VTI介质转换波动态聚焦束偏移成像方法研究

采用多分量地震数据进行处理,可以得到高质量的转换波成像结果,进而为流体识别和裂缝预测等提供有效支持.本文在前人研究的基础上,通过求解各向异性介质qPSV转换波运动学和动力学射线追踪方程,获得转换波中心射线走时、路径及动力学信息;同时,通过修改动态聚焦型传播算子,构建出各向异性介质动态聚焦束,提出了一种各向异性介质转换波动态聚焦束偏移成像方法.模型试算的结果表明,本文研究的方法,通过综合运用纵横波信息,能够对低速异常区等复杂各向异性介质地质构造有效成像;同常规的各向异性介质转换波高斯束成像方法相比,本文研究方法在保证浅层成像精度的前提下,能够提高深层能量聚焦性,有效增强深层振幅能量.     

二维各向异性多波高斯束叠前深度偏移

基于多分量地震资料的深度偏移能够更加充分的利用地震记录上的多波信息,而且地下介质中广泛的存在各向异性,本文提出了一种有效的适用于二维各向异性介质的多波高斯束叠前深度偏移方法.首先基于各向异性射线追踪理论,导出了适用于二维各向异性介质的射线追踪方程组,实现了二维各向异性介质中P波和S波的射线追踪.其次将各向异性射线追踪理论引入到高斯束偏移方法中,分别给出适用于二维各向异性介质的PP波和PS波高斯束叠前深度偏移成像方法.本文成像方法充分考虑各向异性因素对地震波场的影响,能够对存在各向异性介质的地下构造准确偏移归位.通过对不同各向异性介质的数值模型进行PP波和PS波高斯束叠前深度偏移成像测试分析表明,本文方法是一种准确有效的适应于各向异性介质条件的多波叠前深度偏移成像算法.     

TI介质射线追踪及其高斯束成像应用

射线追踪是一种高频近似前提下快速有效的波场近似计算方法,传统的基于弹性参数的各向异性介质运动学和动力学射线追踪方程,求解过程中需要处理Christoffel方程的特征值问题,因而计算效率比较低.为了解决这一问题,本文通过引入相速度和群速度,对运动学和动力学追踪方程进行修改和简化,有效地提高了各向异性介质射线追踪算法的计算效率.另外,我们将该算法应用到各向异性偏移中,实现了共炮域TI介质高斯束叠前深度偏移方法.VTI介质Hess模型和TTI介质洼陷模型的试算结果说明了该方法的正确性和有效性.     

VTI介质中准P波方程叠前逆时深度偏移

根据具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质中的一阶准P波方程,导出了该方程在交错网格中逆时延拓的高阶有限差分格式,给出了其稳定性条件,采用完全匹配层吸收边界条件解决边界反射问题,分别应用下行波最大能量法和归一化互相关成像条件, 实现了VTI介质中准P波方程的叠前逆时深度偏移．各向异性Marmousi模型的试算结果表明,VTI介质准P波方程叠前逆时深度偏移算法不受地下构造倾角和介质横向速度变化的限制,对复杂模型具有良好的成像能力;应用归一化互相关成像条件能得到更好的成像效果．对比该模型的各向异性和各向同性逆时偏移剖面表明,在各向异性地区采集的纵波数据用各向异性偏移算法理论上能得到更好的成像结果．      

各向异性介质弹性多波高斯束正演模拟

射线类正演方法以其高效性和灵活性的特点,被广泛应用于地震勘探中.然而,普通射线类正演方法存在焦散区、阴影区和多值走时等问题,计算精度不够理想.为此,本文在传统的各向同性介质声波高斯束正演的基础上,推导了各向异性介质运动学和动力学射线追踪方程,发展了各向异性介质弹性多波射线追踪算法;并将该算法应用到高斯束正演模拟中,实现了一种各向异性介质弹性多波高斯束正演模拟方法.各向异性VTI介质断块和VTI介质复杂构造模型试算的结果表明:本文研究的方法能够对各向异性介质构造进行正演模拟,在保证计算精度的前提下,具有较高的计算效率,模型试算的结果说明了方法的有效性和正确性.     

