基于双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法

随着地震勘探的发展,以单相介质模型为基础的声波逆时偏移和弹性波逆时偏移很难比较精确地描述地下介质和满足复杂的工程要求,尤其是在处理地下含流体多孔介质时,所以需要引入双相介质模型。首先基于Biot理论双相介质一阶速度-应力弹性波方程,利用散度场和旋度场的波场分离理论将固相和流相中的纵横波场解耦分离,并由波场快照图得出固相与流相中的纵波波场与横波波场均完成分离,而快纵波与慢纵波相互耦合均存在于纵波波场中。采用高阶交错网格有限差分方法,结合PML吸收边界条件,推导了具有波场分离的双相介质弹性波正传与反传的偏移延拓算子,结合互相关成像条件,可以得到双相介质弹性波固相与流相中的各分量偏移成像剖面。最后对模型使用该双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法进行偏移成像试算并取得成功,效果较常规双相介质弹性波逆时偏移成像效果有了明显提升。     

基于解耦传播的波场分解方法在VTI介质弹性波逆时偏移中的应用

由于弹性波逆时偏移更符合实际情况,而且转换波的成像结果有更高的分辨率,因此弹性波逆时偏移越来越受到重视。然而,弹性波逆时偏移需要多波多分量数据,为了减少成像结果中的串扰假象,在逆时偏移过程中进行P波和S波分解就变得非常必要。结合基于向量的激发振幅成像条件,我们把基于解耦传播的波场分解方法应用到弹性波逆时偏移中,并对比了其在各向同性介质和横向各向同性（VTI）介质中的应用效果。结果说明,该方法可以在各向同性介质中完全分解P波和S波,并保留波场的向量信息。虽然在VTI介质中有较小的分解残余,但是该分解残余不会在逆时偏移结果中产生明显的串扰;因此,这种波场分解方法可以应用于各向同性介质和VTI介质弹性波逆时偏移。该方法是在时间空间域实现的,可以在波场传播过程中直接对P波和S波进行分离,应用方便,计算效率高。与利用Helmholtz分解的弹性波逆时偏移相比,该方法避免了在PS波成像结果中的极性反转问题。在复杂Hess VTI模型的逆时偏移结果中,高速岩体和断层的成像清晰,甚至是两个低速薄夹层也能较好成像;这说明该方法对复杂介质具有较好的适应性。PS波成像结果中的各向异性体成像清晰,说明各向异性介质弹性波逆时偏移可以对传统逆时偏移不能很好成像的构造进行成像。     

基于矢量波场分离的TI介质逆时偏移

基于两步法分离各向异性矢量波波场,第一步,将各向异性波动方程进行相似变换(使其具有明确直观的运动学和动力学特征),使其投影在各向同性方向上;第二步,各向异性介质传播算子波场分离基础上的波形校正,将投影于各向同性方向上的波场校正回各向异性方向上,最终达到各向异性波场分离的结果。笔者首先对VTI介质进行试算,以证明其可行性;此外,将地表数据进行分解,即所采集到的多分量地震数据在进行偏移成像之前先进行数据分解,得到纯净的q P波数据、q SV波数据以及q SH波数据,通过地表数据的分解将成像过程变成一个可控过程,通过对地表数据输入的控制得到我们所希望的成像结果分量,可以减少无谓的计算;对Hess模型正演炮记录进行了数据分解,并对其进行了逆时偏移成像以验证理论的可行性。     

各向异性介质拟声波叠前逆时偏移及成像条件的应用

考虑到基于各向同性假设的传统逆时偏移方法的局限,研究了各向异性介质叠前逆时偏移方法。由于各向异性弹性波逆时偏移中,存在着计算效率低和波场分离困难等不足,各向异性介质拟声波逆时偏移更具优势。从声学近似的胡克定律和运动方程出发,研究了VTI介质拟声波波动方程,并引入旋转坐标系将其推广为TTI介质情形。然后利用交错网格高阶有限差分方法,构建逆时偏移所需的正向和逆时波场外推算子,并引入完全匹配层(PML)边界条件来吸收边界反射能量。最后应用优化的归一化互相关成像条件,实现各向异性拟声波逆时偏移成像。模型试算结果表明,考虑各向异性因素的逆时偏移方法能够有效地改善成像质量,应用优化的成像条件得到的成像效果,明显优于常规的归一化互相关成像条件。     

基于高阶有限差分纵横波分解的弹性波数值模拟

常规弹性波数值模拟方法得到的VSP波场信息中,P波和S波是相互耦合在一起的,波场信息复杂,在进行多波多分量地震波场特征分析时需要进行波场分离。这里采用纵波、横波解耦的弹性波波动方程高阶有限差分算法进行数值模拟,并采用PML边界条件处理人工边界条件,得到纵波、横波解耦的独立VSP纵波、横波记录,为进一步研究弹性波VSP波场特征奠定了基础。     

