基于高斯束与高斯波包的Gabor框架散射波模拟方法

在给出真实模型和相应光滑背景模型的情况下,如何计算扰动模型(散射体)产生的散射波场是一个有实际意义的正演问题.在Gabor变换域描述散射体,且入射波场为短时宽带信号时,散射波场可以在频率域用高斯束或时间域用高斯波包描述.相对于波动方程方法,高斯束和高斯波包的计算效率更高;背景模型光滑时,高斯束和高斯波包方法的精度也接近波动方程方法.文中导出了声波假设下应用高斯束和高斯波包计算散射波的方法.测试分析了高斯波包的计算精度.给出了一般散射体的散射波模拟策略.同时针对一个理论模型完成了本文方法计算散射波的实验,实验结果表明高斯波包散射波计算方法是有效可行的.     

再论地震数据偏移成像

利用地震波正向传播方程对属于波形线性反演问题近似求解方法的地震数据偏移成像进行重新推导,得到了适合散射地震数据的散射偏移成像方法和适合反射地震数据的反射偏移成像方法.以地震波传播的散射理论为出发点,首先根据描述一次散射波正向传播的线性方程研究建立散射地震数据的偏移成像方法理论;利用高频近似对产生散射波场的地下速度扰动函数的空间变化进行近似,推导出地下反射率函数,再由散射波传播方程推导出基于反射率函数的反射波传播方程,然后根据描述一次反射波正向传播的线性方程研究建立反射地震数据的偏移成像方法理论.本文指出和修正了Claerbout偏移成像方法中的不足,提出的地震数据偏移成像方法是对当前偏移成像方法理论的完善,使反射地震数据偏移成像具有了更坚实的数学物理理论基础,得到的偏移成像结果相位正确、位置准确、分辨率提高.     

井间地震波动方程正演数值模拟及其应用

井间地震正演模拟是在给定地层参数及边界条件的情况下求波动方程数值解的过程.本文详细推导了井间二维声波方程四阶差分方程;根据假设的包含楔形体和丘状体的理论地层模型,对其波场进行了模拟计算分析;据胜利油田垦71区块两口井的实际声波测井资料建立了精细速度模型,对其正演模拟的合成记录波场进行分析,并把合成记录反射波成像与实际的过井三维地震剖面进行了对比,验证了所设计观测系统的合理性.     

基于卷积神经网络的地震偏移剖面中散射体的定位和成像

本文提出了一种基于深度学习卷积神经网络(CNN)的全波形反演方法,可对地震散射波场中的散射体进行成像和定位.本文的灵感来自如下猜想:在散射波场剖面上的每个点附近的局部波场与该点到各散射体之间的最小距离有关系,并且这个关系可以被CNN网络所识别.我们将该最小距离定义为散射距离场,并将散射距离场的类别(即大小等级)作为CNN网络的预期输出,而输入就是该点附近的局部波场.最后用上述CNN网络对散射波场进行逐点训练和识别.计算结果证实了我们的灵感猜想,即上述CNN网络能够在复杂散射波场中对散射体进行成像.只通过一个训练模型的学习,CNN网络即可反演多种散射模型的偏移剖面,最后得到"类别函数预测值"和"滤波剖面"两种成像结果,由此可以辨识出在复杂的偏移剖面中各散射体的位置.     

多次各向异性散射模式对S波能量密度包络曲线的影响

在多次各向异性散射理论的基础上,本文重新推导了方向性散射系数的球函数展开式.引入特征时间的概念,来定义震源处初始地震波脉冲宽度,并在地震波能量密度积分方程中引入任意给定频率的初始脉冲能量谱密度的解析表达.通过离散波数方法求解了修正的地震波能量密度积分方程.基于积分方程的数值解,研究了不同散射模式对S波能量密度包络曲线的影响.计算结果表明:随着震源距的增加,在S波到时之后,多次各向异性散射模式与多次各向同性散射模式合成的能量密度包络差异逐渐增大.其中通过多次前散射模式,我们可以得到不同震源距的尾波能量密度包络的同一衰减趋势,以及S波能量密度包络随着震源距的增加而出现的展宽现象.最后,利用美国内华达州Wells地震余震的台站记录验证了多次前散射模式的实用性与有效性.     

