基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移

针对接收函数正演与偏移, 本文采用波动方程有限差分算法. 借鉴成熟的勘探地震学方法, 引入等效速度概念, 建立接收函数转换波与地震勘探反射波的等效走时方程, 实现了基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移. 数值计算表明, 波动方程有限差分叠后偏移方法可以对点绕射和穹隆构造模型实现高精度成像. 本文利用数值计算讨论了波动方程有限差分叠后偏移与Kirchhoff叠后偏移对于接收函数偏移的适用性, 还对偏移过程中速度模型的误差进行了分析.     

串联边界值偏移

本文提出串联边界值偏移。它是基于完全标量波动方程的反向时间外推。这个新方法适于纵向和横向速度变化。偏移的倾角是没有限制的。即使到90°的断层也能很好偏移。同相轴可以在不同深度同时成象。所建议的是一个无条件稳定的有限差分格式。它是Von Neumann格式的变形。此格式可由计算机有效地执行。当把串联的概念应用于边界值偏移,可以很容易达到速度的变化和成象的精确。在计算的过程中,使用在任何时刻地表所接收到的波场进行逆时外推直到时间为零时成象就形成。令由较低速度的偏移每一次输出为另一个阶段偏移的输入,就把偏移串联起来,为了消除边界效应,把吸收边界条件应用于偏移区域网格的左边、右边和底边使用此有限差分算法可得到更好的偏移剖面。     

双平方根波动方程偏移速度分析

传统的剩余校正（RMO）偏移速度分析方法基于走时原理,在陡倾角和欠照明地区,因为不能得到充分的角度域信息而失效.本文将展示一种基于波场延拓理论的偏移速度分析方法,即波动方程偏移速度分析（WEMVA）.这种方法先利用成像优化方法获得剩余成像,再利用剩余成像反演剩余速度.此类方法继承了波动方程偏移方法的优点和缺点.波动方程偏移速度分析是一种线性反演方法,它要求对Born近似的展开序列作一阶截断.高阶部分的丢失必然带来巨大的截断误差,因此剩余成像必须也进行线性化,以适应大速度扰动和大延拓步长.因此,在此类算法中,剩余成像的获取和线性化是偏移速度分析的关键.在叠前偏移算子中,因为双平方根算子的数学表达式更为简洁,所以本文基于对波动方程偏移速度分析初步讨论,并通过模型验证其原理.     

任意广角波动方程深度偏移参数优化分析

强横向变速和陡倾角介质的成像问题是地震偏移成像的难点.本文在频率-空间域利用有限差分高阶分裂法求解任意广角波动方程实现了地震偏移成像.试验表明,参考速度的选取是影响成像精度的关键因素.脉冲响应测试表明通过优化参数任意广角波动方程能够以较低阶的方程获得较大的偏移角度.Marmousi模型数据叠前深度偏移试验表明,该方法能...     

双复杂条件下带误差补偿的频率空间域有限差分法叠前深度偏移

油气勘探的重点正转向复杂地表条件和复杂地质条件的区域.双复杂条件下的叠前深度偏移方法是解决复杂地表条件和复杂地质构造成像的有效手段,基于"逐步累加"的"直接下延"法和"波场上延"法都是解决复杂地表成像的有效手段.波动方程的频率空间域有限差分深度偏移对介质速度横向变化有较强的适应性,适宜于复杂构造的偏移成像.然而,频率-空间域有限差分法求解时引入的误差影响了成像的质量,我们用了带误差补偿的频率-空间域有限差分偏移改善了起伏地表条件下的频空域有限差分偏移质量,对模型和实际资料进行了试算,得到了较好的成像效果.误差补偿可以在若干个外推步长上进行,通过对比分析,我们发现,相对于基于起伏地表的傅立叶有限差分法偏移来说,该方法在改善起伏地表条件下偏移成像质量的同时,也具有较高的运算效率.     

