各向同性弹性波随机边界逆时偏移

叠前地震逆时偏移是目前公认地震成像的有效途径.声学介质逆时偏移已经成熟,弹性波逆时偏移研究相对较少,本文研究了各向同性介质弹性波逆时偏移.传统逆时偏移由于存储量的巨大不便于实际应用.本文针对逆时偏移存储量大的缺点,采用随机边界条件,用计算换存储减少了存储量.首先从波动方程出发,推导了各向同性介质弹性波逆时偏移高阶有限差分算子;其次运用随机边界逆时偏移的流程进行逆时偏移;最后采用传统的拉普拉斯滤波的方法消除低频噪音.模型试算表明,采用随机边界得到逆时偏移结果与常规有限差分得到的逆时偏移结果差别较小,证明了该方法的正确性.     

基于散射理论的逆时偏移随机边界构建策略优化分析

叠前逆时偏移将是应用前景最为广泛的地震偏移技术,但存在计算量大和存储单元要求多的瓶颈问题.随机边界条件思想的提出较好地解决了其中的存储问题,但同时也大大增加了计算成本.为了减小边界宽度,降低宽边界带来的计算负担,同时又不影响随机边界的随机效果,本文首先提出了一种多形式随机边界函数,并从随机介质散射理论出发,研究了随机边界的散射特性,并将随机边界归纳为增强模式和衰减模式两类,深入分析推导了不同模式边界的随机函数形式选择的最优判据,最后形成了一套能够使得在边界宽度有限情况下获得最佳散射效果的随机边界构建算法.理论分析和数值模拟实验结果表明:在边界宽度较窄的情况下,利用本文提出的随机边界构建策略,能够最大程度地发挥有限宽随机边界散射性能,压制相干能量的产生.这为提高随机边界的随机性能,减小随机边界的宽度,提高逆时偏移的计算效率提供了一种有效的方法.     

逆时偏移边界条件与存储策略分析

地震波场模拟是叠前逆时偏移方法的核心计算单元,因此,边界条件和存储方案的选择是高精度以及高效率逆时偏移算法不可回避的问题.本文就随机边界条件和吸收边界条件在逆时偏移算法中的应用效果以及相应的四种存储策略展开具体分析,给出了不同存储策略下的计算成本和存储量需求.文中优选随机边界条件和吸收边界条件的有效边界存储方案,引入GPU并行加速技术对SEG起伏地表模型进行测试,详细讨论分析了两种方法的计算效率和计算精度.测试表明,随机边界存储的计算成本要低于有效边界存储的计算成本,而受边界散射的影响,随机边界逆时偏移在浅层伴有噪音干扰.针对具体数据情况,合理地运用GPU加速技术、选择有效的边界条件以及存储方法,是改善逆时偏移成像精度和效率的有效途径.     

逆时偏移去噪方法研究进展

逆时偏移(RTM)作为精度较高的深度域成像方法之一越来越受到人们的重视..基于双程波动方程的逆时偏移具有原理简单、无倾角限制、可以用于复杂区域和陡倾角构造成像等优点.本文概述了国内外逆时偏移的发展历程和现状,介绍了应用随机边界条件后逆时偏移基本原理以及存在的问题并分析了成像噪声的产生机制,重点给出成像后压制逆时偏移低频噪声的几种方法及特征并给出总体认识.     

相位编码多次波逆时偏移成像

随着勘探地质体复杂度日益增大, 反射波成像面临诸多挑战, 作为有潜力提升成像精度的重要补充或替代手段的多次波成像愈发受到重视.然而, 串扰噪声的产生阻碍了多次波成像的实际应用.近年来, 作为压制串扰噪声的有效技术之一, 可控阶多次波成像取得了较大研究进展, 但因其需重复计算各阶多次波成像结果, 计算成本昂贵.为此, 本文引入随机相位编码技术, 并与多次波分阶思想结合, 提出相位编码多次波逆时偏移方法: 首先, 对各阶多次波进行随机相位编码(含随机时间延迟与极性反转); 其次, 叠加编码后的各阶多次波, 产生多次波超道集; 最后, 以编码后0至(N-1)阶多次波组成的超道集为虚拟震源进行正向延拓, 同时反传编码后1至N阶多次波所组成的超道集, 并进行互相关, 得到各阶多次波联合成像结果.本文所提方法能够同步使用各阶多次波, 实现各阶多次波联合成像, 避免各阶多次波单独进行成像, 从而成倍提升计算效率.本文用两套模拟数据与一套实际数据算例对所提方法进行了测试, 成像结果验证了该方法的可行性、有效性与应用前景.

