改进的相移及相移插值方法研究

为了对复杂地质体实现精确的偏移归位,在使用相移与相移插值方法时,成像质量和计算效率这两个因素是我们必须考虑的。为此针对实际中遇到的各种问题,对相移及相移插值方法进行了如下技术上的改进:讨论空间域内的动态边界吸收法;首次提出波数域滤波方法,这两种方法有效克服了端点效应并使计算效率显著提高;阐述小速度偏移方法并对相移因子进行分析实践证明二者明显改善了偏移剖面的成像质量。     

共炮检距高斯波束偏移的一种快速实现算法

与共炮高斯波束偏移相比,共炮检距高斯波束偏移具有直接抽取炮检距域共成像点道集的优势.过去,共炮检距高斯波束偏移以损失成像精度的代价采用最速下降法来降低积分的维数,从而提高计算效率.但经过最速下降近似简化的偏移公式仍是频率域的,需要在每个频点进行计算.为此,本文提出一种快速实现算法来避免采用最速下降法.本文通过分析一个水平层状速度模型的偏移过程和Marmousi速度模型的成像结果来检验不同插值方法对快速实现算法的成像精度和计算效率的影响,并建议采用二维三次卷积插值方法.同时本文在Marmousi速度模型下验证了快速实现算法相对于最速下降法在成像精度和计算效率上的优势.此外,本文将采用二维三次卷积插值的快速实现算法应用于Sigsbee2A模型并获得了清晰的盐下图像.     

复杂地表变偏移距VSP角度域旅行时层析及叠前深度偏移（英文）

变偏移距VSP反射波射线路径是不对称、覆盖次数也不均匀,因此通常使用偏移速度分析、层析反演建立准确的2D、3D速度场,尤其角度域共成像道集最适合偏移速度分析,通常拾取其剩余曲率更新速度,建立准确的速度场。为了建立高精度速度模型,本文推导了VSP角度域共成像道集剩余深度与旅行时残差的关系,用最小二乘求解更新速度,建立了一个四参数层析反演方程,包括地层倾角、入射角、剩余深度、灵敏度矩阵等四个参数。在角度域中将反射波分解为上行、下行两个透射波计算其旅行时。采用"逐步-累加"方式进行复杂地表叠前深度偏移ωx。通过叠前深度偏移得到偏移距域共成像道集,拾取剩余深度;在叠加成像剖面上拾取层位获取地层倾角;利用Runge-Kutta射线追踪计算地层反射点到检波点的射线路径,确定入射角,再计算地层反射点到复杂地表的射线路径;将偏移距域剩余深度映射为角度域,建立层析方程并求解。经模型和塔里木盆地"双复杂"地区Walkaway VSP实测资料验证表明,推导的层析反演方程能建立较准确的速度模型,偏移算法能适应复杂地表。     

基于局部倾斜叠加的快速射线束叠前时间偏移

宽方位高密度地震勘探可以有效的提高地震资料的空间分辨率和裂缝预测的精度,但地震道数的增加也大幅度提升了地震数据的处理成本.为提高海量地震数据偏移处理的计算效率,本文发展了一种快速射线束叠前时间偏移方法.该方法首先根据给定的射线束中心间隔将炮记录划分为一系列数据子集,然后利用倾斜叠加将数据子集分解为不同方向的平面波,最后根据射线束中心到地下成像点的双程走时和射线参数拾取相应的平面波振幅累加到成像点上.同Kirchhoff叠前时间偏移相比,本文方法不但保持了一致的成像精度,且由于仅需在稀疏的射线束中心位置进行成像累加运算,计算效率得到了大幅度的提升.文中所给出的模型和实际资料的测试结果验证了本文方法的正确性和有效性.     

