起伏地表叠前逆时偏移的实现及应用

复杂地表复杂构造是近年来陆上地震勘探的重难点问题.其中,复杂构造成像问题可用叠前深度偏移技术如逆时偏移较好地解决,而地表起伏大、横向变速剧烈引起道间时差大问题则需要采用起伏地表偏移的思路.结合常规地震数据处理,本文提出一种基于起伏面的逆时偏移成像技术流程,该流程利用固定面与平滑起伏面高程差和替换速度将静校正后的叠前炮集反静校正到起伏面上,然后进行起伏面逆时偏移成像计算.将流程应用到模型数据和实际资料处理,结果均表明该流程在复杂地表复杂构造地震成像方面具有很好的效果.     

基于起伏地形平化策略的弹性波逆时偏移成像方法

随着能源和资源勘查开采工作的深入,地形强烈起伏的盆山耦合地区的地震资料处理解释技术正日益成为山地地震勘探面临的重要挑战.逆时偏移方法作为精确的地震偏移成像方法之一,能对地下结构进行高精度成像.逆时偏移的核心是地震波场延拓,由于传统的地震波场延拓技术往往基于水平地表条件,相应的方法在直接处理强地形起伏条件下的地震资料时往往存在一定的精度损失.本文引入一种精度无损的处理起伏边界的模型参数化方法：基于贴体网格的地形"平化"策略发展了与地形有关的地震波波动方程数值模拟方法,采用零延迟归一化互相关成像条件实现了起伏地表条件下的弹性波场逆时偏移成像.对工业界的标准Marmousi模型和盐丘模型进行改造,获得了相应起伏地形条件下的复杂几何模型,开展了起伏地表下的地震偏移成像数值试验.结果表明基于贴体网格"平化"策略的逆时偏移成像方法具有较高的灵活性,可适应不同类型起伏地表采集的地震资料,显示出该方法在地震勘探领域的良好应用前景.     

起伏地表条件下的混叠数据最小二乘逆时偏移

剧烈起伏地表给地震成像带来巨大挑战.提出了一种曲网格-矩形网格耦合机制,并将耦合网格机制应用到最小二乘逆时偏移中,推导了辅助坐标系下的梯度公式、偏移算子和反偏移算子,提出了起伏地表最小二乘逆时偏移方法,在起伏地表复杂构造的成像中起到了很好的效果.对于混叠数据,采用最小二乘逆时偏移技术可以压制成像过程中的部分串扰噪声,同时引入静态编码技术可以进一步压制串扰成像噪声,最后通过整形规则化滤波技术可以很好地消除串扰成像噪声.     

起伏地表叠前逆时偏移理论及GPU加速技术

从起伏地表直接进行叠前逆时偏移是解决地表起伏大并且地下构造复杂这种双复杂结构地区成像问题的有力工具.本文给出了起伏地表直接进行叠前逆时偏移的实现过程,针对有限差分方法处理起伏地表自由边界条件的复杂性,采用了一种简化的自由边界条件,避免了大量的逻辑判断,在此基础上,采用图形处理器(Graphic Processing U...     

起伏层状介质中曲线交错网格有限差分弹性波逆时偏移成像

采用曲线网格有限差分法描述复杂起伏地形(或不规则波阻抗界面)时,波场正演中可以避免因阶梯近似导致的虚假散射,进而波场逆时偏移可对起伏地表模型进行准确成像.文中以弹性波逆时偏移理论为基础,求解一阶速度-应力方程,推导出了弹性波正向传播和逆时传播的曲线网格差分格式,使用完全匹配吸收边界压制边界反射,采用互相关成像条件,实现了起伏层状介质中的波场逆时偏移.三层起伏、尖灭模型,以及起伏地表条件下的部分盐丘模型结果表明:曲线网格有限差分法逆时偏移法是一种高效、准确的逆时偏移法.     

起伏地表条件下基于复Pade逼近的叠前深度偏移

叠前深度偏移是解决复杂地表和复杂构造地震成像的有效技术,而波场“直接下延”法实现了复杂地表条件下的地震成像.基于上述成果,结合高精度的波场延拓算子,本文提出了一种新的叠前深度偏移方法,这种方法是在波场延拓时,对声波方程中的平方根项进行复Pade逼近,通过推导得到基于复Pade逼近的傅里叶有限差分算子,结合波场“直接下延”法,实现了起伏地表条件下的叠前深度偏移,该算法减少了偏移噪音,从而得到准确、稳定的偏移成像结果.通过理论模型试算和实际资料试处理,验证了该方法的有效性.     