     

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。     

基于波场分离的弹性波逆时偏移

尽管叠前逆时偏移成像精度高,但仅针对单一纵波的成像也可能形成地下介质成像盲区,由于基于弹性波方程的逆时偏移成像可形成多波模式的成像数据,因此弹性波逆时偏移成像可提供更为丰富的地下构造信息.本文依据各向同性介质的一阶速度-应力方程组构建震源和检波点矢量波场,再利用Helmholtz分解提取纯纵波和纯横波波场,使用震源归一化的互相关成像条件获得纯波成像,避免了直接使用坐标分量成像而引起的纵横波串扰问题.针对转换波成像的极性反转问题,文中提出一种共炮域极性校正方法.为有效节约存储成本,也提出一种适用于弹性波逆时偏移的震源波场逆时重建方法,在震源波场正传过程中,仅保存PML边界内若干层的速度分量波场,进而逆时重建出所有分量的震源波场.本文分别对地堑模型和Marmousi2模型进行了弹性波逆时偏移成像测试,结果表明：所提出的共炮域极性校正方法正确有效,基于波场分离的弹性波逆时偏移成像的纯波数据能够对复杂地下构造准确成像.

     

基于波场分离理论的逆时偏移成像条件研究及应用

逆时偏移成像方法与其它算法的成像方法相比,由于算法不受地层倾角的限制,因此针对陡倾角构造和复杂地质模型地区的成像有着无可比拟的优越性,特别是在盐丘发育的地区优势更加明显.实际应用过程中,逆时偏移通常是应用互相关成像条件构建成像,然而,这种成像条件会产生低频、强振幅的噪音,如果不能彻底消除这些噪音,那它就会严重影响甚至淹没有效信号,特别是在浅层的强反射界面上方往往会出现大量的低频噪音,从而使得浅层构造基本无法识别.基于传统互相关成像条件的这一局限,本文提供了一个新的成像条件,它能在有效成像的同时消除这些低频、强振幅的干扰噪音;其具体实现思路就是将炮点及检波点波场分离成它们的单程波传播分量,然后采用互相关成像条件对分离后的波场进行成像,从而实现逆时偏移成像.通过对模型数据和实际野外数据的实测,证明了该方法的有效性和适用性.     

基于一步法波场延拓的正演模拟和逆时偏移成像

通常工业界实现逆时偏移算法时采用有限差分数值方法模拟地震波场,波场模拟常常受稳定性条件限制,且易产生数值频散,成像精度降低.本文引入了一步法波场延拓方法,首先构建声波传播算子,借助Chebyshev多项式和Jacobi-Anger展开式近似传播算子中的e指数项,进而实现波场递推,该方法时间步长的选取不受稳定性条件限制而且不存在空间频散现象.本文将一步法波场延拓方法用于逆时偏移成像的波场模拟,并提出双缓冲区存储策略,在不增加计算量的前提下,大幅降低了逆时偏移方法的波场存储量.波场模拟和逆时偏移成像测试表明,本文提出的一步法波场延拓方法模拟地震波场精度高,消除了频散影响,可在较大时间步长的情况下实现高精度波场模拟;提出的基于一步法波场延拓的逆时偏移方法成像质量好;基于双缓冲区存储策略的逆时偏移成像方法存储成本低.

     

三维各向异性TI介质中的P/S波快速解耦技术及在弹性波逆时偏移中的应用

随着多分量采集技术的发展,弹性波逆时偏移技术在三维各向异性介质复杂地质构造成像中得到了广泛的应用.然而耦合的P波场和S波场,会在传播过程中产生串扰噪声,降低弹性波逆时偏移的成像精度.为了解决这一问题,本研究针对具有倾斜各向异性对称轴的三维横向各向同性（Transverse Isotropy,TI）介质,提出了一种矢量弹性波场快速解耦方法,可以有效提高偏移剖面的成像质量.该方法首先通过坐标转换,将观测系统坐标系的垂直轴旋转到TI介质的对称轴方向,在新坐标系下,根据具有垂直对称轴的三维横向各向同性（Vertical Transverse Isotropy,VTI）介质中的分解算子,推导出三维TI介质解耦算子表达式.接着引入一种在空间域快速计算分解波场的方法,来实现空间域矢量P波场和S波场分离,极大地提高了计算效率.最后,通过点积成像条件,将提出的P/S波分解方法引入到三维TI介质弹性波逆时偏移中,得到高精度的PP和PS成像.与以往的波场分解方法相比,本文方法具有数值稳定和计算效率高的特点.数值算例表明,应用上述三维TI分解算子得到的偏移剖面有效压制了噪声,提高了成像质量.