单程波算子地震波入射角计算

基于单程波深度延拓方法,发展了一种地震波入射角度计算方法.入射角度的计算仅利用简谐波场,可得到整个成像区域内所有点的入射波波前面方向.该方法具有较高的计算效率,可服务于合成角道集等深度偏移方法;与偏移算法相比,其计算量几乎可以忽略.与射线法或基于走时梯度的入射角度计算方法相比,本文方法更稳健,避免了速度场的微小变化导致的入射角较大变化,因此更适用于实际偏移速度模型,也与波动方程深度偏移方法更匹配.数值算例表明,本文方法既有较高的计算效率又有很好的精度,且有很好的稳定性.     

2D共炮时间域高斯波束偏移

针对传统射线方法在奇异区成像精度不高,而2D频率域高斯波束叠前深度偏移需要计算成像点处每个频率的格林函数,影响计算效率的问题,本文通过使用复走时代替实走时,改变频率域下成像公式的积分顺序,给出了在时间域下进行高斯波束偏移的方法和计算公式.本文使用复杂数值模型验证了2D时间域高斯波束叠前偏移方法的正确性,并同传统射线偏移成像结果做了对比.对比结果表明时间域高斯波束偏移在成像精度上优于传统射线偏移.     

基于偏微分方程的模型光滑处理在偏移成像中的应用

本文针对射线类偏移成像当中的速度模型光滑处理问题,借鉴数字图像处理当中的偏微分方程法,基于能量泛函,应用变分方法导出基于速度模型的偏微分方程实现射线类偏移成像当中的速度模型的光滑处理.由于偏微分方程法具有线性叠加特性、模型解的唯一性和局部特征保持性,因此,应用该算法可以实现基于原始速度模型空间结构的模型光滑处理.通过在原始速度模型以及光滑处理后的速度模型上计算速度的空间分布以及地震波走时、射线路径可以得出,偏微分方程法对速度模型的光滑处理能够很好地保持原始模型的空间结构,偏移成像结果也证明了该方法的实用性.     

高斯束成像方法研究进展综述

兼顾计算效率和成像精度的高斯束偏移成像方法近年来得到广泛应用.一方面高斯束偏移使用动力学射线追踪,解决了传统射线方法的焦散问题,改善了成像效果;另一方面,高斯束方法选择对成像点有贡献的高斯束叠加来计算波场值,无需费时的两点射线追踪,保证了计算效率.本文主要从高斯束叠后偏移、叠前偏移、起伏地表偏移、高斯束逆时偏移、弹性波偏移、各向异性偏移以及高斯束偏移三类优化策略等方面系统地评述了高斯束成像方法的研究进展,并对高斯束偏移方法下一步发展方向进行了初步展望.     

三维地震资料叠前时间偏移应用研究

本文通过选取合适的叠前时间偏移软件,对两块三维地震资料进行偏移成像试验,验证叠前时间偏移中影响偏移成像效果的几个主要因素.该软件偏移算法的核心技术是弯曲射线偏移处理,这不同于工业界常用的直射线假设.偏移速度是偏移成像好坏的主要因素,通过迭代进行偏移、速度分析,使共成像点道集拉平,从而实现构造的准确成像;偏移孔径也是影响偏移成像的一个关键参数,其选取与成像目标层的倾斜角、深度、速度等有关;反假频参数对偏移成像效果有一定影响,是偏移中需要考虑的因素之一.     

多步法快速射线追踪与圆台型高精度走时外插计算

为更好地适应复杂构造的地震偏移成像,本文提出了一套快速射线追踪算法和一种高精度的走时外插计算方法.采用线性多步法的预测-校正公式求解射线追踪方程组,与传统的四阶Runge-Kutta法相比,提高了计算效率.在网格节点上的走时计算中,应用一种基于圆台的外插方法,该方法以射线的方向为轴确定圆台,将轴上的走时外插到圆台内的网格节点上.与传统的矩形体外插方法相比,圆台走时外插方法提高了计算精度,且具有更好的稳定性.另外,该方法利用稀疏分布的射线即可获得高精度的走时表,节省计算量,对复杂构造的偏移成像非常有利,尤其是三维偏移.最后通过逆散射偏移成像算例,验证了算法的有效性和适用性.     