基于P＋S波震源的弹性波叠前逆时偏移方法

基于弹性波动方程,推导了二维非均匀介质条件下纵横波解耦且无转换波的一阶速度一应力弹性波方程,使得弹性波在延拓过程中实现矢量偏移保证偏移质量,且不产生其他类型的转换干扰波。从激发时间成像条件以及反射系数理论出发,并与纵横波解耦且无转换波的一阶速度一应力弹性波方程结合,给出了适用于P＋s波震源模拟数据的成像条件以及偏移方法。文中给出了两个典型模型的理论记录的偏移结果,试验表明,笔者提出的方法能够对P＋s波震源的产生的波场准确归位,提高资料处理精度。     

弹性波叠前逆时偏移

利用弹性波一阶速度—应力方程,采用交错网格高阶有限差分法进行震源波场的模拟和接收波场的逆时外推,并结合了能流密度矢量的互相关成像条件,实现了弹性波叠前逆时偏移,且能很好的消除叠前逆时偏移中的假象干扰.笔者通过一个二层模型和一个金属矿模型进行了叠前逆时偏移成像,结果证明所述方法可以有效地消除假象干扰并能对复杂陡倾角界面进行清晰地成像.     

RVSP弹性波数值模拟及传播特征分析

基于纵波、横波解耦的弹性波高阶有限差分方程和PML吸收边界条件,实现了RVSP观测统中弹性波数值模拟。采用完全弹性波波动方程进行数值模拟,可以得到纵波和横波的混合波场,且波场丰富,符合实际地震波的传播规律。该正演模拟方法纵波、横波自然解耦,产生全波场、纯纵波和纯横波模拟记录。通过对层状介质模型、凹陷模型,以及实际复杂介质模型的RVSP弹性波进行数值模拟,得到各模型不同分量下全波、纯纵波和纯横波的波场,并对弹性波传播特征进行了分析,为下一步的RVSP地震资料处理和解释工作奠定了理论基础。     

弹性波逆时偏移及其成像条件

从弹性波动方程出发,推导了二维各向同性介质情况下弹性波逆时传播的高阶差分格式,实现了弹性波在数值空间中的逆时延拓。从程函方程出发,采用逆时差分格式求取网格空间中各点的直达波旅行时,以此作为弹性波逆时偏移的成像条件(激发时间成像条件),实现多波多分量资料的逆时偏移。文中给出了几个典型模型的理论记录的偏移结果,数值试验表明,逆时偏移能够使地表接收到的波场准确归位,提高资料处理的精度。     

横向各向同性介质中的弹性波方程逆时偏移及其成像条件

作者在本文中导出了在横向各向同性介质情况下，二维弹性波逆时传播的高阶差分格式，实现了弹性波在数值空间中的逆时延拓，从snell定量出发，采用插值法求取网格空间中各点的直达波旅行时，以此作为弹性波逆时偏移的成像条件，实现多波多分量资料的逆时偏移，数值试验表明，逆时偏移能够使地表接收到的波场准确归位，提高资料处理的精度。     

叠前弹性波逆时深度偏移及波场分离技术探讨

这里探讨了Sun和McMechan提出的叠前弹性波标量逆时深度偏移方法,即在地表附近,对地表接收到的弹性波波场分量进行波场逆时延拓,然后分别对在波场延拓过程中通过波场分离得到的纯纵、横波反射波场进行偏移。在模型中,每个网格点的纵、横波成像时间,为震源到该网格点的纵波初至时间。利用纵波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对反射纵波进行逆时延拓和成像,利用横波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对转换横波进行逆时延拓和成像,并在偏移前进行极性校正。然后,在Sun和McMechan偏移成像方法的基础上,提出了直接偏移成像方法,即对地表接收到的弹性波波场分量在整个模型范围内进行波场逆时延拓。在波场延拓过程中,对符合成像条件的网格点进行波场分离、偏移成像和转换波极性校正。最后,通过数值模拟对二种偏移成像方法的结果进行了比较。     

二维矢量地震波场的叠前逆时深度偏移

从矢量波动理论出发，导出了二维弹性波逆时传播的高阶差分格式，实现了弹性波在数值空间中的逆时延拓，采用逆时格式差分求解程函方程，得到网格空间中各点的直达波旅行时，以此作为弹性波逆时偏移的成像条件。实现了二维多波多波多分量资料的叠前逆时深度偏移，数值试验得到了满意结果。     

基于行波分离的VTI介质逆时偏移

现阶段,各向同性介质假设已经不能满足复杂地质构造条件下的成像需求,忽略介质各向异性影响会使速度估计不准确,成像精度降低。为此,笔者从VTI介质一阶速度—应力方程出发,利用Poynting矢量特性对地震波进行方向行波分离,得出了基于上下行波分离的互相关成像条件,并将其应用在复杂VTI介质中。通过层状模型和SEG/EAGE岩丘模型测试验证了该算法的有效性以及在成像上的优越性;另外,当偏移速度不准确时,本文方法仍能够有效压制偏移噪声,成像质量更佳。     