基于Walkaway VSP的Thomsen各向异性参数估计与应用(英文)

Thomsen各向异性参数的求取对于正确的时深转换和深度域偏移成像处理至关重要。相比其它各向异性参数估算方法,从VSP资料中更容易获取准确的各向异性参数用于地面地震偏移成像。本文分析研究了利用Walkaway VSP资料估算VTI介质Thomsen各向异性参数的方法,该方法基于VTI介质近偏移距动校正公式利用Walkaway VSP近偏移距初至信息求取各向异性参数δ;基于各向异性介质纵波速度Thomsen近似公式采用射线追踪时差扫描方法求取各向异性参数ε。数值模型正演表明利用该方法估算的各向异性参数误差较小。利用塔里木盆地8个方位的Walkaway VSP实际资料求取了该区深度域Thomsen各向异性参数ε和δ值,同时结合地面三维地震资料建立了较为准确的各向异性深度一速度模型用于叠前深度偏移成像,进一步提高了碳酸盐岩储层的成像精度,减小了目标地质体的深度误差。     

三维TTI介质高效射线追踪方法

TTI介质是石油地震勘探领域最常用的各向异性介质,快速计算TTI介质射线路径和走时信息有重要的研究意义.TTI介质传统运动学射线追踪方法一般基于任意弹性介质射线方程,利用Bond变换或者四阶张量变换来处理复杂的21个弹性参数,因而非常耗时.实际野外对称轴统一的TTI介质模型,一般可以看成VTI介质模型旋转一定角度获得.为此,本文推导了三维VTI介质射线追踪方程,提出先在本构坐标系中进行VTI介质射线追踪,再通过坐标旋转将射线路径旋转至观测坐标系中,获得TTI介质射线路径.数值模型计算表明该方法高效和精确,较传统方法效率提高了近4倍.在强各向异性等特殊情况下,体波波前面都与理论群速度面一致.     

三维VTI介质中波动方程深度偏移的最优分裂Fourier方法

从含Thomsen各向异性参数的qP波相速度表示式出发,建立并求解三维VTI介质中的频散方程,得到三维VTI介质中的相移算子,进而将以相移算子为基础的最优分裂Fourier方法推广到三维VTI介质,发展了一个三维VTI介质的深度偏移方法.文中使用的各向异性介质的速度模型与现行的各向异性构造的速度估计方法一致,将各向同性、弱各向异性及强各向异性统一在一个模型中.文中提出的偏移算法对相移法引入了高阶校正项来补偿介质横向变化的影响,使该方法可应用于横向非均匀VTI介质的陡角度成像,文中给出的偏移脉冲响应很好地证明了这一点.     

多波高斯束叠前深度偏移速度分析(英文)

多分量地震资料叠前深度偏移技术可以对地下复杂地质构造进行更准确的成像,精确成像的前提是获取准确的纵横波偏移速度。本文采用高斯束偏移方法对多波地震数据进行偏移速度分析,首先分别给出纵波和转换波共偏移距域高斯束叠前深度偏移方法原理,在此基础上抽取纵波和转换波偏移距域共成像点道集;然后根据共成像点道集拉平准则,分别对纵波和横波速度进行更新;当两种波成像深度不一致时,对纵波和转换波成像剖面进行深度匹配,完成高精度的纵横波偏移速度分析。模型数据和实际资料试算表明,该方法是一种有效的多波偏移速度分析方法。     

VTI介质高精度叠前逆时偏移方法研究

基于双程波动方程的叠前逆时偏移方法成像精度高,而且无地层倾角限制,较适合于复杂地下构造成像.但是,由于地下介质的各向异性广泛存在,基于各向同性的正演算法,尚难准确描述真实的地下波场传播,逆时偏移的成像精度也因此受到限制.鉴于此,本文研究了各向异性VTI介质逆时偏移方法,首先根据VTI介质一阶准P波方程推导出了炮点和检波点的逆时延拓的交错网格高阶差分格式,针对算法计算量和存储量大的问题,文中研究了一种改进的基于GPU加速的有效PML边界存储策略.本文建议的方法只需增加少量的额外计算,就可降低大幅度的存储成本,进而实现高精度和高效率的各向异性逆时偏移.Hess 2DVTI模型测试表明,本文提出的方法不需要存储全部历史时刻的波场,可以实现高效率高精度的VTI介质叠前逆时偏移成像.     

TI介质局部角度域高斯束叠前深度偏移成像

各向异性射线理论基础上的局部角度域叠前深度偏移方法能够为深度域构造成像与基于角道集的层析反演提供有力支撑,但是对于复杂地质构造而言,高斯度叠前深度偏移在不失高效、灵活等特点的情况下,具有明显的精度优势.为此,本文研究局部角度域理论框架下的高斯束叠前深度偏移方法.为提高算法效率与实用性,文中讨论了一种从经典弹性参数表征的各向异性介质运动学和动力学射线方程演变而来的由相速度表征的简便形式,并提出了一种比较经济的各向异性高斯束近似合成方案.结合地震波局部角度域成像原理,讨论一种适合高斯束偏移的角度参数计算方法.国际上通用的理论模型合成数据试验表明：相比局部角度域Kirchhoff叠前深度偏移成像方法,本文方法具有更高的成像精度与抗噪能力,既适用于复杂构造成像,也可为TI介质深度域偏移速度分析与模型建立提供高效的偏移引擎.     

