线性同相轴波场分离的高分辨率τ-p变换法

基于最小二乘τ-p变换和τ-p域模型稀疏分布的假设，本文给出高分辨率τ-p变换的推导及其模型空间域的离散采样公式，同时给出了保振幅线性同相轴波场分离的算法流程.在求解本文给出的高分辨率τ-p正变换时，由于待求解的矩阵不具备最小平方法所具有的Toeplitz结构，故采用Cholesky分解法进行计算.本文模拟了井间地震和阵列声波测井中的Stoneley上下行波的分离算法过程，高分辨率正反τ-p变换且滤波所得结果显示本文算法误差小和保振幅的特点.对于在τ-p域距离很近或时间域同相轴近于水平的线性波场，高分辨率算法的聚焦作用使得所分离波场畸变小，体现本文算法精度高的优点.理论模型试算表明本文给出的高分辨率τ-p变换线性波场分离算法具有稳定性、精度高和保振幅的特点.     

基于改进线性Radon变换的井孔地震上下行波场分离方法

反射波场分离是井孔地震资料处理中极其重要的一个环节,波场分离的质量直接影响成像结果的精度.不管是VSP还是井间地震资料,其反射波时距曲线都近似直线型,根据这一特征,本文提出一种改进的线性Radon变换方法来进行井孔资料的反射波上下行波场分离.该方法基于频率域线性Radon变换,通过引入一个新的变量λ来消除变换算子对频率的依赖性,避免了求取每一频率分量对应的不同变换算子,显著降低了计算成本;文中在求解该方法对应的最小二乘问题时,引入了发展较为成熟的高分辨率Radon变换技术来进一步提高波场分离的精度.采用本文方法进行井孔地震资料的上下行波场分离可以在保证分离精度的前提下有效地提高计算效率.根据上下行波在λ-f域内分布的特殊性,设计简单的滤波算子就可实现上下行波场的分离.最后通过合成数据试算以及实际资料处理（VSP数据和井间地震数据）验证了该方法的可行性和有效性.     

τ-p变换在隧道反射地震超前预报波场分离中应用的数值模拟研究

本文基于二维有限元数值方法,模拟了复杂条件下隧道内的地震全波波场,分析了隧道地震超前预报中的反射记录中的多方向和多波反射波特征,证实了分离前方有效反射波和其它方向的干扰反射波,以及有效反射波的P波、S波分离在预报准确性中的重要性.基于多个数值模型,研究了τ-p变换进行波场分离的有效性和影响因素.研究结果表明:在隧道前方反射层倾向与隧道轴线交角变化较大范围内(90°～45°),τ-p变换都可以有效的分离多方向和多波反射事件,提取主要来自掌子面前方的有效反射波剖面.来自隧道项、底的缓倾界面的具有双曲时距曲线特征的干扰波和S波的高视速度会对P波的波场分离产生较大干扰;而由于S波的低速和强能量特征,其波场分离受具有双曲时距曲线特征的干扰波的视速度影响较小,且不受P波的影响.     

隧道反射地震超前预报波场分离方法的数值模拟研究

本文以有限元数值模拟方法为依托,依次从波场快照、地震记录、波场分离、工程实例等四个角度论证了地震波传播规律和波场分离特点.模拟了单界面介质条件下地震波在隧道围岩中传播的全波波场.研究了反射波时距曲线的线性相关系数.比较了τ-p变换和F-K变换的滤波特点.结合工程实例,讨论了这两类线性波场分离方法在提取隧道前方反射波中的可行性和准确性,研究结果表明:当隧道前方地层倾角由直立变为缓倾时,反射纵波和横波的时距关系都能很好的视为线性.地层倾角的改变主要影响反射波走时和视速度.因此,应用τ-p变换和F-K变换进行波场分离,提取隧道前方单独的反射纵波和横波是可行和有效的.但对于缓倾地层,线性变换波场分离的结果存在较大的走时和视速度误差.易误滤除反射信号,需进行偏移处理.     

混合域高分辨率抛物Radon变换及在衰减多次波中的应用

高分辨率Radon变换存在计算效率和分辨率不能兼得的困境.时间域算法可以获得很高的分辨率,但计算效率非常低;频率域算法具有良好计算效率,但分辨率不理想.为此发展了混合域高分辨率抛物Radon变换,即对频率域抛物Radon变换引入时变的稀疏权.本文给出了一种新的混合域高分辨率抛物Radon变换实现方法,并将该算法应用于叠前数据衰减多次波.文中给出了Radon变换和衰减多次波的流程.理论和实际数据算例表明本文方法既有较高的分辨率又有很高的计算效率.     

