VSP直达波和反射波波动方程走时联合反演

地面资料全波形反演采用低波数回折波敏感核和高波数偏移等时线恢复地下模型的长波长和短波长分量.当回折波的穿透深度有限时,很容易陷入局部极值.波动方程反射波走时反演采用反射波的透射敏感核更新速度模型.当浅层速度存在较大误差时,仍无法得到满意的反演结果.VSP资料中直达波是一种透射波,穿透深度大,可用于井旁背景速度场建模.本文发展了针对VSP观测方式的波动方程走时联合反演(直达波和反射波)方法.采用全局优化参数反演法实现VSP上下行波和纵横波分离,构建了基于下行直达波和上行反射波走时残差的混合目标函数,推导了相应的伴随状态方程和梯度公式,给出了背景速度和反射系数分步反演流程.理论和实际VSP资料应用表明：直达波和反射波走时联合反演可以得到运动学特征精确的速度模型,为后续全波形反演提供可靠的初始模型;联合反演比单独直达波/反射波走时反演的精度高,比直达波和反射波走时级联反演的耗时少.     

基于反射地震数据的时频域包络反演

包络信号含有丰富的低频分量,即使在地震数据缺失低频条件下,包络目标函数也能有效缓解全波形反演的周期跳跃现象.但是,当初始速度模型较为平滑时,观测数据中的反射地震事件在模拟数据中没有与之相对应的波形,导致包络反演初期无法很好地利用反射波信号进行速度建模.本文提出基于反射地震数据的时频域包络反演方法,通过结合反射波全波形反演理论,构建反射波时频域包络目标函数,来提高包络反演的速度建模精度.本文首先利用Gabor变换获取时频域地震数据,并提取振幅信息,即为时频域包络信号.然后,推导反射波时频域包络反演的伴随震源和梯度算子.Marmousi模型数据测试结果表明,基于反射地震数据的时频域包络反演方法可以为全波形反演提供一个较好的初始速度模型.     

基于反射地震数据的时频域包络反演

包络信号含有丰富的低频分量,即使在地震数据缺失低频条件下,包络目标函数也能有效缓解全波形反演的周期跳跃现象.但是,当初始速度模型较为平滑时,观测数据中的反射地震事件在模拟数据中没有与之相对应的波形,导致包络反演初期无法很好地利用反射波信号进行速度建模.本文提出基于反射地震数据的时频域包络反演方法,通过结合反射波全波形反演理论,构建反射波时频域包络目标函数,来提高包络反演的速度建模精度.本文首先利用Gabor变换获取时频域地震数据,并提取振幅信息,即为时频域包络信号.然后,推导反射波时频域包络反演的伴随震源和梯度算子.Marmousi模型数据测试结果表明,基于反射地震数据的时频域包络反演方法可以为全波形反演提供一个较好的初始速度模型.     

三维复杂层状介质中多震相走时联合反演成像

采用新近提出的改进型不规则最短路径多次波射线追踪正演技术,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘最优化反演问题,讨论了三维复杂层状模型中利用多震相走时资料进行联合反演成像的技术方法.考虑到不同震相种类走时的拾取误差不同,反演算法中引入了不同震相种类数据的权系数;另外,考虑到同时反演速度模型和反射界面起伏中不同参数变化对...     

二维复杂层状介质中地震多波走时联合反演成像

采用新近提出的多次波射线追踪正演算法,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘最优化反演问题,分析讨论了利用多震相走时资料进行联合反演成像的方法及技术.考虑到不同震相走时的拾取误差不同,反演算法中引入了不同震相种类数据的权系数; 由于同时反演速度模型和反射界面起伏中不同模型参数变化对走时影响程度的不同, Jacobi偏导矩阵元素中引入了不同参数的归一化因子; 另外,为了克服射线密度过大(或过小)区域速度模型的过度(或欠)更新问题,反演算法中引入了等权射线密度的概念.几种数值模拟实例表明(含噪声敏感性试验): 多波走时的联合或同时反演成像技术是一种提高走时成像空间分辨率,进而降低重建模型失真度行之有效的方法.     

考虑水层鸣震的海底多分量数据转换波走时反演方法

海底多分量地震数据在完成上-下行P/S波分离之后,基本消除了检波器端的多次波信号,但仍受到一些源端多次波的干扰.在浅水(水深在500 m以内)、软海底环境下,经海底与海面各反射一次的水层鸣震因能量较强,对反射波偏移成像与速度分析造成极大的困扰.就横波速度分析而言,含源端水层鸣震的PPS波对一次转换PS波形成主导性干扰.本文从走时反演的视角,基于声波方程建立描述PS波和PPS波的Born模拟算子,提出同时拟合这两种S波震相的反射走时反演方法及相应的梯度预条件技术.合成数据实验表明,该方法可克服源端强水层鸣震的影响,改善转换波走时拟合条件,提高横波速度反演精度.     

