际地震资料处理实验证明,该方法能有效地进行信噪分离,提高地震剖面信噪比和分辨率。     

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。     

基于样条插值与曲波变换压缩感知的井下微地震监测数据重建

对于非常规油气开发水力压裂井下微地震监测,由于井中布设的检波器数量有限而导致空间采样不够,致使在进行偏移成像时产生空间假频。为消除假频现象,需要对空间欠采样的数据进行内插。目前基于曲波变换(Curvelet)稀疏约束的地震道插值方法(即压缩感知)已经逐渐被广泛应用,但是对于井下微地震监测数据,由于检波器数量过少,其在时间上的采样点数要远远大于检波器数。在这种情况下,曲波基函数在一定尺度下所能取到的方向信息是有限的,致使其基函数各向异性特征不能很好地发挥,因此插值效果不好。为解决该问题,我们提出了结合样条插值的基于曲波变换稀疏约束地震道插值方法。对于井下微地震监测数据,首先利用样条插值方法对每道数据的特定震相到达时间进行插值,在达到曲波基函数可以取到的方向后(如水平方向),此时曲波基函数可以更稀疏地表示微地震数据体,然后再进行基于曲波变换稀疏约束的道间插值,并进行方向滤波,即可以达到较好的插值效果。我们基于一个井下微地震监测合成数据进行了测试,与数据加密前的地震偏移成像结果对比,内插之后数据偏移成像中的假频得到了压制。     

基于地震信号相似性的S变换域多次波压制技术

多次波压制是海洋地震数据处理的关键,如何保护一次反射波的同时高效准确地识别并压制多次波是地震资料处理的重点。笔者在共中心点(CMP)叠加压制多次波方法的基础上,基于CMP道集地震信号与叠加道地震信号的相似性特征在S变换域进行多次波压制。首先,利用多次波速度动校正并对CMP道集数据减去叠加道数据完成第一次多次波减除,此时,波场中残余的多次波以随机噪声的形式存在;然后,对减除多次波的地震波场应用一次波速度动校正,并以一次波速度叠加道为初始模型对CMP道集S变换谱进行相似性滤波完成第二次残余多次波去除。针对理论数据和实际数据进行了有效性测试,结果表明本文所提方法能够较好地压制多次波,提高反射波的成像精度。