层间多次波傅里叶有限差分偏移成像

传统地震偏移方法仅利用一次反射波进行偏移成像,多次波对其来说是一种噪声,在成像前需要将多次波去除.然而多次波偏移比一次反射波偏移拥有更高的照明度,可以提高地震成像的精度.通过修改传统傅里叶有限差分偏移方法,将层间多次波作为输入数据,可将层间多次波成像.本文提出的层间多次波傅里叶有限差分偏移方法,通过波场延拓和全波场方法获得上行波场和下行波场,利用层间多次波成像条件对不同阶数的层间多次波分别进行成像,正传波场和反传波场在零时刻进行互相关.数值实例验证了本文方法的正确性和实用性,表明层间多次波成像可以突出盐丘体的同相轴,恢复盐下的构造信息,弥补传统成像方法的不足,提高地震偏移成像分辨率,有效地为地下提供额外照明.

     

基于单程波偏移算子的地表相关多次波成像

在常规地震资料处理中,多次反射波被视为噪声并从地震数据中去除,以免在之后的地震资料解释中造成误解.而事实上,多次波也是地震信号,是照明波场的一部分,能够对地下构造成像的精度做出贡献.本文分析了多次波在传统单程波叠前深度偏移中产生构造假象的机制和表现,为实现基于单程波偏移算子的多次波成像,修改了单程波叠前深度偏移的边界条件,即将输入的震源波场用包含多次波的记录来替代,输入的记录波场用预测出的表层相关多次波来替代,实现了基于单程波偏移算子的地表相关多次波成像,并从理论上给出了其成像依据.通过基于二范式最小能量差原则求取的匹配因子,将多次波成像结果与一次波成像结果进行匹配叠加,应用多次波成像来弥补一次波成像的不足.简单模型验证了基于单程波偏移算子的多次波成像方法的有效性,最后对Sigsbee2B模型进行了一次波与多次波联合成像试算,盐边界高陡构造成像质量得到了明显改善.     

单程波角度域内压制多次波偏移假象

多次波偏移中的假象主要来自于不同地震事件之间的互相关,由于这种互相关满足成像条件,很难直接在偏移过程中去除.但是对于准确的速度模型,真实的成像结果在角度域内应该是平直的.根据这个判断准则,可以在角度域内移除多次波偏移中的假象.本文以数据自相关偏移为例,提出了在单程波多次波偏移中移除假象的主要流程：首先在在单程波偏移过程中高效地提取角度域共成像点道集,然后对角度域共成像点道集应用高分辨率的抛物线型Radon变换,用合适的切除函数处理后,反变换回到角度域,最后叠加各个角度成分,得到偏移结果.Marmousi模型的合成数据测试表明,这种方法可以很好地压制多次波偏移过程中产生的假象,有效地提高成像结果的信噪比.     

一阶多次波聚焦变换成像

将多次波转换成反射波并按传统反射波偏移算法成像, 是多次波成像的一种方法.聚焦变换能准确的将多次波转换为纵向分辨率更高的新波场记录, 其中一阶多次波转换为反射波.本文对聚焦变换提出了两点改进: 1)提出局部聚焦变换, 以减小存储量和计算量, 增强该方法对检波点随炮点移动的采集数据的适应性; 2)引入加权矩阵, 理论上证明原始记录的炮点比检波点稀疏时, 共检波点道集域的局部聚焦变换可以将多次波准确转换成炮点与检波点有相同采样频率的新波场记录.本文在第一个数值实验中对比了对包含反射波与多次波的原始记录做局部聚焦变换和直接对预测的多次波做局部聚焦变换两种方案, 验证了第二种方案转换得到的波场记录信噪比更高且避免了第一个方案中切聚焦点这项比较繁杂的工作.第二个数值实验表明:在炮点采样较为稀疏时, 该方法能有效的将一阶多次波转换成反射波;转换的反射波能提供更丰富的波场信息, 成像结果更均衡、在局部有更高的信噪比, 以及较高的纵向分辨率.     

