基于时空局域化dreamlet单程波算子的观测系统沉降法偏移

Dreamlet偏移成像目的是探索一类能够对地震波场和单程波传播算子同时分解和压缩的理论和方法,也即实现在压缩域的传播与成像、地震数据在时间和空间的非平稳性质,决定了要实现地震数据的有效稀疏表示,分解方法必须在时间和空间上同时具有局域化性质.Dreamlet由时间和空间局部分解原子的张量积构成,可以看作一种脉冲-小波束形式的波场分解原子.时空局域化的dreamlet单程波传播算子在对波场沿深度方向延拓时,地震数据在时间轴上总是向同一方向流动.随着深度的增加,部分用于成像浅层结构的数据归位至其空间位置后被dreamlet算子丢弃,波场的有效记录时间变短,每一步用于波场延拓的计算量也相应下降.为了充分发挥这一优势,本文介绍dreamlet传播算子与观测系统沉降法偏移相结合的理论与方法.观测系统沉降法偏移每一步都将记录到的所有数据向下延拓,沉降后的波场等效于把源和检波器都放置在目标深度所能接收的反射数据.Dreamlet观测系统沉降过程只保留用于成像观测系统下部地质结构的有效数据,自动丢弃已经用于成像观测系统上部而对下部成像没有贡献的信号.本文通过二维SEG/EAGE叠后和Marmousi叠前数据算例展示了dreamlet传播算子应用于观测系统沉降法偏移的这一特点.数值算例结果显示,在不影响成像质量的前提下,该偏移方法能够有效减少传播数据量,为发展一种快速高效的偏移方法提供了新的思路.     

时-空局域化地震波传播方法:Dreamlet叠前深度偏移

提出了一种在时间和空间上完全局域化的波场分解和传播算法─dreamlet偏移方法.Dreamlet是一种脉冲-小波束形式的波场分解原子,它利用多维局部分解变换,把时空域波场映射到局部时间-频率-空间-波数相空间,并用局部相空间的传播算子(dreamlet算子)沿深度延拓.本文利用多维局部余弦变换实现dreamlet算法,分解后的波场系数和传播算子不仅有很好的稀疏性,且均为实数,也即波的传播和成像过程完全在实数域实现.文中推导了局部余弦基dreamlet波场分解和传播算子理论公式并将其应用于叠前深度偏移.在dreamlet相空间波的传播过程为稀疏矩阵相乘,而且延拓后的地表数据波场的有效时间长度随深度的增加不断减小,从而可以减少需要传播的波场系数.二维SEG/EAGE盐丘和SIGSBEE模型算例验证了理论推导的正确性,成像结果显示该方法在横向速度变化剧烈情况下有很好的精度.     

基于Gabor-Daubechies小波束叠前深度偏移的角度域共成像道集

传统炮检距域共像集（CIG）在复杂介质中因波传播的多路径而存在反射体位置不确定的问题. 角度域CIG由于克服了这一缺陷而逐步成为速度分析、AVA以及振幅保真偏移成像等研究的主要手段. 以波动理论为基础的地震偏移成像方法的发展为获得高质量的角度域CIG提供了可靠的实现途径. 其中,基于波场局域化分解和传播的小波束域波场延拓和偏移成像方法,因其波场分解基本函数和传播算子在空间和方向上的双重局域特性,而成为角度相关分析研究的有效工具. 本文在采用Gabor Daubechies框架分解的小波束叠前角度域偏移成像基础上,利用不同的叠加方法由局部角度域像矩阵得到了反射角域CIG（CRAIG）和倾角域CIG（CDAIG）. 以SEG EAGE二维盐体模型为例,通过对CRAIG和CDAIG的对比,探讨了这两种角度域CIG的特点及其在地震偏移成像中的潜在应用.     

