基于照明补偿的单程波最小二乘偏移

最小二乘偏移是一种基于反射地震数据与地下反射率间线性关系而建立起来的地震数据线性反演方法,相比常规偏移成像具有更好的保幅性能.本文提出了一种基于照明补偿的单程波最小二乘偏移方法,首先利用单程波方程的稳定Born近似广义屏波场传播算子构建反射地震数据与地下反射率间的线性算子,然后再应用线性最优化方法求解最小二乘偏移所对应的线性反问题.在迭代求解最优化问题的过程中,以地震波场的地下照明强度作为迭代反演的预条件算子加快迭代的收敛速度.单程波传播过程中考虑了速度分界面产生的透射效应,并用单极震源代替常规偏移中的偶极震源.把本文提出的方法应用于层状理论模型和Marmosi模型地震数据的数值试验中均取得了理想的结果.     

再论地震数据偏移成像

利用地震波正向传播方程对属于波形线性反演问题近似求解方法的地震数据偏移成像进行重新推导,得到了适合散射地震数据的散射偏移成像方法和适合反射地震数据的反射偏移成像方法.以地震波传播的散射理论为出发点,首先根据描述一次散射波正向传播的线性方程研究建立散射地震数据的偏移成像方法理论;利用高频近似对产生散射波场的地下速度扰动函数的空间变化进行近似,推导出地下反射率函数,再由散射波传播方程推导出基于反射率函数的反射波传播方程,然后根据描述一次反射波正向传播的线性方程研究建立反射地震数据的偏移成像方法理论.本文指出和修正了Claerbout偏移成像方法中的不足,提出的地震数据偏移成像方法是对当前偏移成像方法理论的完善,使反射地震数据偏移成像具有了更坚实的数学物理理论基础,得到的偏移成像结果相位正确、位置准确、分辨率提高.     

时间二阶积分波场的全波形反演

通过对波场的时间二阶积分运算以增强地震数据中的低频成分,提出了一种可有效减小对初始速度模型依赖性的地震数据全波形反演方法—时间二阶积分波场的全波形反演方法.根据散射理论中的散射波场传播方程,推导出时间二阶积分散射波场的传播方程,再利用一阶Born近似对时间二阶积分散射波场传播方程进行线性化.在时间二阶积分散射波场传播方程的基础上,利用散射波场反演地下散射源分布,再利用波场模拟的方法构建地下入射波场,然后根据时间二阶积分散射波场线性传播方程中散射波场与入射波场、速度扰动间的线性关系,应用类似偏移成像的公式得到速度扰动的估计,以此建立时间二阶积分波场的全波形迭代反演方法.最后把时间二阶积分波场的全波形反演结果作为常规全波形反演的初始模型可有效地减小地震波场全波形反演对初始模型的依赖性.应用于Marmousi模型的全频带合成数据和缺失4Hz以下频谱成分的缺低频合成数据验证所提出的全波形反演方法的正确性和有效性,数值试验显示缺失4Hz以下频谱成分数据的反演结果与全频带数据的反演结果没有明显差异.     

利用偏移进行视反射率估计的初步研究

视反射率估计是地震数据处理解释中的一项重要内容,通常采用反演的方法得到.本文以地震偏移和地震线性反演理论相结合为基础,并利用保幅单程波传播算子和保幅波动方程叠前偏移算法以及成像空间中的角度域波动方程偏移成像和照明补偿等方法技术,提出了一种利用单程波波动方程偏移进行地下反射面视反射率估计方法,并进行了理论模型的数值试验.这种估计方法得到的视反射率估计是一种近法向入射的小角度反射率.     

基于平面波照明的偏移成像补偿

受地下复杂构造和地震数据采集系统的影响,地震波对地下目标的照明出现不均匀,在地震数据的偏移成像中出现成像阴影.根据地震数据最小二乘偏移/反演理论,和把地震波场照明结果作为最小二乘偏移/反演中的Hessian矩阵的近似对偏移成像进行补偿的原理,提出一种应用平面波照明结果对平面波偏移成像结果进行补偿以消除偏移成像阴影的方法.这种基于平面波照明的偏移成像补偿方法相对于局部角度域的照明偏移成像补偿方法具有计算效率上的优势.     

