有限差分法精确计算地震走时

快速精确计算走时在层析成像反演中起重要作用，本文采用有限差分法来计算。首先通过变换，将程函方程化成一守恒形式；然后再差分离散，得到一阶和二阶精度的差分格式，并证明了差分格式条件稳定。模型试算表明：本文算法简明稳定，能快速高精度地计算地震走时，是一种值得注意和采用的走时计算方法。     

地震层析成像方法综述

地震层析成像作为一种有效还原地下介质速度模型的方法,为全波形反演提供了可靠的初始速度模型,从原始的射线层析到相移旅行时层析和瞬时旅行时层析,实现了地震波传播的有限频特性;从声波方程到弹性波方程,从各向同性介质到VTI,TTI介质,实现了对真实地下介质情况的模拟。减缓层析反演的病态性也一直是研究热点,常用的方法有正则化,用高斯束层析的敏感核代替传统的射线层析敏感核等。此外,为了避免使成像结果的精度依赖于共成像道集上反射位的真实深度,角度域双差分反射层析可以稳定有效地收敛到精确的偏移速度模型。如今,层析成像逐步向各向异性介质过渡,使用的数据从VSP到WVSP,从单一波形到多种波形联合反演发展,然而,分辨率和计算效率的相关问题仍然需要得到关注。     

准P波方程紧致交错网格井间地震波场模拟及边界条件

研究井间地震波场的形成过程以及波场的传播机理、规律,对于指导实际井间地震勘探有着重要的意义.基于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,应用具有无条件稳定性质的紧致交错网格隐式差分格式求解该方程.重点研究了紧致交错网格求解该方程的完全匹配层(PML)吸收边界条件,在此基础上实现了VTI介质中一阶准P波方程的井间地震波场的正演模拟.数值算例表明:紧致交错网格能精准模拟VTI介质中准P波的传播过程,得到高精度的正演结果.一阶准P波方程能以足够的精度描述VTI介质中准P波特征.完全匹配层吸收边界能有效地解决人工边界问题,是一种高效的边界吸收算法.     

横向各向同性介质中群速度的计算

各向异性走时计算和走时反演常需计算群速度，群速度的表达式通常在弱各向异性假设下给出。本文就横向各向同性介质中几种常见的群速度表示法进行了研究，给出了相应的计算方法，用数值例子讨论了它们所能近的各向异性强度，并比较了相互的优劣，这对各向异性人是质走时计算和走时反演无疑很有意义。     

一种变网格差分的快速行进法

地震波旅行时精度直接影响着地震反演、叠前偏移成像、层析成像等各领域研究成果的可靠性,因此,研究如何提高地震波旅行时精度是很有意义的。在双重网格技术的基础上,引入一种基于变网格差分格式的快速行进法(FMM)计算地震波旅行时,通过正演模拟均匀模型、存在高速异常体模型、Marmousi模型来分析变网格FMM的优势及适用性。研究结果表明:均匀模型背景下,变网格FMM与双重网格FMM优势相当,但是在存在高速异常体模型背景下,双重网格FMM可能违背波前扩展的规律,从而导致较大的误差,而变网格FMM则不存在这样的问题; Marmousi模型试算验证了变网格FMM能适应各种复杂模型。因此,该方法是一种有效提高走时计算精度和效率的方法,不仅增强了FMM法的适用性,而且扩展了变网格技术的应用范围。     

基于完全三叉树的快速推进法地震波走时计算

快速推进法(简称FMM)在地震波走时计算中有着精度高、效率高的特点,但窄带扩展每次都要寻找最小走时。当网格节点较多时,寻找最小走时非常耗时。在保证精度的前提下,为了提高计算效率,笔者对堆排序的排序方式做了改进,将完全三叉树排序方法引入到快速推进法地震波走时计算中。模型试算结果表明,基于完全三叉树快速推进法计算出的地震波走时与用完全二叉树方法的精度一致,且前者比后者效率提高约10%。     

含直立裂隙介质的弹性波动方程正演模拟

从具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）介质中的弹性波动方程出发,在交错网格空间中采用高阶差分算子对弹性波动方程进行差分离散,得到了HTI介质中地震波正演的高阶有限差分格式,研究并实现了PML吸收边界条件。在此基础上实现了HTI介质中弹性波方程的多波正演。数值算例表明,该方法能够精确模拟弹性波在复杂各向异性介质中的传播过程,得到高精度的正演记录。     

VTI介质隐式有限差分平面波偏移

这里研究了VTI（Vertical Transverse Isotropy）介质隐式有限差分（IFD）波场外推算子和VTI介质平面波偏移。在文中设计了VTI介质IFD波场外推算子,将Taylor分析法求得的差分系数,作为初始解,用非线性优化方法迭代求得算子系数。将设计的外推算子频散曲线和偏移脉冲响应与理论解进行了对比分析,验证出外推算子有较高的精度。从各向同性介质平面波偏移理论出发,结合VTI介质IFD波场外推算子,将平面波偏移推广到VTI介质中。对Hess VTI标准模型拟合数据进行偏移,偏移结果验证了平面波偏移在VTI介质中的有效性,以及在加强特定陡倾界面成像方面的优势。并且,与常规VTI介质叠前深度偏移相比,VTI介质平面波偏移在保证成像质量的前提下,大大减少了计算量,为各向异性偏移成像研究提供了新的技术思路。     