利用局部谐和基小波束的高精度叠前深度域偏移成像方法研究

小波束域利用局部余弦基(local cosine bases)的偏移成像方法具有很高的计算效率和成像质量.然而局部余弦基小波束通常沿垂直方向具有两个对称波瓣.由于缺乏单一定义的方向性,在某些强变速介质中利用局部余弦基的波传播方法会产生一定的误差,同时也使得一些在局部角度域的操作变得非常不便.于是我们提出了利用局部谐和基进行波场外推的方法.局部谐和基(local harmonic base)是由局部余弦基和局部正弦基线性组合而成,具有单一定义的方向性,同时具备快速算法.局部谐和基与Gabor-Daubechies标架类似,都具有单一定义的方向性,但比Gabor-Daubechies标架效率更高.局部谐和基保持了与局部余弦基的偏移成像方法相同的计算效率,但在成像精度上有了显著的提高.通过二维SEG/EAGE模型和BP模型的叠前深度域偏移成像说明了该方法的有效性.     

一种起伏地表条件下的照明补偿方法

起伏的地表条件限制了采集孔径范围并造成深层地震照明不足,为改善该类地区的成像质量,本文提出了一种起伏地表条件下的照明补偿方法.首先,基于小波束波场延拓算子和逐步累加的外推方法在波场延拓过程中解决起伏地表面的影响,并引入空间滤波函数压制虚拟层内的偏移噪音;其次,利用局部指数标架对上、下行波场分解,得到局部角度域成像和照明补偿因子.再次,利用计算出的成像值和照明补偿因子,在局部倾角域完成照明补偿.SEG起伏地表模型测试证明了本方法的有效性,深层构造照明度明显加强,不同角度成像振幅更加均衡,该技术为提高起伏地表地区的成像品质提供了新的手段.     

双平方根单程波动方程叠前τ偏移方法

本文将常规双平方根（DSR）单程波动方程从深度域变换到双程垂直走时（τ）域，由此推导出可从数学上实现“沉降观测”的单程波DSR传播算子. 其递归波场延拓算法包含波数域针对常速背景的相移处理和空间域针对横向速度扰动的相位校正，可以应对上覆地层速度横向变化对构造成像的影响. 结合零炮检距、零时间成像条件，提出了在τ域进行波场延拓与成像的DSR方程叠前偏移新方法. 为了克服其全三维偏移算法在实际应用中可能面临的困难，本文采用稳相近似，在crossline常炮检距偏移理论基础上推导了实用的共方位角叠前τ偏移方法. 数值试验表明，DSR方程叠前τ偏移在强横向非均匀介质中的成像精度与分辨率优于传统的时间域成像技术.     

双平方根单程波动方程叠前τ偏移方法

本文将常规双平方根（DSR）单程波动方程从深度域变换到双程垂直走时（τ）域，由此推导出可从数学上实现“沉降观测”的单程波DSR传播算子. 其递归波场延拓算法包含波数域针对常速背景的相移处理和空间域针对横向速度扰动的相位校正，可以应对上覆地层速度横向变化对构造成像的影响. 结合零炮检距、零时间成像条件，提出了在τ域进行波场延拓与成像的DSR方程叠前偏移新方法. 为了克服其全三维偏移算法在实际应用中可能面临的困难，本文采用稳相近似，在crossline常炮检距偏移理论基础上推导了实用的共方位角叠前τ偏移方法. 数值试验表明，DSR方程叠前τ偏移在强横向非均匀介质中的成像精度与分辨率优于传统的时间域成像技术.     

基于Gabor框架合成小波束叠前深度偏移

利用小波束域波场分解和传播在空间及方向上的双重局域性,通过Fourier传播算子进行深度外推波场,完成小波束的传播,最终应用成像条件求取成像值.合成小波束和小束源记录,进行部分小束源叠前偏移成像的数值试验,获得的成像结果表明,小波束叠前深度成像是切实有效的.     