     

拖缆与OBN资料联合成像域最小二乘逆时偏移成像

海洋拖缆地震资料的叠前深度逆时偏移是对海底地层进行地震成像的主要方法之一.然而,在地质构造复杂区域,因拖缆长度有限,难以接收到深部高陡构造的反射波信号,导致成像效果较差.海底地震节点(OBN)资料虽然含有深部地层信号,但因OBN间距较大,偏移噪声严重.为此,本文提出拖缆与OBN资料联合的成像域最小二乘逆时偏移成像方法.该方法有机地结合了拖缆与OBN资料的优势,同时利用拖缆和OBN资料进行最小二乘逆时偏移,得到更高质量的反射率成像剖面.此外,通过在成像域计算点扩散函数来估计最小二乘反演方程的Hessian矩阵,避免了常规方法通过多次偏移和反偏移估计Hessian矩阵极其耗时的缺陷.用理论模型合成资料的测试结果,表明了本文方法的正确性及其对复杂构造成像的有效性.

     

Angle-domain common-image gathers in reverse-time migration by combining the Poynting vector with local-wavefield decomposition

Angle-domain common-image gathers are an important tool in the post-processing of seismic images and for reservoir characterization. The generation of angle gathers is a very important issue when dealing with angle-domain images. Efficiency and robustness are the main concerns in the generation of angle gathers. In this paper, we propose two methods for producing angle gathers based on the implementation of a reverse-time migration. In the hybrid method, we adopt the local-plane-wave decomposition method to extract the local plane waves and obtain two possible opposite propagation directions in the time-wavenumber domain. Then, Poynting vectors are used to determine the correct propagation direction. The hybrid method achieves a satisfactory balance between robustness and computational efficiency. Furthermore, in the improved hybrid method, additional computational acceleration is obtained by separating the overlapping and non-overlapping wavefield areas. The hybrid method is only applied in these areas with overlapping wave fronts, and the Poynting-vector-based method is adopted in the other areas. The location of the overlapping events is determined using the eigenvalues of the structural tensor. Finally, the two-dimensional synthetic and field examples demonstrate the effectiveness of both methods.     

横向各向同性介质弹性波多分量叠前逆时偏移

随着油气勘探程度的提高,隐蔽油气藏在增储上产方面起到了重要作用,因此发展基于各向异性介质的多分量偏移方法是非常必要的.本文基于横向各向同性（VTI）介质,从二维弹性波速度\|应力方程出发,通过在时间上的二阶差分和空间上的交错网格高阶差分对方程进行离散,得到弹性波交错网格高阶差分的多分量逆时偏移算子.在激发时间成像条件的应用过程中引入Poynting矢量进行成像并消除逆时偏移所引起的低频干扰,在此基础上实现了VTI介质中二维弹性波叠前多分量逆时深度偏移.理论模型的偏移处理表明,该方法能够对地层进行准确成像,并可以消除逆时偏移所引起的低频噪声.     

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.     

非零偏VSP弹性波叠前逆时深度偏移技术探讨

非零偏VSP地震资料是一种多分量资料,处理非零偏VSP资料,弹性波叠前逆时深度偏移技术无疑是最适合的处理技术.本文从二维各向同性介质的弹性波波动方程出发,研究了对非零偏VSP资料进行叠前逆时深度偏移的偏移算法,讨论了逆时传播过程中的边值问题和数值频散问题及其相应的解决方案;采用求解程函方程计算得到地下各点的地震波初至时间作为成像时间,实现了非零偏VSP资料的叠前逆时深度偏移.最后进行了模型试算和非零偏VSP地震资料的试处理,结果表明该方法不受地层倾角限制,较适用于高陡构造地区或介质横向速度变化较大地区的非零偏VSP地震资料处理.     

Prestack reverse-time depth migration of arbitrarily wide-angle wave equations

Based on arbitrarily wide-angle wave equations,a reverse-time propagation scheme is developed by substituting the partial derivatives of depth and time with central differences. The partial derivative of horizontal direction is replaced with high order difference. The imaging condition is computed by solving the eikonal equations. On the basis of above techniques,a prestack reverse-time depth migration algorithm is developed. The processing exam-ples of synthetic data show that the method can remove unwanted internal reflections and decrease the migration noise. The method also has the advantage of fidelity and is applicable of dip angle reflector imaging.     

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.     

VTI介质中准P波方程叠前逆时深度偏移

根据具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质中的一阶准P波方程,导出了该方程在交错网格中逆时延拓的高阶有限差分格式,给出了其稳定性条件,采用完全匹配层吸收边界条件解决边界反射问题,分别应用下行波最大能量法和归一化互相关成像条件, 实现了VTI介质中准P波方程的叠前逆时深度偏移．各向异性Marmousi模型的试算结果表明,VTI介质准P波方程叠前逆时深度偏移算法不受地下构造倾角和介质横向速度变化的限制,对复杂模型具有良好的成像能力;应用归一化互相关成像条件能得到更好的成像效果．对比该模型的各向异性和各向同性逆时偏移剖面表明,在各向异性地区采集的纵波数据用各向异性偏移算法理论上能得到更好的成像结果．