海洋中尺度涡与内波的地震图像

海洋反射地震通常用于调查、研究海底地质构造,勘探油气与天然气水合物资源.近期研究表明多道反射地震方法也可以对水柱的热盐细结构成像.中尺度涡与内波是重要的物理海洋现象,但是常规的物理海洋调查是在间隔若干公里的离散测站上进行的,水平分辨率较低,因此对中尺度涡的结构与内波的横向分布了解较差.本文利用在大西洋东部、南海采集的地震数据给出了低频反射地震可以对中尺度涡与内波清晰成像的新的证据.反射地震方法较传统海洋观测手段,具有明显的优势,主要体现在高的水平分辨率和短时间内对整个海水剖面进行成像方面．从地震剖面上,能够清楚地观测到中尺度涡、内波造成的反射特征变化,从而有助于改进对能量在不同尺度的海水运动之间传递过程的认识.     

中尺度涡的高度计资料同化模拟

中尺度涡在大洋环流中有着重要的作用. 为检验高度计资料同化应用于中尺度涡模拟的效果, 提高环流模式对中尺度涡模拟的精度, 使用三维变分的OVALS同化系统结合POM模式进行了中尺度涡同化模拟实验. 该系统将卫星高度计资料同化反演成为温盐伪观测数据, 然后再次进行常规温盐同化, 得到温盐分析场. 根据中尺度涡现象的物理特性, 经过对比检验, 对系统中的同化参数作了合理设置. 使用T/P和ERS1/2的10 a卫星高度计的海表高度异常资料, 分别用同化与非同化两种方案对西北太平洋的中尺度涡进行对比模拟实验. 将实验结果与观测数据的比较表明, 加入高度计资料同化的模拟结果远远好于未使用同化的模拟结果. 说明高度计反演温盐场的同化方法用于对于模拟中尺度涡现象是非常有效的.     

地震环境噪声成像中的地形影响校正

以传统地震环境噪声面波成像方法研究地壳速度结构时,在一些极端的地形条件下,结果与真实结构会存在较大偏差.我们以地震波场三维正演模拟为基础,提出了一种地形校正方法.我们保留了传统噪声面波成像简单的两步反演法,在面波层析成像和一维速度结构反演的基础上,通过地震波场三维模拟近似估计地形和散射波场的影响,并据此校正瑞利波频散曲线,最终反演得到校正地形影响的S波速度结构.理论测试与在实际观测数据上的应用都证明了校正方法的有效性,同时也显示了地形校正的必要性.

     

地震环境噪声成像中的地形影响校正

以传统地震环境噪声面波成像方法研究地壳速度结构时,在一些极端的地形条件下,结果与真实结构会存在较大偏差.我们以地震波场三维正演模拟为基础,提出了一种地形校正方法.我们保留了传统噪声面波成像简单的两步反演法,在面波层析成像和一维速度结构反演的基础上,通过地震波场三维模拟近似估计地形和散射波场的影响,并据此校正瑞利波频散曲线,最终反演得到校正地形影响的S波速度结构.理论测试与在实际观测数据上的应用都证明了校正方法的有效性,同时也显示了地形校正的必要性.     

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.     

浅谈地震剖面的假象识别

假象识别是正确解释地震剖面的前提,也是描述地震成像保真度(精准度)的主要标准之一.本文通过分析反射地震剖面实例,对几种常见的、易被误解的地震成像假象的特征进行了分类阐述,提出基于成因识别地震成像假象的思路.从地震剖面成像过程来看,假象的成因包括信号误判、成像畸变和波速模型误差这三个主要因素.许多不易被识别的假象起源于地震数据处理成像过程中对信号的误判,犹如“张冠李戴”;成像畸变假象的根源包括成像照明度、资料频宽和方法假设等方面的缺陷,造成抹痕等成像结果畸变假象;当地震波速度模型误差较大时,地震成像结果不仅会出现成像位置错误,还可能在波阻抗不连续点出现散射拖尾假象.因此,衡量地震成像精准度的标准应包括成像结果的分辨率、位置准确度和假象识别三个要素.这些要素相互影响,因此应该根据研究目标和实际情况,综合评判地震成像中假象的影响.     