波动方程模型和偏移的拟合解法

本文提出一个较差分法精确的波动方程的数值解法--拟合法,拟合法与差分法的区别在于方程的离散化方法.文章通过对差分离散化实现过程的分析指出差分离散化存在的不足,并进而给出了拟合离散化方法.与差分法比较,拟合法的算子系数具有方程整体统筹性,是在具体的采样间隔、步长条件下的最佳系数,因而能适应样点间隔、步长等条件的变化,精度较高.文中还给出了模型及实例.     

双复杂介质条件下频率空间域有限差分法保幅偏移

油气勘探的重点正转向复杂地表条件和复杂地质条件的区域.双复杂条件下的叠前深度偏移是解决复杂地表条件和复杂地质构造成像的有效手段.基于“逐步累加”的“直接下延”法是解决复杂地表成像的有效手段,能够较好地消除地形起伏的影响.波动方程频率空间域有限差分(xwfd)叠前深度偏移对介质速度横向变化有较强的适应性,适宜于复杂构造的偏移成像,同其他常规波动方程深度偏移一样,常规的xwfd偏移方法,主要也是针对相位进行波场延拓,没有对振幅做任何处理.我们基于保幅单程波方程,推导出了基于xwfd的保幅波场延拓算子,针对xwfd求解时引入误差的影响,我们在xwfd保幅波场延拓过程中加入了误差补偿,实现了带误差补偿的xwfd保幅偏移.基于带误差补偿的xwfd保幅算子,应用适合起伏地表的直接下延法,对双复杂介质模型和实际资料进行了试算,改善了双复杂介质的成像效果.其中,误差补偿可以在若干个外推步长上进行,所以相对于保幅傅里叶有限差分(ffd)法偏移来说,该方法在改善成像质量的同时,也具有较高的运算效率.     

波动方程偏移速度建模:一种直接反演方法

基于炮域波动方程叠前深度偏移所产出的角道集,发展了不需要多次迭代的波动方程偏移速度建模方法.文中分析了炮域波动方程偏移生成角道集的方法,给出了非均匀介质中角道集同相轴曲率与速度误差的定量关系,发展了基于同相轴曲率的速度模型直接更新算法.在初始模型较合理的情况下,应用一次炮域波动方程偏移计算,即可得到较准确的速度模型.这...     

用GPU提速地震资料单程波有限差分叠前深度偏移(英文)

复杂介质情况下,地震波延多路径传播,此时基于波动方程延拓的深度成像方法,相对于Kirchhoff方法能够获得更为精确的成像效果,但是,该深度偏移方法由于高昂的计算消耗阻碍了它在生产中的应用。譬如,叠前深度偏移计算需要大规模的计算机集群,占地面积和电能消耗大。本文介绍了应用一种新的GPU计算架构来辅助CPU进行偏移计算。基于新架构的波动方程深度偏移提高了计算效率,而且机器占地面积和电能消耗也大幅度减少。本文以有限差分波动方程深度偏移为例,介绍了其编程模型和程序优化环节,提高了深度偏移计算效率。2D和3D测试表明,与相同单位个AMD2.5GHz CPU计算相比,该架构下的有限差分波动方程叠前深度偏移计算效率提高至少35倍。     

波动方程深度偏移的频率相关变步长延拓方法

发展了波动方程深度延拓的频率相关变步长深度延拓方法和表驱动的单点波场插值技术.前者通过减少深度延拓的次数减少了波动方程深度偏移的计算量,而后者用很少的计算量实现了等间距、理想采样的深度成像.就同一偏移方法,采用频率相关变步长深度延拓加单点插值,其计算量大约是常规的等间距采样延拓方法的三分之一,但两者的成像效果基本相同.文中以最优分裂Fourier方法为例,用二维理论数据（Marmousi模型）和三维实际地震资料验证了这一方法,但这一方法可适用于各类频率域波动方程深度偏移方法.     

