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．      

格子法在起伏地表叠前逆时深度偏移中的应用

基于全程波波动方程的逆时偏移(Reverse Time Migration)可以对回转波、多次反射波成像,不受横向速度变化影响,没有倾角限制,随着计算机软硬件技术的进步,再次成为偏移方法研究热点.本文将格子法用于叠前逆时深度偏移成像.格子法作为波场延拓方法,处理起伏地表边界条件容易,可用于含起伏地表边界条件的逆时波场延拓;可利用变尺度非规则对计算域进行离散,因此可根据速度模型调整网格尺度来降低存储量,放大时间步长,降低计算量.采用光滑的曲人工边界,也可避免常规的PML吸收边界存在的角点区域需特别处理的麻烦.本方法通过事先计算和存储边界单元的局部几何参数,与直边界PML方法相比不增加任何计算量.格子法还具有容易实现并行计算的特点,非常适用于叠前逆时偏移.本文给出了二维问题算例.     

任意广角波动方程叠前逆时深度偏移

从任意广角声波方程出发,在深度与时间方向采用二阶差分代替微分,在水平方向上采用高阶差分代替微分,得到任意广角声波方程逆时延拓的有限差分格式. 通过差分求解程函方程得到叠前逆时深度偏移的成像条件,在此基础上实现了二维各向同性介质中任意广角方程的叠前逆时深度偏移. 对理论模型的偏移处理表明,该方法能够有效地消除波场下行传播过程中的层间反射,减小偏移噪声. 同时,该方法还具有保真性高、 适用于大倾角地层的偏移等优点.     

弹性波逆时偏移中的稳定激发振幅成像条件

本文针对弹性波逆时偏移,提出稳定的激发振幅成像条件.在震源波场的正向传播过程中,计算每个网格点的能量,并保存最大能量密度的时刻和相应的波场值;在检波器波场的逆时传播过程中,在每个网格点提取最大能量密度时刻的检波器波场值,并利用保存的最大能量震源波场做归一化,获得角度依赖的反射系数成像剖面.相比于归一化互相关成像条件,该成像条件在震源波场的正向传播过程中无需存储波场快照,节省大量磁盘空间和I/O吞吐任务,提高了计算效率;相比于弹性波的激发时间成像条件,该成像条件自动校正了水平分量在震源两侧的极性反转,在多炮叠加时避免振幅损失.数值试验表明,与归一化成像条件相比,稳定激发振幅成像条件具有更小的计算量,偏移剖面的低频假象更弱,水平分量的成像能力更优,具有更高的空间分辨率.     

叠前逆时深度偏移低频噪声压制策略研究

低波数噪音严重影响了逆时偏移的成像质量,选择合适的低波数噪音压制方法是进行逆时偏移时必然涉及到的一个重要方面.本文首先详细分析了逆时偏移中低波数噪音产生的本质原因,然后根据噪音的产生机制对目前各类低波数噪音压制方法进行了分析和归类:第一类低波数噪音压制策略的核心是在构建波场中避免发生背向反射;第二类低波数噪音压制策略的核心是进行选择性成像.最后通过对压噪方法进行合理的选择和搭配,构建了在不同实现条件和成像需求情况下逆时偏移去噪方法的最佳抉择策略.结合数值算例对几种压噪方案进行了测试和比较,实例表明了对噪音压制方法进行合理的搭配可以获得高信噪比逆时偏移成像结果.     

基于激发振幅成像条件的探地雷达逆时偏移成像

针对基于互相关成像条件的探地雷达（GPR）逆时偏移计算效率低、存储量大及易产生低频假象的不足,本文将激发振幅成像条件应用于GPR逆时偏移成像中.通过在源点电磁波场正向传播过程计算每个网格点的能量密度,并保存最大能量密度的时刻和相应的电磁波场值;在接收点电磁波场逆向传播过程提取每个网格点最大能量密度时刻及对应的电磁波场值,并利用保存的最大能量源点电磁波场及走时做归一化,从而获得了依赖反射系数成像剖面,避免了源点正向传播电磁波场的存储和重建.此外,为了提高电磁波场的模拟精度,采用了基于三角形剖分的时间域有限单元法（FETD）计算电磁波正向和逆向传播过程.最后通过模型试算表明：激发振幅成像条件相比于归一化互相关成像条件,成像结果低频噪声更弱,空间分辨率更高,计算效率提高了近2倍.

     

黏弹性叠前时间偏移:陡倾角构造成像与实际应用

黏弹性叠前时间偏移通过在偏移过程中补偿地球介质的吸收衰减,恢复被衰减的高频成分,进而获得较常规叠前时间偏移更高分辨率的偏移成像结果.相比于常规叠前时间偏移,该方法实现环节包含的频率域积分产生的巨大计算量,需要基于GPU加速实现才能满足工业应用对其计算效率的需求.本文针对黏弹性叠前时间偏移算法实现的这一特点,提出了修正其走时计算方法精度和应用分时段的频率域成像策略,在进一步提升计算效率的同时,改进了该方法对陡倾角构造和断层的成像效果.我们将改进的黏弹性叠前时间偏移方法应用于三维陆上地震资料,与现行的商业偏移软件对比表明,该方法不仅获得了更高分辨率的成像结果,也实现了对断层和陡倾角构造的清晰成像,而新方法的计算耗时也较改进前减少了三分之一以上.

