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.     

角度域叠前深度偏移叠加算子优化

叠前深度偏移是解决精细复杂构造成像的一种最佳方法,尤其是基于角度域叠前深度偏移成像方法的研究,由于射线路径的唯一性,被认为是一种能够消除假象,解决射线多路径问题的最优化方法．文章从单程波波动方程出发,推导了中点 偏移距域双平方根波动方程波场延拓算子;利用局部偏移距与反射角的关系,推导了角度域共成像点道集的构建方法．同时,为有效解决叠前深度偏移计算量大、耗时长等计算瓶颈,引入OpenMpi并行策略,利用共享存储环境下的多线程协同作业,提高了叠前深度偏移算子的计算效率;在角度域,通过调整改进叠加算子,一定程度上减少了计算量,提高了计算效率．最后,通过理论模型验证了角度域叠前偏移成像算子的正确性,评价了并行算法的计算效率及有效性;并将其应用于SEG/EAGE岩丘模型,利用“沉降观测”理论得到了不同CMP的中点 偏移距域共成像点道集和角度域共成像点道集,对比分析了两种共成像点道集的优缺点;并通过限制成像叠加角度的方法,改善了复杂模型的成像结果,验证了角度域叠前深度偏移成像算法对复杂模型的适应性．     

利用局部谐和基小波束的高精度叠前深度域偏移成像方法研究

小波束域利用局部余弦基(local cosine bases)的偏移成像方法具有很高的计算效率和成像质量.然而局部余弦基小波束通常沿垂直方向具有两个对称波瓣.由于缺乏单一定义的方向性,在某些强变速介质中利用局部余弦基的波传播方法会产生一定的误差,同时也使得一些在局部角度域的操作变得非常不便.于是我们提出了利用局部谐和基进行波场外推的方法.局部谐和基(local harmonic base)是由局部余弦基和局部正弦基线性组合而成,具有单一定义的方向性,同时具备快速算法.局部谐和基与Gabor-Daubechies标架类似,都具有单一定义的方向性,但比Gabor-Daubechies标架效率更高.局部谐和基保持了与局部余弦基的偏移成像方法相同的计算效率,但在成像精度上有了显著的提高.通过二维SEG/EAGE模型和BP模型的叠前深度域偏移成像说明了该方法的有效性.     

表驱三维角度域Kirchhoff叠前时间偏移成像方法

针对传统Kirchhoff叠前时间偏移方法的一些不足,以及振幅随入射角、方位角变化(AVA/AVAZ)分析的需要,本文提出一种基于射线理论的三维叠前时间偏移角度域成像方法.它通过横向均匀介质中稳健的射线追踪建立单程波走时和传播角度的数值表,然后在此基础上估算反射波双程走时以及在界面处传播的方位角和入射角,最后基于脉冲响应叠加原理获得三维构造图像和方位\|角度域共成像点道集.与传统方法不同之处在于,上述过程均考虑了地震波在垂向变速介质中的射线弯曲效应和三维传播特征,有利于准确提取随入射角和方位角变化的振幅和时差信息.理论模型合成数据和实际地震资料测试结果展示了方法的优越性与实用性.     

东濮凹陷的各向异性叠前深度偏移方法

东濮凹陷属断陷型盆地,沉积环境多变、断块破碎、构造复杂,局部构造主要受断层控制,断层两侧同一时代地层由于埋深不同,导致在大断层附近存在较大的速度横向变化.而时间偏移不能解决速度横向变化的问题,东濮凹陷今后构造勘探的主要目标是小断块和小幅度构造,所以在本区中应用了各向异性叠前深度偏移,在叠前深度偏移基础上,把时间偏移道集的高密度速度分析结果与声波测井资料相结合,形成一套各向异性参数求取方法,通过基于各向异性的叠前深度偏移改善了地震与钻井的吻合度.     