基于机器学习的时间反转散射体检测方法

地下小尺度散射体的检测和识别对于提高地震勘探的分辨率具有重要意义,目前业界普遍采用绕射波分离及成像方法检测地下散射体,而绕射波成像的质量主要取决于绕射波和反射波波场分离的程度.本文将被动源震源定位问题中常用的时间反转原理引入到地下散射体检测中,首先通过分析被动源和主动源模型反传波场的聚焦状态,验证了时间反转原理应用于地下散射体检测中的可行性;并引入机器学习中的朴素贝叶斯分类算法,给出适用于时间反转散射体检测的分类算法框架,计算模型中每个点成为散射体的概率,最终检测出地下散射体最有可能存在的位置.散射体模型和Sigsbee2a模型的试算结果证实了本文方法在不需对反射波和绕射波分离的情况下,即可实现对地下散射体的检测和定位,同时由于考虑了多次散射的影响,检测结果能准确反映地下散射体的位置.     

时间二阶积分波场的全波形反演

通过对波场的时间二阶积分运算以增强地震数据中的低频成分,提出了一种可有效减小对初始速度模型依赖性的地震数据全波形反演方法—时间二阶积分波场的全波形反演方法.根据散射理论中的散射波场传播方程,推导出时间二阶积分散射波场的传播方程,再利用一阶Born近似对时间二阶积分散射波场传播方程进行线性化.在时间二阶积分散射波场传播方程的基础上,利用散射波场反演地下散射源分布,再利用波场模拟的方法构建地下入射波场,然后根据时间二阶积分散射波场线性传播方程中散射波场与入射波场、速度扰动间的线性关系,应用类似偏移成像的公式得到速度扰动的估计,以此建立时间二阶积分波场的全波形迭代反演方法.最后把时间二阶积分波场的全波形反演结果作为常规全波形反演的初始模型可有效地减小地震波场全波形反演对初始模型的依赖性.应用于Marmousi模型的全频带合成数据和缺失4Hz以下频谱成分的缺低频合成数据验证所提出的全波形反演方法的正确性和有效性,数值试验显示缺失4Hz以下频谱成分数据的反演结果与全频带数据的反演结果没有明显差异.     

随机弹性介质中地震波散射衰减分析(英文)

地震波衰减一直是许多学科研究的热点,因为可以反映介质的特性。导致地震波衰减的因素很多,如:传播过程中由于能量扩散导致的几何衰减,固体岩石内部晶粒间相对滑移导致的摩擦衰减,岩石结构不均匀引起的地震波散射衰减。本文主要从统计的观点出发,通过多次数值模拟的方法研究纵波散射在随机弹性介质中所引发的衰减。首先用随机理论建立了二维空间随机弹性介质模型,然后用错格伪谱法的数值方法模拟了波在随机介质中的传播,再通过波场中虚拟检波器的记录,用谱比法估计了弹性波在随机介质中的散射衰减。不同非均匀程度随机弹性介质中的数值结果表明:介质不均匀程度越高,散射衰减越大;在散射体尺寸小于波长的前提下,不同散射体尺寸的计算结果说明:散射体尺寸越大,弹性波衰减越明显。最后提出了一种不均匀孔隙介质中流体流动衰减的方法。通过对随机孔隙介质中地震波的总衰减和散射衰减分别进行了计算,并定量得出了随机孔隙介质中流体流动衰减,结果表明:在实际地震频段下,当介质不均匀尺度101米量级时,散射衰减比流体流动衰减要大,散射衰减是地震波在实际不均匀岩石孔隙介质中衰减的主要原因。     

1．由局部散射体形成的尾波评估回采环境的Q值

本文提出一种单次散射模型，用来分析不连续无规则介质内的散射波平均密度随时间的变化。这个模型改进了原来由Ｓａｔｏ（１９７７）提出的解决球形辐射和各向同性散射问题的平均能量密度模型，其散射体波限定在特定体积中介质中。本文对不同持续时间的震源平均能量密度函数的初始部分随时间的变化作了研究。在理论上平均能量密度的优势效应，是由包含散射体的特定的体积造成的。震源脉冲持续时间对于ｔ／ｔ＿０＜１．２的地震尾波的初始部分有影响，式中ｔ是从震源发震时计起的流逝时间，ｔ＿０是体波到达后的延续时间。     

