基于起伏地表的层析速度反演方法研究(英文)

叠前深度偏移速度分析是地震数据处理方法研究的重点,是影响地震成像效果的关键技术之一。对于地表起伏、地下构造复杂的双复杂地区,常规的叠前偏移速度分析方法是将起伏面校正到固定基准面上或进行表层建模再进行偏移与速度分析。本文提出的基于起伏地表的层析速度反演方法从起伏地表直接进行速度场的更新,可以提高层析速度反演的精度与效率。首先介绍基于起伏地表的角度域共成像点道集的提取方法,以此为基础阐述了起伏地表层析速度反演方法。起伏地表模型和实际资料试算验证了本文方法的有效性。     

起伏地表条件下复杂路径初至自动拾取（英文）

初至拾取是起伏地表地震资料处理的关键环节,直接影响近地表建模的精度及静校正效果,但起伏地表资料极低的信噪比使传统的自动初至拾取算法几乎失效,而手动拾取要耗费巨大的人工和时间成本。本文研究了改进超虚干涉法,结合多道多域初至质量监控技术,实现起伏地表资料初至波自动拾取。改进超虚干涉法首次将近地表散射波纳入干涉法提高信噪比的范围,并通过折射波和散射波的线性组合使干涉法适用于起伏地表条件下任意复杂射线路径的初至波类型;提出反向干涉和多域干涉的概念,显著增强了所估计的虚源信号;使用波形反褶积滤波器较好地抑制了干涉导致的"假事件"的形成;采用多道多域初至质量监控技术,实现错误"假事件"初至的自动归位,提高了拾取初至的稳定性。本文研究的初至波自动拾取理论与技术具有突出的鲁棒性和稳定批量处理大量实际三维地震数据的能力,在中国西部山区三维地震勘探数据处理的应用效果显著,质量优于某常用商业软件。     

局部指数标架小波束在复杂介质方向照明分析中的应用

提出了用局部指数标架小波束进行角度域分解的方法,解决了局部余弦基和局部正弦基缺乏单一方向性的问题.局部指数标架由局部余弦基和局部正弦基线性组合而成,是冗余度为2的紧标架.利用局部余弦变换和局部正弦变换的快速算法,能使基于局部指数标架进行方向照明分析的计算效率较常用的局部倾斜叠加和Gabor-Daubechies标架等方法具有更为明显的优势.通过计算二维SEG/EAGE模型和SIGSBEE模型的方向照明图以及采集系统倾角响应图证实了本文方法的有效性.该方法的高效性使其在三维模型的方向照明分析和大规模的工业应用中具有广阔前景.     

基于目标区的局部角度域方向照明分析及其在偏移成像中的应用

叠前深度偏移已成为近年来地震偏移成像领域广泛应用的技术之一,其中复杂盐丘下方目标区域结构的成像始终是偏移成像中较难解决的问题.局部角度域波场分解可以提供在空间和方向上的双重局部化信息,因而这一技术被广泛地应用在方向照明分析、成像振幅校正等方面.本文在采用局部指数标架小波束进行角度域方向照明分析的基础上,研究采集系统对复杂盐丘下部层状结构成像质量的影响;同时通过分析目标区对应于相对地表采集系统分布的照明能量,确定叠前炮集数据中对盐下目标区成像起重要贡献的部分,并将这些数据用来对目标区成像,从而达到提高盐下结构成像质量的目的.本文将二维SEG-EAGE盐丘模型中盐下反射体作为目标区,分别计算其照明分析和由照明能量分布确定的炮集数据对目标区的偏移成像结果,同时通过与成像振幅校正前后的成像结果对比,说明了该方法对提高目标区结构成像质量的有效性.     

起伏地表下地震波传播数值模拟方法研究进展

起伏地表是地震数据的采集、处理和解释中普遍遇到的难题.起伏地表下的地震波传播数值模拟,对起伏地表观测的地震资料处理解释有重要意义.地震波场模拟和地震波走时场分别描述地震波的动力学和运动学信息,为研究地震波传播理论的两种重要途径.本文从地震波场和地震波走时场两方面回顾和总结了起伏地表下的地震波传播数值模拟方法的研究进展,并展示了该领域的一些最新研究成果,为使读者能从中找到突破点,为起伏地表这一勘探领域的经典难题做出贡献.     

起伏地表条件下各向异性地震波最短路径射线追踪

在地震波正反演研究中,考虑起伏地表和地震各向异性具有非常重要的理论意义和实际应用价值.本文在前人研究的基础上,将最短路径追踪算法引入到起伏地表各向异性介质模型的地震波走时计算中.模型剖分时,整体模型划分成正方形单元,起伏边界附近以不规则网格逼近,进而采用非规则节点布置实现非规则网格处的最短路径计算.追踪计算中采用Sena群速度近似公式,得到各向异性地震波的走时,实现了复杂地表情况下各向异性介质模型中地震波的射线追踪.理论模型计算结果显示,本文方法能够可靠地应用于复杂各向异性介质模型,具有较高的计算精度.     