利用BP神经网络技术建立自贡地区地震动地形效应模型及其在汶川地震中的效验

地形效应是地震学、地震工程学和工程地震学中非常重要的研究课题.地震震后调查发现: 地形起伏变化引起了更严重的地震灾害, 地震仪器也记录到复杂的三维地形对地震动具有放大效应.关于地形激发的地震动效应问题, 目前仍处于定性研究阶段, 得到了一些定性的结论: 如地形效应表现为与地形坡度相关、与山脊和山谷相关、与山形坡面形态相关、与山体高宽比相关、与地形变化的尺度相关等等.这些定性结论没能给出影响地形效应的主要因素, 如何预测地形效应仍是难题.本文通过谱元数值模拟方法, 计算了自贡地区的地震动地形效应的放大系数, 同时引入BP神经网络技术, 揭示了地形放大系数可以用不同尺度地形上的变化来表述, 即可以用地形高程、地形变化梯度及其高阶变化梯度来表示.据此为参量, 文中建立了地形效应BP神经网络的预测模型, 并将该预测模型的结果与自贡地形台阵在汶川地震中的主震记录获得的地形放大系数结果进行了对比, 给出了预测结果与实际结果的差异范围, 讨论了造成差异的成因, 该论文提出的研究方法为更全面的研究地形效应提供了重要的研究思路.

     

起伏地形下线源频率域电磁场二维正演模拟

为了研究地形对线源频率域电磁测深测量结果的影响,本文介绍了起伏地形下的线源频率域电磁场的二维正演模拟方法.在正演模拟过程中采用有限单元法,首先为了模拟起伏地形,用三角形单元对研究区域进行网格剖分;然后再对每个单元进行线性插值、积分、总体合成;最后通过求解线性方程组得出地表的电磁响应.文章最后给出了山谷与山脊模型的数值模...     

不同尺度地形的SH波频率域响应特征研究

地形是影响实际地震记录的一个重要因素,理论计算已证明地形影响地震波的走时、能量、震相、波形等特征,同时地形也是产生尾波信号的重要原因.复杂且具有多尺度成分的地形对地震波传播的影响不仅与地震信号的频率有关,与其自身尺度成分也表现出强烈的依赖关系. 本文利用局域离散波数法模拟计算了不同尺度地形SH波的频率响应,得到地形尺度与频率之间似共振的响应关系. 这一关系可以更好地解释复杂地形对不同频率地震波传播的影响方式,同时可以指导数值模拟模型的构建,在关注的频率范围内合理取舍构造尺度成分,达到以最小的计算量得到最大的计算效益.     

基于流体动力学数值模拟的海水层反射地震研究

由于多种海水运动同时存在以及地形的影响,海水层结构非常复杂,解释海水层地震相,分析海水运动过程是地震海洋学研究的新方向.本文提出结合流体动力学数值模拟与反射地震正演分析海水层地震相的方法.首先,对地形和流体建模,得到特定条件下流体运动状态;然后用反射地震正演将模拟获得的海水层温盐剖面转换为反射地震数据;进一步和实际测量得到的地震海洋学剖面进行对比,分析地形、海水运动对海水层地震相的影响.以内孤立波浅化过程为例,通过流体动力学数值模拟,获得其浅化过程中出现的下沉型、分裂、转换型三个阶段的海水层剖面;对温盐剖面进行反射地震正演,分析浅化不同阶段海水层反射几何形态、反射结构等特征.这种新方法有望解释复杂地震海洋学图像,深化海底地形对海水运动影响的认识.

     

Numerical Analysis of the Effect of Mesoscale Eddies on Seismic Imaging

The influence of the mesoscale eddy on seismic wave propagation and seismic imaging in deep sea is investigated. Based on fundamental fluid equations, an appropriate partial differential equation is derived for the acoustic pressure field in water with eddies, including current effects. Seismic wavefields and synthetic seismograms in the center of the eddy are simulated. Numerical experiments demonstrate that velocity variations caused by the eddy can lead to traveltime perturbations. Further, in seismic images, the reflectors below the water layer are positioned incorrectly due to the perturbation of the eddy and this image perturbation depends linearly on the migration velocity of the layer below the corresponding reflector. The zero-offset seismic profiling throughout the affected area of the eddy shows that the maximum traveltime perturbation appears at the center of the eddy and the structure of horizontal reflectors below the water layer are distorted.     

中美洲鹦鹉湾气旋涡的亚中尺度结构特征

海洋中普遍存在的涡旋对全球海洋热、盐通量有重要贡献.一条于2000 年6 月在中美洲鹦鹉湾采集的地震剖面L115 捕获到了一个海水次表层透镜状反射结构.透镜状反射的宽度约 150 km,厚度约500 m,深度从 100 m延伸到约600 m,核心深约200 m.结合和地震采集时间近同步的再分析数据中的流速和海水温度数据...     