二维弹性多波时空域高斯束偏移方法

随着我国勘探开发难度逐步增大,勘探目标开始向裂缝油气藏、岩性油气藏等复杂探区转移,研究高精度、适应性强的多波多分量深度偏移算法在后续的地震解释、属性分析及储层预测中具有重要意义.针对多波多分量地震数据,本文提出了一种二维弹性波时空域高斯束偏移方法.时空域高斯束沿中心射线传播时能够面向成像目标描述局部波场,且对振幅和频率可调制的Gabor基函数有天然的适应性,因而将基于Gabor分解的子波重构方法应用于震源波场构建,从而得到任意点源函数产生的时空域高斯束波场.该方法由于直接在时间域进行计算,可以避开频率域中出现的假频和边缘截断效应等问题.基于各向同性弹性波动方程的Kirchhoff-Helmholtz积分解,利用矢量时空域高斯束传播算子构建格林函数和格林位移张量,并结合上行射线追踪策略,实现了检波点波场的反向延拓.针对矢量波成像问题,本文借鉴弹性波逆时偏移方法从矢量延拓波场中分离出纯纵波分量和纯横波分量,进而采用修改后的内积成像条件产生具有明确物理意义的PP、PS成像结果,避免了转换波成像的极性反转问题.最后利用简单两层模型和不含盐体构造的部分Sigsbee2a模型的成像结果,并将其与应用近似纵横波成像条件、标量和矢量势成像条件的偏移剖面进行对比,验证了本文方法的正确性和有效性.     

2D共炮时间域高斯波束偏移

针对传统射线方法在奇异区成像精度不高,而2D频率域高斯波束叠前深度偏移需要计算成像点处每个频率的格林函数,影响计算效率的问题,本文通过使用复走时代替实走时,改变频率域下成像公式的积分顺序,给出了在时间域下进行高斯波束偏移的方法和计算公式.本文使用复杂数值模型验证了2D时间域高斯波束叠前偏移方法的正确性,并同传统射线偏移成像结果做了对比.对比结果表明时间域高斯波束偏移在成像精度上优于传统射线偏移.     

基于高斯束与高斯波包的Gabor框架散射波模拟方法

在给出真实模型和相应光滑背景模型的情况下,如何计算扰动模型(散射体)产生的散射波场是一个有实际意义的正演问题.在Gabor变换域描述散射体,且入射波场为短时宽带信号时,散射波场可以在频率域用高斯束或时间域用高斯波包描述.相对于波动方程方法,高斯束和高斯波包的计算效率更高;背景模型光滑时,高斯束和高斯波包方法的精度也接近波动方程方法.文中导出了声波假设下应用高斯束和高斯波包计算散射波的方法.测试分析了高斯波包的计算精度.给出了一般散射体的散射波模拟策略.同时针对一个理论模型完成了本文方法计算散射波的实验,实验结果表明高斯波包散射波计算方法是有效可行的.     

TI介质局部角度域射线追踪与叠前深度偏移成像

研究与实践表明,对于长偏移距、宽方位地震数据,忽略各向异性会明显降低成像质量,影响储层预测与描述的精度.针对典型的横向各向同性(TI)介质,本文面向深度域构造成像与偏移速度分析的需要,研究基于射线理论的局部角度域叠前深度偏移成像方法.它除了像传统Kirchhoff叠前深度偏移那样输出成像剖面和炮检距域的共成像点道集,还遵循地震波在成像点处的局部方向特征、基于扩展的脉冲响应叠加原理获得入射角度域和照明角度域的成像结果.为了方便快捷地实现TI介质射线走时与局部角度信息的计算,文中讨论和对比了两种改进的射线追踪方法:一种采用从经典各向异性介质射线方程演变而来的由相速度表征的简便形式;另一种采用由对称轴垂直的TI(即VTI)介质声学近似qP波波动方程推导出来的射线方程.文中通过坐标旋转将其扩展到了对称轴倾斜的TI(即TTI)介质.国际上通用的理论模型合成数据偏移试验表明,本文方法既适用于复杂构造成像,又可为TI介质深度域偏移速度分析与模型建立提供高效的偏移引擎.     

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.     