利用矩阵分解理论的双程波方程叠前深度偏移方法

叠前深度偏移理论及方法一直是地震数据成像中研究的热点问题.业界对单程波叠前深度偏移方法和逆时深度偏移开展了深入的研究,但对双程波方程波场深度延拓理论及成像方法的研究还鲜有报道.本文以地表记录的波场值为基础,利用单程波传播算子估计波场对深度的偏导数,为在深度域求解双程波方程提供充分的边界条件,并提出利用矩阵分解理论实现双程波方程的波场深度外推.通过对强速度变化介质中传播波场的计算,与传统的单程波偏移方法相比,本文提出的偏移方法计算的波场与常规有限差分技术计算的波场相一致,证明了本方法计算的准确性.通过对SEAM模型的成像,在相同的成像参数下,与传统的单程波偏移算法和逆时深度偏移算法方法相比,本文提出的偏移方法能够提供更少的虚假成像和更清晰的成像结果.本文所提偏移算法具有深度偏移和双程波偏移的双重特色,推动和发展了双程波叠前深度偏移的理论和实践.     

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.     

小波束叠前深度偏移和照明:基于Marmousi模型的测试

小波束源有很强的局部性和方向性,它可以很容易的实现局部照明和偏移,除此之外,它的偏移效果也要好于常规的偏移方法。本文介绍了基于框架理论的小波束叠前深度偏移的基本原理。我们解释了基于Gaussian函数的G-D框架。小波束分解提供了局部空间和方向上的信息。我们在小波域中,分别应用矩形窗和Gaussian窗合成了小波束源和小波束记录,并基于傅立叶有限差分算子,对marmousi模型进行了叠前深度偏移试算。通过对单个,以及多个小波束源偏移结果对比分析,验证了Gaussian小波束叠前深度偏移方法的有效性。     

Dreamlet source‐receiver survey sinking prestack depth migration

Survey sinking migration downward continues the entire surface observed multi‐shot data to the subsurface step by step recursively. Reflected energy from reflectors at current depth appear at zero time and zero offset in the extrapolated wavefield. The data (seismic records) of t > 0 at this depth are equivalent to the data acquired by a survey system deployed at this depth. This is the reason to name the process ‘survey sinking’. The records of negative time need not to be further propagated since they carry no information to image structures beneath the new survey system. In this paper, we combine survey sinking with dreamlet migration. The dreamlet migration method decomposes the seismic wavefield and one‐way wave propagator by complete time‐space localized bases. The localization on time gives flexibility on time‐varying operations during depth extrapolation. In dreamlet survey sinking migration, it only keeps the data for imaging the structures beneath the sunk survey system and gets rid of the data already used to image structures above it. The deeper the depth is, the shorter is the valid time records of the remaining data and less computation is needed for one depth step continuation. For data decomposition, in addition to time axis, dreamlet survey sinking also decomposes the data for source and receiver gathers, which is a fully localized decomposition of prestack seismic data. A three‐scatter model is first used to demonstrate the computational feature and principle of this method. Tests on the two‐dimensional SEG/EAGE salt model show that with reduced data sets the proposed method can still obtain good imaging quality on complex geology structures and a strong velocity contrast environment.     

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.     

基于拟线性Born近似的叠前深度偏移方法

在频率波数域和频率空间域实现了一种基于拟线性Born近似的叠前深度偏移方法，并在2-D空间进行了Marmousi模型炮集数据的处理.通过与Split-StepFourier、Phase-Screen和稳定的Born近似叠前深度偏移等方法比较，认为基于拟线性Born近似的叠前深度偏移方法不仅在效果上要优于前三者，而且还能更好地处理速度横向变化.在散射波场计算中，使用了一个更稳定的散射波场计算公式，扩大了拟线性Born近似的应用范围，使基于拟线性Born近似的叠前深度偏移方法能够适应更强的横向速度变化.     

局部指数标架小波束在复杂介质方向照明分析中的应用

提出了用局部指数标架小波束进行角度域分解的方法,解决了局部余弦基和局部正弦基缺乏单一方向性的问题.局部指数标架由局部余弦基和局部正弦基线性组合而成,是冗余度为2的紧标架.利用局部余弦变换和局部正弦变换的快速算法,能使基于局部指数标架进行方向照明分析的计算效率较常用的局部倾斜叠加和Gabor-Daubechies标架等方法具有更为明显的优势.通过计算二维SEG/EAGE模型和SIGSBEE模型的方向照明图以及采集系统倾角响应图证实了本文方法的有效性.该方法的高效性使其在三维模型的方向照明分析和大规模的工业应用中具有广阔前景.