弹性波逆时偏移中的稳定激发振幅成像条件

本文针对弹性波逆时偏移,提出稳定的激发振幅成像条件.在震源波场的正向传播过程中,计算每个网格点的能量,并保存最大能量密度的时刻和相应的波场值;在检波器波场的逆时传播过程中,在每个网格点提取最大能量密度时刻的检波器波场值,并利用保存的最大能量震源波场做归一化,获得角度依赖的反射系数成像剖面.相比于归一化互相关成像条件,该成像条件在震源波场的正向传播过程中无需存储波场快照,节省大量磁盘空间和I/O吞吐任务,提高了计算效率;相比于弹性波的激发时间成像条件,该成像条件自动校正了水平分量在震源两侧的极性反转,在多炮叠加时避免振幅损失.数值试验表明,与归一化成像条件相比,稳定激发振幅成像条件具有更小的计算量,偏移剖面的低频假象更弱,水平分量的成像能力更优,具有更高的空间分辨率.     

基于干涉成像条件的探地雷达衰减补偿逆时偏移成像

探地雷达(GPR)衰减补偿逆时偏移方法采用互相关成像条件对实际地下结构成像时，由介质小尺度不均匀所产生的散射波和噪声能量在电磁波衰减补偿逆时外推中会急剧增大，严重影响成像分辨率.为此，本文提出一种基于干涉成像条件的GPR衰减补偿逆时偏移方法.该方法通过在逆时外推过程中，人为改变电磁波动方程中衰减项前的正负号，以保持逆时外推的时间对称性，补偿衰减的电磁波能量；干涉成像条件利用Wigner分布函数(WDF)对所有时刻的逆时外推电磁波场进行滤波，以有效压制逆时偏移剖面中的低频噪声及成像伪影.数值试验结果表明：相比于互相关成像条件，干涉成像条件可有效压制衰减补偿逆时偏移过程中由于背景小尺度不均匀性所产生的散射波和低频噪声，且几乎不影响目标体的成像能量；在计算效率相当的同时，成像分辨率更高.     

基于电磁波衰减补偿的探地雷达三维逆时偏移成像

常规探地雷达(GPR)逆时偏移大都未考虑高频电磁波在地下高电导率介质中传播的强衰减特性,致使高衰减区域的成像质量低;实际地下结构呈三维空间分布,二维GPR逆时偏移难以将反射波准确归位和绕射波完全收敛于真实位置.为此,本文构建了一种基于电磁波衰减补偿的三维GPR逆时偏移算法.该算法采用三维时域有限差分法计算正传和反传电磁波场,并通过改变反传电磁波方程中包含电导率的衰减项的正负号,人为保持反传时的时间对称性和反转不变性,以补偿正传时衰减的能量;零时刻成像条件用于获取地下三维结构的成像结果.数值试验结果表明:相比于常规GPR逆时偏移算法,基于电磁波衰减补偿的三维GPR逆时偏移可精确补偿电磁波在地下高电导率介质中正传衰减的能量,高电导率区域的成像精度更高,分辨率更好,抗干扰能力更强,其结果更有利于指导后续雷达剖面的解译.     

逆时偏移成像条件研究

本世纪初高性能计算技术进步促进了逆时偏移技术的应用与发展.为解决逆时偏移存在的低频噪音等问题,可利用优化的角度域成像条件对成像进行改进;为实现真振幅逆时偏移,选择合适的成像条件也至关重要.根据不同的成像目的,有必要对逆时偏移使用的成像条件进行深入的分析.本文给出了逆时偏移的五类成像条件,并主要从噪音与振幅等方面对各种方法分别进行了分析说明,为逆时偏移的进一步应用提供方法对比.     

基于波场分离理论的逆时偏移成像条件研究及应用

逆时偏移成像方法与其它算法的成像方法相比,由于算法不受地层倾角的限制,因此针对陡倾角构造和复杂地质模型地区的成像有着无可比拟的优越性,特别是在盐丘发育的地区优势更加明显.实际应用过程中,逆时偏移通常是应用互相关成像条件构建成像,然而,这种成像条件会产生低频、强振幅的噪音,如果不能彻底消除这些噪音,那它就会严重影响甚至淹没有效信号,特别是在浅层的强反射界面上方往往会出现大量的低频噪音,从而使得浅层构造基本无法识别.基于传统互相关成像条件的这一局限,本文提供了一个新的成像条件,它能在有效成像的同时消除这些低频、强振幅的干扰噪音;其具体实现思路就是将炮点及检波点波场分离成它们的单程波传播分量,然后采用互相关成像条件对分离后的波场进行成像,从而实现逆时偏移成像.通过对模型数据和实际野外数据的实测,证明了该方法的有效性和适用性.     

