地面多分量地震数据P/S波分离的深度学习方法

多分量地震记录P/S波分离是多波地震数据处理的关键技术环节.常规方法大多依据两种波模式视速度或偏振特征的差异,基于信号分析或偏振投影实现模式解耦.在许多实际的地震-地质条件下,这些基于信号特征假设或表层参数模型的P/S波分离方法往往不太有效.为此,本文将各向同性介质条件下的地面多分量地震数据P/S波分离视为非线性的逐点预测问题,借助深度神经网络强大的特征提取能力进行求解.以国际标准模型为基础,提出了创建弹性参数样本库和P/S波分离标签数据集的有效方法.实验表明,丰富的训练样本保证了深度神经网络的泛化性能,在测试数据体上取得了明显优于经典的偏振投影分离方法的处理效果,而且摆脱了对表层介质参数的依赖性,为多分量地震数据反射PP波和PS波成像提供了有效的技术支撑.     

基于海底电缆数据的声弹耦合介质多参数最小二乘逆时偏移（英文）

在海洋地震勘探中,海底电缆技术采集的多分量地震数据,涉及到多参数的反演与成像问题,本文针对海底电缆多分量地震数据提出了一种弹性波多参数最小二乘逆时偏移方法。该方法的波场延拓算子为混合方程,即在海水介质中采用声波方程进行波场计算,而海底固体介质的波场由纵横波形分离的矢量弹性波方程得到。在海底界面中采用声弹耦合控制方程将两种类型的方程结合起来。通过推导纵横波形分离的弹性波偏移算子、反偏移算子和梯度公式实现基于纵横波形分离的弹性波最小二乘逆时偏移方法。通过模型试算证明了该方法能够得到高质量的纵波速度和横波速度分量的成像剖面,相比与传统弹性波最小二乘逆时偏移方法,多参数耦合造成的成像串扰噪音得到了很好地压制。     

多波多分量高斯束叠前深度偏移

本文对基于弹性波动理论的多波多分量高斯束偏移进行了完整且详细的分析和公式推导,实现了3D空间多分量(矢量)波场的直接成像.由于当前多数基于弹性波动方程的偏移方法只是假设应力边界条件为自由地表边界条件,这种假设不符合垂直地震剖面(VSP)和海底电缆(OBC)等地震数据.为此本文详细分析了实际应用中常见的三种弹性各向同性介质模型的应力边界条件:自由空间、海底和自由地表模型.在上行传播假设情况下,获得了应力边界条件与位移边界条件的关系式.在此基础上,准确推导了3D多波多分量高斯束波场延拓和偏移成像公式,并在偏移过程中实现了完整的多波型自动分离.由于常规的互相关成像条件不适用于矢量波场成像,本文引用了散度/旋度互相关成像条件.通过约定PS转换波的正向旋转方向解决了3D空间PS成像极性翻转问题.利用2D和3D模型数据偏移成像验证了我们所提出的多波多分量高斯束偏移方法的可行性.     

角度域弹性波Kirchhoff叠前深度偏移速度分析方法

为提高地震成像结果的准确性并真实反映实际地震波场在介质中的传播特性,应该充分利用多分量地震数据的矢量特征进行弹性波成像,其中,最为棘手的问题是纵横波偏移速度场的确定,为此,本文提出了直接利用多分量地震数据进行弹性波角度域偏移速度分析的方法.基于空移成像条件的弹性波Kirchhoff偏移方程提取了弹性波局部偏移距域共成像...     

井间透射-反射波场分离方法及应用

近十几年来,井间地震在石油勘探领域发挥着重要作用.然而井间地震波极其复杂,给同相轴拾取、层析成像、偏移成像等工作带来了困难.因此,波场分离成为井间地震数据处理的一项重要内容.目前,不少学者研究了井间上下行波分离,纵横波分离等多种方法,但尚未出现相关文献研究透射波和反射波的分离方法.本文根据井间透射波和反射波在不同道集(共炮点集或共接收点集)中视速度极性的差异,首次提出了一种"透射.反射"波场分离方法.该方法首先在不同道集中利用τ-p变换进行视速度分离,得到反射上行波、反射下行波、透射上行波、透射下行波四个波场,然后选择对应的波场叠加,从而得到透射波和反射波.其中,透射波为井间层析成像提供了相对清晰的初至同相轴,尤其是横渡初至同相轴,以便进行到时提取;所得反射波为井中偏移成像提供了可靠的反射波数据,比人工切除透射波方法更为准确有效.本文通过理论模型试验和实际数据处理,证明了该方法的有效性和实用性.此外,在本文基础上,再进行纵横波分离处理可以得到更多的波场分量,为井间成像提供更有效的数据.     