反射波走时人机交互多域拾取方法及软件设计

地震反射走时拾取是反射走时层析成像的首要环节。本文提出一种基于共炮点域、共检波点域、共中心点域、共偏移距域的多域人机交互反射波走时拾取方法。通过分析地震记录在不同域的特征,选择最佳的域进行反射波同相轴的拾取,在人机交互的环境下采用人工和计算机相结合,提高拾取的准确度和效率。利用Qt语言编程实现了地震资料的多域显示及反射波走时多域人机交互拾取软件。合成地震记录和实际地震资料的走时拾取结果表明,该软件操作灵活方便,对复杂地震资料的反射波走时拾取取得良好效果。      

华北北部不同构造单元地壳速度模型——均匀分层介质反射波走时反演的结果

从广义反演理论出发,对多层反射波的走时联合反演,可以同时获得所有的各层速度及厚度参数。其优点是在不需要把问题线性化过程的同时,统一考虑了各层反射波走时的离散对整个地壳模型的影响,又可兼顾观测数据的不同误差分布。本文将该方法进行了数值模拟并应用于华北北部的几个不同构造单元,反演得出了其反射P波速度结构,并与正演结果进行了对比。     

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.     

一种改进的地震反射层析成像方法

针对复杂介质的地震反射走时层析成像存在数据拾取困难问题，本文提出了一种新的地震反射层析成像速度模型建立方法，该方法用速度和地震射线走时描述模型，用地震反射波走时、地震波在源点和接收点处的传播方向信息反演模型.为提高反演的稳定性和计算效率，引入了Hamilton函数描述射线，在相空间计算反演所需的射线路径和目标函数对模型参数的导数，对理论模型和实际地震资料进行了试算，试算表明该方法对复杂介质具有较强的适应能力.     

弹性矢量波成像域联合层析反演

在地震弹性矢量波场框架下,推导了多波联合层析速度反演方程以及走时残差与角道集剩余曲率的转换关系式,提出了一种利用成像域角道集更新P波、S波速度的走时层析反演方法.其实现过程可以概括为:将弹性波多分量数据作为输入,基于高斯束实现矢量波场成像并提取角道集,利用层析反演方程求解慢度更新量,最终获得多波联合反演结果.模型试算和实际资料处理验证了该方法的反演效果,能够为弹性矢量波联合深度偏移提供高质量的叠前速度场.     

The form of the reflection operator and extended image gathers for a dipping plane reflector in two space dimensions

The reflection operator for a simple flat‐lying interface can be thought of as the set of all its plane‐wave reflection coefficients or as the set of virtual surveys with sources and receivers along the interface. When there is dip, however, it is necessary to include the varying effects of propagation between the virtual‐survey level and the interface. Hence, step one in this paper is to derive the reflection operator for a dipping plane interface as observed at a datum level some distance away. The key assumption is that the aperture at the datum level is sufficient to characterize the reflector properties around a particular point. This translates into an assumption that the dip is moderate, though no explicit small‐angle approximation is required. The second step is to find the apparent reflection operator that would relate data that have been extrapolated from the datum towards and possibly beyond the reflector using an assumed migration velocity. This apparent reflection operator is closely related to extended common‐image gathers. The apparent reflection operator may be analysed asymptotically in terms of rays and other signals, shedding light on the structure of extended image gathers. In keeping with the virtual‐survey idea, the results are considered in a subsurface space‐time or slowness‐time domain at various extrapolation levels around the interface. An important distinction is drawn between using subsurface midpoint‐offset coordinates and the wavefield coordinates of the incident and reflected waves. The latter reveal more clearly the effects of dip, because they lead to a more asymmetric apparent reflection operator. Properties such as an up‐dip shift of a traveltime minimum and its associated curvature theoretically provide information about the reflector location and dip and the migration‐velocity error. The space‐time form of the reflection operator can be highly intricate around the offset‐time origin and it was described for a simple flat interface in a background paper. To avoid a layer of mathematics, the reflection‐operator formulas presented here are in the intermediate space‐frequency domain. They are analysed by considering their stationary‐phase and branch‐point high‐frequency contributions. There is no Born‐like assumption of weak reflector contrast and so wide‐angle, total reflection and head‐wave effects are included. Snell’s law is an explicit part of the theory. It is hoped that the work will therefore be a step towards the goal of unifying amplitude‐versus‐offset, imaging and waveform inversion.     

