单程波算子积分解的象征表示

单程波波场延拓算子在地震偏移成像中有重要应用.单程波波场延拓算子按其实现方式可分为Kirchhoff积分、空间隐式有限差分和Fourier变换方法,他们代表了算子的不同表示方法,当截断使用这些方法时会得到不同的精度.象征表示对这些方法的导出和精度分析有重要作用.算子作用于正弦波函数所得函数称为算子的象征.算子的象征是褶积算子Fourier变换的推广.Fourier变换方法则直接用象征函数的可分表示求出.空间隐式有限差分则可以用象征函数的Padè近似或部分分式导出.单程波算子在深度域的积分称为单程波算子积分解.本文推导了单程波算子积分解的象征表达式,给出了算子象征的代数运算的头几阶表达式,这些表达式还未在前人文献中发现.Kirchhoff积分所需格林函数可以通过象征函数和鞍点法导出.基于积分解的象征表达式给出了非对称走时公式,对改善Kirchhoff积分的聚焦性能有重要意义.     

波动方程深度偏移的频率相关变步长延拓方法

发展了波动方程深度延拓的频率相关变步长深度延拓方法和表驱动的单点波场插值技术.前者通过减少深度延拓的次数减少了波动方程深度偏移的计算量,而后者用很少的计算量实现了等间距、理想采样的深度成像.就同一偏移方法,采用频率相关变步长深度延拓加单点插值,其计算量大约是常规的等间距采样延拓方法的三分之一,但两者的成像效果基本相同.文中以最优分裂Fourier方法为例,用二维理论数据（Marmousi模型）和三维实际地震资料验证了这一方法,但这一方法可适用于各类频率域波动方程深度偏移方法.     

波动方程深度偏移波场延拓算子的快速重建

基于波动方程的叠前深度偏移对计算机的速度和存储空间都有较高要求.随着并行集群的出现,此类叠前深度偏移问题已经开始应用于工业生产,但与传统偏移方法相比仍然耗时较长.本文应用三次样条函数对波场延拓算子进行光滑处理,然后用抽样函数进行算子重建,既可以保证计算精度,又能减少叠前深度偏移过程所需的计算存储,从而提高效率,缩短整个处理流程的时间.     

波场延拓深度滤波方法

消除面波是地震数据处理中的一个重要内容．本文提出了基于15°波动方程的深度滤波方法．由于面波与有效反射波具有不同的传播深度,可利用波场向下延拓方法将二者进行波场分离．把向下延拓后的波场中集中在地表附近的面波能量切除后,再将波场重新延拓回原始的观测面,达到去除干扰的目的．实际资料处理显示：方法计算稳定,消除面波能力强,能更好地保持波场的有效成份和幅值,符合波场的实际传播状态,表明该方法正确可行．     

位场延拓的积分-迭代法

本文介绍一种新的位场延拓方法——积分-迭代法.将起伏面上的实测位场值,垂直投影至起伏面下部的一个水平面上,作为该水平面上的位场初始值.根据该水平面上的初始值,用积分方法计算起伏面上的位场值.用起伏面上的实测值与计算值的差值,对水平面上的位场值进行校正.如此反复迭代,直至起伏面上的实测值与计算值的差值小到可以忽略.有了水平面上的位场值后,就可以用积分的方法或其他方法计算水平面以上的任意曲面或水平面的位场值.该方法原理简单,不用解线性代数方程组,有较高的计算速度.它特别适用于位场向下延拓,有良好的延拓效果.本文还介绍了积分迭代法的应用实例.     

波场延拓深度滤波方法

消除面波是地震数据处理中的一个重要内容．本文提出了基于15°波动方程的深度滤波方法．由于面波与有效反射波具有不同的传播深度,可利用波场向下延拓方法将二者进行波场分离．把向下延拓后的波场中集中在地表附近的面波能量切除后,再将波场重新延拓回原始的观测面,达到去除干扰的目的．实际资料处理显示：方法计算稳定,消除面波能力强,能更好地保持波场的有效成份和幅值,符合波场的实际传播状态,表明该方法正确可行．     

瞬变电磁虚拟波场的三维曲面延拓成像

根据瞬变电磁场扩散方程与波动方程间存在的数学对应形式,将已知瞬变电磁场数据转换为虚拟波场数据,在此基础上,提出了用克希霍夫积分法将所转换的波场从地面向地下反向延拓的方法.在延拓的数值计算中,为提高计算效率,采用三维边界元技术,把边界积分分解为诸三角单元积分的积分之和, 建立了曲面延拓方程式;通过地面测点的波场值,求出地下某一点的波场值,实现了地表为曲面的向下延拓成像计算.通过对理论模型计算和实际资料处理,证明了该方法可以增强瞬变电磁法识别地下电性分界面的能力,使瞬变电磁法对地下目标体的三维精细探测成为可能.     