频率-波数域递推计算海底多分量地震记录中的反射系数

在频率-波数域中采用解析法,解出多层条件下海底实测的多分量地震数据分解成上行和下行P波和S波的算法,导出海底各层地震反射系数随入射角变化(简称RVA)的递推计算公式,为海底多波多分量AVO弹性参数的反演及流体因子预测提供基础数据.合成数据的计算结果表明,本文给出的算法能较可靠地从海底多波多分量记录中提取RVA信息.     

三维各向异性TI介质中的P/S波快速解耦技术及在弹性波逆时偏移中的应用

随着多分量采集技术的发展,弹性波逆时偏移技术在三维各向异性介质复杂地质构造成像中得到了广泛的应用.然而耦合的P波场和S波场,会在传播过程中产生串扰噪声,降低弹性波逆时偏移的成像精度.为了解决这一问题,本研究针对具有倾斜各向异性对称轴的三维横向各向同性(Transverse Isotropy, TI)介质,提出了一种矢量弹性波场快速解耦方法,可以有效提高偏移剖面的成像质量.该方法首先通过坐标转换,将观测系统坐标系的垂直轴旋转到TI介质的对称轴方向,在新坐标系下,根据具有垂直对称轴的三维横向各向同性(Vertical Transverse Isotropy, VTI)介质中的分解算子,推导出三维TI介质解耦算子表达式.接着引入一种在空间域快速计算分解波场的方法,来实现空间域矢量P波场和S波场分离,极大地提高了计算效率.最后,通过点积成像条件,将提出的P/S波分解方法引入到三维TI介质弹性波逆时偏移中,得到高精度的PP和PS成像.与以往的波场分解方法相比,本文方法具有数值稳定和计算效率高的特点.数值算例表明,应用上述三维TI分解算子得到的偏移剖面有效压制了噪声,提高了成像质量.     

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.     

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。     

单分量地面记录地震波场分离的非线性滤波方法研究

单分量反射地震勘探地面记录的垂直位移分量uz应表示为纵波位移分量uPz和横波位移分量uSz之和.对反射地震数据进行精确处理必须从垂直位移分量uz中分离出独立的纵波位移分量uPz和横波位移分量uSz或者其他的波场分量,例如瑞雷波.现有的地面记录的纵横波分离方法建立在多分量记录基础上,而分离瑞雷波是基于波传播视速度差异的特性,其中隐含了数据观测面是弹性自由边界的假设,这和实际的地面观测条件是有差别的.文中设地面为一非弹性自由边界,利用非弹性自由边界面上的应力条件,给出了从单分量垂直位移记录uz中分离纵波垂直位移分量uPz和横波垂直位移分量uSz的非线性滤波方法.当边界为自由弹性时,该非线性滤波退化为线性视速度滤波.最后讨论了该滤波方法用于反射纵波和频散瑞雷波场分离的可能性.     

基于纵横波解耦的三维弹性波逆时偏移

纵横波波场分离是弹性波偏移方法的必要条件,通过纵横波成像的差异可以获取更多地下介质的信息.目前所用的纵横波波场分离方法多采用Helmholtz分解,这样得到的波场不仅物理意义发生了变化,振幅和相位也会发生改变.本文采用纵横波解耦的弹性波方程,将其应用于三维介质,对比分析了纵横波解耦方法相对传统Helmholtz分解方法在相位、振幅上的优势.将该解耦的波场分离方法应用于弹性波逆时偏移,能得到相位、振幅和物理意义不受改变的偏移结果.但是该解耦方法分离得到的纵横波波场均为矢量场,将该波场分离方法用于弹性波逆时偏移,还需要解决矢量场如何得到标量成像结果的问题.本文引入了Poynting矢量,通过Poynting矢量对矢量波场进行标量化,这样就能得到保振幅、相位,且无极性反转的标量PP和PS成像结果.同时针对S波Poynting矢量求取不准确的问题,采用拟S波应力场和S波速度场得到了更加准确的S波Poynting矢量.理论计算证明了本文采用的3D波场解耦的矢量波场分离方法的正确性和引入Poynting矢量对矢量波场进行标量成像的有效性.     