基于Hilbert变换的全波场分离逆时偏移成像

逆时偏移方法利用双程波算子模拟波场的正向和反向传播,通常采用互相关成像条件获得偏移剖面,是一种高精度的成像方法.但是传统的互相关成像条件会在偏移结果中产生低频噪声;此外,如果偏移速度中存在剧烈速度变化还可能进一步产生偏移假象.为了提高逆时偏移的成像质量,可在成像过程中先对震源波场和检波点波场分别进行波场分离,然后选择合适的波场成分进行互相关成像.本文基于Hilbert变换,推导了可在偏移过程中进行上下行和左右行波场分离的高效波场分离公式以及相应的成像条件,结合Sigsbee 2B合成数据,给出了不同波场成分的互相关成像结果.数值算例结果表明,采用本文提出的高效波场分离算法以及合理的波场成分互相关成像条件可以获得高信噪比的成像结果.     

基于逆散射成像条件的最小二乘逆时偏移

最小二乘逆时偏移（LSRTM）相对于常规逆时偏移（RTM）具有分辨率更高、振幅更准确、噪音更少等优势,可以对复杂的地质构造进行有效的成像.这种迭代更新反演成像方法十分依赖目标函数的梯度质量和计算效率.当地质模型中存在强反射界面或者记录中存在折射波时,基于常规互相关成像条件（CCC）的最小二乘逆时偏移梯度会包含很强的低频噪音,从而使反演的收敛速度和成像质量降低.为此,本文在最小二乘逆时偏移的梯度中引进了逆散射成像条件来压制这种低频噪音,并以此提出基于逆散射成像条件（ISC）的最小二乘逆时偏移方法.数值模拟结果表明,两者计算耗时基本一致,但逆散射成像条件能高效压制梯度中的低频噪音,从而使反演过程中收敛加速,成像质量得到显著提高.     

探地雷达逆时偏移成像方法研究现状及进展

基于双程波动方程的逆时偏移相比于传统的单程波偏移,具有原理简单、成像精确且无倾角限制、适应任意复杂速度模型等诸多优点,在探地雷达(GPR)高精度成像领域得到广泛关注.本文首先回顾和总结了逆时偏移方法在GPR成像领域的研究现状及其存在的问题.然后,分别从多偏移距GPR数据的快速采集,复杂介质的GPR逆时偏移成像、成像条件的稳定性、成像效果的改善、计算效率的提高等方面介绍了GPR逆时偏移成像研究的最新进展及其具体的应用效果.最后对GPR逆时偏移成像的发展趋势进行了总结.     

基于Poynting矢量的归一化波场分离互相关逆时偏移成像条件(英文)

叠前逆时偏移是目前精度较高的成像方法,然而严重的低频噪声降低了逆时偏移的构造成像精度,偏移噪声的压制是逆时偏移必需要考虑的问题。分析了低频噪声的产生机理,并根据声波方程Poynting矢量的方向指示地震波场的传播方向的原理,分离出上、下、左、右行波,该方法计算量和存储量都远远小于常用的二维傅里叶变换分离方法,进而提出归一化的波场分离互相关成像条件,以压制逆时偏移低频噪声,提高成像精度。实现了Marmousi模型的试算,表明在波场延拓过程中利用Poynting矢量能够较好的分离上、下、左、右行波,与常规方法、拉普拉斯滤波、二维傅里叶变换波场分离的成像结果对比表明,成像时使用归一化的波场分离互相关成像条件能更好的压制偏移噪声,得到精度更高的逆时偏移成像结果。     

起伏层状介质中曲线交错网格有限差分弹性波逆时偏移成像

采用曲线网格有限差分法描述复杂起伏地形(或不规则波阻抗界面)时,波场正演中可以避免因阶梯近似导致的虚假散射,进而波场逆时偏移可对起伏地表模型进行准确成像.文中以弹性波逆时偏移理论为基础,求解一阶速度-应力方程,推导出了弹性波正向传播和逆时传播的曲线网格差分格式,使用完全匹配吸收边界压制边界反射,采用互相关成像条件,实现了起伏层状介质中的波场逆时偏移.三层起伏、尖灭模型,以及起伏地表条件下的部分盐丘模型结果表明:曲线网格有限差分法逆时偏移法是一种高效、准确的逆时偏移法.     