空间域位场延拓新方法研究

在空间域进行位场延拓,需要数值求解第一类Fredholm积分方程,由于所得方程组系数矩阵不是稀疏矩阵,求解该方程组需要的计算机内存大,计算量大,导致延拓算法在一般计算机上难以实现,阻碍了对空间域位场延拓方法的研究.在分析系数矩阵结构特征的基础上,本文证明了方程组系数矩阵是对称的分块Toeplitz型矩阵.利用系数矩阵的对称性和分块Toeplitz型矩阵与向量相乘的快速算法,解决了系数矩阵的存储和计算问题,使得空间域位场延拓成为可能,为研究新的位场延拓方法和分析延拓误差提供了一条新的途径.利用模型数据和实测资料,对空间域位场向上延拓、空间域积分迭代法向下延拓进行了检验,结果证实了空间域位场延拓的可行性和正确性.     

地震折射法中波场延拓技术的应用

从波动方程出发,推导出平面波场传播基本公式,阐述了利用地表观测波场反演地球内部波速结构的理论关系.观测波场可通过-p 变换分解为地表平面波场,其最大振幅的轨迹能稳定地反映出地球内部波速随深度变化的趋势,这一特征可用来对反演解空间进行约束.波场延拓技术可以充分地利用观测波场中包含的丰富信息,在迭代反演中不仅能简单快速地得到反演解,而且所得解具有良好的稳定性,较少受主观因素影响,这是一种很好的反演技术.对波场延拓进行了理论分析与数值模拟,采用了同态反褶积等改善资料信噪比的措施,使解的分辨能力得到了提高.文中对南海北部一个声纳折射剖面进行了分析和计算.结果表明:该区1.4km 深处,存在一个从1.76km/s 到2.21km/s 的速度间断面.间断面上下两层的速度梯度分别为0.54kms-1/km,0.63kms-1/km.最后,从构造演化的角度对浅海构造特征进行了探讨.      

全声波方程波场深度延拓倏逝波压制研究

与经典的单程波深度偏移方法相比, 全声波方程波场深度偏移方法在成像质量和计算效率方面会面临新的难题, 还有诸多理论问题值得深入研究, 其中倏逝波的压制问题是全声波方程波场深度延拓及深度偏移方法面对的一项特殊挑战.为了解决该问题, 本文提出了两种新的倏逝波压制策略.策略Ⅰ是以经典频率-波数域方法为基础, 提出广义低通滤波器方法; 策略Ⅱ是以能量守恒原理为基础, 来解决波场延拓中倏逝波的振幅爆炸问题.对梯度速度模型的脉冲响应计算表明, 本文提出的两种倏逝波压制策略在横向速度变化剧烈情况下的数值结果都是稳定的, 并且能够实现与有限差分方法相同的波场延拓计算精度.在对盐丘模型成像时, 在相同计算参数下, 本文所提新策略解决了在使用传统低通滤波器压制倏逝波时无法对高角度构造进行准确成像的缺点.相较于压制倏逝波的谱投影方法, 本文所提新策略不仅在成像质量上达到了与之相同的水平, 而且具有更高的计算效率.通过一系列数值模拟实验表明: 与传统倏逝波压制策略相比, 本文所提新策略在实现全声波方程波场深度延拓及成像时, 更好地平衡了计算效率和计算精度, 具有更好的实用价值.

     

3D wavefield extrapolation with optimal separable approximation

An accurate and wide-angle one-way propagator for wavefield extrapolation is an important topic for research on wave-equation prestack depth migration in the presence of large and rapid velocity variations. Based on the optimal separable approximation presented in this paper, the mixed domain algorithm with forward and inverse Fourier transforms is used to construct the 3D one-way wavefield extrapolation operator. This operator separates variables in the wavenumber and spatial domains. The phase shift operation is implemented in the wavenumber domain while the time delay for lateral velocity variation is corrected in the spatial domain. The impulse responses of the one-way wave operator show that the numeric computation is consistent with the theoretical value for each velocity, revealing that the operator constructed with the optimal separable approximation can be applied to lateral velocity variations for the case of small steps. Imaging results of the SEG/EAGE model and field data indicate that the new method can be used to image complex structure.     

