弹性波相屏传播算子大角度相位校正成像方法

通过有限差分补偿方法对弹性波相屏传播算子进行了大角度校正,并采用矢量成像条件,即将各分量投影到极化方向,然后再成像,从而使弹性波波场中的信息得到了充分利用,解决了P-SV波成像过程中的极性不一致问题,可以将多炮的成像结果进行叠加,提高了成像质量.通过模型数据对大角度相位校正后的弹性屏延拓算子和矢量成像条件进行了试验,检验了算法的可靠性.     

二维矢量地震波场的叠前逆时深度偏移

从矢量波动理论出发，导出了二维弹性波逆时传播的高阶差分格式，实现了弹性波在数值空间中的逆时延拓，采用逆时格式差分求解程函方程，得到网格空间中各点的直达波旅行时，以此作为弹性波逆时偏移的成像条件。实现了二维多波多波多分量资料的叠前逆时深度偏移，数值试验得到了满意结果。     

基于频率域高阶有限差分法的正演模拟及并行算法

在弹性波频率空间域有限差分数值模拟方面,差分网格及边界条件是影响弹性波模拟成功与否的关键,为了压制数值模拟中的网格频散,采用25点有限差分算子,建立了有限差分矩阵方程,且借鉴匹配层衰减边界条件思想,设计了弹性波频率空间域有限差分数值模拟算法。由于采用高阶有限差分法来提高差分格式的精度,将会导致计算量显著增加,为此,对频率空间域有限差分弹性波数值模拟方法,采用流水线技术与分治策略进行了并行算法研究,提高了计算效率,使得在合理的计算时间内更精确地模拟弹性波在弹性介质中的传播过程。     

叠前弹性波逆时深度偏移及波场分离技术探讨

这里探讨了Sun和McMechan提出的叠前弹性波标量逆时深度偏移方法,即在地表附近,对地表接收到的弹性波波场分量进行波场逆时延拓,然后分别对在波场延拓过程中通过波场分离得到的纯纵、横波反射波场进行偏移。在模型中,每个网格点的纵、横波成像时间,为震源到该网格点的纵波初至时间。利用纵波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对反射纵波进行逆时延拓和成像,利用横波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对转换横波进行逆时延拓和成像,并在偏移前进行极性校正。然后,在Sun和McMechan偏移成像方法的基础上,提出了直接偏移成像方法,即对地表接收到的弹性波波场分量在整个模型范围内进行波场逆时延拓。在波场延拓过程中,对符合成像条件的网格点进行波场分离、偏移成像和转换波极性校正。最后,通过数值模拟对二种偏移成像方法的结果进行了比较。     

含直立裂隙介质的弹性波动方程正演模拟

从具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）介质中的弹性波动方程出发,在交错网格空间中采用高阶差分算子对弹性波动方程进行差分离散,得到了HTI介质中地震波正演的高阶有限差分格式,研究并实现了PML吸收边界条件。在此基础上实现了HTI介质中弹性波方程的多波正演。数值算例表明,该方法能够精确模拟弹性波在复杂各向异性介质中的传播过程,得到高精度的正演记录。     

基于双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法

随着地震勘探的发展,以单相介质模型为基础的声波逆时偏移和弹性波逆时偏移很难比较精确地描述地下介质和满足复杂的工程要求,尤其是在处理地下含流体多孔介质时,所以需要引入双相介质模型。首先基于Biot理论双相介质一阶速度-应力弹性波方程,利用散度场和旋度场的波场分离理论将固相和流相中的纵横波场解耦分离,并由波场快照图得出固相与流相中的纵波波场与横波波场均完成分离,而快纵波与慢纵波相互耦合均存在于纵波波场中。采用高阶交错网格有限差分方法,结合PML吸收边界条件,推导了具有波场分离的双相介质弹性波正传与反传的偏移延拓算子,结合互相关成像条件,可以得到双相介质弹性波固相与流相中的各分量偏移成像剖面。最后对模型使用该双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法进行偏移成像试算并取得成功,效果较常规双相介质弹性波逆时偏移成像效果有了明显提升。     

