地震波场射线类正演模拟方法对比

射线类正演方法以其高效,灵活的特点,在复杂地区的勘探中发挥着非常重要的作用.常规射线正演方法只考虑地震波的运动学特征,精度较低,且对复杂构造适应性较差;高斯射线束正演方法作为常规射线正演方法的一种改进,同时考虑地震波的运动学和动力学特征,且无需两点射线追踪,兼具计算效率和精度;菲涅尔束正演模拟进一步从波动理论角度对高斯射线束的有效半宽度进行了限制,改进了波场模拟的精度和稳定性.对三种射线类正演模拟方法进行理论解剖和分析,在高斯射线束正演方法的基础上,用第一菲涅尔带半径约束高斯束束宽实现了菲涅尔束正演算法.基于理论模型和实际模型,对三种射线类正演方法和波动方程有限差分法进行对比分析,结果表明高斯射线束正演方法具有较高的计算精度;菲涅尔束正演方法更加稳定,精度更高,更接近于波动方程有限差分方法.高斯射线束和菲涅尔束均具有较高的计算效率,适合于对波场模拟精度不高但对运算效率有较高要求的应用环境.     

复杂地表条件下叠前菲涅尔束偏移方法

高斯束偏移虽然克服了Kirchhoff偏移不能处理多波至和单程波动方程偏移不能对陡倾构造准确成像的问题,但在复杂地表条件下其偏移精度取决于所选择的初始束宽度,即当初始宽度较小时,近地表成像精度较高,但此时中深层成像质量较差;反之当初始宽度较大时,中深层成像质量提高,但近地表成像精度降低.针对高斯束偏移中深层和浅层成像精度的矛盾,本文发展了一种适用于陆地复杂地表条件的叠前菲涅尔束偏移方法.基于惠更斯-菲涅尔原理,本文首先给出了菲涅尔束的概念及其表征的格林函数,并采用有效邻域波场近似理论和反褶积成像条件,导出了复杂地表条件下叠前保幅深度偏移公式.最后,针对常规旁轴射线追踪中的数值噪音,给出了一种压制策略.同高斯束偏移相比,本文方法不仅解决了中深层和浅层成像精度的矛盾,而且提高了复杂地表条件下平面波的分解精度,使得偏移结果更加准确可靠.典型的模型算例验证了本文方法的有效性和稳健性.     

高斯束方法及其应用

高斯束方法是在动力学射线追踪和旁轴近似方法基础上发展而来的.高斯束是波动方程在特定射线附近的高频渐近解.本文介绍了高斯束方法及其与射线方法相比的优越性,以及高斯束在地震波场正演模拟以及偏移方面的应用,并提出了实现高斯束偏移的一种新方法.     

三维井间地震高斯射线束正演

使用高斯射线束方法对三维井间地质模型进行波场正演,解决三维井间地震复杂构造波场识别问题.正演模拟时将每一个检波点与炮点拟合出一个接收平面,使得每一个检波点处的能量都由其接收平面上检波点的有效半宽度范围内所有射线能量高斯加权.高斯束正演具有地震波动力学特征且能够有效解决复杂构造盲区问题,同时保持波场的相对振幅特征,因而适用于不同地质构造模型.比较三维井间地震逐段迭代正演方法,高斯束正演克服了复杂地质模型的盲区与动力学特征问题;并且高斯束正演时反射点的分布范围广,大大提高了反射波成像精度.应用三维井间地震高斯束正演方法对X地区进行波场正演,结果表明该方法可以有效分辨波场特征,为进一步地震数据处理提供准确依据.     

利用三维高斯射线束成像进行地震定位

常规的地震定位方法通常需要拾取地震记录的初至,当初至不明显或被较高水平的噪声淹没时精度较低.本文采用基于三维高斯射线束的偏移成像方法对震源进行定位,较好地解决了该问题.通过三维高斯射线束对台站记录进行偏移归位,并将各台站成像结果的交点作为地震能量释放的中心位置;当各台站成像结果不能交于一点时,采用三维空间高斯滤波方法可实现震源位置的自动获取.提出的变网格计算方案极大地减少了计算量,显著地提高了成像精度和计算效率.利用首都圈地震台网数据,对涿鹿、滦县以及房山三个地震事件进行试算,结果表明:基于变网格三维高斯束偏移成像的地震定位方法自动化程度很高,而且具有较好的抗噪能力,特别适合处理低信噪比资料的地震定位问题.     