起伏地表组合震源地震波场定向方法

多个震源组合激发通过改变激发延时,可以得到沿某方向传播的地震波场,即定向地震波场激发技术,它可用于特定目标体的照明与探测之中.本文以水平地表的组合震源定向激发原理为基础,推导了倾斜地表情况下的组合震源定向激发公式,并计算绘制了其理论方向图.另外本文将组合震源波场定向方法推广至任意起伏地表,根据惠更斯菲涅尔原理,提出了旋转坐标方法,即将水平坐标旋转至定向波场传播方向法向的倾斜坐标,可方便地计算震源传播至定向波场波前面的走时,作为组合震源的激发延时.根据本文提出的方法,我们分别计算了倾斜地表条件与复杂地表条件定向地震波场的组合震源延时参数,通过波动方程数值模拟技术得到的波场快照验证了本文方法的有效性.     

起伏地表下P-SV转换波动校正

P-SV转换波勘探是一种行之有效的地震勘探技术。基于地表一致性假设,P-SV转换波动校正过程中将地表假设为平坦地形。而随着地震勘探向复杂地区的深入,地表起伏大、高速老地层出露的问题,使得地震数据难以满足地表一致性假设。因此,现行的基于地表一致性的P-SV转换波动校正处理方法不能很好地对P-SV转换波进行动校正,影响转换波勘探的准确性。为此,本文从转换波的运动学特征出发,建立了起伏地表下P-SV转换波动校正方程,并构建了起伏地表条件下转换波动校正方法。通过理论模型模拟计算了起伏地表下P-SV转换波动校正方法,结果表明采用起伏地表下的转换波动校正方程能够取得较好的动校正效果,为P-SV转换波速度分析提供了一种行之有效的方法技术。     

一种基于逆时偏移的高效照明补偿成像方法

对地震波偏移成像而言,由于观测采集系统不规则、不完备采样以及地下复杂构造对波场传播的影响,在成像点处通常存在照明不均匀的现象,对偏移成像结果进行照明补偿是提高地质体成像精度的有效方法.本文给出了一种基于逆时偏移实现的高效照明补偿成像方法.在高频近似下,本文首先定义了衡量地下照明均匀程度的雅克比矩阵,并以此为基础给出照明...     

三维起伏地表条件下地震波走时计算的不等距迎风差分法

三维起伏地表条件下的地震波走时计算技术是研究三维起伏地表地区很多地震数据处理技术的基础性工具.为了获得适应于任意三维起伏地表且计算精度高的走时算法,提出三维不等距迎风差分法.该方法采用不等距网格剖分三维起伏地表模型,通过在迎风差分格式中引入不等距差分格式、Huygens原理及Fermat原理来建立地表附近的局部走时计算公式,并通过在窄带技术中设定新的网格节点类型来获得三维起伏地表条件下算法的整体实现步骤.精度及算例分析表明:三维不等距迎风差分法具有很高的计算精度且能够适应于任意三维起伏地表模型.     

局部角度域波传播步进算法研究

本文从非均匀介质中波动方程出发,提出了基于一般标架的相空间（局部角度域）波传播的步进算法. 该方法在构造单程波的步进算法时,在选择标架或正交基等方面有更大的自由度. 我们以不随频率及深度变化且具有变尺度特性的Gabor_Daubechies紧标架为例,给出了单程波传输算子的具体形式及相应的波场步进算法;详细讨论了基于Gabor_Daubechies标架的传输算子的高频渐近展开问题,得出了在高频、小传输步长条件下传输算子的近似解析表达式,并给出使用条件. 通过模型算例,比较了精确传输算子与高频近似传输算子用于非均匀介质中波传播的结果,说明在一定条件下由两者得出的波场几乎是相同的.     

基于单程波方程的角度域照明分析

试图运用波场动力学途径,旨在增强观测系统分析评估,本文提出基于单程波方程的角度域照明分析方法.本文方法不仅可用于观测系统设计,对叠前成像资料的考量、叠前振幅补偿和AVA（Amplitude Versus Angle,振幅随角度变化）反演也必具重要的意义.文中通过目的层邻域单个绕射点的正、反传波场分析,给出地下目标的水平和倾斜界面随角度变化的成像照明强度.单程波方法可用于模拟地震波在复杂速度构造下的传播,并得到较准确的幅值和多次到达的波场,用以对绕射点正、反传分析时可在照明分析中简明地利用幅值信息和多次到达的波场.本文方法可显现复杂盖层下目标的照明情况.本文中也对照明能量随传播距离的几何扩散进行补偿,突显了角度域的照明均匀度和范围,从而使得所分析的结果可直接应用于AVA的分析及补偿.针对照明分析的特点,文中建议可用一种快速的单程波波场延拓策略——频率速度相关变步长波场深度延拓.数值实验结果表明了本文方法是可行且有效的.     