基于两步SVD变换的零偏VSP资料上下行波场分离方法

垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling,VSP)资料处理中波场分离是关键问题之一.随着属性提取技术的发展,新的属性参数(例如Q值)提取技术对波场分离的保真性要求越来越高.本文改进了传统奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)法,给出了一种对波场的动力学特征具有更好的保真性,可以作为Q值提取的预处理步骤的零偏VSP资料上下行波场分离方法.该方法通过两步奇异值分解变换实现:第一步,排齐下行波同相轴,利用SVD变换压制部分下行波能量;第二步,在剩余波场中排齐上行波同相轴,使用SVD变换提取上行波场.在该方法的实现过程中,压制部分下行波能量后的剩余波场中仍然存在较强的下行波干扰,使得上行波同相轴的排齐比较困难.本文给出了一种通过极大化多道数据线性相关程度(Maximize Coherence,MC)排齐同相轴的算法,在一定程度上解决了低信噪比下排齐同相轴的问题.将本文提出的方法用于合成数据和实际资料的处理,并与传统SVD法的处理结果进行对比,结果表明本文提出的波场分离方法具有良好的保真性,得到波场的质量明显优于传统SVD法.通过对本文方法和传统SVD法处理合成数据得到的下行波场提取Q值,然后进行对比可知,本文方法可以有效提高所提取Q值的准确性,适合作为Q值提取的预处理步骤.     

基于多路径Radon变换的地震数据噪声压制和波型分离方法研究

Radon变换是一种稀疏变换,被广泛应用于地震数据处理,其中线性Radon和抛物Radon最为常用.在实际地震数据中,直达波和面波的同相轴形态为线性,反射波为双曲型,单独使用线性Radon或抛物Radon变换时,不能确保所有同相轴在变换域的系数都是稀疏的,影响地震数据处理效果.本文提出的多路径Radon变换联合了线性Radon变换和抛物Radon变换,每个同相轴都有两种不同的变换参数来与积分路径相适应,能够兼顾不同形态的同相轴;然后利用最小二乘稀疏反演方法对不同形态同相轴匹配最佳积分路径,使其自动分离到两个不同的Radon域剖面且保持系数同时稀疏.从多路径Radon域剖面上,能够很容易地识别不同系数所对应的同相轴形态、时间截距以及速度,这些特征有利于提高利用Radon变换方法进行随机噪声压制、面波压制以及波型分离等技术的处理效果,该变换在模型数据和实际数据中的应用结果证明了本文方法有效性.

     

带有多道相关的抛物线Radon变换法分离P-P、P-SV波

因为多波多分量地震勘探中P-P波和P-SV波通常混杂在一起,所以较好地分离P-P波和P-SV波能够提高数据处理和解释的质量.抛物线Radon变换法在分离P-P波和P-SV波时取得了一定效果,但是在离散叠加的计算过程中会带来假频,这些假频会干扰波场分离.本文针对这一问题,将多道相关算法引入抛物线Radon变换,发展了带有多道相关的抛物线Radon变换法.该方法利用叠加信号具有相似性的特点,依据多道相关中衡量多道信号相似性的能量比标准,对叠加过程加以控制,压制变换中出现的假频.本文用该方法对合成地震记录进行了波场分离,取得了较好的效果.     

基于广义Curvelet变换和相空间特征聚类的VSP波场分离方法

垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling, VSP)蕴含大量的地层地质信息, 是连接地震反射数据与测井资料之间的桥梁.VSP数据分辨率高, 资料丰富, 包括上行波、下行波、转换波等多种类型的波场, 常被用于地层反射界面标定、介质衰减参数反演等.其中, 如何有效地分离波场是将VSP资料应用于油气勘探的关键之一.广义Curvelet变换是一种具有多尺度、多角度的相空间变换, 能够进行相空间域波场特性的提取.本文聚焦于VSP波场的上下行波分离问题, 提出一种基于广义Curvelet变换和相空间特征聚类方法.首先, 采用广义Curvelet变换对VSP波场进行特征提取, 构造融入相空间角度信息的特征数据集; 然后, 利用K-means聚类算法在相空间对波场特征进行分类; 最后, 对分类结果进行反变换, 完成VSP上下行波波场的自适应分离.为了验证方法的有效性, 本文将所提出的方法用于合成数据和实际VSP数据的波场分离, 并与常用的基于F-K变换的波场分离方法进行对比.处理结果表明, 本文方法角度分辨率高、抗噪能力强, 波场分离结果的保真保幅性好, 这为后续的成像与地层的特征分析提供了重要基础资料.