Directional‐oriented wavefield imaging: a new wave‐based subsurface illumination imaging condition for reverse time migration

The key objective of an imaging algorithm is to produce accurate and high‐resolution images of the subsurface geology. However, significant wavefield distortions occur due to wave propagation through complex structures and irregular acquisition geometries causing uneven wavefield illumination at the target. Therefore, conventional imaging conditions are unable to correctly compensate for variable illumination effects. We propose a generalised wave‐based imaging condition, which incorporates a weighting function based on energy illumination at each subsurface reflection and azimuth angles. Our proposed imaging kernel, named as the directional‐oriented wavefield imaging, compensates for illumination effects produced by possible surface obstructions during acquisition, sparse geometries employed in the field, and complex velocity models. An integral part of the directional‐oriented wavefield imaging condition is a methodology for applying down‐going/up‐going wavefield decomposition to both source and receiver extrapolated wavefields. This type of wavefield decomposition eliminates low‐frequency artefacts and scattering noise caused by the two‐way wave equation and can facilitate the robust estimation for energy fluxes of wavefields required for the seismic illumination analysis. Then, based on the estimation of the respective wavefield propagation vectors and associated directions, we evaluate the illumination energy for each subsurface location as a function of image depth point and subsurface azimuth and reflection angles. Thus, the final directional‐oriented wavefield imaging kernel is a cross‐correlation of the decomposed source and receiver wavefields weighted by the illuminated energy estimated at each depth location. The application of the directional‐oriented wavefield imaging condition can be employed during the generation of both depth‐stacked images and azimuth–reflection angle‐domain common image gathers. Numerical examples using synthetic and real data demonstrate that the new imaging condition can properly image complex wave paths and produce high‐fidelity depth sections.     

Angle-domain imaging of relative impedance perturbation

Impedance is a physical parameter that plays an important role in seismic data processing and interpretation. A relative impedance perturbation (the ratio of the impedance perturbation and the impedance for the background models) imaging method in depth domain based on the reflection wave equation is proposed. Under the small perturbation assumption, primary wave and high-frequency approximation condition, a linear propagation equation of the primary reflection waves based on the relative impedance perturbation was first derived. On this basis, we further derived the imaging formula of the relative impedance perturbation using a linear inversion theory. Then, the source–receiver bidirectional illumination compensation was used to improve the image quality of the subsurface structures. The image result obtained by this method can be used to estimate the relative impedance perturbation. In the angle domain, the extracted near-angle-domain image gather with amplitude compensation can estimate the relative impedance perturbation, and the far-angle image gather provides the estimation of the relative velocity perturbation (the ratio of the velocity perturbation and the background velocity). Finally, several numerical tests demonstrate the effectiveness of the method.     

Improving Kirchhoff migration with repeated local plane-wave imaging? A SAR-inspired signal-processing approach in prestack depth imaging

A local plane-wave approach of generalized diffraction tomography in heterogeneous backgrounds, equivalent to Kirchhoff summation techniques when applied in seismic reflection, is re-programmed to act as repeated synthetic aperture radar (SAR) imaging for seismic prestack depth migration. Spotlight-mode SAR imaging quickly provides good images of the electromagnetic reflectivity of the ground via fast Fourier transform (FFT)-based signal processing. By calculating only the Green's functions connecting the aircraft to the centre of the illuminated patch, scattering structures around that centre are also recovered. SAR technology requires us to examine seismic imaging from the local point of view, where the quantity and quality of the available information at each image point are what are important, regardless of the survey geometry. When adapted to seismics, a local image of arbitrary size and sampling is obtained by FFT of seismic energy maps in the scattering wavenumber domain around each node of a pre-calculated grid of Green's functions. These local images can be used to generate a classic prestack depth-migrated section by collecting only their centres. However, the local images also provide valuable information around the centre, as in SAR. They can therefore help to pre-analyse prestack depth migration efficiently, and to perform velocity analysis at a very low cost. The FFT-based signal-processing approach allows local, efficient and automatic control of anti-aliasing, noise and resolution, including optimized Jacobian weights. Repeated local imaging could also be used to speed up migration, with interpolation between local images associated with a coarse grid of Green's functions, as an alternative to interpolation of Green's functions. The local images may, however, show distortions due to the local plane-wave approximation, and the velocity variations across their frame. Such effects, which are not necessarily a problem in SAR, should be controlled and corrected to further enhance seismic imaging. Applications to realistic models and to real data show that, despite the distortion effects, the local images can yield similar information to prestack depth migration, including common-image-point gathers for velocity analyses and AVO/AVA effects, at a much lower cost when a small target is considered.     