射线类偏移成像中的模型平滑处理研究

本文从能量泛函的角度着手,基于速度梯度,采用最速下降法推导了基于偏微分方程的速度模型平滑公式,用于解决射线类偏移成像过程当中速度模型的平滑处理问题.同时针对偏微分方程速度模型平滑系数中阈值k的选取对速度模型空间结构的影响,在简单的高速体速度模型上分析了不同k值的选取对原始速度模型空间结构的改变,并通过射线路径和时间场的对比分析证明偏微分方程速度模型平滑处理相对于卷积算子平滑的优越性.最后通过在Marmousi、Sigsbee2A原始速度模型以及平滑处理后的速度模型上的成像结果分析验证偏微分方程模型平滑的有效性.     

The effectiveness of a pseudo-inverse extended Born operator to handle lateral heterogeneity for imaging and velocity analysis applications

Wave equation–based migration velocity analysis techniques aim to construct a kinematically accurate velocity model for imaging or as an initial model for full waveform inversion applications. The most popular wave equation–based migration velocity analysis method is differential semblance optimization, where the velocity model is iteratively updated by minimizing the unfocused energy in an extended image volume. However, differential semblance optimization suffers from artefacts, courtesy of the adjoint operator used in imaging, leading to poor convergence. Recent findings show that true amplitude imaging plays a significant role in enhancing the differential semblance optimization's gradient and reducing the artefacts. Here, we focus on a pseudo-inverse operator to the horizontally extended Born as a true amplitude imaging operator. For laterally inhomogeneous models, the operator required a derivative with respect to a vertical shift. Extending the image vertically to evaluate such a derivative is costly and impractical. The inverse operator can be simplified in laterally homogeneous models. We derive an extension of the approach to apply the full inverse formula and evaluate the derivative efficiently. We simplified the implementation by applying the derivative to the imaging condition and utilize the relationship between the source and receiver wavefields and the vertical shift. Specifically, we verify the effectiveness of the approach using the Marmousi model and show that the term required for the lateral inhomogeneity treatment has a relatively small impact on the results for many cases. We then apply the operator in differential semblance optimization and invert for an accurate macro-velocity model, which can serve as an initial velocity model for full waveform inversion.     

TI介质局部角度域高斯束叠前深度偏移成像

各向异性射线理论基础上的局部角度域叠前深度偏移方法能够为深度域构造成像与基于角道集的层析反演提供有力支撑,但是对于复杂地质构造而言,高斯度叠前深度偏移在不失高效、灵活等特点的情况下,具有明显的精度优势.为此,本文研究局部角度域理论框架下的高斯束叠前深度偏移方法.为提高算法效率与实用性,文中讨论了一种从经典弹性参数表征的各向异性介质运动学和动力学射线方程演变而来的由相速度表征的简便形式,并提出了一种比较经济的各向异性高斯束近似合成方案.结合地震波局部角度域成像原理,讨论一种适合高斯束偏移的角度参数计算方法.国际上通用的理论模型合成数据试验表明：相比局部角度域Kirchhoff叠前深度偏移成像方法,本文方法具有更高的成像精度与抗噪能力,既适用于复杂构造成像,也可为TI介质深度域偏移速度分析与模型建立提供高效的偏移引擎.     