串联F-K加相移插值法偏移

本文介绍的偏移成像方法为递归F-K法、相移插值法及串联偏移技术的有效结合,简称CFPI法.该方法中,波场外推采用相移插值法中递归向下延拓方式,而每一延拓层间的成像则用文中给出的常速F-K加剩余速度F-K偏移,通过与横向速度变化有关的插值来实现,该过程用FFT完成.该方法可采用较大的延拓步长速归向下外推与成像.理论分析及实际计算结果比较表明,该算法效率远高于相移插值法偏移.     

退化的Fourier偏移算子及其在复杂断块成像中的应用

波动方程宽角抛物逼近得到的通常是非常系数的单程波传播算子，其系数是速度横向变化的函数，因此需要利用有限差分(FD)进行数值实施. 通过对Lippmann Schwinger单程波动积分方程的退化核逼近,本文研究了一类宽角退化算子的偏移成像. 这种退化偏移算子只用快速Fourier变换进行波场延拓，将常规的Fourier分裂步地震偏移方法(SSF)推广适应强速度横向变化介质和大角度传播波场. 退化的Fourier偏移算子通过在两个分裂步项之间作波数域线性插值来实现波场延拓，每延拓一层需要比常规的SSF地震偏移方法多一次快速Fourier变换(FFT). 通过SEG/EAGE盐丘模型和实际地震资料的应用表明，退化Fourier偏移算子能很好地对盐下的陡倾角断层和实际地震剖面上的复杂小断块和大断裂地质构造成像.     

基于速度估计的改进型线性变换有限差分偏移在探地雷达中的应用

为了解决传统线性变换有限差分偏移算法对变速介质的高敏感性问题,对加入了速度变量的标量波动方程进行线性变换,在横向非均匀介质条件下,详细推导了包含混合因子项的线性变换差分偏移方程,实现了横向非均匀介质中陡倾角反射界面的正确归位,同时改进型算法可以灵活地选择混合因子项,这样就增强了原算法对复杂地质问题的适应能力,在此基础上...     

基于任意广角波动方程的频率-空间域深度偏移方法研究

传统的单程波动方程偏移算法对大倾角成像困难,本文基于时空域任意广角单程声波方程,通过对时间变量进行傅立叶变换得到其频率-空间域形式,利用有限差分进行离散化,设计并实现了频率-空间域有限差分叠后偏移成像算法。模型试算表明,该方法能够通过参数优化使得低阶数算子适应较大倾角地层的偏移成像。     

步长自适应的有限差分复杂地表波场数值模拟

复杂地表条件下的有限差分地震波场的数值模拟,由于受到低速层和地表起伏的限制,模型速度分布范围变大,一般使用精细的差分网格来抑制频散,提高模拟分辨率,但精细网格会显著增加计算成本.为了能有效地解决这一问题,本文提出一种步长自适应有限差分波动方程数值模拟方法.(1)新方法根据模型中的介质速度分布,对不同的速度区域采用与该速度匹配的空间步长,实现对模型空间网格的步长自适应精细划分.对于速度分布范围大的复杂地表模型,新方法不仅能够极大地减少模型的网格节点数,同时又能提高波场的时间采样步长,减少时间采样数,提高计算效率.(2)推导了不同步长边界网格节点Laplace算子的二阶有限差分表达式,避免了在这些结点进行插值计算产生的假扰动和数值不稳定问题.(3)为了降低有限差分产生的数值频散,本文在常规的差分方程中增加了一频散校正项,能有效地衰减了高波数成分,抑制了数值频散.对复杂近地表的波场数值模拟结果表明,本文提出的步长自适应新方法能够有效减少网格节点数和时间采样数,极大地提高计算效率,计算量比常规粗网格增加一些,但效果能够达到了常规精细网格的模拟结果.     