基于Gabor-Daubechies小波束叠前深度偏移的角度域共成像道集

传统炮检距域共像集（CIG）在复杂介质中因波传播的多路径而存在反射体位置不确定的问题. 角度域CIG由于克服了这一缺陷而逐步成为速度分析、AVA以及振幅保真偏移成像等研究的主要手段. 以波动理论为基础的地震偏移成像方法的发展为获得高质量的角度域CIG提供了可靠的实现途径. 其中,基于波场局域化分解和传播的小波束域波场延拓和偏移成像方法,因其波场分解基本函数和传播算子在空间和方向上的双重局域特性,而成为角度相关分析研究的有效工具. 本文在采用Gabor Daubechies框架分解的小波束叠前角度域偏移成像基础上,利用不同的叠加方法由局部角度域像矩阵得到了反射角域CIG（CRAIG）和倾角域CIG（CDAIG）. 以SEG EAGE二维盐体模型为例,通过对CRAIG和CDAIG的对比,探讨了这两种角度域CIG的特点及其在地震偏移成像中的潜在应用.     

共聚焦点叠前深度偏移速度估计方法研究

基于共聚焦点技术可以将叠前深度偏移分为激发聚焦与接收聚焦两个过程,通过逆时聚焦算子的作用实现.由速度模型驱动逆时聚焦算子的更新,合成DTS面板,根据等时原理,通过DTS面板中时移曲线的曲率变化来交互的更新速度场.但是当地下介质稍为复杂的情况下,从面板中拾取分析点对应的时移曲线变得非常困难.针对这个问题,本文通过对分析点在限定深度和速度范围内合成的DTS面板零时刻振幅进行叠加,由其值的变化来确定分析点的合理位置及上层介质速度.     

非稳态相移法叠前深度偏移

介绍一种能够适应介质速度横向变化的非稳态相移算子及其叠前深度偏移方法．为了克服常规相移偏移算法中要求速度横向不变的缺点,出现了基于非稳态滤波器理论的非稳态相移算子,即PSPI算子、NSPS算子和SNPS算子,其中SNPS算子是将前二者结合起来的一种对称的非稳态相移算子,它比前二者具有更高的精度和稳定性．为了提高运算速度,基于非稳态相移算子的叠前深度偏移算法采取了分片均匀近似的策略,Marmousi模型的叠前深度偏移结果证明了该算法的可行性和有效性。     

角度域弹性波Kirchhoff叠前深度偏移速度分析方法

为提高地震成像结果的准确性并真实反映实际地震波场在介质中的传播特性,应该充分利用多分量地震数据的矢量特征进行弹性波成像,其中,最为棘手的问题是纵横波偏移速度场的确定,为此,本文提出了直接利用多分量地震数据进行弹性波角度域偏移速度分析的方法.基于空移成像条件的弹性波Kirchhoff偏移方程提取了弹性波局部偏移距域共成像...     

波动方程有限差分法叠前深度偏移

从地震叠前反射椭圆方程出发,本文导出了基于波动理论的共偏移距地震剖面叠前偏移方程,然后对此方程进行参考速度场中的浮动坐标变换,获得了叠前深度偏移方程．为了解决叠前衍射方程中含有对深度的二阶导数引起波场延拓成像的不适定问题,文中采用低阶偏微分方程组近似描述全上行波的办法,得到了衍射方程的高阶近似方程,并给出了计算衍射方程和折射方程稳定的差分格式,最后用此方法编制的程序对某一碳酸岩地区的地震资料进行了试处理,效果良好．     

复杂介质下保真振幅Kirchhoff深度偏移

本文详细讨论地下复杂介质地震成像问题.当速度模型含有强横向变化时,射线场会折叠形成多次走时,在这种情况下,文中证明在保真振幅叠前深度偏移时,应当考虑所有的到时才能得到定量的像.通过实例证明,在多次走时情况下,常规的共炮集、共检波器集都存在强的假像;由此提出共角度偏移的概念.最后,在多次走时下,讨论多次偏移算子(走时、相移、振幅等)的高效重构,给出了三维叠前深度偏移的快速算法.     