起伏地表QR径向基函数有限差分及其在弹性波逆时偏移中的应用

弹性波逆时偏移不受倾角和偏移孔径的限制,能够实现任意复杂构造的高精度多波成像,是目前最精确的多分量资料偏移成像方法之一.逆时偏移算法的核心是波场延拓,传统波场延拓以水平基准面为边界条件,基于固定采样步长进行规则网格剖分,采用阶梯近似法处理起伏地表和复杂构造界面时会产生台阶散射,严重影响起伏地表复杂构造的成像精度.基于无网格节点模型,定量分析了弹性波模拟中径向基函数有限差分法的频散关系和稳定性条件.基于此,提出一种基于QR径向基函数的高精度有限差分方法,并提出一种优化的起伏地表自适应节点剖分方法,推导了精确的无网格自由边界条件和弹性波无网格混合吸收边界条件,形成了新的基于无网格的起伏地表弹性波数值模拟方法.此外,本文将此无网格径向基函数有限差分方法应用于精确的纵横波场矢量分解公式,实现了起伏地表弹性波逆时偏移成像.通过对高斯山丘模型,起伏凹陷模型和起伏地表Marmousi-2模型进行数值试算,验证了本文方法的有效性和可行性.     

复杂地表的单程波动方程地震叠前正演

作者基于数学检波器和等时叠加原理,实现了复杂地表的单程波动方程地震叠前正演模拟。该方法采用虚拟的数学检波器接收地下的反射地震信号,灵活地将接收点布置在地表的任何地方,从而满足地表起伏的要求。此外,根据等时叠加原理, 该方法采用单程波动方程进行波场延拓和成像,计算简单快速。通过复杂正断层的数值模拟,得到了高信噪比的共炮集地震记录,并采用适用于起伏地形的深度偏移方法对该共炮集地震记录进行了叠前深度偏移,较好地实现了地震波的偏移归位,从而证明了这里提出的起伏地表的单程波动方程地震叠前正演方法是正确和有效的。     

双复杂条件下的波动方程叠前深度偏移

复杂地表条件下的地震勘探越来越被人们所关注.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."波场上延"法能实现由非水平观测界面开始的偏移过程,解决复杂地表对地下构造成像的影响.复杂理论模型的试算以及实际资料处理表明,"波场上延"方法较好地克服了起伏地形对地下构造成像的影响,取得了令人满意的效果,实现了波动方程基准面校正和深度成像的有机结合.     

起伏地表条件下分块法插值叠前深度偏移

为实现复杂起伏地表条件下基于单程波动方程的高效叠前深度偏移,本文采用"逐步一累加"思想,应用傅里叶有限差分法(FFD)算法实现复杂起伏地表务件下的波动方程叠前深度偏移.为提高效率,本文提出在整个成像实现过程中,将整个成像区域分两块区别对待,在地表高程最低点所在的水平面到基准面的区域内,应用常规精细延拓步长进行波场延拓及...     

叠前逆时深度偏移中的激发时间成像条件

与其他偏移方法相比,逆时偏移基于精确的波动方程而不是对其近似,用时间外推来代替深度外推.因此,它具有良好的精度,不受地下构造倾角和介质横向速度变化的限制.激发时间成像条件的求取是叠前逆时偏移的难点之一,本文采用求解程函方程的方法得到地下各点的初至波走时,以此作为叠前逆时偏移的成像条件.基于任意矩形网格和局部平面波前近似的有限差分初至波走时计算方法精度较高并适用于强纵横向变速的复杂介质.试算结果表明,在复杂介质模型中利用叠前逆时深度偏移收到了很好的成像效果.     

TTI介质qP波逆时偏移中伪横波噪声压制方法

在对地下复杂构造介质,特别是盐丘侧翼及岩下区域进行成像时,相对于传统的各向同性逆时偏移和VTI逆时偏移,具有倾斜对称轴的TTI逆时偏移成像效果最优.不仅反射同相轴更加的连续,而且能量得到了更好的聚焦.传统的各向异性介质全弹性波RTM的计算量大且计算效率低.由于目前仍以纵波勘探为主,因此TTI逆时偏移qP波波动方程的选取显得尤为重要.为了提高计算效率,采用将沿着对称轴方向的横波速度设为零的方法,简化得到qP波波动方程.然而,这样会引入一种严重影响成像效果的低速度、低振幅的qSV波人为干扰.本文建立了qP波方程的完全匹配层控制方程,而后借助于辅助波场采用一种高效的压制伪横波噪声传播的方法,通过模型测试验证了该方法的有效性.     