极坐标系有限差分中起伏地表边界条件处理

有限差分算法是地震学中重要的算法,在直角坐标系下同位网格有限差分中使用牵引力镜像方法,可以高效准确地处理起伏地表边界条件.当研究区域-全球尺度问题时需要考虑地球曲率影响,此时选择极坐标系更加直观方便,但已有方法无法在极坐标系下准确计算起伏地表影响.本文在极坐标系有限差分中引入贴体网格和牵引力镜像方法处理起伏地表边界条件,并在多个算例中验证算法正确性和适用范围,证明牵引力镜像法在极坐标系有限差分中有效.

     

地震照明分析及其在地震采集设计中的应用

地震照明分析是在给定地下背景结构的情况下用模拟方法研究采集系统对地下结构的探测能力.对目标照明的影响主要来自观测系统的设置,上覆地质结构的复杂性以及目标倾角等三项因素.我们将上述因素的影响统一纳入到对照明的定量计算中.本文阐述了关于地震照明的一系列基本概念,并基于波动理论给出对不同类型照明的计算方法.首先将入射和散射波分解到局部角度域并导出局部照明矩阵,它包括了在目标附近所有可能的入射和散射方向对照明的贡献.从照明矩阵出发,研究入射和反射波在角度域中与反射面的相互作用,并由此获得对地下结构的不同照明描述.作为例子,具体给出了对局部照明矩阵,空间体照明,反射面定向照明,反射面照明角度覆盖,以及对反射面可视性的计算方法,并给出了相应的数值计算结果. 最后,讨论了照明分析方法在地震采集设计中的一些可能应用.     

均匀倾斜层状地层中地震波球面扩散补偿方法研究

在分析地层深度、炮检距以及地层倾角变化对球面扩散补偿因子影响的基础上,总结了不同因素对补偿因子影响的趋势,以及资料处理中常规球面扩散补偿方法的应用条件．实际应用效果表明,该方法能更加合理的保证不同深度地震信息能量的均衡程度,提高资料的可信度。     

VTI介质起伏地表地震波场模拟

起伏地表下地震波场模拟有助于解释主动源和被动源地震探测中穿过山脉和盆地的测线所获得的资料.然而传统的有限差分法处理起伏的自由边界比较困难,为了克服这一困难,我们将笛卡尔坐标系的各向异性介质弹性波方程和自由边界条件变换到曲线坐标系中,采用一种稳定的、显式的二阶精度有限差分方法离散(曲线坐标系)VTI介质中的弹性波方程;对地表自由边界条件处理时采用了一种修饰的差分算子来计算弹性波方程中的混合导数项在自由边界上的法向导数.兰姆问题的解析解与本文的数值解对比结果表明该方法可以有效地处理自由地表边界条件.模拟实例表明:起伏地表对地震波场有重要影响,各向异性导致弹性波波前形状复杂且具有明显的方向性.     

Application of a perfectly matched layer in seismic wavefield simulation with an irregular free surface

Recently, an effective and powerful approach for simulating seismic wave propagation in elastic media with an irregular free surface was proposed. However, in previous studies, researchers used the periodic condition and/or sponge boundary condition to attenuate artificial reflections at boundaries of a computational domain. As demonstrated in many literatures, either the periodic condition or sponge boundary condition is simple but much less effective than the well‐known perfectly matched layer boundary condition. In view of this, we intend to introduce a perfectly matched layer to simulate seismic wavefields in unbounded models with an irregular free surface. We first incorporate a perfectly matched layer into wave equations formulated in a frequency domain in Cartesian coordinates. We then transform them back into a time domain through inverse Fourier transformation. Afterwards, we use a boundary‐conforming grid and map a rectangular grid onto a curved one, which allows us to transform the equations and free surface boundary conditions from Cartesian coordinates to curvilinear coordinates. As numerical examples show, if free surface boundary conditions are imposed at the top border of a model, then it should also be incorporated into the perfectly matched layer imposed at the top‐left and top‐ right corners of a 2D model where the free surface boundary conditions and perfectly matched layer encounter; otherwise, reflections will occur at the intersections of the free surface and the perfectly matched layer, which is confirmed in this paper. So, by replacing normal second derivatives in wave equations in curvilinear coordinates with free surface boundary conditions, we successfully implement the free surface boundary conditions into the perfectly matched layer at the top‐left and top‐right corners of a 2D model at the surface. A number of numerical examples show that the perfectly matched layer constructed in this study is effective in simulating wave propagation in unbounded media and the algorithm for implementation of the perfectly matched layer and free surface boundary conditions is stable for long‐time wavefield simulation on models with an irregular free surface.