Image‐domain wavefield tomography with extended common‐image‐point gathers

Waveform inversion is a velocity‐model‐building technique based on full waveforms as the input and seismic wavefields as the information carrier. Conventional waveform inversion is implemented in the data domain. However, similar techniques referred to as image‐domain wavefield tomography can be formulated in the image domain and use a seismic image as the input and seismic wavefields as the information carrier. The objective function for the image‐domain approach is designed to optimize the coherency of reflections in extended common‐image gathers. The function applies a penalty operator to the gathers, thus highlighting image inaccuracies arising from the velocity model error. Minimizing the objective function optimizes the model and improves the image quality. The gradient of the objective function is computed using the adjoint state method in a way similar to that in the analogous data‐domain implementation. We propose an image‐domain velocity‐model building method using extended common‐image‐point space‐ and time‐lag gathers constructed sparsely at reflections in the image. The gathers are effective in reconstructing the velocity model in complex geologic environments and can be used as an economical replacement for conventional common‐image gathers in wave‐equation tomography. A test on the Marmousi model illustrates successful updating of the velocity model using common‐image‐point gathers and resulting improved image quality.     

三维VSP数据高效偏移成像的超道集方法

当前的三维VSP地震数据偏移成像实现都是在共炮点道集或共检波点道集中逐个道集循环进行的,计算效率相对较低.根据三维VSP观测系统中炮点和检波点布置的特殊性和地震波场满足线性叠加的特性,本文提出了一种三维VSP数据的高效偏移成像方法,即首先通过对三维VSP共接收点道集进行地震数据的广义合成得到一种超道集,然后在共接收点道集的波场深度外推过程中逐步应用多震源波场对超道集进行偏移成像,即利用一次波场深度外推循环完成对所有共检波点道集数据的偏移成像.通过三维VSP模型数据与实际地震数据的偏移成像试验验证了这种高效的超道集偏移成像方法可取得与常规共检波点道集相当的偏移成像效果,还具有极高的计算效率,其计算量与单个共检波点道集的偏移成像计算量相当.     

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...     

角度域剩余深度对剩余速度的敏感性分析

本文针对地震勘探深度域偏移速度建模研究,利用角度域共成像点道集(ADCIGS)建立了以剩余速度为自变量,剩余深度为目标函数的关系式,及目标函数的梯度公式.利用导出的两个公式分别对剩余深度与剩余速度的关系进行了定量分析.通过理论分析和模型试算证明初始速度模型的误差具有方向敏感性,即正误差较负误差对速度建模迭代收敛更敏感.利用此结论进行深度域速度建模既可以提高计算效率也可以提高建模精度.     

地震数据的反射波动方程最小二乘偏移

基于反射波动方程,本文提出了一种估计地下反射率分布的地震数据最小二乘偏移方法.高频近似下,非齐次的一次反射波动方程的源项是由反射率与入射波场的时间一阶导数相互作用产生的.根据反射波动方程,利用线性最小二乘反演方法由地震反射数据重建出地下产生反射波的反射源,再结合波场正演计算出的地下入射波场,得到地下反射率分布的估计.在地下反射源的线性最小二乘反演重建中,我们采用迭代求解方法,并以地震波的检波器单向地下照明强度作为最小二乘优化问题中Hessian矩阵的近似.     

Combined structure and velocity stacks via the tau–p transform

Reflection and refraction data are normally processed with tools designed to deal specifically with either near- or far-offset data. Furthermore, the refraction data normally require the picking of traveltimes prior to analysis. Here, an automatic processing algorithm has been developed to analyse wide-angle multichannel streamer data without resorting to manual picking or traveltime tomography. Time–offset gathers are transformed to the tau–p domain and the resulting wavefield is downward continued to the depth–p domain from which a velocity model and stacked section are obtained. The algorithm inputs common-depth-point (CDP) gathers and produces a depth-converted stacked section that includes velocity information. The inclusion of long-offset multichannel streamer data within the tau–p transformation enhances the signal from high-velocity refracted basalt arrivals. Downward continuation of the tau–p transformed wavefield to the depth–p domain allows the reflection and refraction components of the wavefield to be treated simultaneously. The high-slowness depth–p wavefield provides the velocity model and the low-slowness depth–p wavefield may be stacked to give structural information. The method is applied to data from the Faeroe Basin from which sub-basalt velocity images are obtained that correlate with an independently derived P-wave model from the line.     

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.     

井间地震物理模拟研究

井间地震资料具有极高的分辨率,但是,其波场十分复杂,特别是有效一次反射波场能量较弱,且往往被管波等强相干干扰淹没,波场的识别与分离难度较大.地震物理模拟技术是认识复杂地震波场的有效手段.我们通过单一地质体模型、复杂地质体模型和真实井间模拟模型等多种逼真地质模型的物理模拟,揭示了井间地震观测下直达波、透射波、反射波、折射波,多次波和导波等各类波型的特征.物理模拟试验表明,在炮检域平面上分析直达波的信噪比与能量分布,可以使处理人员对旅行时的误差有更直观的认识.所以识别初至与拾取旅行时间时,不仅要在共震源点道集(CSG)上分析拾取,而且还要在共炮检距道集(COG)上分析拾取,这样就提高了直达波识别的可靠性与拾取时间的精度.