横向各向同性介质拟声波方程及其在逆时偏移中的应用

地下岩石的速度各向异性影响地震波的传播与成像.横向各向同性(TI)介质为最普遍的等效各向异性模型.引入TI介质拟声波方程可以避免复杂的弹性波方程求解以及各向异性介质波场分离,以满足对纵波成像的实际需要.本文从垂直横向各向同性(VTI)介质弹性波方程出发,推导出正应力表达的拟声波方程以及相应的纵波分量的表达式,进而分析从频散关系得到的拟声波方程的物理意义,而后将拟声波方程扩展到更一般的倾斜横向各向同性(TTI)介质中.波前快照与群速度平面的对比验证了拟声波方程可以很好地近似描述qP波的运动学特征.在此基础上,将拟声波方程应用在逆时偏移中并与其特例声波近似方程进行对比,讨论了计算效率、稳定性等实际问题.数值试验表明VTI介质情况下采用声波近似方程可以提高计算效率,而TTI介质qP-qSV波方程则在效率相当的情况下可以保证稳定性.SEG/HESS模型和逆冲模型逆时偏移试验验证了本文TI介质拟声波方程的实用性.     

Dreamlet source‐receiver survey sinking prestack depth migration

Survey sinking migration downward continues the entire surface observed multi‐shot data to the subsurface step by step recursively. Reflected energy from reflectors at current depth appear at zero time and zero offset in the extrapolated wavefield. The data (seismic records) of t > 0 at this depth are equivalent to the data acquired by a survey system deployed at this depth. This is the reason to name the process ‘survey sinking’. The records of negative time need not to be further propagated since they carry no information to image structures beneath the new survey system. In this paper, we combine survey sinking with dreamlet migration. The dreamlet migration method decomposes the seismic wavefield and one‐way wave propagator by complete time‐space localized bases. The localization on time gives flexibility on time‐varying operations during depth extrapolation. In dreamlet survey sinking migration, it only keeps the data for imaging the structures beneath the sunk survey system and gets rid of the data already used to image structures above it. The deeper the depth is, the shorter is the valid time records of the remaining data and less computation is needed for one depth step continuation. For data decomposition, in addition to time axis, dreamlet survey sinking also decomposes the data for source and receiver gathers, which is a fully localized decomposition of prestack seismic data. A three‐scatter model is first used to demonstrate the computational feature and principle of this method. Tests on the two‐dimensional SEG/EAGE salt model show that with reduced data sets the proposed method can still obtain good imaging quality on complex geology structures and a strong velocity contrast environment.     

基于局部余弦基小波束的观测系统沉降法叠前深度偏移

将局部余弦基小波束波场分解、传播与观测系统沉降法叠前深度偏移相结合,推导了源-检波器观测系统沉降法传播算子.本算法中,先对频率域的共点源和共点检波器道集做局部余弦小波束分解,然后分别沿共小波束源和共小波束检波器在深度方向延拓得到下一层波场.每个深度的波场,都等效于把源和检波器放在该层后所能接收到的地震记录,每点的像值由炮点和检波点重合时的零时刻波场值给出.通过二维SEG/EAGE盐丘模型和Marmousi模型的偏移成像结果验证该方法理论推导的正确性.另外,结果显示该方法继承了小波束域波场延拓在速度扰动较大情况下波传播及成像精度高的优点.     

时-空局域化地震波传播方法:Dreamlet叠前深度偏移

提出了一种在时间和空间上完全局域化的波场分解和传播算法─dreamlet偏移方法.Dreamlet是一种脉冲-小波束形式的波场分解原子,它利用多维局部分解变换,把时空域波场映射到局部时间-频率-空间-波数相空间,并用局部相空间的传播算子(dreamlet算子)沿深度延拓.本文利用多维局部余弦变换实现dreamlet算法,分解后的波场系数和传播算子不仅有很好的稀疏性,且均为实数,也即波的传播和成像过程完全在实数域实现.文中推导了局部余弦基dreamlet波场分解和传播算子理论公式并将其应用于叠前深度偏移.在dreamlet相空间波的传播过程为稀疏矩阵相乘,而且延拓后的地表数据波场的有效时间长度随深度的增加不断减小,从而可以减少需要传播的波场系数.二维SEG/EAGE盐丘和SIGSBEE模型算例验证了理论推导的正确性,成像结果显示该方法在横向速度变化剧烈情况下有很好的精度.     