基于吸收衰减补偿的多分量高斯束逆时偏移

高斯束逆时偏移结合了射线类偏移的高计算效率和波动方程逆时偏移的高精度,能很好地处理焦散点、大倾角成像问题,并且具有面向目标成像的能力.多分量地震资料的偏移技术可以对地下复杂构造进行更准确的成像,由于实际地下介质具有黏滞性,研究黏弹性叠前逆时偏移具有一定的现实意义.本文采用高斯束逆时偏移方法对多分量地震数据进行吸收衰减补偿,首先分别给出纵波和转换波共炮域高斯束叠前逆时偏移方法原理,在此基础上推导补偿吸收衰减的表达式,校正Q引起的振幅衰减和相位畸变,实现基于吸收衰减补偿的多分量高斯束叠前逆时偏移.数值模型的测试结果显示,在考虑地下介质的黏滞性时,本文方法具有更高的成像分辨率.     

Gabor‐frame‐based Gaussian packet migration

We present a Gaussian packet migration method based on Gabor frame decomposition and asymptotic propagation of Gaussian packets. A Gaussian packet has both Gaussian‐shaped time–frequency localization and space–direction localization. Its evolution can be obtained by ray tracing and dynamic ray tracing. In this paper, we first briefly review the concept of Gaussian packets. After discussing how initial parameters affect the shape of a Gaussian packet, we then propose two Gabor‐frame‐based Gaussian packet decomposition methods that can sparsely and accurately represent seismic data. One method is the dreamlet–Gaussian packet method. Dreamlets are physical wavelets defined on an observation plane and can represent seismic data efficiently in the local time–frequency space–wavenumber domain. After decomposition, dreamlet coefficients can be easily converted to the corresponding Gaussian packet coefficients. The other method is the Gabor‐frame Gaussian beam method. In this method, a local slant stack, which is widely used in Gaussian beam migration, is combined with the Gabor frame decomposition to obtain uniform sampled horizontal slowness for each local frequency. Based on these decomposition methods, we derive a poststack depth migration method through the summation of the backpropagated Gaussian packets and the application of the imaging condition. To demonstrate the Gaussian packet evolution and migration/imaging in complex models, we show several numerical examples. We first use the evolution of a single Gaussian packet in media with different complexities to show the accuracy of Gaussian packet propagation. Then we test the point source responses in smoothed varying velocity models to show the accuracy of Gaussian packet summation. Finally, using poststack synthetic data sets of a four‐layer model and the two‐dimensional SEG/EAGE model, we demonstrate the validity and accuracy of the migration method. Compared with the more accurate but more time‐consuming one‐way wave‐equation‐based migration, such as beamlet migration, the Gaussian packet method proposed in this paper can correctly image the major structures of the complex model, especially in subsalt areas, with much higher efficiency. This shows the application potential of Gaussian packet migration in complicated areas.     

Layer-stripping reverse-time migration1

We present a layer-stripping method of migration for irregularly layered media in which first-order velocity discontinuities separate regions of constant or smoothly varying velocity. We use the reverse-time method to migrate seismic data layer by layer, from the surface downwards. As part of the migration of a given layer, the bottom boundary of the layer is defined based on power in the migrated signal, and a seismic section is collected along it. This new section serves as the boundary condition for migration in the next layer. This procedure is repeated for each layer, with the final image formed from the individual layer images. Layer-stripping migration consists of three steps: (1) layer definition, (2) wavefield extrapolation and imaging, and (3) boundary determination. The migration scheme when used with reverse-time extrapolation is similar to datuming with an imaging condition. The reverse-time method uses an explicit fourth-order time, tenth-order space, finite-difference approximation to the scalar wave equation. The advantages of layer-stripping reverse-time migration are: (1) it preserves the benefits of the reverse-time method by handling strong velocity contrasts between layers and steeply dipping structures; (2) it reduces computer memory and saves computation time in high-velocity layers, and (3) it allows interpretational control of the image. Post-stack layer-stripping reverse-time migration is illustrated with a synthetic CMP data example. Prestack migration is illustrated with a synthetic data set and with a marine seismic reflection profile across the Santa Maria Basin and the Hosgri Fault in central California.     