高分辨率Radon变换及其在声反射成像测井中的应用

声波反射成像测井是利用阵列声波测井的反射波进行井旁构造成像的测井新方法,由于是从滑行波能量较强的阵列声波信号中来获得反射波,因此反射波的提取问题尤为重要,文中采用能使波场更加聚焦的高分辨率Radon变换来提取反射波.分析得出滑行波和反射波到时在阵列数据道情况下表现为线性或近似线性特征,因而采用线性Radon变换方法.首先分析了声反射成像测井不同数据道集的波场几何特征,得出滑行波和反射波在不同道集都表现有不同程度的视速度差异,为反射波提取提供了依据.传统的Radon变换采用的最小二乘法不能使同相轴在Radon域足够聚焦,结合最大熵原理和贝叶斯原理实现了线性高分辨率Radon变换,模型数据处理结果表明后者可以在较复杂条件下提取出期望的波场.采用高阶交错网格有限差分模拟得到软、硬地层声反射成像测井波场,处理结果表明,相对于最小二乘Radon变换,采用高分辨率Radon变换后可以使波场更加聚焦,能提取出高质量的反射波,并能适应不同性质地层,相比于目前应用较多的反射波提取方法,其结果更接近于理论波形.实际数据处理也表明了该方法的有效性和准确性.该方法在声反射成像测井的速度分析、数据道插值以及偶极反射波提取方面有一定潜力,需要进一步研究.     

基于全方位地震数据的方位AVO(AVAZ)反演

利用地震数据较为准确地预测地下介质的裂缝发育信息,是裂缝型储层预测的关键手段,也是非常规页岩油气储层压裂改造的关键参数.方位AVO(AVAZ)在描述HTI介质的裂缝分布及发育方向等方面有重要应用,本文提供一种基于全方位地震数据的方位AVO(AVAZ)反演方法,为裂缝预测提供参考资料.首先利用Ruger近似方程正演计算不同方位角及入射角下的反射系数,继而与方位角度道集中地震反射振幅建立目标函数,然后基于正演方程及目标函数采用最小二乘法进行AVAZ反演.实现了从全方位地震资料中同步反演纵波反射系数、各向同性梯度、各向异性梯度及裂缝发育方向.模型数据和实际地震资料应用表明该方法能够有效的预测HTI介质的裂缝分布及方向.     

地震多次波成像

地震资料含有各种类型多次波,而传统成像方法仅利用地震一次反射波成像,在地震成像前需将多次波去除.然而,多次波携带了丰富的地下结构信息,多次波偏移能够提供除反射波外的额外地下照明.修改传统逆时偏移方法,用包含一次反射波和多次波的原始记录代替震源子波,将SRME方法预测的表面多次波代替一次反射波作为输入数据,可将表面多次波成像.多次波成像的挑战和困难在于大量串扰噪声的产生,针对表面多次波成像中的成像噪声问题,将最小二乘逆时偏移方法与多次波分阶思想结合起来,发展可控阶数的表面多次波反演成像方法,有望初步实现高精度的表面多次波成像.在消除原始记录中的表面多次波后,通过逆散射级数方法预测得到层间多次波,将层间多次波作为逆时偏移方法的输入数据可将其准确归位到地下反射位置.数值实验表明,多次波成像能够有效地为地下提供额外照明,而可控阶表面多次波最小二乘逆时偏移成像方法几乎完全避免成像噪声.     

三维斜井XSP-CDP叠加成像

为了解决三维斜井井间地震数据成像问题,借鉴二维地面地震弯线及宽线处理思路,将三维井间地震成像问题转换成二维成像问题进行研究.利用三维逐段迭代方法对三维斜井井间地质模型进行正演模拟,计算上、下行反射波走时及反射点位置,通过对比正演记录与实际资料的特征,调整地质模型参数获取准确速度场.然后对波场分离后的共炮集数据进行反射波归位,得到共反射点道集数据.最后根据反射点的分布选择一条反射点分布最集中的剖面线,以一定的宽度将剖面线左右的反射点包裹起来;根据叠加宽度划分成大小相等的矩形面元,将面元内的共反射点数据投影到剖面线上进行二维叠加成像.通过模型测试,三维XSP-CDP叠加方法能有效反演地下结构特征,指导三维井间地震采集观测系统的设计并解决不共面斜井叠加成像问题.应用该方法对M地区实际资料进行成像研究,结果表明该方法可有效反演地下三维地质结构特征,为进一步数据处理提供依据.     