基于矢量波场分离的TI介质逆时偏移

基于两步法分离各向异性矢量波波场,第一步,将各向异性波动方程进行相似变换(使其具有明确直观的运动学和动力学特征),使其投影在各向同性方向上;第二步,各向异性介质传播算子波场分离基础上的波形校正,将投影于各向同性方向上的波场校正回各向异性方向上,最终达到各向异性波场分离的结果。笔者首先对VTI介质进行试算,以证明其可行性;此外,将地表数据进行分解,即所采集到的多分量地震数据在进行偏移成像之前先进行数据分解,得到纯净的q P波数据、q SV波数据以及q SH波数据,通过地表数据的分解将成像过程变成一个可控过程,通过对地表数据输入的控制得到我们所希望的成像结果分量,可以减少无谓的计算;对Hess模型正演炮记录进行了数据分解,并对其进行了逆时偏移成像以验证理论的可行性。     

弹性波叠前逆时偏移

利用弹性波一阶速度—应力方程,采用交错网格高阶有限差分法进行震源波场的模拟和接收波场的逆时外推,并结合了能流密度矢量的互相关成像条件,实现了弹性波叠前逆时偏移,且能很好的消除叠前逆时偏移中的假象干扰.笔者通过一个二层模型和一个金属矿模型进行了叠前逆时偏移成像,结果证明所述方法可以有效地消除假象干扰并能对复杂陡倾角界面进行清晰地成像.     

基于修正伪Helmholtz分解算子的横向各向同性介质纵横波波场分离

纵横波波场分离是弹性波逆时偏移成像中的关键步骤,可以有效消除纵横波串扰和成像畸变,提高成像精度。在各向异性介质中,常用的波场分离法有非平稳滤波器或者低秩近似的方法,但由于使用多次傅里叶变换,导致波场分离计算成本较高。借鉴基于Helmhotz算子构建各向同性介质纵横波解耦方程的思路,提出消除振幅畸变的修正伪Helmholtz分解算子,通过待定系数方法求解横向各向同性介质中P波和S波2种模式的表达式,并将其变换为一阶解耦的伪弹性波方程,实现时空域纵横波波场解耦。通过简单模型的波场分离测试,得到分离后的P波与S波波场,验证了该方法的波场分离的有效性。此外,将解耦得到的矢量P波与矢量S波应用到弹性逆时偏移之中,利用矢量点积互相关成像条件得到清晰的弹性波逆时偏移成像结果,说明本方法在复杂介质中有着较好的适用性,同时可以有效地应用到VTI介质弹性逆时偏移之中。     

高阶旋转交错网格有限差分方法模拟TTI介质中横波分裂

笔者给出了一种能够模拟弹性波在任意各向异性介质中传播的二维三分量高阶有限差分算法.相对于常规交错网格有限差分方法,旋转交错网格有限差分方法在介质具有强差异性时能更精确地模拟地震波的传播,避免常规交错网格中因对弹性系数进行插值而带来的误差.采用高阶旋转交错网格有限差分方法模拟并分析了零偏移距横波分裂现象随裂缝介质方位角和倾角变化的响应特征.结果表明:结合完全匹配层(PML)吸收边界条件的高阶旋转交错网格有限差分方法能获得高精度的地震波场模拟数据,并且在边界具有良好的吸收效果;横波分裂现象主要受裂缝走向与波的极化方向之间的夹角影响,受裂缝倾角影响较小,且快慢横波的能量也跟裂缝走向与波极化方向间的夹角有关.具有倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质倾角的变化可能会导致记录中波到达时的变化,影响快慢横波的时差.利用横波分裂的能量分布和方位各向异性特征,可以帮助检测裂缝的方位角和倾角.横波在多层TTI介质中传播时会发生多次分裂的现象.     

Matlab环境下瑞利波有限差分正演与曲线绘制

以瑞利波频散方程为出发点的Abo-Zena传递矩阵等方法,只能研究层状介质中瑞利波的传播特性,对于非层状介质,传递矩阵无能为力。因此,不得不考虑有限元、有限差分等方法。根据弹性动力学方程,采用交错网格有限差分方法对均匀弹性半空间介质进行全波场模拟,并在Matlab环境下实现编程计算,再现了瑞利波在近地表的传播状态,实现了地震剖面曲线的正振幅充填问题,从而获得了类似野外地震勘探的剖面记录。模拟结果表明,采用一阶差分格式所得到的地震记录存在较严重的数值频散,在采用有限差分法研究瑞利波"之"字形成因时,须尽量压制数值频散现象,才能获得更接近实际情况的频散曲线。      