     

基于局部斜率属性的VSP波场分离研究

基于垂直地震剖面(VSP)资料中上、下行波视速度的差异,利用地震剖面同相轴局部斜率属性参数,提出了一种分离上、下行波场的新方法.首先利用Fourier变换初步分离上、下行波场,然后利用平面波分解滤波器(Plane Wave Destruction (PWD) Filter)技术估计初始分离波场的同相轴局部斜率属性参数,在此基础上对VSP原始资料波场分离.该方法是一种时间域最小平方优化分离波场的方法,不存在其他滤波方法阈值滤波器边界的影响,减少了因镶边问题带来的假象.模拟和实际资料处理结果表明,该方法与传统方法相比,分离出的上、下行波噪声假象少,振幅保持好,更好地消除了上、下行波的相互影响.     

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.     

对多分量地震资料P-和SV-波场分解

在多分量地震勘探资料中,水平和垂直分量都记录有P波和SV波。本文研究了P波和SV波波场分解的方法。当上行P波和S波分别入射时,通过研究它们引起的水平和垂直位移,把地震记录的水平和垂直分量进行分解,得到纵波和转换波;在已知海底介质中纵横波速度和介质密度的情况下,可以在τ-P域内实现波场分解,然后变换到时间域,得到时间域内的纵波和转换波剖面。把本文研究的波场分解方法应用于合成资料,能够有效地分解得到纵波波场和转换波波场。最后,海上多分量实际资料的实例应用表明,本文研究的波场分解方法是可行有效的。本方法也适用于自由表面的资料。     

Radon变换在非规则观测系统中波场分离的应用

Radon变换是数据处理中广泛应用的一种方法技术.本文介绍了Radon变换在规则及其非规则观测系统中波场分离中应用,讨论了Radon变换的公式、实现方法和有关计算参数的选择.通过理论模型的试算,阐明了Radon变换在缺失道、道距变化情况下依然可以高精度的分离波场,并对线性、抛物Radon变换进行了比较,对隧道超前预报反射波资料进行了处理,给出了隧道超前预报处理流程中提取反射波的算例.     

基于压缩感知的高分辨率平面波分解方法研究

平面波分解方法是地震资料处理中的一项关键技术,它广泛地运用在平面波偏移、各类Beam偏移等成像方法中.平面波分解不仅可以提高偏移成像的效率,而且可以压制地震资料中的随机噪音,提高地震数据的信噪比.线性Radon变换（LRT）是一种常见的实现平面波分解的方法,但常规的LRT存在以下两个缺点：（1）分辨率受测不准原理限制;（2）变换结果存在很多噪音和空间假频.为了克服LRT的上述缺点,本文提出一种基于压缩感知的高分辨率平面波分解方法,并利用加权匹配追踪（WMP）技术实现了该方法.该方法将LRT视为一个参数估计问题,并将LRT结果的稀疏性作为约束条件,在压缩感知理论的指导下利用WMP方法得到高分辨率、高信噪比的平面波分解结果.另外,该方法还可以用于提取地震数据的线性信号、压制随机噪音、实现高维地震数据规则化等地震资料处理技术.数值实验结果证明：WMP方法可以有效地提取地震数据中的线性信号,提高LRT的分辨率和信噪比,从而改善平面波分解的质量.     

基于Hilbert变换的全波场分离逆时偏移成像

逆时偏移方法利用双程波算子模拟波场的正向和反向传播,通常采用互相关成像条件获得偏移剖面,是一种高精度的成像方法.但是传统的互相关成像条件会在偏移结果中产生低频噪声;此外,如果偏移速度中存在剧烈速度变化还可能进一步产生偏移假象.为了提高逆时偏移的成像质量,可在成像过程中先对震源波场和检波点波场分别进行波场分离,然后选择合适的波场成分进行互相关成像.本文基于Hilbert变换,推导了可在偏移过程中进行上下行和左右行波场分离的高效波场分离公式以及相应的成像条件,结合Sigsbee 2B合成数据,给出了不同波场成分的互相关成像结果.数值算例结果表明,采用本文提出的高效波场分离算法以及合理的波场成分互相关成像条件可以获得高信噪比的成像结果.     