三维最小二乘弹性高斯束叠前深度偏移

与声波高斯束成像相比,弹性波高斯束偏移更适用于复杂油气藏多波多分量地震勘探.但是由于观测系统的局限性和深部构造的复杂性,该方法同样存在成像分辨率低、照明不均衡等问题.本文结合最小二乘偏移和弹性高斯束偏移的优势,提出了一种通过弹性高斯束叠加构建Born正演(反偏移)算子和偏移算子的三维最小二乘叠前深度偏移方法.依据最小二乘反演理论,建立基于反偏移数据与实际观测数据残差的目标函数,采用共轭梯度算法迭代更新来建立地下真实的反射率.与传统弹性高斯束偏移方法相比,该方法不仅提高了成像分辨率,而且使复杂构造特别是陡倾角地层的成像照明也得到了补偿.理论模型测试结果证明了本文方法的可行性和有效性.     

初至波菲涅尔体地震层析成像

根据地震波传播的有限频理论,对于某个特定震相的观测信息,不仅射线路径上的点对该信息具有影响,射线领域上的其他点对接收信息也具有影响,这种影响可以用核函数来表达.本文基于波动方程的Born近似与Rytov近似,给出了非均匀介质情况下初至地震波振幅与走时菲涅尔体层析成像单频、带限层析核函数的计算方法.通过对均匀介质情况下初至地震波菲涅尔体层析成像核函数解析表达式的理论模型实验与分析,给出了不同维度振幅、走时单频菲涅尔体的空间分布范围,进而给出了带限菲涅尔体边界的确定方法.将本文的走时菲涅尔体层析成像理论应用于表层速度结构反演中,理论模型试验与实际资料处理结果表明,初至波菲涅尔体地震层析成像方法比传统的初至波射线层析成像理论具有更高的反演精度.     

基于有效邻域波场近似的起伏地表保幅高斯束偏移

随着我国陆上地震勘探向复杂地表探区的转移,高精度、适应性强的地震成像方法在地震资料的处理、解释及后续属性分析、储层预测中具有重要意义.本文基于有效邻域波场近似理论发展了一种成像精度更高且适用于复杂起伏地表条件的叠前保幅高斯束偏移方法.在传统水平地表高斯束偏移的基础上,本文根据中心射线附近有效邻域内高斯束表征的近似波场,导出了起伏地表条件下具有相对振幅保持的高斯束偏移公式,并给出了一种精度更高的旁轴射线传播角度计算方法.同现有的高斯束偏移方法相比,本文方法不仅考虑了起伏地表对高斯束走时的线性影响,而且首次引入了由地表高程差异和近地表速度变化引起的二次时差校正项和振幅校正项,使得成像结果更加准确可靠.两个典型模型算例验证了本文方法的正确性和有效性.     

基于高斯束传播算子的成像域走时层析成像方法

层析反演是速度建模中最重要的方法之一,结合偏移成像在成像域进行走时层析速度反演是当前比较成熟有效且广泛应用的技术.本文从高斯束偏移成像条件出发,在波动方程的一阶Born近似和Rytov近似下,推导了成像域走时扰动与速度扰动的线性关系,建立了成像域走时层析方程及其显式表达的层析核函数.该核函数的本质是有限频层析核函数,利用该核函数替换常规射线层析核函数可以明显提高层析反演精度.该核函数的计算关键是背景波场格林函数的计算,本文利用高斯束传播算子计算格林函数进而得到走时层析核函数,实现方式灵活高效且计算精度较高.基于高斯束传播算子的偏移成像与层析成像相结合进行深度域建模迭代,体现了速度建模与偏移成像一体化的思想.数值计算及实际数据应用证明了基于高斯束传播算子的成像域走时层析方法的有效性.     