基于共轭梯度法和互相关的最小二乘逆时偏移及应用（英文）

常规逆时偏移可以实现较好的构造成像,但由于照明不均等因素使得该方法不能实现对岩性储层的精确刻画。为了得到可靠的地下反射界面的反射系数,需要用反演的方式解决成像的问题。最小二乘逆时偏移(LSRTM)被称为线性反射率反演,它通过引入Hessian矩阵实现相对的高分辨率振幅保真成像。共轭梯度算法是非常高效的迭代算法,使得LSRTM方法变得实用。基于模型数据与观测数据的互相关程度判定速度模型的准确度及计算模型更新量,可以使得LSRTM摆脱地震子波的依赖,增强稳健性。从模型试算及实际资料处理中可以看出,相比常规RTM和单程波偏移方法,LSRTM的成像结果可以直接应用到后续的储层描述和四维地震中。本论文主要研究了最小二乘RTM的一阶近似,也就是线性Born近似。当遇到更复杂的地质构造时,可以通过考虑更高阶的近似来提高其应用效果。     

杨氏模量和泊松比反射系数近似方程及叠前地震反演

杨氏模量和泊松比等岩石弹性参数是表征页岩气储集体岩石脆性、评价储层含气特征的重要特征参数,而叠前地震反演是从地震资料中获取此类参数的有效途径.地震波反射系数方程是叠前反演的基础.首先,在平面波入射等假设条件下推导了基于杨氏模量(Y)、泊松比(σ)和密度(D)的纵波反射系数线性近似方程(YPD反射系数近似方程),该方程建立了地震纵波反射系数与杨氏模量反射系数、泊松比反射系数和密度反射系数的线性关系;其次,对该方程的精度和适用条件进行了分析,模型分析表明,在入射角为40°时,该方程具有较高的计算精度;最后,建立了一种稳定获取杨氏模量和泊松比的叠前地震直接反演方法.模型试算和实际资料试处理表明,基于新方程的反演方法能够稳定合理的直接从叠前地震资料中获取杨氏模量和泊松比参数,提供了一种高可靠性的页岩气"甜点"地震识别方法.     

地震逆散射波场和算子的谱分解

本文对地震逆散射的研究，旨在于为抑制层间多次波和地震波场多重散射对一次反射干扰效应提供理论依据.这对薄互层地层滤波的高频恢复、保幅弹性反演、衍射地震勘探及海洋地震勘探中的干扰消除皆具重要意义.本文基于上下行波分解及弹性波互易定理，导出横向变速介质条件下线性预测算子的表达式和反射数据的广义谱分解方程. 文中先由上覆地层广义反射透射矩阵的元素定义线性预测算子，并将其表示成一系列单程波算子的线性组合,之后将横向变速介质条件下线性预测方程表达为反射数据与线性预测算子及其逆的乘积. 对该方程的求解可获得上覆地层的线性预测算子，从而可借以求出相应的反射透射算子. 本文先将水平层状介质条件下垂直入射的一维线性预测方程推广到斜入射的情况，以此为参照，导出横向非均匀介质条件下反射数据的地震逆散射广义谱分解方程.文中也揭示了单程波地震逆散射算子、反射透射算子的性态.本文还针对水平层状介质条件，给出斜入射的数值结果.     