一种新的针对反射波的逆时偏移真振幅成像条件

真振幅成像是一种代表性的定量估计模型参数扰动高波数部分的地震波成像方法.经典的真振幅成像方法在高频近似和理想照明假设条件下求取显式对角Hessian逆矩阵作为偏移振幅加权算子,用以校正波传播过程中的几何扩散效应,得到模型参数扰动的带限估计.真振幅保真成像方法在利用逆时偏移（RTM）框架实现时会产生低波数噪声,影响对高波数参数估计的精度.本文给出了一种新的基于RTM框架的真振幅保真成像条件,该成像条件针对反射波数据,在高频近似下散射模式对应正问题及Bayes反问题框架下导出.与传统基于高频渐进反演的波动方程成像方法类似,利用本文提出RTM成像条件能够保证计算结果与高频近似下反演结果的一致性.同时,利用本文提出RTM真振幅成像条件能够在成像过程中自动保真的消除传统真振幅RTM算法中存在低波数噪声,模型数值实验结果验证了本文方法的正确性和有效性.

     

一种新的针对反射波的逆时偏移真振幅成像条件

真振幅成像是一种代表性的定量估计模型参数扰动高波数部分的地震波成像方法.经典的真振幅成像方法在高频近似和理想照明假设条件下求取显式对角Hessian逆矩阵作为偏移振幅加权算子,用以校正波传播过程中的几何扩散效应,得到模型参数扰动的带限估计.真振幅保真成像方法在利用逆时偏移（RTM）框架实现时会产生低波数噪声,影响对高波数参数估计的精度.本文给出了一种新的基于RTM框架的真振幅保真成像条件,该成像条件针对反射波数据,在高频近似下散射模式对应正问题及Bayes反问题框架下导出.与传统基于高频渐进反演的波动方程成像方法类似,利用本文提出RTM成像条件能够保证计算结果与高频近似下反演结果的一致性.同时,利用本文提出RTM真振幅成像条件能够在成像过程中自动保真的消除传统真振幅RTM算法中存在低波数噪声,模型数值实验结果验证了本文方法的正确性和有效性.     

基于虚源估计的复杂上覆地层下地震相干成像

在上覆地层比较复杂的情况下,常规地震勘探方法常常难以得到好的成像.本文研究了基于地震相干避开复杂上覆地层对地震波的影响,利用VSP数据估计地震虚源直接对目的地层进行成像的方法.在地震相干成像过程中,震源子波对分辨率有比较大的影响,尤其是存在薄层的条件下,两个非常近的反射同相轴将无法辨认.利用估计出虚源地震子波的性质,对该子波进行整形压制其旁瓣,从而提高成像的分辨率.针对典型模型的数值试验结果表明,对于复杂上覆地层情形,通过从VSP数据估计的虚源数据能够较好的对目的地层进行成像.     

利用远震地震波形畸变现象探测地幔低速体

地幔低速异常体的精确探测对于研究热点/地幔柱的成因至关重要.但是,由于观测手段以及波前愈合现象的影响,远震走时层析成像在探测地球深部的低速异常体时具有极大的限制.因此,越来越多的学者利用地震波穿过低速体后产生的绕射波和直达波干涉造成的波形畸变信息来研究地幔低速体.本文通过三维地震数值模拟来拟合长白山、黄石公园地区宽频地震记录,分析绕射波和直达波相互干扰造成的波形畸变现象.模拟结果显示,绕射波/波形畸变对于探测地幔深处的低速体具有较高分辨率;目前常用的基于互相关测量的有限频层析成像方法对于深部低速体速度异常低估现象明显.如果将有限频层析成像结果在深部的速度异常值放大到原来的2倍,数值模拟可以很好的拟合观测到的地震波形畸变现象.通过对长白山地区、黄石公园地区记录的地震波形畸变现象的拟合,我们进一步确认了长白山、黄石地区下方分别在400~600 km、700~1000 km处存在地幔低速体,并对低速体速度异常值进行了矫正.