逆时偏移在声反射成像测井中的应用方法研究

声反射成像测井中常用的基于射线理论的Kirchhoff积分偏移算法和基于单程波理论的F-K偏移算法均可实现井旁缝洞反射体的快速偏移成像,但其仅适用于地层垂向变化较弱的速度场和高陡角裂缝的偏移成像,无法实现低角度反射体的准确偏移归位,产生偏移假象误导测井解释.逆时偏移基于全波动方程,可适应强垂向变化速度场,实现近似水平反射体的偏移成像.本文详细分析了将逆时偏移应用于声反射成像测井时存在的数据准备、时间采样间隔匹配和成像条件改进等若干问题,通过设置多组理论模型来说明算法对井旁不同反射体的识别能力.模拟资料和实际资料处理结果证实,较F-K偏移算法,逆时偏移算法成像精度更高、收敛性更好,可有效实现近似水平构造偏移归位.改进的归一化互相关成像条件可解决深部地层的远井壁成像衰减问题,降低测井解释的多解性.逆时偏移将成为声反射成像测井高精度偏移技术的发展方向.     

三维逆时偏移GPU/CPU机群实现方案研究

叠前逆时偏移是当前最为准确的地震成像方法,由于计算量大、存储量大等原因需要合适的实现策略和高效的计算平台.本文以高阶有限差分逆时偏移为基础,重点讨论了在GPU上实现需要解决的显存不足问题和人工边界问题.利用区域分解技术可以在当前GPU上高效地实现任意生产规模的三维逆时偏移成像,不会受到GPU显存规模的制约.常规最佳匹配层边界条件边界区域控制方程与内部区域差异较大,不适于GPU高速运算.本文在GPU上实现近似最佳匹配层(NPML)边界条件,使得高阶有限差分计算不需要分支判断,边界区域辅助波场的存储量也较低,保证了在GPU上进行波场传播的高效性.三维理论数据和实际资料成像结果表明了本文方法的正确性.     

Visco‐acoustic prestack reverse‐time migration based on the time‐space domain adaptive high‐order finite‐difference method

It is important to include the viscous effect in seismic numerical modelling and seismic migration due to the ubiquitous viscosity in an actual subsurface medium. Prestack reverse‐time migration (RTM) is currently one of the most accurate methods for seismic imaging. One of the key steps of RTM is wavefield forward and backward extrapolation and how to solve the wave equation fast and accurately is the essence of this process. In this paper, we apply the time‐space domain dispersion‐relation‐based finite‐difference (FD) method for visco‐acoustic wave numerical modelling. Dispersion analysis and numerical modelling results demonstrate that the time‐space domain FD method has great accuracy and can effectively suppress numerical dispersion. Also, we use the time‐space domain FD method to solve the visco‐acoustic wave equation in wavefield extrapolation of RTM and apply the source‐normalized cross‐correlation imaging condition in migration. Improved imaging has been obtained in both synthetic and real data tests. The migration result of the visco‐acoustic wave RTM is clearer and more accurate than that of acoustic wave RTM. In addition, in the process of wavefield forward and backward extrapolation, we adopt adaptive variable‐length spatial operators to compute spatial derivatives to significantly decrease computing costs without reducing the accuracy of the numerical solution.     

地震叠前逆时偏移算法的CPU/GPU实施对策

相较于单程波偏移算法而言,逆时偏移成像方法以其物理基础为依托优势,几十年来一直备受国内外地球物理学家的青睐.目前的逆时偏移(RTM)若直接采用双程波动方程进行延拓,尽管可以回避上下行波的分离处理,然就已有算法而言,其计算量和I/O(输入/输出)量却是最大的.针对此问题,本文在分析现行逆时偏移的多种算法基础上,提出利用CPU/GPU(中央处理器/图形处理器)作为数值计算核心,建立随机边界模型,从而克服存储I/O难题和提高计算效率.在实际的数据测试中,本文的方法可以大幅度的提高计算效率和减少存储单元,从而促使其高效地应用于生产实际.     

基于全波形反演的探地雷达数据逆时偏移成像

逆时偏移成像(RTM)常用来处理复杂速度模型,包括陡倾角及横向速度变化剧烈的模型.与常规偏移成像方法(如Kirchhoff偏移)相比,逆时偏移成像能提供更好的偏移成像结果,近些年逆时偏移成像越来越广泛地应用到勘探地震中,它逐渐成为石油地震勘探中的一种行业标准.电磁波和弹性波在动力学和运动学上存在相似性,故本文开发了基于麦克斯韦方程组的电磁波逆时偏移成像算法,并将其应用到探地雷达数据处理中.时间域有限差分(FDTD)用于模拟电磁波正向和逆向传播过程,互相关成像条件用于获得最终偏移结果.逆时偏移成像算法中,偏移成像结果受初始模型影响较大,而其中决定电磁波传播速度的介电常数的影响尤为重要.本文基于时间域全波形反演(FWI)算法反演获得了更为精确的地下介电常数模型,并将其反演结果作为逆时偏移成像的初始介电常数模型.为了验证此算法的有效性,首先构建了一个复杂地质结构模型,合成了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用常规Kirchhoff偏移算法及逆时偏移成像算法进行偏移处理,成像结果显示由逆时偏移成像算法得到的偏移结果与实际模型具有较高的一致性;此外本文在室内沙槽中进行了相关的物理模拟实验,采集了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用Kirchhoff和叠前逆时偏移成像算法进行处理,结果表明叠前逆时偏移成像在实际应用中能获得更好的成像效果.     