地震多次波成像

地震资料含有各种类型多次波,而传统成像方法仅利用地震一次反射波成像,在地震成像前需将多次波去除.然而,多次波携带了丰富的地下结构信息,多次波偏移能够提供除反射波外的额外地下照明.修改传统逆时偏移方法,用包含一次反射波和多次波的原始记录代替震源子波,将SRME方法预测的表面多次波代替一次反射波作为输入数据,可将表面多次波成像.多次波成像的挑战和困难在于大量串扰噪声的产生,针对表面多次波成像中的成像噪声问题,将最小二乘逆时偏移方法与多次波分阶思想结合起来,发展可控阶数的表面多次波反演成像方法,有望初步实现高精度的表面多次波成像.在消除原始记录中的表面多次波后,通过逆散射级数方法预测得到层间多次波,将层间多次波作为逆时偏移方法的输入数据可将其准确归位到地下反射位置.数值实验表明,多次波成像能够有效地为地下提供额外照明,而可控阶表面多次波最小二乘逆时偏移成像方法几乎完全避免成像噪声.

     

钻柱振动信号特征及多次波成像

钻柱是连接地面和井底钻头及地层的通道,伴随着钻头旋转破岩产生的钻柱振动包含丰富的信息,通过分析在钻柱顶端采集的钻头振动信号能够获得钻头、钻具的工作状态以及所钻地层甚至钻头前方地层的岩性、地层压力等信息,进行井下诊断和钻前预测.钻柱是由具有不同横截面积的单元组成,截面变化引起的波阻抗差异使钻头振动信号沿钻柱传播时发生多次反射,形成钻柱多次波.利用单边反褶积自相关等方法对井场采集的钻柱振动信号进行了处理,得到了振动信号的特征、反射界面多次波成像和振动信号沿钻柱的传播速度以及钻柱的实际转速等,并与理论结果吻合较好,为钻柱振动录井和随钻地震技术研究打下了基础.     

南海深水多次波成像

南海海域水深可达5 km,是我国未来油气勘探最有前景的区域.南海海域地震资料含有各种类型多次波,在地震成像前需将多次波去除.然而与传统的一次反射波偏移比较,多次波携带更多的地下结构信息,多次波偏移可提供更好的地下成像.本文提出了一种修改传统逆时偏移的方法,利用多次波进行成像.该方法用包含一次波和多次波的记录代替震源子波,用预测多次波代替一次反射波作为输入数据.在逆时偏移处理流程中,将地表多次波记录沿时间延拓到各个深度层,通过互相关成像条件将包含一次波和多次波的地震记录沿时间延拓到相同深度层.将多次波偏移结果与一次波偏移结果的差应用目标函数进行匹配,弥补一次波偏移的不足.对Sigsbee2B数据做数值测试的结果表明与传统一次反射波偏移相比,该方法可以得到范围更大、均衡性更好的地下照明度.将该方法应用到南海深水实际资料成像,获得了南海深水地震资料多次波成像剖面.偏移结果表明,多次波成像可以弥补反射波照明的不足,由此说明多次波偏移是未来的一个重要研究方向.     

表面多次波最小二乘逆时偏移成像

使用相同的炮记录,多次波偏移能提供比反射波偏移更广的地下照明和更多的地下覆盖但是同时产生很多的串声噪声.相比传统逆时偏移,最小二乘逆时偏移反演的反射波成像结果具有更高的分辨率和更均衡的振幅.我们主要利用最小二乘逆时偏移压制多次波偏移产生的串声噪声.多次波最小二乘逆时偏移通常需要一定的迭代次数以较好地消除串声噪声.若提前将一阶多次波从所有阶数的多次波中过滤出来,使用相同的迭代次数,一阶多次波的最小二乘逆时偏移能够得到具有更高信噪比的成像剖面,而且能够提供与多次波最小二乘逆时偏移相似的有效地下结构成像.     

相位编码多次波逆时偏移成像

随着勘探地质体复杂度日益增大, 反射波成像面临诸多挑战, 作为有潜力提升成像精度的重要补充或替代手段的多次波成像愈发受到重视.然而, 串扰噪声的产生阻碍了多次波成像的实际应用.近年来, 作为压制串扰噪声的有效技术之一, 可控阶多次波成像取得了较大研究进展, 但因其需重复计算各阶多次波成像结果, 计算成本昂贵.为此, 本文引入随机相位编码技术, 并与多次波分阶思想结合, 提出相位编码多次波逆时偏移方法: 首先, 对各阶多次波进行随机相位编码(含随机时间延迟与极性反转); 其次, 叠加编码后的各阶多次波, 产生多次波超道集; 最后, 以编码后0至(N-1)阶多次波组成的超道集为虚拟震源进行正向延拓, 同时反传编码后1至N阶多次波所组成的超道集, 并进行互相关, 得到各阶多次波联合成像结果.本文所提方法能够同步使用各阶多次波, 实现各阶多次波联合成像, 避免各阶多次波单独进行成像, 从而成倍提升计算效率.本文用两套模拟数据与一套实际数据算例对所提方法进行了测试, 成像结果验证了该方法的可行性、有效性与应用前景.