DECOMPOSITION OF MULTICOMPONENT SEISMIC DATA INTO PRIMARY P- AND S-WAVE RESPONSES1

Inversion of multicomponent seismic data can be subdivided in three main processes: (1) Surface-related preprocessing (decomposition of the multicomponent data into ‘primary’ P-and S-wave responses). (2) Prestack migration of the primary P- and S-wave responses, yielding the (angle-dependent) P-P, P-S, S-P and S-S reflectivity of the subsurface. (3) Target-related post-processing (transformation of the reflectivity into the rock and pore parameters in the target). This paper deals with the theoretical aspects of surface-related preprocessing. In a multicomponent seismic data set the P- and S-wave responses of the subsurface are distorted by two main causes: (1) The seismic vibrators always radiate a mixture of P- and S-waves into the subsurface. Similarly, the geophones always measure a mixture of P- and S-waves. (2) The free surface reflects any upgoing wave fully back into the subsurface. This gives rise to strong multiple reflections, including conversions. Therefore, surface-related preprocessing consists of two steps: (1)Decomposition of the multicomponent data (pseudo P- and S-wave responses) into true P- and S-wave responses. In practice this procedure involves (a) decomposition per common shot record of the particle velocity vector into scalar upgoing P- and S-waves, followed by (b) decomposition per common receiver record of the traction vector into scalar downgoing P- and S-waves. (2) Elimination of the surface-related multiple reflections and conversions. In this procedure the free surface is replaced by a reflection-free surface. The effect is that we obtain ‘primary’ P-and S-wave responses, that contain internal multiples only. An interesting aspect of the procedure is that no knowledge of the subsurface is required. In fact, the subsurface may have any degree of complexity. Both the decomposition step and the multiple elimination step are fully determined by the medium parameters at the free surface only. After surface-related preprocessing, the scalar P- and S-wave responses can be further processed independently by existing scalar algorithms.     

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.     

A method of directly extracting multiwave angle-domain common-image gathers

Angle-domain common-image gathers (ADCIGs) can provide an effective way for migration velocity analysis and amplitude versus angle analysis in oil–gas seismic exploration. On the basis of multi-component Gaussian beam prestack depth migration (GB-PSDM), an alternative method of directly extracting multiwave ADCIGs is presented in this paper. We first introduce multi-component GB-PSDM, where a wavefield separation is proceeded to obtain the separated PP- and PS-wave seismic records before migration imaging for multiwave seismic data. Then, the principle of extracting PP- and PS-ADCIGs using GB-PSDM is presented. The propagation angle can be obtained using the real-value travel time of Gaussian beam in the course of GB-PSDM, which can be used to calculate the incidence and reflection angles. Two kinds of ADCIGs can be extracted for the PS-wave, one of which is P-wave incidence ADCIGs and the other one is S-wave reflection ADCIGs. In this paper, we use the incident angle to plot the ADCIGs for both PP- and PS-waves. Finally, tests of synthetic examples show that the method introduced here is accurate and effective.     

Elastic reverse-time migration based on amplitude-preserving P- and S-wave separation

Imaging the PP- and PS-wave for the elastic vector wave reverse-time migration requires separating the P- and S-waves during the wave field extrapolation. The amplitude and phase of the P- and S-waves are distorted when divergence and curl operators are used to separate the P- and S-waves. We present a P- and S-wave amplitude-preserving separation algorithm for the elastic wavefield extrapolation. First, we add the P-wave pressure and P-wave vibration velocity equation to the conventional elastic wave equation to decompose the P- and S-wave vectors. Then, we synthesize the scalar P- and S-wave from the vector Pand S-wave to obtain the scalar P- and S-wave. The amplitude-preserved separated P- and S-waves are imaged based on the vector wave reverse-time migration (RTM). This method ensures that the amplitude and phase of the separated P- and S-wave remain unchanged compared with the divergence and curl operators. In addition, after decomposition, the P-wave pressure and vibration velocity can be used to suppress the interlayer reflection noise and to correct the S-wave polarity. This improves the image quality of P- and S-wave in multicomponent seismic data and the true-amplitude elastic reverse time migration used in prestack inversion.     