时-空局域化地震波传播方法:Dreamlet叠前深度偏移

提出了一种在时间和空间上完全局域化的波场分解和传播算法─dreamlet偏移方法.Dreamlet是一种脉冲-小波束形式的波场分解原子,它利用多维局部分解变换,把时空域波场映射到局部时间-频率-空间-波数相空间,并用局部相空间的传播算子(dreamlet算子)沿深度延拓.本文利用多维局部余弦变换实现dreamlet算法,分解后的波场系数和传播算子不仅有很好的稀疏性,且均为实数,也即波的传播和成像过程完全在实数域实现.文中推导了局部余弦基dreamlet波场分解和传播算子理论公式并将其应用于叠前深度偏移.在dreamlet相空间波的传播过程为稀疏矩阵相乘,而且延拓后的地表数据波场的有效时间长度随深度的增加不断减小,从而可以减少需要传播的波场系数.二维SEG/EAGE盐丘和SIGSBEE模型算例验证了理论推导的正确性,成像结果显示该方法在横向速度变化剧烈情况下有很好的精度.     

盐丘模型 推覆体模型 波动方程 叠前深度偏移

三维波动方程叠前深度偏移是复杂介质中进行构造成像、弹性参数反演的重要环节.由于其技术实现不仅涉及波场延拓理论的创新,而且需要大规模计算,因而研究难度较大. 本文以实验效果的取得为目的,完整地实现了SEG/EAEG盐丘和推覆体模型的三维波动方程辛几何算法的叠前深度偏移成像计算. 文中详细考察了所研制的波动方程三维叠前深度偏移软件系统及其对复杂地质构造的成像能力. 具体包括：1）对于盐丘模型,文中讨论了成像参数的选择、地震子波对成像精度的影响、完成二维及三维叠前深度偏移的比较;2）对推覆体模型,文中进行了脉冲响应测试;3）由两个模型的成像结果可见本文的波动方程三维叠前深度偏移软件系统已具有适应强速度横向变化、复杂构造的成像能力.     

Reverse time migration with Gaussian beams using optimized ray tracing systems in transversely isotropic media

Prestack depth migration is a key technology for imaging complex reservoirs in media with strong lateral velocity variations. Prestack migrations are broadly separated into ray-based and wave-equation-based methods. Because of its efficiency and flexibility, ray-based Kirchhoff migration is popular in the industry. However, it has difficulties in dealing with the multi-arrivals, caustics and shadow zones. On the other hand, wave-equation-based methods produce images superior to that of the ray-based methods, but they are expensive numerically, especially methods based on two-way propagators in imaging large regions. Therefore, reverse time migration algorithms with Gaussian beams have recently been proposed to reduce the cost, as they combine the high computational efficiency of Gaussian beam migration and the high accuracy of reverse time migration. However, this method was based on the assumption that the subsurface is isotropic. As the acquired azimuth and maximum offsets increase, taking into account the influence of anisotropy on seismic migration is becoming more and more crucial. Using anisotropic ray tracing systems in terms of phase velocity, we proposed an anisotropic reverse time migration using the Gaussian beams method. We consider the influence of anisotropy on the propagation direction and calculate the amplitude of Gaussian beams with optimized correlation coefficients in dynamic ray tracing, which simplifies the calculations and improves the applicability of the proposed method. Numerical tests on anisotropic models demonstrate the efficiency and accuracy of the proposed method, which can be used to image complex structures in the presence of anisotropy in the overburden.