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.     

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.     

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。     

基于黏声介质的角度域高斯束逆时偏移方法研究

高斯束逆时偏移是一种兼具计算效率和成像精度的深度域成像方法,能够面向目标成像.地下介质中黏滞性普遍存在,利用传统各向同性或完全弹性的成像方法处理黏滞性探区的数据会降低分辨率,并导致成像位置不准确和振幅欠估计等问题.本文在高斯束逆时偏移的基础上,通过对震源点和检波点处的波场进行衰减补偿,并结合高斯束求解时的角度信息,实现了黏声介质角度域高斯束逆时偏移方法.最后通过模型和实际资料试算对本文方法的正确性和适用性进行了验证.试算结果表明:相比于声波高斯束逆时偏移,本文方法能够对黏滞性引起的吸收衰减进行有效补偿,同时提取的角度域共成像点道集(ADCIGs)不仅可以用于分角度叠加成像压制成像噪声,而且能够为后续的偏移速度分析提供支撑.     

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.     

深水崎岖海底地震数据成像方法与应用

本文针对深水崎岖海底地震数据深部成像困难的问题,讨论了波动方程叠前深度域保幅偏移的基本理论,利用数值模型验证了波动方程叠前深度域保幅偏移算法的保持振幅特性,给出了该方法与非保幅偏移方法对于复杂构造成像精度的对比,证明了保幅偏移方法可以提高复杂构造的成像精度.本文还将波动方程叠前深度域保幅偏移算法应用到实际资料的处理中,处理结果表明该方法能够有效消除崎岖海底对深部地层的影响.     

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.     

各向异性弹性波动方程多分量联合叠后逆时偏移

为了更好地描述地下介质的各向异性特性,实现准确的波场成像,开展了各向异性介质逆时偏移研究。采用高阶交错网格有限差分法推导出各向异性弹性波动方程叠后逆时深度偏移方程,证明各向异性介质向各向同性介质转化的条件,并研究Thom son参数对弹性波场的影响,合成了各向同性介质和各向异性介质多分量零偏移距剖面,实现了多分量模拟记录联合叠后逆时偏移。计算结果表明,能够准确地实现多分量波场叠后逆时成像,使地质层位中的断层、断点等目标成像清晰准确,且偏移成像精度较高,因此各向异性逆时偏移法是一种高精度的深度域偏移成像方法,可以指导实际天然地震资料和人工地震资料的数据处理。     

基于匹配追踪分解和tau-p域拾取的快速高斯束偏移方法

交互式的速度分析是复杂构造探区速度模型建立的一种有效方法,为了使不同的速度模型在短时间内得到检测和标定,本文基于匹配追踪分解算法和tau-p域同相轴拾取技术,发展了一种快速叠前深度域高斯束偏移方法.根据tau-p域地震同相轴的振幅特征,本文采用匹配追踪算法对地震记录进行时间和空间上地稀疏分解,并将分解的时频原子应用于高斯束偏移,以达到压缩地震数据和提高偏移速率的目的.模型试算和实际资料处理结果表明:本文方法不仅能够对地下复杂构造和高陡反射面清晰成像,而且可使叠前地震数据压缩近数十倍,使深度域偏移的计算效率提高一个数量级以上.     

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。     

VTI介质角度域转换波高斯束偏移成像方法研究

转换波偏移可以利用纵横波波场信息,得到高分辨率的成像结果,从而为油藏描述提供高质量的地震资料.目前的研究主要是利用纵波波场信息进行偏移成像,然而,传统的纵波方法在复杂探区成像时具有一定的局限性.为此,本文在各向异性介质声波射线追踪算法的基础上,推导出各向异性介质转换波射线追踪方程,发展了一种转换波射线追踪算法;并将研究的追踪算法应用到偏移成像中,提出了一种各向异性VTI介质角度域转换波高斯束偏移成像方法.通过各向异性VTI介质断块模型和复杂构造模型试算,说明了本文方法的正确性和有效性.模型试算的结果表明,在考虑地下各向异性时,本文研究的方法具有更好的成像效果,提取的角道集结果可以为偏移速度分析提供依据.     

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.     

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.     

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.     

叠前地震数据特征波场分解、偏移成像与层析反演

本文提出了一套叠前地震数据稀疏表达(特征波场合成)、深度偏移成像和层析成像的处理流程.不同于传统的变换域中的数据稀疏表达理论,本文利用局部平面波的传播方向(慢度矢量),在中心炮检点处同时进行波束合成,从而将地震数据投影到局部平面波域(高维空间)中.由于波束合成后的地震数据描述了局部平面波的方向特征,因此称之为特征波场.然而波束合成算法需要估计局部平面波的慢度矢量.当地震数据受噪声干扰时,难以在常规τ-p谱中自动估计局部平面波的射线参数(慢度矢量).本文提出了基于反演理论的特征波场合成方法,可以同时反演局部平面波及其传播方向,从而提高特征波合成的自动化程度并保持方法的稳健性.通过特征波场合成,可以将地震数据分解为单独的震相(波形).这样的数据可以直接用来成像及反演.在局部平面波域中,由于局部平面波的入射与出射射线参数已知,传统的Kirchhoff叠前深度偏移(PSDM)和高斯束/控制束PSDM可以实现从"沿等时面的画弧"到"向反射点(段)的直接投影"的转变,叠前偏移的效率以及成像质量可以同时提高.此外,特征波场与地下反射点(段)的一对一映射关系使得叠前深度偏移与层析成像融为一体,可以极大地提高速度反演的效率.数值试验证明了特征波场合成、叠前深度成像以及层析反演的有效性.     

Multiwave velocity analysis based on Gaussian beam prestack depth migration

Prestack depth migration of multicomponent seismic data improves the imaging accuracy of subsurface complex geological structures. An accurate velocity field is critical to accurate imaging. Gaussian beam migration was used to perform multicomponent migration velocity analysis of PP- and PS-waves. First, PP- and PS-wave Gaussian beam prestack depth migration algorithms that operate on common-offset gathers are presented to extract offset-domain common-image gathers of PP- and PS-waves. Second, based on the residual moveout equation, the migration velocity fields of P- and S-waves are updated. Depth matching is used to ensure that the depth of the target layers in the PP- and PS-wave migration profiles are consistent, and high-precision P- and S-wave velocities are obtained. Finally, synthetic and field seismic data suggest that the method can be used effectively in multiwave migration velocity analysis.     

几类叠前深度偏移方法的研究现状

叠前深度偏移是解决复杂地质构造成像的有力手段,关于叠前深度偏移方法的研究一直是勘探地球物理研究的热点和难点。本文在收集、整理国内外有关研究资料的基础上,有选择地对若干类型方法研究背景及现状、基本原理及方法特点等进行分析,目的在于作为研究工作的起点,把握叠前深度偏移方法的发展趋势,以期生成适合我国复杂油气储集特点的地震成像方法及技术手段。     

基于成像射线的偏移剖面和速度时深转换评述

深度域地震波速度模型是地震勘探中最重要的参数之一,是获得精确深度域偏移剖面的基础.本文基于成像射线的概念,阐述了时间偏移域和深度域之间的关系,明确了时间偏移后的像点是通过成像射线与深度域的散射点联系起来的.在有横向变速的情况下,时间偏移剖面需要经过时深转换才能真实反映深度域层位,同样,从时间偏移剖面上提取的速度也需要经过时深转换才能得到深度域的速度.与前者不同的是,在速度的时深转换中,不仅速度的位置需要改变,且其数值也需要进行校正.该校正因子有几种等价的描述形式：度规量、速度扩散因子和几何扩散因子.