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.     

时间域相邻道地震波衰减成像研究

在时间域中,利用地震记录中的振幅与上升时间信息可以计算出岩石介质的品质因子Q值.由于震源能量难以测量,本文通过共炮点道集相邻道循环对比的方法,消除了震源对计算过程的影响,推导出时间域相邻道振幅与上升时间衰减成像的计算公式,并在振幅衰减成像的计算过程中,去除了非粘滞性衰减成分.为了更全面地综合利用波形信息,并充分利用各种方法的长处,将波速成像、振幅衰减成像、上升时间衰减成像集成到一个处理流程中,通过在岩体结构研究中的实际应用,证明这种综合方法具有灵活、实用、可靠的特点.     

基于稀疏约束和多源激发的地震数据高效采集方法

地震勘探目标日趋复杂化和精细化,"两宽一高"等采集技术获得了广泛应用,从而导致当前地震数据采集周期越来越长、成本越来越高,如何解决日益增长的勘探成本问题成为当前地震采集领域的研究热点之一.针对上述问题,本文首先开展了基于稀疏性的地震数据高效采集方法理论研究,对地震数据稀疏性基本理论、稀疏约束下随机采样及其数据重建方法进行了深入探讨,提出使用改进的分段随机采样方法灵活地进行实际地震采集测网设计;详细阐述了多源地震激发方法,对多源地震数据分离方法开展了深入研究,提出了基于小窗口中值滤波与稀疏约束联合随机去噪的多源数据分离方法,并在数据分离处理中取得了较好的效果;将上述两种地震数据采集方案有机结合,提出了1)规则多源、随机检波点(DmsRg)、2)随机多源、规则检波点(RmsDg)和3)随机多源、随机检波点(RmsRg)等三种高效采集方案及相应的数据重建方案,满足了后续常规化数据处理的要求,并讨论了多源激发对数据成像的影响.基于Marmousi模型数据的数值试验表明,本文构建的基于稀疏约束和多源激发的高效采集方法理论对于提高地震数据采集效率、降低勘探成本具有重要的应用价值,建立的数据重建方法流程可以取得和常规数据接近的成像结果.本文方法虽然在数值试验中取得了较为理想的效果,但还需要得到野外实际数据采集的进一步检验.     

基于迭代去噪的多源地震混合采集数据分离

多源地震混合采集采用随机线性编码方式同时激发多个震源,检波器连续接收地震信号,获得波场混叠的炮记录.该采集技术能够显著提升采集效率和成像质量,其实现关键在于炮分离,即将相互混叠的多源波场数据彼此分离,获得传统采集的单炮记录.最小平方算法只能得到伪分离记录,不能去除混叠噪声.在高混合度的混叠数据中,混叠噪声的能量往往数倍于有效信号,炮分离难度倍增.但在伪分离记录中,该噪声在除共炮点道集以外的其它时域均为随机分布.本文研究提出了一种多时域组合迭代去噪的炮分离技术:通过运用多级中值滤波与Curvelet阈值迭代去噪算法,在不同时域根据混叠噪声特性采用相应的去噪手段,并设计迭代算法优化炮分离结果.实际资料处理结果证明:将本方法应用于高混合度的混叠数据,无论是分离质量还是计算效率,都有明显提升.     

基于Seislet变换的稀疏约束多震源最小二乘逆时偏移

多震源地震采集技术允许一次性激发不同位置处的震源,得到来自多个震源的混合地震数据,该技术采集效率高,能有效降低采集成本.多震源地震数据成像效率高,但在偏移剖面中会引入串扰噪声,影响成像精度.最小二乘偏移常被用于压制多震源地震数据成像中的串扰噪声,但常规的最小二乘偏移并不能很好的消除串扰噪声对成像结果的影响,难以满足成像精度的要求.因此,为了保证反演的稳定性并改善反演结果,根据反射系数在Seislet域的稀疏性,本文引入了Seislet变换作为变换域稀疏约束的变换算子,实现了基于Seislet变换的稀疏约束多震源最小二乘逆时偏移,数值实验表明该方法能有效压制串扰噪声.     

可控震源匹配扫描方法研究

常规的可控震源Chirp扫描信号的地震响应存在着相关信号旁瓣大、分辨率低的缺点;用二元伪随机编码信号作为可控震源的驱动信号,地震响应剖面中存在严重的相关噪声,降低了地震记录的信噪比.本文提出的可控震源匹配扫描方法,利用匹配伪随机序列偶调制正弦载波信号作为可控震源驱动信号进行扫描激发,得到两个匹配的原始地震记录,对两个匹配的原始地震记录分别解码后再进行叠加形成最终的综合解码地震剖面.地震数值模拟的结果表明,该方法基本不存在常规Chirp扫描情形的旁瓣效应,可有效避免m-序列编码扫描情形的相关噪声,其最后形成的综合解码地震剖面可以与脉冲震源的炮集记录相媲美.     