基于复数波场分解的VSP逆时偏移方法研究

相比地面地震勘探,垂直地震剖面(VSP)资料信噪比高,从VSP偏移结果中能够准确地识别井旁小的地质构造.在VSP偏移方法中,VSP逆时偏移方法基于双程波动方程,具有成像精确且无倾角限制、适应任意复杂速度模型等诸多优点,受到人们广泛关注.传统的VSP逆时偏移方法会在成像剖面上产生低频噪声,同时井中检波点分布位置附近会产生井轨迹噪声,严重影响了成像剖面的质量.在本文中,我们利用优化时空域频散关系求解差分系数,提高数值模拟精度;采用混合吸收边界条件压制边界反射,减少边界反射对成像的影响;通过Hilbert变换来构建复数波场,利用波场分解成像条件进行VSP逆时偏移成像,来压制低频噪声和井轨迹噪声.数值模型和实际资料测试表明,基于复数波场分解成像方法能够实现高精度的VSP逆时偏移,并且能够有效地压制VSP逆时偏移中的低频成像噪声和井轨迹噪声;相比地面地震逆时偏移,本文方法能够对井旁构造和盐丘下构造取得更清晰的成像结果.     

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.      

用于波场成像的谱法LU分解

地震波场模拟和偏移成像等有限差分隐格式算法中的重要环节，是实现亥姆霍兹算子表示矩阵H的快速求逆运算. 在螺旋边界条件下，H具有Toeplitz结构的正定厄密矩阵，其快速求逆可由谱法LU分解实现. 本文分析了谱法LU分解对提高计算速度的原理及特点，并着重讨论了在不同类型的介质模型中，采用谱法分解矩阵H时带来的数值误差、误差的分布及其对波场计算的影响. 研究结果表明，对均匀介质而言，矩阵H各列具有相同的非零元素分布，谱法LU分解的误差在吸收边界条件下，不影响波场模拟和成像计算；但对于非均匀介质模型，矩阵H各列具有不同的非零元素分布，谱法LU分解的误差随介质不均匀性程度的增大而增大，势必影响非均匀介质中波场计算. 在波场模拟和成像等有限差分隐格式算法中，采用谱法LU分解完成矩阵求逆时，必须考虑到并尽量减少该方法的误差对波场计算的影响.     

虚拟波场降速条件下电性源瞬变电磁垂直磁场分量的波场反变换方法

通过波场反变换从瞬变电磁信号中提取虚拟波场是定位电性界面和刻画地下导电目标形态的有效手段.波场反变换过程中, 降低虚拟波场速度有利于改善虚拟波场对电性界面的分辨能力.然而, 波场变换核函数随时间、虚拟时间以及虚拟波场速度变化的动态范围极大, 且随虚拟波场降速而进一步扩大, 造成波场反变换问题高度不适定, 制约了虚拟波场提取的精度和效果.对此, 在虚拟波场降速的条件下, 本文以核函数在无穷区间上积分的解析解为准绳, 通过最优化与数据拟合得到了经验公式, 确定了波场反变换所需的最优积分区间; 在适应采集时间与虚拟波场速度的同时, 最大限度缩短了积分区间长度, 降低了核函数变化的动态范围, 压制了波场反变换方程的病态程度.此外, 通过引入精细积分方法求解波场反变换方程, 提高了波场反变换方程的求解精度.为验证方法的有效性与可靠性, 对正演模拟的电性源瞬变电磁垂直磁场分量及其时间导数分量进行了波场反变换; 结果回代后的拟合数据与正演数据的相对误差小于5%.在所提取的虚拟波场记录中观察到了合理的运动学特征, 如实反映了低阻目标层深度、厚度和二次场观测时间范围的变化.在计算条件相同的前提下, 通过降低虚拟波场速度, 改善了波场反变换的精度和效果.降速后提取的虚拟波场记录对低阻层上下界面的刻画更为清晰.在对实测数据的处理中, 本文的虚拟波场降速、积分区间最优化和精细积分求解方法得到了合理可信的虚拟波场提取结果, 为进一步利用虚拟波场开展低阻目标体成像提供了数据保障.

     

各向异性介质的矢量波场分离与应用

针对裂缝各向异性介质,本文提出一种非正交假设下的矢量波场分离方法.本文首先对多分量地震勘探中常见的波型泄漏现象进行了数学描述,提出在纵、横波波场分离的同时应该考虑恢复纵、横波的矢量振幅.为了对裂缝方位角与各向异性系数进行定量预测,本文将矢量波场分离拆分成三个步骤来实施：第一步,用Z、R两分量的仿射坐标系变换分离ZR平面内的P波投影与SV波;第二步,用ZR平面内的P波投影与T分量的仿射坐标系变换分离P波与SH波;第三步,用纯净的SV波与SH波的成像剖面分离快慢横波,并预测裂缝发育参数.模型数据与实际数据的试验结果表明,本文提出的纵、横波波场分离方法能够获得完整的矢量振幅信息,并提供裂缝预测的精度.