一种TI介质纯qP波正演方法及其在逆时偏移中的应用

基于Tsvankin提出的精确频散关系,利用近似展开的方法,推导出解耦合的TTI介质纯qP波近似方程,并将方程中的偏微分算子分解成一个laplace算子和一个标量算子,用于代表qP波的精确传播方向,构建时间域二阶纯qP波方程.此推导过程无需设置横波速度为零,能够更加精确地描述qP波的运动学特征.这个方程相比于求解波数域二阶解耦qP波方程,计算效率高,存储需求小;相比于基于Alkhalifah频散关系推导的时间域二阶纯qP波方程,假象干扰压制好,数值误差小,更具一般性.但此方法求解波矢量时采用波场梯度一阶渐近近似,会造成垂直于对称轴方向的波场振幅不准确.为了较正振幅,将椭圆分解方法应用于此方程中,构建纯qP波椭圆分解方程,使得振幅更加均衡,并与Xu等提出的方程比较分析,应用本文构建的纯qP波椭圆分解方程得到的波场振幅值更加准确.本文首先选取了均匀TI介质模型进行了qP波正演模拟,并抽取波场单道波形进行振幅分析,验证了本文构建的纯qP波方程和纯qP波椭圆分解方程的正确性及有效性;然后选取BP TTI模型进行了qP波正演模拟,将其qP波正演结果和均匀TI介质模型振幅分析结果相结合,突出了本文构建的纯qP波椭圆分解方程的优势及适应性;最后选取逆冲模型和BPTTI模型,应用本文构建的纯qP波椭圆分解方程对其进行逆时偏移成像,验证了本文构建的纯qP波椭圆分解方程在逆时偏移中的可行性和适用性.     

Scattered Surface Wave Energy in the Seismic Coda

One of the many important contributions that Aki has made to seismology pertains to the origin of coda waves (Aki, 1969; Aki and Chouet, 1975). In this paper, I revisit Aki's original idea of the role of scattered surface waves in the seismic coda. Based on the radiative transfer theory, I developed a new set of scattered wave energy equations by including scattered surface waves and body wave to surface wave scattering conversions. The work is an extended study of Zeng et al. (1991), Zeng (1993) and Sato (1994a) on multiple isotropic-scattering, and may shed new insight into the seismic coda wave interpretation. The scattering equations are solved numerically by first discretizing the model at regular grids and then solving the linear integral equations iteratively. The results show that scattered wave energy can be well approximated by body-wave to body wave scattering at earlier arrival times and short distances. At long distances from the source, scattered surface waves dominate scattered body waves at surface stations. Since surface waves are 2-D propagating waves, their scattered energies should in theory follow a common decay curve. The observed common decay trends on seismic coda of local earthquake recordings particular at long lapse times suggest that perhaps later seismic codas are dominated by scattered surface waves. When efficient body wave to surface wave conversion mechanisms are present in the shallow crustal layers, such as soft sediment layers, the scattered surface waves dominate the seismic coda at even early arrival times for shallow sources and at later arrival times for deeper events.     

局域双曲线Radon变换压制散射波研究与应用

一般而言,由于地下非均质体的存在所产生的二次波源,由它再生成新的波场,叫散射波场。目前,将散射波作为有效波来成像,已开始在溶洞和裂缝等特殊地质体的识别中得到应用。但对于野外资料采集来说,地表复杂地区,如戈壁、砾石区和山前带,大量存在的散射波却是干扰波,它们的存在会严重影响资料的品质,而其研究与实际应用国内外还很少。因此,通过正演模拟,分析散射波的基本特征,在此基础上研究散射波的去噪方法显得十分必要。本文从地震波运动学时距关系出发,研究了反射波和散射波的几何特征;然后用有限差分正演,模拟了散射波场,用理论模型研究并测试了局域双曲线Radon变换散射波去噪新方法。对于实际炮集资料,分析了F-K滤波方法压制散射噪声的局限,采用局域双曲Radon变换有效地去除了炮集中存在的散射噪声,取得了较好的应用效果。     

Time domain solution for multiple scattering and the coda envelopes

This article summarizes work on multiple scattering based on models of media with randomly distributed scatterers. The scatterers are isotropic and statistically uniform. Measuring distance in terms of mean-free pathL _s and time in terms of the mean-free timesL _s/V, whereV is the velocity of scattered waves, we have more convenient dimensionless distance and time. It can be shown that after the dimensionless time equals 0.65 energy contributed from multiple scattering becomes predominant. Thus the later coda reflects the effect of multiple scattering rather than single scattering. Treating the seismic record, including starting and tail parts, as a whole, the diffusion theory predicts that at a dense distribution of scatterers and a small distance between source and receiver, codas reflect mainly intrinsicQ _i. Of course, this conclusion is coincident with the presumption of the diffusion theory,Q _s>Q _i. However, from a new integral equation of multiple scattering, which deals with the scattered waves and primary waves separately, the conclusion is similar but clearer. This article quotes the new expression for coda energy in two-dimensional space. It shows that if the receiver is close to the source, the coda decay reflects only intrinsicQ _i, then as the distance increases, effects of scatteringQ _s, are involved in the decay feature. The theoretical plots of coda decay show that it seems in most cases in the earthQ _i should not be smaller than one tenth ofQ _s.Project Sponsored by the Joint Earthquake Science Foundation of China.     