Directional‐oriented wavefield imaging: a new wave‐based subsurface illumination imaging condition for reverse time migration

The key objective of an imaging algorithm is to produce accurate and high‐resolution images of the subsurface geology. However, significant wavefield distortions occur due to wave propagation through complex structures and irregular acquisition geometries causing uneven wavefield illumination at the target. Therefore, conventional imaging conditions are unable to correctly compensate for variable illumination effects. We propose a generalised wave‐based imaging condition, which incorporates a weighting function based on energy illumination at each subsurface reflection and azimuth angles. Our proposed imaging kernel, named as the directional‐oriented wavefield imaging, compensates for illumination effects produced by possible surface obstructions during acquisition, sparse geometries employed in the field, and complex velocity models. An integral part of the directional‐oriented wavefield imaging condition is a methodology for applying down‐going/up‐going wavefield decomposition to both source and receiver extrapolated wavefields. This type of wavefield decomposition eliminates low‐frequency artefacts and scattering noise caused by the two‐way wave equation and can facilitate the robust estimation for energy fluxes of wavefields required for the seismic illumination analysis. Then, based on the estimation of the respective wavefield propagation vectors and associated directions, we evaluate the illumination energy for each subsurface location as a function of image depth point and subsurface azimuth and reflection angles. Thus, the final directional‐oriented wavefield imaging kernel is a cross‐correlation of the decomposed source and receiver wavefields weighted by the illuminated energy estimated at each depth location. The application of the directional‐oriented wavefield imaging condition can be employed during the generation of both depth‐stacked images and azimuth–reflection angle‐domain common image gathers. Numerical examples using synthetic and real data demonstrate that the new imaging condition can properly image complex wave paths and produce high‐fidelity depth sections.     

基于波动方程的叠前地震反演

随着地震勘探和开发的不断深入,面向地质目标的精细储层预测技术变得越来越重要.由于透射损失、层间多次波、波模式转换以及随机噪声等的影响,观测地震数据和待反演的地下介质属性之间呈现出很强的非线性.考虑到这些非线性,本文基于积分波动方程开展叠前地震反演,从观测地震数据中恢复出介质属性和整体波场,其中反演参数是波动方程中的压缩系数、剪切柔度和密度的对比度,相比于常规线性AVO反演的波阻抗弹性参数,它们对流体指示有更强的敏感性.在反演过程中,从平滑的低频背景场出发,交替迭代求解数据方程和目标方程.采用乘性正则化方法于共轭梯度框架下求解反演参数,采用优化的散射级数Neumann序列获得整体波场,这种方法不易陷入局部极值,能收敛到正确解.测井资料和典型山前带模型测试表明,利用上述反演方法能获得高分辨率的深度域地下介质属性,可直接进行储层预测和解释.     

Angle-domain imaging of relative impedance perturbation

Impedance is a physical parameter that plays an important role in seismic data processing and interpretation. A relative impedance perturbation (the ratio of the impedance perturbation and the impedance for the background models) imaging method in depth domain based on the reflection wave equation is proposed. Under the small perturbation assumption, primary wave and high-frequency approximation condition, a linear propagation equation of the primary reflection waves based on the relative impedance perturbation was first derived. On this basis, we further derived the imaging formula of the relative impedance perturbation using a linear inversion theory. Then, the source–receiver bidirectional illumination compensation was used to improve the image quality of the subsurface structures. The image result obtained by this method can be used to estimate the relative impedance perturbation. In the angle domain, the extracted near-angle-domain image gather with amplitude compensation can estimate the relative impedance perturbation, and the far-angle image gather provides the estimation of the relative velocity perturbation (the ratio of the velocity perturbation and the background velocity). Finally, several numerical tests demonstrate the effectiveness of the method.     

基于改进反射系数近似方程的纵横波阻抗同步反演

基于地震波反射系数近似公式的叠前反演是油气勘探的重要工具.本文在已有研究的基础上,推导了一个改进的射线参数域地震纵波反射系数近似方程.该方程建立了地震纵波反射系数与纵波阻抗和横波阻抗的非线性关系,在中、小角度的范围内较现有的反射系数线性近似公式精度更高.另外,由于该方程仅包含纵波和横波阻抗反射系数项,因此基于新方程的反演能够有效地降低同步反演纵波速度、横波速度、密度三个参数的不适定性.在此基础上,结合广义线性反演法(GLI)理论和贝叶斯理论,相应地发展了一种叠前地震同步反演方法.模型测试和实际资料的应用表明,基于新方程的反演方法能够利用有限角度(偏移距)的数据稳定地反演纵波和横波阻抗,由于在反演过程中,不需要假设纵横波速度为常数,因此该方法还能有效地提高反演结果的精度.