叠前逆时偏移影响因素分析

反射地震勘探中的偏移成像技术是获取地下介质构造形态最有效的手段之一.在叠前深度域偏移方法中,目前工业界采用的方法包括基于射线理论的波动方程积分解法和基于波动理论的微分波动方程单程波解法,这两类方法难以处理地震波横向速度变化剧烈的高陡倾角构造成像问题.近年来勘探地震学研究领域发展起来的叠前逆时偏移采用了双程波求解微分波动方程的算法,这种方法具有相位准确、不受介质横向速度变化和高陡倾角构造的影响、成像精度高、可以利用回转波正确成像等优点,从理论上弥补了当前工业界常规地震偏移所面临的成像缺陷.然而,叠前逆时偏移成像方法从理论走向实用尚需解决如下问题:计算速度和数据存储空间的节省、初始速度模型的建立、震源子波的选择、数值模型边界条件的定义和假像的消除等等.对于计算速度和存储量大的问题,随着计算机硬件的快速发展,将会不断得到改善,同时可以采取一些计算技术和存储策略来加以缓解.本文主要针对初始速度模型的建立、震源子波的选择、数值模型边界条件的定义和假像的消除这些因素,利用简单模型进行了分析.对于反射波造成的传播路径上的假像,给出了一种振幅补偿滤波方法.对勘探地球物理学界给出的SEG/EAGE二维盐丘模型、Marmousi模型和本研究设计的崎岖海底模型进行了叠前逆时偏移成像,均取得了较好的成像效果.     

A new 3-D ray tracing method based on LTI using successive partitioning of cell interfaces and traveltime gradients

We present a new method of three-dimensional (3-D) seismic ray tracing, based on an improvement to the linear traveltime interpolation (LTI) ray tracing algorithm. This new technique involves two separate steps. The first involves a forward calculation based on the LTI method and the dynamic successive partitioning scheme, which is applied to calculate traveltimes on cell boundaries and assumes a wavefront that expands from the source to all grid nodes in the computational domain. We locate several dynamic successive partition points on a cell's surface, the traveltimes of which can be calculated by linear interpolation between the vertices of the cell's boundary. The second is a backward step that uses Fermat's principle and the fact that the ray path is always perpendicular to the wavefront and follows the negative traveltime gradient. In this process, the first-arriving ray path can be traced from the receiver to the source along the negative traveltime gradient, which can be calculated by reconstructing the continuous traveltime field with cubic B-spline interpolation. This new 3-D ray tracing method is compared with the LTI method and the shortest path method (SPM) through a number of numerical experiments. These comparisons show obvious improvements to computed traveltimes and ray paths, both in precision and computational efficiency.     

基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移

相对于传统的逆时偏移,最小二乘逆时偏移具有更高的成像质量,这种改善是通过迭代反演来获得的,另外其精度与效率依赖于求解波动方程算法的精度与效率.本文给出了基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移的方法,该方法能够充分结合最小二乘算法与非结构化网格精细刻画地下界面以及随速度自适应剖分的优点;并采用带补偿的拉普拉斯滤波算法,来消除梯度计算中的低频噪声,从而加速目标函数的收敛速度.通过简单倾斜模型以及复杂Marmousi模型测试,显示了该方法的有效性和潜力.     

TI介质局部角度域射线追踪与叠前深度偏移成像

研究与实践表明,对于长偏移距、宽方位地震数据,忽略各向异性会明显降低成像质量,影响储层预测与描述的精度.针对典型的横向各向同性(TI)介质,本文面向深度域构造成像与偏移速度分析的需要,研究基于射线理论的局部角度域叠前深度偏移成像方法.它除了像传统Kirchhoff叠前深度偏移那样输出成像剖面和炮检距域的共成像点道集,还遵循地震波在成像点处的局部方向特征、基于扩展的脉冲响应叠加原理获得入射角度域和照明角度域的成像结果.为了方便快捷地实现TI介质射线走时与局部角度信息的计算,文中讨论和对比了两种改进的射线追踪方法:一种采用从经典各向异性介质射线方程演变而来的由相速度表征的简便形式;另一种采用由对称轴垂直的TI(即VTI)介质声学近似qP波波动方程推导出来的射线方程.文中通过坐标旋转将其扩展到了对称轴倾斜的TI(即TTI)介质.国际上通用的理论模型合成数据偏移试验表明,本文方法既适用于复杂构造成像,又可为TI介质深度域偏移速度分析与模型建立提供高效的偏移引擎.