横向各向同性介质拟声波方程及其在逆时偏移中的应用

地下岩石的速度各向异性影响地震波的传播与成像.横向各向同性(TI)介质为最普遍的等效各向异性模型.引入TI介质拟声波方程可以避免复杂的弹性波方程求解以及各向异性介质波场分离,以满足对纵波成像的实际需要.本文从垂直横向各向同性(VTI)介质弹性波方程出发,推导出正应力表达的拟声波方程以及相应的纵波分量的表达式,进而分析从频散关系得到的拟声波方程的物理意义,而后将拟声波方程扩展到更一般的倾斜横向各向同性(TTI)介质中.波前快照与群速度平面的对比验证了拟声波方程可以很好地近似描述qP波的运动学特征.在此基础上,将拟声波方程应用在逆时偏移中并与其特例声波近似方程进行对比,讨论了计算效率、稳定性等实际问题.数值试验表明VTI介质情况下采用声波近似方程可以提高计算效率,而TTI介质qP-qSV波方程则在效率相当的情况下可以保证稳定性.SEG/HESS模型和逆冲模型逆时偏移试验验证了本文TI介质拟声波方程的实用性.     

各向异性介质qP波传播描述II:分离纯模式标量波

在各向异性地震波场中,qP波与qS波常常是耦合在一起的.多分量地震数据处理中一个关键环节就是波型分离(即模式解耦),以纵波成分为主的常规单分量地震数据的成像则需要合理描述标量qP波的传播算子.本文作者曾构建了在运动学上同弹性波动方程等价,动力学上突出标量qP波的伪纯模式波动方程.为了彻底消除qS波残余,本文根据波矢量与qP波偏振矢量之间的偏差,提出从伪纯模式波场提取纯模式标量qP波的方法.数值分析展示了投影偏差算子在波数域和空间域的特征.基于不同复杂程度理论模型的试验结果表明,联合"伪纯模式传播算子"与"投影偏差校正"可为各向异性介质分离模式波场传播过程提供一种简便的描述工具.     

叠前逆时偏移假象去除方法

叠前逆时偏移(RTM)求解全波动方程进行波场延拓,可以精确描述地震波的传播,在陡倾界面和复杂构造成像方面具有显著优势.但在实际应用中,互相关成像条件会带来低波数高振幅的假象.本文分析了假象产生的原因,实现并比较了Laplace滤波、坡印廷矢量法和上下、左右行波分解这三种假象压制方法,针对不同的计算平台分析其优劣.数值试验表明,坡印廷矢量法当波场简单时较为有效;而上下、左右行波分解法和Laplace滤波可以应对较复杂的波场.就去假象结果而言,使用波场分解成像条件并施加Laplace滤波效果最佳;然而就计算效率而言,CPU平台应用波场分解成像条件只增加少量的计算量,但GPU平台的实现则需要对数据的读写付出较大的代价.因此,综合考虑,对于CPU平台上述两种方案的组合为最佳策略;而基于GPU平台的逆时偏移采用Laplace滤波去噪仍然是目前最经济的选择.Marmousi模型和SEG/HESS VTI模型试验验证了上述结论.     

各向异性介质qP波传播描述I：伪纯模式波动方程

地球介质相对于地震波波长尺度的定向非均匀性会导致波速的各向异性,进而影响地震波场的运动学与动力学特征．各向异性弹性波动方程是描述该类介质波场传播的基本工具,在正演模拟、偏移成像与参数反演中起着关键作用．为了面向实际应用构建灵活、简便的各向异性波场传播算子,人们一直在寻求简化的各向异性波动方程．本文借鉴各向异性弹性波波型分离思想,通过对平面波形式的弹性波方程(即Christoffel方程)实施一种代表向波矢量方向投影的相似变换,推导出了一种适应任意各向异性介质、运动学上与原始弹性波方程完全等价,在动力学上突出qP波的新方程,即qP波伪纯模式波动方程．文中以横向各向同性(TI)介质为例,给出了相应的qP波伪纯模式波动方程及其声学与各向同性近似,并在此基础上开展了正演模拟和逆时偏移试验,展示了这种描述各向异性波场传播的新方程的特点与优势．