基于井下摆天然地震数据测量首都圈近地表波速结构

收集了首都圈数字化地震遥测台网58个井下摆2003-2008年记录的102次M≥3.0地震的数据.通过鉴别直达波及对应地表反射波的波形,发现两者到时差与震中矩和方位角无关.基于斯涅尔定律,分析获得了这些台站上方厚约300 m浅地表土层P波和S波平均速度结构以及波速比.结果表明,首都圈区域近地表P波和S波平均速度分别约为...     

对多分量地震资料P-和SV-波场分解

在多分量地震勘探资料中,水平和垂直分量都记录有P波和SV波。本文研究了P波和SV波波场分解的方法。当上行P波和S波分别入射时,通过研究它们引起的水平和垂直位移,把地震记录的水平和垂直分量进行分解,得到纵波和转换波;在已知海底介质中纵横波速度和介质密度的情况下,可以在τ-P域内实现波场分解,然后变换到时间域,得到时间域内的纵波和转换波剖面。把本文研究的波场分解方法应用于合成资料,能够有效地分解得到纵波波场和转换波波场。最后,海上多分量实际资料的实例应用表明,本文研究的波场分解方法是可行有效的。本方法也适用于自由表面的资料。     

六种不同煤阶煤的品质因子特征

通过6种不同煤阶煤的弹性测试,分析了煤岩变质程度（以镜质组最大反射率表示）与煤岩品质因子之间的关系;在此基础上,进一步分析了煤岩速度与品质因子之间的关系及纵波与横波品质因子的各向异性特征.研究发现：煤岩镜质组最大反射率与纵波、横波品质因子均存在良好的线性相关性;垂直层理方向的波速与品质因子存在良好的线性关系,好于走向与倾向方向;垂直层理方向的纵波与横波品质因子线性相关,相关系数可达93.5%;煤岩的三方向品质因子存在各向异性,且强于速度的各向异性.通过横波品质因子与纵波品质因子间相互换算的理论公式计算结果与实验室实测结果的对比,证明了该理论公式的可靠性,误差小于10%,为多分量转换波的吸收衰减补偿提供了理论依据.     

地震环境噪声成像中的地形影响校正

以传统地震环境噪声面波成像方法研究地壳速度结构时,在一些极端的地形条件下,结果与真实结构会存在较大偏差.我们以地震波场三维正演模拟为基础,提出了一种地形校正方法.我们保留了传统噪声面波成像简单的两步反演法,在面波层析成像和一维速度结构反演的基础上,通过地震波场三维模拟近似估计地形和散射波场的影响,并据此校正瑞利波频散曲线,最终反演得到校正地形影响的S波速度结构.理论测试与在实际观测数据上的应用都证明了校正方法的有效性,同时也显示了地形校正的必要性.     

陆上纵波源VSP资料中的纯横波

常规陆上VSP(Vertical Seismic Profiling)勘探普遍采用纵波震源激发,三分量检波器接收,主要利用的是纵波和转换横波信息。已有的研究表明,炸药震源在井下激发、可控震源在地面垂向振动,均会产生较强的纯纵波和一定强度的纯横波;泊松比差别较大的分界面有利于形成较强的透射转换横波。本文通过对激发形成的纯横波和下行转换形成的横波进行对比分析,认为纯横波的主频往往低于纯纵波的主频,而下行转换横波的主频通常接近纵波的主频。本文分别对两个陆上纵波源零偏和非零偏VSP资料进行分析,结果表明这些资料中普遍存在纯横波,只是横波的强弱存在不同程度的变化。利用纵波源零偏VSP资料,可以获得横波速度信。最后对VSP纵波和横波联合应用前景进行了分析,应该充分利用纵波源VSP资料中的横波信息。