声波介质一次散射波场高斯束Born正演

Born正演是一种常用的地震波场正演模拟方法,也是线性化地震反演的理论基础.在实际应用时,Born正演通常结合常规的地震射线方法进行实现.为了克服常规地震射线方法的弊端,并且保证地震波场的模拟精度和计算效率,本文提出了一种基于高斯束的一阶散射波场Born正演方法.该方法分为两个环节:首先,我们利用高斯束的走时和振幅信息将地下散射点处的反射率映射为地表束中心位置处的局部平面波;然后,我们利用逆倾斜叠加将局部平面波转化为接收点处的时空域散射波场.在具体的实施过程中,我们提出一种以wavelet-bank方式实现的局部平面波合成方法,同现有的算法相比,可以在保持计算精度的同时,大大减少计算时间;此外,我们还利用最速下降法优化了高斯束的迭代循环过程,进一步提高了Born正演的计算效率.两个模型的应用效果证明,本文所提出的高斯束Born正演方法可以精确、高效的实现声波介质一次散射波场的正演模拟,为三维大规模地震波场的正演问题提供了一种切实可行的实现方案.     

矢量黏弹性衰减补偿高斯束偏移

基于弹性波动理论的多波多分量高斯束偏移具有计算效率高和成像准确等优点.但是目前此方法没有考虑实际地下介质的黏弹性对地震波传播的影响,从而无法补偿能量衰减和校正相位畸变,这使得该方法对一些含高黏弹性地层的成像效果不佳.针对衰减区域的成像问题,本文提出一种黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法,该方法以多波多分量矢量波场弹性高斯束偏移方法为基础,在偏移过程中沿射线路径通过引入品质因子Q来考虑黏弹性影响并进行衰减补偿.该方法能够在偏移过程中实现PP波和PS波的自动分离及分别成像.同时,本文给出了在矢量波场偏移过程中提取角度域共成像点道集的方法,以便用于成像质量控制,并为后续速度和黏弹性参数反演提供所需的数据.本文利用2D层状模型和洼陷模型进行了方法测试,其成像结果验证了本文所提出的黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法的可行性和有效性.     

高斯束逆时偏移方法及应用

随着油气勘探的不断深入,叠前深度偏移技术逐渐成为解决复杂构造区域成像问题的重要手段.考虑到逆时偏移精度高但效率低,而高斯束偏移具有高效、灵活等优势,本文将逆时偏移的理论思想应用于高斯束偏移中,发展了高斯束逆时偏移,即以Kirchhoff偏移为基础,利用高斯束叠加积分计算Green函数.其不仅保留了Kirchhoff偏移的高效性和灵活性,克服了其阴影区、焦散区、单次波至等缺陷,而且还具有波动方程偏移对陡倾角的成像优势,解决了其计算量大的问题.模型和实际资料试算验证了高斯束逆时偏移方法的正确性、有效性和实用性,可以作为一项实用化技术应用于偏移成像和层析速度建模中.     

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.     

基于吸收衰减补偿的多分量高斯束叠前深度偏移（英文）

高斯束叠前深度偏移是对地下介质进行精确成像的方法之一,多分量地震资料的叠前深度偏移技术可以对复杂构造进行更准确的成像。由于实际地下介质具有粘滞性,研究粘弹性叠前深度偏移具有一定的现实意义。本文采用高斯束偏移方法对多分量地震数据进行吸收衰减补偿,首先利用高斯束模拟粘弹性介质中传播的地震波,并在模拟中引入与品质因子Q有关的复速度和精确的粘弹性Zoeppritz方程,合成地震记录;然后给出纵波和转换波共炮域高斯束叠前深度偏移原理,在此基础上推导补偿吸收衰减的表达式,校正Q引起的振幅衰减和相位畸变,实现基于吸收衰减补偿的多分量高斯束叠前深度偏移,并分析Q误差对偏移结果的影响。数值实验表明,在考虑地下介质的粘滞性时,本文方法具有更高的成像分辨率。     