最优可分表示法三维波场延拓

适于复杂介质的高精度波场延拓算子是叠前深度偏移研究的重要内容。本文采用最优可分表示方法,运用正反傅立叶变换构造了三维单程波场延拓算子,算子实现了波数域变量与空间(速度)域变量分离。波数域内进行相移计算,在空间域对因介质横向变速引起的时移作修正。脉冲响应显示在区域内各速度的脉冲计算值与理论值基本一致,说明最优可分表示法叠前深度偏移可适用于强变速条件下复杂介质的成像需求。SEG／EAGE模型和实测数据的成像结果验证了本文方法对复杂构造的成像能力。     

基于解析时间波场外推与波场分解的逆时偏移方法研究

双程波方程逆时深度偏移是复杂介质高精度成像的有效技术, 但其结果中通常包含成像方法引起的噪音和假象, 一般的滤波方法会破坏成像剖面上的振幅, 其中的假象也会给后续地质解释带来困扰.将波场进行方向分解然后实现入射波与反射波的相关成像能够有效地消除这类成像噪音, 并提高逆时偏移成像质量.波传播方向的分解通常在频率波数域实现, 它会占用大量的存储和计算资源, 不便于在沿时间外推的逆时深度偏移中应用.本文提出解析时间波场外推方法, 可以在时间外推的每个时间片上实现波传播方向的显式分解, 逆时深度偏移中利用分解后的炮检波场进行对应的相关运算, 实现成像噪音和成像信号的分离.在模型和实际数据上的测试表明, 相比于常规互相关逆时偏移成像结果, 本文方法能够有效地消除低频成像噪音和特殊地质构造导致的成像假象.     

抛物Radon变换法近偏移距波场外推

本文给出了抛物Radon变换的基本原理,以及部分动校正后的CMP道集抛物线近似有效性的证明,基于带限正反最小平方抛物Radon变换的Levinson递推算法,对缺失的近偏移距地震波场进行叠前重建和外推.给出了抛物Radon变换法地震道重建外推的基本原理和叠前地震数据规则化的处理流程,另外对于Radon域均匀采样的情形,本文给出了均匀层状介质和Marmousi模型的近偏移距外推结果,计算结果验证了算法的稳定性和适用性.     

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.

     

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.     

单程波李代数深度积分的精度分析和算法改进

本文在利用拟微分算子和象征理论研究单程波传播规律的基础上,详细分析了单平方根算子李代数深度积分存在的问题,利用改进的算法对单平方根算子进行大步长延拓,计算其李代数积分和指数映射,得到地震波走时的解析表达式.对方法改进前后李代数积分象征中系数校正情况和线性横向变速介质中走时的计算误差进行了对比,数值算例表明,改进后的方法收敛更快,减少了计算时间且提高了计算精度.     

基于Gabor框架合成小波束叠前深度偏移

利用小波束域波场分解和传播在空间及方向上的双重局域性,通过Fourier传播算子进行深度外推波场,完成小波束的传播,最终应用成像条件求取成像值.合成小波束和小束源记录,进行部分小束源叠前偏移成像的数值试验,获得的成像结果表明,小波束叠前深度成像是切实有效的.     

Wavefield interpolation in 3D large‐step Fourier wavefield extrapolation

Extrapolating wavefields and imaging at each depth during three‐dimensional recursive wave‐equation migration is a time‐consuming endeavor. For efficiency, most commercial techniques extrapolate wavefields through thick slabs followed by wavefield interpolation within each thick slab. In this article, we develop this strategy by associating more efficient interpolators with a Fourier‐transform‐related wavefield extrapolation method. First, we formulate a three‐dimensional first‐order separation‐of‐variables screen propagator for large‐step wavefield extrapolation, which allows for wide‐angle propagations in highly contrasting media. This propagator significantly improves the performance of the split‐step Fourier method in dealing with significant lateral heterogeneities at the cost of only one more fast Fourier transform in each thick slab. We then extend the two‐dimensional Kirchhoff and Born–Kirchhoff local wavefield interpolators to three‐dimensional cases for each slab. The three‐dimensional Kirchhoff interpolator is based on the traditional Kirchhoff formula and applies to moderate lateral velocity variations, whereas the three‐dimensional Born–Kirchhoff interpolator is derived from the Lippmann–Schwinger integral equation under the Born approximation and is adapted to highly laterally varying media. Numerical examples on the three‐dimensional salt model of the Society of Exploration Geophysicists/European Association of Geoscientists demonstrate that three‐dimensional first‐order separation‐of‐variables screen propagator Born–Kirchhoff depth migration using thick‐slab wavefield extrapolation plus thin‐slab interpolation tolerates a considerable depth‐step size of up to 72 ms, eventually resulting in an efficiency improvement of nearly 80% without obvious loss of imaging accuracy. Although the proposed three‐dimensional interpolators are presented with one‐way Fourier extrapolation methods, they can be extended for applications to general migration methods.