弹性波逆时偏移及其成像条件

从弹性波动方程出发,推导了二维各向同性介质情况下弹性波逆时传播的高阶差分格式,实现了弹性波在数值空间中的逆时延拓。从程函方程出发,采用逆时差分格式求取网格空间中各点的直达波旅行时,以此作为弹性波逆时偏移的成像条件(激发时间成像条件),实现多波多分量资料的逆时偏移。文中给出了几个典型模型的理论记录的偏移结果,数值试验表明,逆时偏移能够使地表接收到的波场准确归位,提高资料处理的精度。     

基于P＋S波震源的弹性波叠前逆时偏移方法

基于弹性波动方程,推导了二维非均匀介质条件下纵横波解耦且无转换波的一阶速度一应力弹性波方程,使得弹性波在延拓过程中实现矢量偏移保证偏移质量,且不产生其他类型的转换干扰波。从激发时间成像条件以及反射系数理论出发,并与纵横波解耦且无转换波的一阶速度一应力弹性波方程结合,给出了适用于P＋s波震源模拟数据的成像条件以及偏移方法。文中给出了两个典型模型的理论记录的偏移结果,试验表明,笔者提出的方法能够对P＋s波震源的产生的波场准确归位,提高资料处理精度。     

Stretching correction for amplitude-preserving vector wavefield reverse-time migration

The migration of multi-wave seismic data is aimed at obtaining the P- and S-wave imaging results of the amplitude preserving. But the P- and S-wave stretching effect produced by the reverse time migration of the elastic wave equation will not only reduce the vertical resolution of the migration results and the amplitude preserving of the large reflection angle. In this paper, the reverse time migration technique of amplitude preserving vector wave-field separating is used. Based on the analysis of the stretch mechanism and the influencing factors of stretch magnitude, the paper gave the stretch correcting factors. Then, realize the stretch correction method at the time that after the reverse extrapolation and before the imaging by solving the problem which is how to calculate the P-wave and Ps-wave propagation directions of imaging points at different times. The stretch correction method can improve the vertical resolution and amplitude fidelity of the imaging results and provide high fidelity input data for seismic data interpretation and inversion.© 2019 China Geology Editorial Office.     

基于单程波波动方程的起伏地表叠前深度偏移技术

直接从起伏地表开始进行叠前深度偏移的波场初始化时,应用了同步边界处理策略和深度误差校正策略。前者可以消除起伏地表非波场传播区域的成像,后者可以消除起伏地表规则采样时深度误差对地下构造成像带来的影响。利用以上处理策略,优化了常规基于单程波波动方程延拓算子的起伏地表叠前深度偏移算法,从而更好实现了复杂条件下的构造成像。基于FFD延拓算子的波场下延法,用SEG起伏地表模型数据验证了该方法的有效性。该方法同样适用于各种基于频率域波动方程深度延拓算子的起伏地表深度偏移方法。      

逆时偏移中的归一化加权互相关成像条件及应用

成像条件是决定声波方程叠前逆时深度偏移效果的重要因素。常规的归一化互相关成像条件能补偿深部地层的反射波能量,但无法压制地震波逆时偏移过程中产生的偏移噪声。针对归一化互相关成像条件的主要缺陷,从二维声波方程出发,在交错网格空间中推导了声波方程逆时延拓的高阶有限差分格式和PML吸收边界条件,进而在对常规互相关成像条件分析的基础上对其进行改进,给出了一种加权互相关成像条件,即在成像过程中利用炮检波场的夹角进行加权校正,以实现只利用炮点下行波场与接收点上行波场进行成像的目标。模型数据和实测资料偏移结果表明,归一化加权互相关成像条件成像效果明显优于常规归一化互相关成像条件。     

Seismic depth migration with pseudo-screen propagator

The generalized screen propagator (GSP) is a fast and accurate method for computing wave propagation in laterally varying velocity media. The method solves the acoustic one-way wave equation by shuffling FFTs between frequency-space and frequency-wavenumber domain. The velocity model is decomposed into a vertically varying reference velocity and a laterally varying perturbation. Downward continuation of the wavefield is performed with a phase shift in a background medium followed by a correction that accommodates the lateral velocity variations. All frequencies of interest are migrated and summed to produce an image at each depth level. The screen propagators are applicable to both poststack and prestack depth migrations. We illustrate the method with the SEG-EAGE salt model and Marmousi data set. The image results show that the pseudo-screen propagator is a big improvement over the phase-screen propagator for steeply dipping events in strong-contrast heterogeneous media.