任意广角方程逆时偏移的脉冲响应及模型试算

采用高阶差分法求解任意广角声波方程,推导了各向同性介质中任意广角声波方程叠前逆时深度偏移的差分算子,给出了适用于任意广角声波方程逆时延拓的吸收边界条件和其计算方法,在此基础上实现了任意广角声波方程的高精度逆时延拓。分析了不同模型条件下任意广角声波方程叠前逆时深度偏移的脉冲响应,分析结果表明,任意广角方程逆时偏移算子可压制层间反射波,减少偏移噪声,理论模型的成像结果表明该方法能够对复杂构造模型精确成像。     

Stretching correction for amplitude-preserving vector wavefield reverse-time migration

The migration of multi-wave seismic data is aimed at obtaining the P- and S-wave imaging results of the amplitude preserving. But the P- and S-wave stretching effect produced by the reverse time migration of the elastic wave equation will not only reduce the vertical resolution of the migration results and the amplitude preserving of the large reflection angle. In this paper, the reverse time migration technique of amplitude preserving vector wave-field separating is used. Based on the analysis of the stretch mechanism and the influencing factors of stretch magnitude, the paper gave the stretch correcting factors. Then, realize the stretch correction method at the time that after the reverse extrapolation and before the imaging by solving the problem which is how to calculate the P-wave and Ps-wave propagation directions of imaging points at different times. The stretch correction method can improve the vertical resolution and amplitude fidelity of the imaging results and provide high fidelity input data for seismic data interpretation and inversion.© 2019 China Geology Editorial Office.     

The effects of frequency on the elastic wave velocity in rocks at high temperatures under pressure

P- and S-wave velocities in nepheline basalt, Hamada, as well as diabase, Maryland, were measured experimentally to 1000°C and 2.5 GPa. A remarkable frequency dependence of large velocity-decrease was observed for both P- and S-waves at temperatures above 500°C. Remarkable velocity-characteristics, which cannot be explained by the existing theories, were:

1. (1) Velocities were decreased considerably at 1–3 MHz. Above 3 MHz, samples showed elastic behavior like that of a perfect solid, and below 1 MHz, velocity-decrease decayed gradually.

2. (2) Both P- and S-wave velocities decreased in the same way and almost to the same degree.

3. (3) The higher the temperature, the more remarkably velocities decreased, at least up to the experimental limit temperature.

A hypothesis of the relaxation of stress waves by the fluid-flow in the inclusions is proposed. Examples of geophysical applications are given for the attenuation and travel-time anomalies in the volcanic region and the P- and S-wave velocity-decrease in the upper mantle beneath continents.     

Comparison of wave equation migration in logpolar and elliptic coordinates

We extend Riemannian wavefield extrapolation to pre- and post-stack migration using 2D logpolar coordinate system in order to enhance imaging of subsurface structures with imaging of dipping reflectors and turning waves. The logpolar coordinate is a coordinate system adequate for propagating both the source and receiver wavefields. The logpolar extrapolation wavenumber introduces an isotropic slowness model stretch to the single square root operator that enables the use of Cartesian finite-difference extrapolators for propagating wavefields in logpolar meshes. Wavefield extrapolation in this coordinate does not require any ray tracing at all and it can be readily extended to high-order finite-difference schemes since it is an analytic extrapolation operator. Two migration examples illustrate the advantages of the logpolar coordinate for imaging complex geological structures. We compared results of post- and pre-stack depth migration in logpolar and elliptic coordinate systems and we found that steeply dipping events can be better imaged in logpolar coordinate than in elliptic coordinate.     

几种叠前深度偏移技术效果的对比

在回顾叠前深度偏移发展历程的基础上,概述了当前几类叠前深度偏移方法:克希霍夫积分法、波动方程法、逆时偏移。在分析叠前深度偏移的波场成像方法、适用性、近地表条件敏感性及存在问题的基础上,对比偏移剖面,比较不同偏移方法的成像效果,指出叠前深度偏移的发展方向,为以后的叠前深度偏移的研究提供参考建议。     

地震波逆时偏移中两种成像条件应用效果对比

成像条件是实现地震波场准确成像的关键环节,而优化逆时成像条件在改善逆时成像应用效果中的作用尤为明显。为此,从零井源距和非零井源距脉冲响应出发,系统对比了常规相关法逆时成像条件和基于行波分离法逆时成像条件的逆时偏移脉冲响应波场差异,分析了逆时偏移低波数噪声的成因机理及波场规律,同时以复杂断陷理论模型和SZ工区实际三维地震资料为例,系统对比了两种逆时成像条件的成像应用效果。研究结果表明,采用基于行波分离法逆时成像条件的成像结果能够有效衰减逆时偏移低波数背景噪声,恢复掩盖在这种背景噪声之下的有效地震成像信息,地层细节刻画更加清晰,这可为当前复杂波场和复杂构造高精度地震成像提供方法指导。