     

表层多次波成像方法技术研究

在处理表层多次波比较发育的地震数据资料时,和常规将多次波作为噪音进行压制和去除的思路不同,本文提出利用表层多次波来进行地震构造成像的方法技术流程.首先基于互相关技术将表层多次波转化为准一次波,在利用准一次波进行偏移成像之前,提出应用局部倾斜叠加变换的方法,压制由于其特殊的构建过程而常常伴随准一次波的背景干涉噪音,提高准一次波数据的信噪比;然后应用扩展的分步傅里叶偏移方法对去噪后的准一次波数据进行成像,此偏移成像方法在实现分步傅里叶方法时选取多个背景参考速度,不仅继承常规分步傅里叶偏移方法稳定高效,没有有限差分计算存在的频散影响的特点,而且可以增强常规分步傅里叶偏移方法处理复杂陡倾构造的能力.通过数值模拟数据测试,说明本文提出的这一套利用表层多次波进行复杂地下构造成像的方法技术的可行性和有效性.     

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.     

不同阶次自由表面相关多次波预测与成像方法

海水与空气间的强波阻抗界面使得海洋地震数据普遍发育自由表面相关多次波,多次波信息的利用是提高海洋地震资料成像品质的新突破点.近年来发展了一系列多次波成像方法,干涉假象是制约其应用推广的关键问题之一.为了避免假象影响,本文提出了不同阶次自由表面相关多次波预测与成像方法,首先,修改了传统SRME（表面相关多次波衰减）方法中的边界条件,通过多次波升阶次与匹配相减的方法预测出不同阶次自由表面相关多次波;其次,基于单程波偏移算子和"面炮"偏移策略,以一次反射波或第（N-1）阶自由表面相关多次波为下行波场正向延拓,以第1阶多次或第N阶多次波为上行波场逆向延拓,并在每一层互相关成像得到第1阶或N阶多次波单独成像.本方法避免了低阶多次波和高阶多次波产生的相关假象,且相对于全波算子的偏移方法具有较高的计算效率,增强了多次波成像方法的实用性.单层模型和三层模型测试验证了本方法的正确性,并在我国某深海探区实际资料处理中得到了成功应用.相对于传统一次波成像,分阶次多次波成像具有更高的照明均衡度、垂向分辨率和信噪比.本研究表明,海洋多次波成像是一次波成像的有力补充,对于稳定海底沉积的深海地区,具有一定的应用前景.     

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.     

多次波分阶逆时偏移成像

本文深入分析了多次波逆时偏移的成像原理和串扰假象产生机制,并提出了多次波分阶逆时偏移策略,即首先应用自由界面多次波衰减方法对原始炮集记录中的多次波进行剔除得到一次波记录,然后应用一次波记录预测获得各阶多次波记录,最后将各阶多次波记录分别进行逆时偏移成像.模型实验结果表明,多次波分阶逆时偏移其各阶多次波成像剖面均可对真实界面正确成像且其能够有效压制串扰假象,其中一阶多次波逆时偏移剖面的成像精度最高,其深层成像质量明显优于常规多次波逆时偏移.     

适于大规模数据的三维Kirchhoff 积分法体偏移实现方案

为适应实际生产中对大规模三维工区数据处理的效果及效率的要求,提出了按三维成像体输出成像结果的3D Kirchhoff积分法偏移实现方案.将地震数据按共偏移距道集形式排放,每个共偏移距数据的偏移类似于一个3D叠后Kirchhoff积分偏移,极大地降低了对计算机内存和局部盘及I/O通讯率的要求.每个地震道的成像(输出等时面)在由炮检点连线定义的旋转坐标系中进行,更好地考虑了偏移孔径计算及反假频处理.同时兼顾了超大规模地震数据PSTM成像处理中内存需求量、I/O通讯问题、并行处理方案及效率优化的细节问题.并行计算用偏移距号和每个共偏移距数据体中的线号作为一级和二级索引进行任务分解,更适应当前计算机集群中计算节点比较多的情况.最后考虑了在基本不影响效率的前提下的断点保护处理方案.理论及实际数据测试结果说明了该方案的可行性,与商业软件的对比验证了该方案的优越性.在此较完善的实现方案基础上,可以容易地把更优越的积分类偏移方法迅速推向实用化.