基于波射线路径偏移压制多次波

波射线路径压制多次波的反射波成像是在偏移过程去除多次波同时仅对反射波成像.通过在共炮道集和共检波点道集分别计算炮点射线的入射角和检波点射线的出射角计算射线的路径.从炮点入射的射线与从检波点出射的射线的交点形成的走时,若等于观测走时,可以判断此条射线是反射波;反之,若不相等,则是多次波.数值实验表明此方法可以有效地去掉由于多次波能量产生的假成像点和压制多次波,因此界面可以正确归位,同时去掉由于多次波引起的假成像位置.     

羌塘盆地托纳木—笙根地区高密度高覆盖宽线采集试验

由于地质构造复杂,表层结构变化剧烈,羌塘盆地一直未能获得令人满意的高信噪比二维地震资料.因此,采用可控震源和井炮激发在北羌塘凹陷与中央隆起带之间的托纳木—笙根地区开展了420 km的高密度高覆盖宽线地震采集试验.可控震源激发参数:振动台次3台1次、扫描频率6~84 Hz、驱动幅度70%、扫描长度18 s.井炮激发参数:单井高速层下7 m激发,最浅井深18 m,药量18 kg;组合方式激发为2口井×15 m×12 kg或3口井×12 m×8 kg.2串检波器沿测线线性图形为最佳接收因素.井炮激发的覆盖次数介于360~960次之间,观测系统为4L3S、3L3S和2S3L;可控震源激发的覆盖次数介于960~1920次之间,观测系统为4L3S、3L3S和2S3L;炮间距介于30~120 m之间.试验结果:(1)采用井炮和可控震源激发的"高密度-高覆盖-宽线"采集技术,首次在羌塘盆地托纳木—笙根地区获得了一批质量优良的、可用于地质构造解释的地震剖面;(2)尽管可控震源单炮记录无法与井炮相比,但其高密度高覆盖采集技术能获得质量优于或等同于井炮的地震资料;(3)羌塘盆地托纳木—笙根地区适合于采用可控震源和井炮联合的宽线采集方案,可控震源覆盖次数1000次左右,井炮覆盖次数360次左右,观测系统3S3L或者2S3L即可.     

利用直达波提取地震子波进行相关滤波

利用可控震源进行地震勘探时,通常都需要进行相关滤波,相关滤波结果的好坏取决于所选取的子波与有效反射波的相关性.海洋地震勘探常用的电火花震源激发能量通常可以调控,理论上,同一激发能量产生的震源子波应当是一致的,因此可以仿效可控震源资料的处理手段,对单道地震资料进行相关处理.但在复杂多变的海洋环境下,震源参数也要随勘探条件的变化而改变,采用理论计算或实验环境下获得的子波模型进行相关滤波往往难以达到预期的效果,需要寻找与实际勘探中激发的地震波相似度更高的地震子波.单道地震记录中直达波的能量较强,波形畸变较小,与震源子波较为接近.本文建立了一种利用直达波提取地震子波的方法,并应用到实际资料.实际资料的地震子波提取和相关滤波处理结果显示,利用直达波提取地震子波进行相关滤波能够有效地压制干扰波、突出有效波,提高了地震记录的信噪比.需要注意的是:1)提取子波的过程中要降低环境因素的影响,可利用统计平均的方法来实现;2)相关滤波时要根据实际处理效果的改善程度选择相关子波长度.     

可控震源超高效混叠采集技术及应用

高密度宽方位地震勘探技术是解决复杂构造区成像和复杂储层预测的有效手段.但该技术使得采集成本急剧升高.提高作业效率和降低生产成本成为地震勘探行业的发展趋势.因此,东方地球物理公司(BGP)创新了一种可控震源超高效混叠采集技术,并在业界首次进行工业化应用.该技术综合了动态滑动扫描技术与独立同步扫描技术(ISS)的优点,通过优选合适的激发时间-距离规则,使得震源间距和滑动时间大幅减小,作业效率显著提高,是地震采集技术发展过程中又一突破.该技术成功应用的关键在于地震采集作业管理、连续记录数据实时质控和海量数据现场处理.为此,BGP自主研发的数字化地震队(DSS)系统、连续记录数据实时质控(KL-RTQC)软件和海量数据现场处理(GEOEAST)软件,解决了生产中的难题并实现了野外高效作业生产.中东某项目采用该技术生产以来,平均日效达到3万炮以上,最高日效达54947炮,技术水平和作业能力达到国际领先水平.     