VTI介质多波速度与各向异性系数求取及应用

针对具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质,研究了多波速度与地层各向异性系数之间的关系。采用适应大偏移距以及强各向异性介质的双平方根方程,进行速度和各向异性系数分析,并将批量计算与交互解释相结合,实现了高精度各向异性介质多波速度与各向异性系数提取,并形成了一套利用多波地震资料求取地震波纵、横波速度及各向异性系数的方法和软件。所求取的参数可用于多波地震资料处理,提高多波资料的成像质量,也可为地层地质解释提供参考。实际资料的应用效果证明了该方法和软件的正确性及有效性。     

二维层状VTI介质试射射线追踪方法

地震波场正演模拟是研究地震波传播规律的有效手段,为地震勘探提供基本的理论依据。为提高地震勘探的精度及勘探能力,研究复杂介质中地震波传播问题显得尤为重要。针对各向异性介质中的地震波场正演问题,基于各向异性介质和试射射线追踪方法的基本理论,分析了横向各向同性(VTI)介质中存在的群相关系,研究了VTI介质中的Snell定律及角度转换关系,并引入了透射系数和反射系数,具体讨论了试射射线追踪算法,通过数值模拟实现了地震波场正演,客观合理地模拟了地震波在VTI介质中的传播。     

井地联合提取VTI介质各向异性参数

在新疆塔里木盆地某地区的宽方位三维地震数据中,VTI介质火成岩的各向异性和垂向速度变化引起非双曲线时差。通过对实际资料的系统分析,我们不能利用DMO反演法,移动震源VSP反演法和多偏移距VSP初至旅行时反演法提取Thomsen参数用于各向异性地震资料的处理。因此本文提出一个新的方法:运用地震资料和零偏移距VSP井求取火成岩的各向异性参数δ;在比较精确确定火成岩地层深度和厚度的情况下,利用偏移距VSP井,求取了各向异性参数ε,从而获得火成岩的瞬时各向异性参数η;充分考虑VTI介质垂向速度变化对时差曲线的影响,获得了各向异性参数ηeff。最后,利用所提取的各向异性参数,进行VTI介质各向异性速度分析和成像,成像质量得到明显改善。     

基于解耦传播的波场分解方法在VTI介质弹性波逆时偏移中的应用

由于弹性波逆时偏移更符合实际情况,而且转换波的成像结果有更高的分辨率,因此弹性波逆时偏移越来越受到重视。然而,弹性波逆时偏移需要多波多分量数据,为了减少成像结果中的串扰假象,在逆时偏移过程中进行P波和S波分解就变得非常必要。结合基于向量的激发振幅成像条件,我们把基于解耦传播的波场分解方法应用到弹性波逆时偏移中,并对比了其在各向同性介质和横向各向同性（VTI）介质中的应用效果。结果说明,该方法可以在各向同性介质中完全分解P波和S波,并保留波场的向量信息。虽然在VTI介质中有较小的分解残余,但是该分解残余不会在逆时偏移结果中产生明显的串扰;因此,这种波场分解方法可以应用于各向同性介质和VTI介质弹性波逆时偏移。该方法是在时间空间域实现的,可以在波场传播过程中直接对P波和S波进行分离,应用方便,计算效率高。与利用Helmholtz分解的弹性波逆时偏移相比,该方法避免了在PS波成像结果中的极性反转问题。在复杂Hess VTI模型的逆时偏移结果中,高速岩体和断层的成像清晰,甚至是两个低速薄夹层也能较好成像;这说明该方法对复杂介质具有较好的适应性。PS波成像结果中的各向异性体成像清晰,说明各向异性介质弹性波逆时偏移可以对传统逆时偏移不能很好成像的构造进行成像。     

TTI介质弹性波频率-空间域有限差分数值模拟

由周期性薄互层引起的VTI介质是研究比较广泛的一类各向异性介质。当VTI介质对称轴偏离垂向,本构坐标系与观测坐标系不重合时,会形成观测坐标系下的TTI介质。引入25点优化差分算子,推导出二维TTI介质频率域弹性波动方程;为压制边界反射,采用完全匹配层法吸收边界条件,并计算出优化差分系数;最后采用集中力源,模拟了弹性波在TTI介质中的传播过程。从波场快照和地面共炮记录可以看出,笔者采用的数值模拟算法能有效压制数值频散。TTI介质中的波场传播比较复杂,纵波传播相对稳定,横波波前的三分叉现象比较明显,并存在振幅奇异性。当VTI介质的对称轴偏转后,还会增加地面地震记录的复杂性。     