Gabor‐frame‐based Gaussian packet migration

We present a Gaussian packet migration method based on Gabor frame decomposition and asymptotic propagation of Gaussian packets. A Gaussian packet has both Gaussian‐shaped time–frequency localization and space–direction localization. Its evolution can be obtained by ray tracing and dynamic ray tracing. In this paper, we first briefly review the concept of Gaussian packets. After discussing how initial parameters affect the shape of a Gaussian packet, we then propose two Gabor‐frame‐based Gaussian packet decomposition methods that can sparsely and accurately represent seismic data. One method is the dreamlet–Gaussian packet method. Dreamlets are physical wavelets defined on an observation plane and can represent seismic data efficiently in the local time–frequency space–wavenumber domain. After decomposition, dreamlet coefficients can be easily converted to the corresponding Gaussian packet coefficients. The other method is the Gabor‐frame Gaussian beam method. In this method, a local slant stack, which is widely used in Gaussian beam migration, is combined with the Gabor frame decomposition to obtain uniform sampled horizontal slowness for each local frequency. Based on these decomposition methods, we derive a poststack depth migration method through the summation of the backpropagated Gaussian packets and the application of the imaging condition. To demonstrate the Gaussian packet evolution and migration/imaging in complex models, we show several numerical examples. We first use the evolution of a single Gaussian packet in media with different complexities to show the accuracy of Gaussian packet propagation. Then we test the point source responses in smoothed varying velocity models to show the accuracy of Gaussian packet summation. Finally, using poststack synthetic data sets of a four‐layer model and the two‐dimensional SEG/EAGE model, we demonstrate the validity and accuracy of the migration method. Compared with the more accurate but more time‐consuming one‐way wave‐equation‐based migration, such as beamlet migration, the Gaussian packet method proposed in this paper can correctly image the major structures of the complex model, especially in subsalt areas, with much higher efficiency. This shows the application potential of Gaussian packet migration in complicated areas.     

复杂地表条件下保幅高斯束偏移

高斯束偏移是一种准确、灵活、高效的深度域成像方法,其不但具有接近于波动方程偏移的成像精度,还保留了Kirchhoff偏移灵活、高效的特点以及对复杂地表条件良好的适应性.本文提出了一种适用于复杂地表条件的且具有相对振幅保持特点的高斯束偏移方法.通过考虑地表高程、倾角以及实际的道间距等信息,推导了基于高斯束表示的波场反向延拓公式,并结合反褶积成像条件,得到了复杂地表条件下的共炮域保幅高斯束偏移公式.同原有方法相比,本文方法不但可以直接在起伏的地表面进行局部平面波的分解,具有更高的成像精度,而且可以得到反映地下随角度变化反射系数的成像结果.数值模型的试算验证了上述结论.     

横向各向同性介质中地震波走时模拟

横向各向同性介质是地球内部广泛分布的一种各向异性介质.针对这种介质,我们对各向同性介质的最小走时树走时模拟方法进行了推广,推广后的方法可适用于非均匀、对称轴任意倾斜的横向各向同性介质模型.为保证计算效率,最小走时树的构建采用了一种子波传播区域随地震波传播动态变化的改进算法.对于弱各向异性介质,我们使用了一种新的地震波群速度近似表示方法,该方法基于用射线角近似表示相角的思想,对3种地震波（qP, qSV和qSH）均有较好的精度.应用本文地震波走时模拟方法对均匀介质、横向非均匀介质模型进行了计算,并将后者结果与弹性波方程有限元方法的模拟结果进行了对比,结果表明两者符合得很好.本文方法可用于横向各向同性介质的深度偏移及地震层析成像的深入研究.     

基于波动方程的广义屏叠前深度偏移

地震波传播算子的计算效率和精度是制约三维叠前深度偏移的关键因素. 广义屏传播算子(GSP, Generalized Screen Propagator)是一种在双域中实现的广角单程波传播算子. 这一方法略去了在非均匀体之间发生的交混回响,但它可以正确处理包括聚焦、衍射、折射和干涉在内的各种多次前向散射现象. 通过背景速度下的相移和扰动速度下的陡倾角校正,广义屏算子能够适应地层速度的强烈横向变化. 这种算子可以直接应用于炮集叠前偏移,通过将广义屏算子作用于双平方根方程,还可以获得一种高效率、高精度的炮检距域叠前深度偏移方法,用于二维共炮检距道集和三维共方位角道集的深度域成像. 本文首先简述了炮检距域广义屏传播算子的理论,进而讨论了共照射角成像(CAI, Common Angle Imaging)条件,由此给出各个不同照射角(炮检距射线参数)下的成像结果,进而得到共照射角像集. 由于照射角和炮检距的对应关系,共照射角像集又为偏移速度分析和AVO(振幅随炮检距变化)分析等提供了有力工具.