基于吸收衰减补偿的多分量高斯束逆时偏移

高斯束逆时偏移结合了射线类偏移的高计算效率和波动方程逆时偏移的高精度,能很好地处理焦散点、大倾角成像问题,并且具有面向目标成像的能力.多分量地震资料的偏移技术可以对地下复杂构造进行更准确的成像,由于实际地下介质具有黏滞性,研究黏弹性叠前逆时偏移具有一定的现实意义.本文采用高斯束逆时偏移方法对多分量地震数据进行吸收衰减补偿,首先分别给出纵波和转换波共炮域高斯束叠前逆时偏移方法原理,在此基础上推导补偿吸收衰减的表达式,校正Q引起的振幅衰减和相位畸变,实现基于吸收衰减补偿的多分量高斯束叠前逆时偏移.数值模型的测试结果显示,在考虑地下介质的黏滞性时,本文方法具有更高的成像分辨率.     

基于菲涅尔带理论的无线电波层析正则化方法研究

无线电波透视法是常用的工作面地质构造探测方法之一,目前煤矿上多采用基于射线理论的联合代数重建(SIRT)层析方法反演介质电磁波衰减系数.由于发射的电磁波频率范围在几百千至几兆赫兹,基于高频近似的射线理论在模拟电磁波传播时存在局限性,而SIRT方法本身受矿井观测方式的限制,在垂直测线方向反演分辨率不高.本文研究基于菲涅尔带理论的正演方法,电磁波频率越高其第一菲涅尔带半径越小,即越接近射线条件;采用约束正则化方法进行层析成像,推导了Tikhonov正则化的最小化问题表达式,说明了正则参数的作用和意义,利用迭代反演法求最优折衷解.对不同异常模型及实际资料进行了层析成像实验,结果表明对于低频电磁波菲涅尔带理论分辨率优于射线理论,正则化方法具有更好的分辨率,识别出的异常构造基本吻合已知疑似构造位置,说明了其在实际应用中的可行性.     

深水陡坡带地质模型波场正演模拟

近年来,全球海上油气勘探热点逐渐由浅水走向深水,而地震资料采集和处理是制约深水油气勘探的重要因素.以往资料表明,受采集观测系统的影响,深水盆地陡坡带的地震成像效果往往较差,对边界断层和下伏地层产状的认识造成严重影响.本文根据巴布亚盆地某深水工区实际数据,构建典型深水陡坡带地质模型,通过地震波场正演模拟方法对陡坡带地震采集的观测方式进行优化.结合基于波动方程的单炮照明和多炮照明组合等地震照明方法对目标层进行照明分析,探索影响陡坡带深大断层和上、下盘地层成像效果的原因.最后通过局部炮集数据进行叠前深度偏移处理,进一步验证波场正演模拟和照明分析指导观测系统优化设计的有效性.波场正演模拟和照明分析结果表明,对于拖缆式地震采集,采用左侧激发、长排列接收方式对深水陡坡带成像具有相对较好的效果.     

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.     

基于倾角-偏移距域道集的绕射波成像

地震绕射波是地下非连续性地质体的地震响应,绕射波成像对地下断层、尖灭和小尺度绕射体的识别具有重要的意义.在倾角域共成像点道集中,反射波同相轴表现为一条下凸曲线,能量主要集中在菲涅耳带内,绕射波能量则比较发散.由于倾角域菲涅耳带随偏移距变化而存在差异,因此本文提出一种在倾角-偏移距域道集中精确估计菲涅耳带的方法,在各偏移距的倾角域共成像点道集中实现菲涅耳带的精确切除,从而压制反射波.在倾角-偏移距域道集中还可以分别实现绕射波增强,绕射波同相轴相位校正,因此能量弱的绕射波可以清晰地成像.在倾角域共成像点道集中,反射波同相轴的最低点对应于菲涅耳带估计所用的倾角,因此本文提出一种在倾角域共成像点道集中直接自动拾取倾角场的方法.理论与实际资料试算验证了本文绕射波成像方法的有效性.