Seismic diffraction tomography technique using very fast simulated annealing method for delineating small subsurface features

Diffraction, once considered noise rather than signal in seismic tomography, has recently been successfully used for delineating smaller objects whose size is comparable to or less than the wavelength of the incident seismic wave. But Most of the seismic diffraction tomography works are based on Born's and Rytov's approximation of weak scattering to linearize the expression for the scattered field due to an object and this is the basis of Fourier Diffraction Theorem. However, In this paper, we used the amplitude of the total scattered wave field without considering any approximation of weak scattering to obtain the synthetic scattered field data for forward modeling. These synthetic data are then inversed by Very Fast Simulated Annealing method which is a nonlinear inversion technique to obtain the unknown model parameters. This algorithm is applicable to both weak as well as strong scatterers. The simulated results give fairly good estimate for unknown model parameters of the scattering object within acceptable error limits.     

不同散射模式下S波包络合成

为揭示地震波在地壳小尺度非均匀介质中的散射过程,更准确地描述地震波的包络展宽现象,本文基于多次各向异性散射理论,采用离散波数法求解能量密度积分方程,选取高斯型自相关函数表征的散射模式,得到S波能量密度包络。基于此,本文首先分析了单次散射和多次散射在形成S波能量密度包络中的贡献规律;然后探讨了吸收系数和总散射系数对合成S波能量密度包络的影响;最后对比了在不同散射模式下合成的S波能量密度包络的差异。结果显示:① 不同的散射模式下单次散射和多次散射对地震波散射过程的贡献规律是一致的,对于近震（震源距小于100 km）,单次散射模型可以近似合成S波能量密度包络;随着震源距增大,多次前散射模型可以更快地接近总能量密度包络;② 吸收系数增大会降低直达S波和尾波幅值,总散射系数增大会降低直达S波幅值,但使得S波尾波幅值升高;③ 前散射模式下S波能量密度包络随震源距的增大会导致峰值延迟,包络展宽,尾波衰减一致性更快等现象产生。      

地震干涉测量法近地表散射波分离技术

针对山地地震勘探数据低信噪比问题,近地表散射波分离意义显得尤为突出,地震干涉测量法为此提供了一种技术手段.本文将地震干涉测量理论和散射理论结合起来,导出了近地表散射波地震干涉测量表达式,分为互相关型和褶积型表达式,它们由实际波场和背景波场干涉测量构成.根据近地表散射波分离理论,结合陆上地震勘探实际观测系统,采用褶积和反褶积混合型地震干涉测量配置,用实际地震资料展示了近地表散射波分离技术的应用效果.经过理论分析和砾石区实际资料试验,表明地震干涉测量不仅能分离测线上散射源产生的散射波,而且能分离部分侧面散射波.该技术的优点在于它适应于起伏地形和不均匀近地表结构,并且不需要起伏地形和近地表速度信息.为了从实际资料中消除近地表散射波,本文采用多道匹配滤波自适应减法,在砾石区见到较好效果.     

Model‐based attenuation for scattered dispersive waves

Coherent noise in land seismic data primarily consists in source‐generated surface‐wave modes. The component that is traditionally considered most relevant is the so‐called ground roll, consisting in surface‐wave modes propagating directly from sources to receivers. In many geological situations, near?surface heterogeneities and discontinuities, as well as topography irregularities, diffract the surface waves and generate secondary events, which can heavily contaminate records. The diffracted and converted surface waves are often called scattered noise and can be a severe problem particularly in areas with shallow or outcropping hard lithological formations. Conventional noise attenuation techniques are not effective with scattering: they can usually address the tails but not the apices of the scattered events. Large source and receiver arrays can attenuate scattering but only in exchange for a compromise to signal fidelity and resolution. We present a model?based technique for the scattering attenuation, based on the estimation of surface‐wave properties and on the prediction of surface waves with a complex path involving diffractions. The properties are estimated first, to produce surface?consistent volumes of the propagation properties. Then, for all gathers to filter, we integrate the contributions of all possible diffractors, building a scattering model. The estimated scattered wavefield is then subtracted from the data. The method can work in different domains and copes with aliased surface waves. The benefits of the method are demonstrated with synthetic and real data.