两种类型共炮点域相关型叠前深度偏移方法分析

研究不同偏移方法的成像机理是实现复杂构造高精度成像的前提,研究了两类共炮点域的相关型叠前深度偏移成像方法：基于单程波动方程的叠前深度成像方法和基于双程波动方程的叠前深度成像方法,同时对比了它们在计算效率、数据存储量、成像精度、成像机理、速度敏感性等方面的差异及其共性。以复杂构造模型为例,采用了傅里叶有限差分法（FFD）和逆时成像法（RTM）,这两种方法实现了121个共炮点道集的叠前深度偏移成像处理。计算结果表明,当速度准确时,两种深度域波动方程成像方法均可以恢复出各个地质反射界面,其中逆时偏移对陡倾角成像效果显著,当速度存在百分比误差和随机扰动情况时,逆时成像结果要差于单程波方法,因此,逆时偏移方法对速度的敏感性较大,且低频噪声较为严重。     

基于波场分离的弹性波逆时偏移

尽管叠前逆时偏移成像精度高,但仅针对单一纵波的成像也可能形成地下介质成像盲区,由于基于弹性波方程的逆时偏移成像可形成多波模式的成像数据,因此弹性波逆时偏移成像可提供更为丰富的地下构造信息.本文依据各向同性介质的一阶速度-应力方程组构建震源和检波点矢量波场,再利用Helmholtz分解提取纯纵波和纯横波波场,使用震源归一化的互相关成像条件获得纯波成像,避免了直接使用坐标分量成像而引起的纵横波串扰问题.针对转换波成像的极性反转问题,文中提出一种共炮域极性校正方法.为有效节约存储成本,也提出一种适用于弹性波逆时偏移的震源波场逆时重建方法,在震源波场正传过程中,仅保存PML边界内若干层的速度分量波场,进而逆时重建出所有分量的震源波场.本文分别对地堑模型和Marmousi2模型进行了弹性波逆时偏移成像测试,结果表明:所提出的共炮域极性校正方法正确有效,基于波场分离的弹性波逆时偏移成像的纯波数据能够对复杂地下构造准确成像.     

探地雷达衰减补偿逆时偏移成像方法

探地雷达信号在地下介质中传播时易受到电导率所产生的衰减影响,从而使得传统偏移成像结果在高衰减区域变得模糊.本文提出了衰减补偿的逆时偏移方法来消除电导率的影响.该方法基于麦克斯韦方程组实现电磁波的正演模拟和逆时传播.通过改变衰减项的正负号,保证了逆时传播的时间对称性,从而能够重构出原始波场,实现衰减补偿.数值实验比较了传统逆时偏移方法和衰减补偿逆时偏移方法在存在高导异常区域情况下的成像效果,结果证明了衰减补偿逆时偏移方法能够很好地恢复由电导率造成的信号衰减,从而提高探地雷达剖面的分辨率.     

基于伪谱法的VSP逆时偏移及其应用研究

逆时偏移被认为是对地下复杂构造进行成像的精确偏移方法,尤其是能够有效地对回转波、绕射波、多次波等各种波动现象进行成像.近几年来随着并行计算机和存储设备的快速发展,逆时偏移方法备受关注.本文采用伪谱法实现了VSP逆时偏移,该方法不仅实施简便,而且计算效率高,精度好.并运用反周期扩展法来消除伪谱法中特殊的周期性边界效应问题.对VSP绕射点模型进行试算,分析了因覆盖次数不足在近井区产生的假象问题.对地堑模型和半圆隆起模型也获得了较好的VSP逆时偏移成像效果.并分别对VSP全波波场及分离出的上行波场进行了逆时偏移成像,可明显发现直达波在炮点和检波点位置处收敛成像,也产生了很强的成像噪声.最后对某地区实际观测的VSP资料进行了逆时偏移成像,并与Kirchhoff法VSP偏移结果和地面地震偏移结果进行了对比,显示了VSP逆时偏移在近井区成像上的优势.