弱各向异性介质地震波传播特征分析

随着油气田勘探精度要求越来越高,各向异性已成为不得不考虑的重要因素,因此对地震波在各向异性介质中传播特征的研究具有一定的价值。利用Thomsen提出的弱各向异性理论,通过理论模型数值计算,分析了Thomsen各向异性参数对弱各向异性VTI介质中三种体波的影响。分析结果表明:①参数ε、δ分别影响qP波大角度、中小角度传播的各向异性;②参数(ε-δ)影响qSV波中等角度传播时的各向异性;③参数γ影响qSH波大角度传播的各向异性,且群速度的各向异性要比相速度的各向异性更明显,并会出现复杂的交会区。通过这些研究分析,进一步认识了弱各向异性介质相速度及群速度随各向异性参数变化的规律。     

基于修正伪Helmholtz分解算子的横向各向同性介质纵横波波场分离

纵横波波场分离是弹性波逆时偏移成像中的关键步骤,可以有效消除纵横波串扰和成像畸变,提高成像精度。在各向异性介质中,常用的波场分离法有非平稳滤波器或者低秩近似的方法,但由于使用多次傅里叶变换,导致波场分离计算成本较高。借鉴基于Helmhotz算子构建各向同性介质纵横波解耦方程的思路,提出消除振幅畸变的修正伪Helmholtz分解算子,通过待定系数方法求解横向各向同性介质中P波和S波2种模式的表达式,并将其变换为一阶解耦的伪弹性波方程,实现时空域纵横波波场解耦。通过简单模型的波场分离测试,得到分离后的P波与S波波场,验证了该方法的波场分离的有效性。此外,将解耦得到的矢量P波与矢量S波应用到弹性逆时偏移之中,利用矢量点积互相关成像条件得到清晰的弹性波逆时偏移成像结果,说明本方法在复杂介质中有着较好的适用性,同时可以有效地应用到VTI介质弹性逆时偏移之中。     

纵波VTI介质各向异性参数的求取

在新疆塔里木盆地某地区的宽方位三维地震数据中,通过速度分析和不同炮检距范围数据的叠加剖面的比较,发现了各向同性基于双曲线时差曲线的NMO动校正时,远炮检距数据存在比较大的剩余动校正量。分析表明,是由于VTI介质火成岩的各向异性和垂向速度变化引起非双曲线时差。应用纵波短排列地震数据求取的均方根动校正速度,分别以扫描法和旅行时法得到了各自相互验证的各向异性参数。最后,利用所提取的各向异性参数,进行VTI介质各向异性速度分析、动校正和成像,剩余动校正得到消除,成像质量得到明显改善。     

Angle-domain common-image gathers from anisotropic Gaussian beam migration and its application to anisotropy-induced imaging errors analysis

An approach for extracting angle-domain common-image gathers (ADCIGs) from anisotropic Gaussian beam prestack depth migration (GB-PSDM) is presented in this paper. The propagation angle is calculated in the process of migration using the real-value traveltime information of Gaussian beam. Based on the above, we further investigate the effects of anisotropy on GB-PSDM, where the corresponding ADCIGs are extracted to assess the quality of migration images. The test results of the VTI syncline model and the TTI thrust sheet model show that anisotropic parameters ε, δ, and tilt angle ??, have a great influence on the accuracy of the migrated image in anisotropic media, and ignoring any one of them will cause obvious imaging errors. The anisotropic GB-PSDM with the true anisotropic parameters can obtain more accurate seismic images of subsurface structures in anisotropic media.     

各向异性上覆层对裂缝储层地震AVAz影响的模拟及分析

为认识和研究上覆层为VTI时,垂直裂缝发育储层的地震反射AVAz响应特性,提出了相适应的正演模拟方法。该方法类比Shoenberg传播矩阵法中水平慢度分量的表达形式,引入了用入射角、方位角和VTI介质中相速度来表达的水平慢度分量作为输入,简化了各向异性反射率法的框架。利用该方法模拟和分析了各向异性层状模型的地震反射响应随方位的变化,讨论了入射角、上覆层各向异性程度对目标层顶底界面反射波AVAz特征的影响。结果表明,采用适当大的观测入射角进行AVAz分析更为合理,上覆层为VTI时会减弱目标层的AVAz特征。测井尺度理论模型的数值模拟说明了该方法的实用性。     

Pearson 相关系数法快慢横波波场分离

横波分裂是各向异性介质的重要特征,当横波或转换波穿过各向异性介质到达地面时,地面三分量检波器的x 分量和y 分量接收到的地震记录中都会同时存在快横波和慢横波。将快横波和慢横波进行分离,进而计算介质的各向异性参数是多分量数据处理中重要的一步。将数学中的Pearson 相关系数引入到多分量地震勘探中,提出了Pearson 相关系数法进行旋转角度识别,进而分离快、慢横波波场。相比于传统的互相关法,Pearson 相关系数法从精度、抗噪性能和计算效率上都有提高。