     

两种类型共炮点域相关型叠前深度偏移方法分析

研究不同偏移方法的成像机理是实现复杂构造高精度成像的前提,研究了两类共炮点域的相关型叠前深度偏移成像方法：基于单程波动方程的叠前深度成像方法和基于双程波动方程的叠前深度成像方法,同时对比了它们在计算效率、数据存储量、成像精度、成像机理、速度敏感性等方面的差异及其共性。以复杂构造模型为例,采用了傅里叶有限差分法（FFD）和逆时成像法（RTM）,这两种方法实现了121个共炮点道集的叠前深度偏移成像处理。计算结果表明,当速度准确时,两种深度域波动方程成像方法均可以恢复出各个地质反射界面,其中逆时偏移对陡倾角成像效果显著,当速度存在百分比误差和随机扰动情况时,逆时成像结果要差于单程波方法,因此,逆时偏移方法对速度的敏感性较大,且低频噪声较为严重。     

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.     

傅里叶有限差分法保幅叠前深度偏移方法

地震数据中饱含有丰富的走时信息和振幅信息. 为解决传统偏移方法中几何扩散和入射角变化引起的振幅误差问题,本文提出了一种实用的波动方程保幅地震偏移方法. 该方法从全声波方程出发进行单程波保幅分解,得到直观、高效率的直接面对地震波传播波场的压力分量进行延拓的保幅偏移单程波方程,进而推导出一个含有6项的傅里叶有限差分法保幅偏移的算子方程;修改边界条件和成像条件,使修改后的边界条件和成像方程中考虑振幅补偿,从而从三方面补偿几何扩散损失和入射角变化对振幅的影响. 脉冲响应测试、单炮记录的数值试验以及SEG/EAGE盐丘模型的叠前偏移结果表明,该方法不但可以使散射能量聚焦、归位,提高成像精度;而且可以输出正确反映地下反射系数的振幅信息,为后续的地震属性分析(如AVO/AVA)提供更真实的地震信息.     

扩展成像条件下的最小二乘逆时偏移

逆时偏移(RTM)是复杂介质条件下地震成像的重要手段.因受观测系统限制、上覆地层影响以及波场带宽有限等因素的影响,现行的常规RTM所采用的互相关成像条件通常对地下构造进行模糊成像.最小二乘逆时偏移(LSRTM)通过最小化线性Born近似正演数据和采集数据之间的波形差异,采用梯度类反演算法优化反射系数模型,获得的成像结果具有更高的分辨率和更可靠的振幅保真度.然而,基于波形拟合的LSRTM对背景速度模型的依赖性很强.误差太大的速度模型容易产生周波跳跃现象,导致LSRTM难以获得全局最优解.为了克服这一问题,本文基于扩展模型的思想,在线性Born近似下,推导得到RTM扩展成像条件.并基于最小二乘反演理论,提出扩展成像条件下的LSRTM方法.理论模型试算表明,本文方法不仅可以提供分辨率更高、振幅属性更为可靠的成像结果,而且能够在一定程度上消除速度误差对反演成像的影响.     

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.     

基于逆散射成像条件的最小二乘逆时偏移

最小二乘逆时偏移（LSRTM）相对于常规逆时偏移（RTM）具有分辨率更高、振幅更准确、噪音更少等优势,可以对复杂的地质构造进行有效的成像.这种迭代更新反演成像方法十分依赖目标函数的梯度质量和计算效率.当地质模型中存在强反射界面或者记录中存在折射波时,基于常规互相关成像条件（CCC）的最小二乘逆时偏移梯度会包含很强的低频噪音,从而使反演的收敛速度和成像质量降低.为此,本文在最小二乘逆时偏移的梯度中引进了逆散射成像条件来压制这种低频噪音,并以此提出基于逆散射成像条件（ISC）的最小二乘逆时偏移方法.数值模拟结果表明,两者计算耗时基本一致,但逆散射成像条件能高效压制梯度中的低频噪音,从而使反演过程中收敛加速,成像质量得到显著提高.

     

谱元法叠前逆时偏移研究

谱元法是基于弹性力学方程的弱形式,运用有限元的思想在单元上进行谱展开,理论上该方法具备有限元适应任意复杂介质模型的韧性和伪谱法的精度.这里借助谱元法这一思想,在正演算法的基础上,进行偏移算法的改编,并在各向异性介质的二个模型中进行叠前逆时偏移.结果表明:这二个模型上进行的偏移结果与模型吻合较好.     

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.     

Viscoacoustic least-squares reverse-time migration of different-order free-surface multiples

Multiples have longer propagation paths and smaller reflection angles than primaries for the same source–receiver combination, so they cover a larger illumination area. Therefore, multiples can be used to image shadow zones of primaries. Least-squares reverse-time migration of multiples can produce high-quality images with fewer artefacts, high resolution and balanced amplitudes. However, viscoelasticity exists widely in the earth, especially in the deep-sea environment, and the influence of Q attenuation on multiples is much more serious than primaries due to multiples have longer paths. To compensate for Q attenuation of multiples, Q-compensated least-squares reverse-time migration of different-order multiples is proposed by deriving viscoacoustic Born modelling operators, adjoint operators and demigration operators for different-order multiples. Based on inversion theory, this method compensates for Q attenuation along all the propagation paths of multiples. Examples of a simple four-layer model, a modified attenuating Sigsbee2B model and a field data set suggest that the proposed method can produce better imaging results than Q-compensated least-squares reverse-time migration of primaries and regular least-squares reverse-time migration of multiples.     

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.