虚反射界面对地震激发效果的影响及其应用

在地震资料采集过程中,表层虚反射界面对地震波的激发效果影响较大,但也是确定炸药震源激发深度的重要因素之一.本文讨论了确定炸药震源距虚反射界面距离的有效方法,分析了复杂地表条件下虚反射界面对地震激发的影响,阐述了如何用之选择最佳激发井深,尽可能地减小由震源产生的各类次生干扰,获得频率响应较好的地震激发子波,以便采集到理想的地震资料.     

基于稀疏约束反演的三维混采数据分离

混合震源采集技术相对于传统的地震数据采集,在极大提高采集效率的同时引入了混叠噪声,很大程度上影响了成像结果的精度.二维混采数据中,我们通常利用混叠噪声在非共炮域呈非相干分布这一特点来压制混叠噪声,从而实现混合震源数据分离.相对于二维混采数据,三维混采数据具有数据量巨大,构建混合震源算子困难,混合度的增加引入了高强度混叠噪声的特点.针对上述问题,本文采用稀疏约束反演方法在Radon域实现混采数据分离,混叠噪声强度比较大的情况下,稀疏约束反演方法能够得到更高精度的分离结果;利用震源激发的GPS时间通过长记录的方式在共接收点道集对上一次迭代分离结果做混合、伪分离,实现了单个共接收点道集自身混合、伪分离,避免了对整个数据做运算,同时不需要构建混合震源算子.通过模拟数据和实际数据计算来验证上述方法的适用性.     

井间定向震源正演模拟与特性分析

为减少管波对采集数据的影响,井间地震采用了定向震源,其能量辐射特性影响接收波场的能量分布与后续成像效果.研究定向震源的正演模拟并分析能量辐射特性,为井间地震成像过程中能量补偿提供基础数据.采用圆形震源阵列法,在近源区内按照质点与震源点连线的方向设置振动函数强度,水平方向能量最强,垂直方向能量最弱,模拟的辐射能量具有随方向改变的特点.实际井间地震能量方向性非常强,因而同时采用吸收衰减层法进一步减弱纵向的地震波能量.吸收衰减层法在震源周围设置具有衰减因子的海绵层,通过不同方向设定不同的衰减因子来控制震源的方向特性.衰减因子采用了渐变函数,保证海绵层边界不产生人为反射干扰.将圆形震源阵列法与吸收衰减层法联合进行双层介质模型和实际速度场模拟,得到的炮记录方向性更加明显.两种方法的有机结合,能够更好地模拟井间定向震源.在圆形震源阵列法可行性验证基础上,分析了阵列半径对接收波场能量的影响,初步确定了模拟定向震源的最佳阵列半径.通过分析方向性参数和井间距对接收波场能量分布的影响,获得了定向震源激发下接收波场的能量分布,为在井间地震偏移成像中进行能量补偿建立了基础.     

检波点与震源能量比值在偏移成像条件中的作用分析

利用检波点能量与震源能量比值构造衰减系数,研究波场各频率成分在自相关与反褶积两类成像条件中偏移成像的作用.分析检波点能量与震源能量比值分布特征,有利于克服反褶积型成像条件中分母趋于零时计算不稳定现象,也有助于平滑检波点波场与震源波场;检波点能量与震源能量比值超出正常范围容易导致偏移结果中出现照明不均匀现象.本文方法有助于改善反褶积型成像条件的偏移计算,也有助于应用照明技术指导偏移成像结果的振幅校正.     

海上地震资料子波提取鬼波压制技术

海洋地震勘探由于受到海面强反射界面的影响,记录数据中存在鬼波,致使数据频谱中产生陷波效应,限制数据的频带宽度,影响数据的分辨率,干扰地层反射的识别.近年来发展的鬼波压制方法,能够较好的压制地震数据中的鬼波,然而现有鬼波压制技术容易产生延续相位,且计算效率较低.为进一步提高鬼波压制效果和工作效率,本文对海上地震资料特性进行分析,研究认为,海上地震资料中的海底反射信号真实记录了海底有效反射、震源鬼波和检波点鬼波的形态,可以利用提取的海底反射子波对数据进行确定性子波反褶积处理,能够有效的压制震源鬼波和检波点鬼波.模型海上实际数据测试结果表明,该方法具有鬼波压制效果好、计算效率高的优势,处理之后的数据频带得到有效拓宽,低频和高频信息均得到加强.     

脉冲编码震源的匹配冲击技术

常规Vibroseis可控震源Chirp扫描的地震响应存在明显的旁瓣效应,二元m-序列伪随机扫描的解码地震剖面中存在严重的相关噪声,而基于伪随机编码的匹配扫描方法可有效压制解码地震剖面中的相关噪声,提高了地震记录的信噪比.为了将匹配伪随机编码方法应用到冲击式震源中,提出了基于脉冲编码震源的匹配冲击技术.以匹配扫描方法为理论基础给出了匹配冲击信号的编码与解码过程,以有限元差分法对匹配冲击技术和常规线性扫描冲击技术进行了地震数值模拟.结果表明,匹配冲击的综合解码地震剖面中,不存在线性扫描冲击解码地震剖面中能量较强的相关噪声干扰,剖面具有很高的信噪比和分辨率.地震波激发采集对比实验验证了匹配冲击技术在压制相关噪声及远偏移距地震道随机噪声方面相比线性扫描冲击技术所具有的优势.     