多分量联合逆时偏移最佳匹配层吸收边界

有限空间内的波动方程逆时偏移需要利用有效的边界处理技术用以消除人工截断对偏移结果产生的影响。本文以横向各向同性介质弹性波速度-应力方程为基础,依据传统分裂式最佳匹配层（Perfect Matched Layer,PML）吸收边界技术的思想,推导了应用于逆时偏移的完全匹配层波动方程,并给出了其高阶交错网格有限差分格式。针对由边界处向计算区域内传播的＂反射波＂,以及地震记录排列两端地震同相轴突变对计算区域的影响这两方面问题,本文给出了逆时偏移中吸收层的布设方式。模型和实际资料的弹性波叠前多分量联合逆时深度偏移结果表明本文的边界处理方法取得了较好的吸收效果,获得了好的联合偏移成像结果。     

基于保辛算法的声波叠前逆时偏移

叠前逆时偏移是目前成像精度最高的地震偏移方法之一,其实现过程中的一个重要步骤是数值求解全波方程,所以快速有效求解全波方程的数值算法对逆时偏移至关重要. 四阶近似解析辛可分Runge-Kutta (NSPRK) 方法是近年发展的一种具有高效率、高精度的数值求解波动方程的保辛差分方法, 能在粗网格条件下有效压制数值频散, 从而提高计算效率, 节省计算机内存需求量. 本文利用四阶NSPRK方法构造的基本思想,发展了具有六阶空间精度的NSPRK方法,并对新的六阶NSPRK方法进行了详细的稳定性和数值频散分析,以及计算效率比较和波场模拟. 同时将该方法用于声波叠前逆时偏移中, 得到一种时间上保辛、空间具有六阶精度、低数值频散、可应用大步长进行波场延拓并能长时计算的叠前逆时偏移方法,对Sigsbee2B模型进行了偏移成像, 并和四阶NSPRK方法、传统的六阶差分方法、四阶Lax-Wendroff correction (LWC) 方法进行了对比. 数值结果表明, 基于六阶NSPRK方法的叠前逆时偏移能得到更好的成像结果, 是一种优于四阶NSPRK方法、传统的六阶差分方法、四阶LWC叠前逆时偏移的方法, 尤其是在粗网格情况下具有更明显的优越性.     

两种类型共炮点域相关型叠前深度偏移方法分析

研究不同偏移方法的成像机理是实现复杂构造高精度成像的前提,研究了两类共炮点域的相关型叠前深度偏移成像方法：基于单程波动方程的叠前深度成像方法和基于双程波动方程的叠前深度成像方法,同时对比了它们在计算效率、数据存储量、成像精度、成像机理、速度敏感性等方面的差异及其共性。以复杂构造模型为例,采用了傅里叶有限差分法（FFD）和逆时成像法（RTM）,这两种方法实现了121个共炮点道集的叠前深度偏移成像处理。计算结果表明,当速度准确时,两种深度域波动方程成像方法均可以恢复出各个地质反射界面,其中逆时偏移对陡倾角成像效果显著,当速度存在百分比误差和随机扰动情况时,逆时成像结果要差于单程波方法,因此,逆时偏移方法对速度的敏感性较大,且低频噪声较为严重。     

Variable-grid reverse-time migration of different seismic survey data

With an increasing demand for high-resolution imaging of complex subsurface structures, thin layers and hidden reservoirs, borehole and cross-well seismic migration methods have become important. However, large differences are observed in the frequency bandwidth between the surface, borehole, and cross-well surveys. Thus, variable-gridbased algorithms have been adapted to reverse-time migration. Further, we introduce Lanczos filtering to ensure the stability of wavefield calculations as well as to decrease the artificial reflections that are caused due to the variable grid size. Finally, we observe that the application of this method to surface survey, borehole, and cross-well seismic data suggests improvements in the delineation of minor fractures and steeply dipping faults.     

Prestack shot-gather depth migration by a rigid flow of Gaussian wave packets

We introduce a new method for prestack depth migration of seismic common-shot gathers. The computational procedure follows standard steps of the reverse-time migration, i.e., downward continuation of the source and the receiver wavefields, followed by application of an imaging condition (e.g. zero-lag cross-correlation of these fields). In our method we first find a sparse data representation with a small number of Gaussian wave packets. We then approximate the downward wavefield propagation (for the source and the receiver fields) by a rigid flow of these wave packets along seismic rays. In this case, the wave packets are simply translated and rotated according to the ray geometry. One advantage of using Gaussian wave packets is that analytic formulas can be used for translation, rotation, and the application of the cross-correlation imaging condition. Moreover, they allow more sparse representations than competing methods. Finally we formulate a computationally and memory efficient migration procedure, as only few rays have to be traced, and since it is cheap to compute the cross-correlation for the intersecting rays.