混合域单程波传播算子及其在偏移成像中的应用

以地震波的单程波传播方程为基础,利用算子近似展开的方法推导出了当前波动方程叠前深度偏移方法研究中广泛使用的裂步Fourier、Fourier有限差分和广义屏传播算子的一般形式及其近似式．讨论了它们间差异、相互关系以及他们的特点,最后给出了基于裂步Fourier、Fourier有限差分和广义屏传播算子的偏移成像方法时Marmousi模型的偏移成像结果,以说明它们间的优劣与计算效率．     

逆时偏移速度误差影响分析

逆时偏移作为一种先进的地震偏移成像方法,其成像结果的好坏取决于很多因素,其中最关键的是速度.速度越准确,成像效果就越好.但在实践当中,速度往往是未知的,只能通过速度反演等各种手段来估计近似速度.由此导致逆时偏移成像结果存在误差,从而降低后续地震解释的精度.那么速度误差对逆时偏移成像的影响到底有多大呢?实际当中一般估计出来的近似速度可能在模型每一个地方都不同,很难直接进行逆时偏移速度误差系统分析.为了简化,本文采用等效速度误差——速度模型整体平均误差,进行逆时偏移成像分析.逆时偏移成像采用互相关成像条件,低频噪声压制采用振幅补偿拉普拉斯滤波方法,源波场正推和接收波场逆推采用波动方程一阶应力.速度形式及交错网格有限差分方法.首先对比分析不同速度误差对逆时偏移成像结果的影响,并和单程波波动方程偏移进行对比分析;然后分析速度误差对逆时偏移和单程波波动方程偏移成像位置的影响;最后基于偏移速度分析方法估计得到的近似速度模型,进行逆时偏移和单程波波动方程偏移成像试验.结果 表明:在不同速度误差情况下,逆时偏移成像在同相轴连续性和能量聚焦等方面要好于单程波波动方程偏移;速度误差对逆时偏移和单程波波动方程偏移成像位置的影响程度相当.本文研究成果对逆时偏移在实践中的应用具有一定的参考价值.     

雷达波偏移方法研究

为了解决由于点状体的绕射和倾斜界面造成的失真现象,本文从探地雷达偏移处理的基本原理出发,分别介绍了以射线理论为基础的绕射扫描偏移和以波动方程为出发点的克希霍夫积分偏移、有限差分偏移以及有限元偏移．随着计算机的高速发展,运算速度得到了明显提高,目前,以波动方程为基础的偏移方法逐渐占据了主导地位,由于它的高精度等很多优点受到了人们的欢迎．总结了各种偏移方法的优缺点和适用范围,为探地雷达进一步的偏移研究奠定了理论基础．     

波动方程有限差分法叠前深度偏移

从地震叠前反射椭圆方程出发,本文导出了基于波动理论的共偏移距地震剖面叠前偏移方程,然后对此方程进行参考速度场中的浮动坐标变换,获得了叠前深度偏移方程．为了解决叠前衍射方程中含有对深度的二阶导数引起波场延拓成像的不适定问题,文中采用低阶偏微分方程组近似描述全上行波的办法,得到了衍射方程的高阶近似方程,并给出了计算衍射方程和折射方程稳定的差分格式,最后用此方法编制的程序对某一碳酸岩地区的地震资料进行了试处理,效果良好．     

标量波动方程全倾角有限差分偏移

传统的有限差分法偏移是建立在单程波波动方程的不同阶数的近似式基础上的。因此,各阶近似式的偏移方法都存在一个倾角极限问题。克服倾角极限和提高极限倾角是八十年代以来有限差分偏移技术的研究目标。在这方面取得了显著的进展。本文从标量波动方程出发,通过函数替代,将它化为一个等价的方程组,用有限差分法解此方程组进行波场外推,实现全倾角偏移成象的目的。与国外已有的使用波动方程全式进行偏移的方法相比较,除方法原理本身不同外,该方法具有稳定性好,计算工作量较少的优点。