无线节点采集技术在东部复杂地表区地震勘探中的应用及效果

随着东部老油田油气勘探程度的不断提升,后续复杂地质目标的勘探对地震资料的分辨率和成像精度提出了更高要求,导致地震采集方案日趋强化,野外采集作业投入的设备数量急剧增加,地震勘探面临巨大的成本压力.面对东部老油区人口稠密、地表障碍密集的特点,无线节点具有放样不受地物制约、自主连续接收、采集排列可室内灵活定义的优势;与可控震源高效激发技术相配套,可实现复杂地表区三维地震采集的高效作业,从而缩短地震采集工期,缓解地震勘探成本的压力.2020年东方地球物理公司辽河物探处在辽河坳陷SJP地区的三维勘探表明,无线节点采集技术在复杂地表区适用可行,可以有效提高复杂地质目标的成像精度,是东部老油区地震勘探技术经济一体化的发展方向.     

基于共姿态道集的静校正方法

静校正问题是地震勘探的关键问题,直接影响地震勘探精度和准确性.实际地震采集过程中,当在相同接收点位置上不同时间内插拔布设了不同的检波器时,对于目前基于地表一致性理论假设的基准面静校正和剩余静校正,以及非地表一致性剩余静校正都不具备适用条件.为解决这一问题,本文提出了基于共姿态道集的静校正方法,将相同接收点位置上不同时间布设的检波点所接收的地震数据抽成不同的共姿态道集,在共姿态道集内实施地表一致性静校正;当某接收点位置上具有若干个共姿态道集时,该接收点位置上可能会存在多个检波点静校量;炮点静校问题仍然采用地表一致性静校正方法解决.该方法解决了同一接收点位置上不同共姿态道集之间的非地表一致性静校正问题,同时也解决了全区的检波点和炮点的地表一致性静校正问题,在实际数据应用效果明显.     

针对混叠采集现场质量监控的高性能解决方案

可控震源超高效混叠采集作为一种新的地震采集作业方式,可以做到使用多组可控震源通过采用独立激发与滑动扫描相结合的施工方式,具有采集周期短、作业效率高、采集数据量大的特点,给现场质量监控带来了巨大的挑战.针对这些挑战,本文提出了一套针对混叠采集现场质量监控的高性能解决方案,通过将多线程技术和GPU异构技术与实时监控有机的结合在一起,提高了地震数据质控效率,加快了任务响应速度,缩短了监控周期,充分发挥了计算机软硬件性能,满足了现场质控的性能要求,同时针对混叠采集特点提供了多种配套的质控方法.通过在中东生产项目上的应用,证明该技术能够有力的保障野外混叠采集的施工质量,大大降低野外发生质量事故的风险,在降本增效方面发挥了显著作用.     

基于重构激发信号的电磁式可控震源相关检测参考信号方法研究

针对电磁式可控震源地震数据的相关检测,研究发现,在地下结构复杂、基板-大地耦合不佳时,常规方法——基于震源控制信号或基板附近信号作为参考信号检测得到的地震记录中,存在子波到时误差和虚假多次波问题.本文分析了上述问题的理论原因,并提出基于重构激发信号的相关检测参考信号方法(Correlation Detection Reference Signal Based on the Reconstructed Excitation Signal,CDRSBRES).首先,利用直达波与其他地震波到时不一致的特点,从震源基板附近信号中分离、提取直达波.然后,利用直达波重构震源激发信号并作为参考信号对地震数据进行相关检测.最后,应用谱白化技术提高检测结果质量.数值模拟研究表明,重构激发信号与理想激发信号的相关系数为0.9869,达到高度线性相关,CDRSBRES方法检测的地震记录在子波到时和波形特征上均与模型相符.随后,在某金属矿区开展了可控震源对比实验.与液压式可控震源MiniVib T15000检测结果相比,电磁式可控震源PHVS 500的检测结果中:基于震源控制信号的检测结果存在子波到时误差约0.012s,对应垂向精度误差约11.16m;基于基板附近信号的检测结果部分区域出现虚假多次波,信噪比降低;而CDRSBRES方法的检测结果子波到时误差约0.001s,对应垂向精度误差约0.93m,波形特征一致,相同区域无虚假多次波.综上,本方法适用于电磁式可控震源地震数据的高精度检测,尤其对于地下结构复杂区域的高分辨率地震勘探具有重要意义.