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．     

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.     

基于自适应优化有限差分方法的全波VSP逆时偏移

与地面地震资料相比,VSP资料具有分辨率高、环境噪声小及能更好地反映井旁信息等优点.常规VSP偏移主要对上行反射波进行成像,存在照明度低、成像范围受限等问题.为了增加照明度、拓宽成像范围、提高成像精度,本文采用直达波除外的所有声波波场数据(全波),包括一次反射波、多次反射波等进行叠前逆时偏移成像.针对逆时偏移中的四个关键问题,即波场延拓、吸收边界条件、成像条件及低频噪声的压制,本文分别采用自适应变空间差分算子长度的优化有限差分方法(自适应优化有限差分方法)求解二维声波波动方程以实现高精度、高效率的波场延拓,采用混合吸收边界条件压制因计算区域有限所引起的人工边界反射,采用震源归一化零延迟互相关成像条件进行成像,采用拉普拉斯滤波方法压制逆时偏移中产生的低频噪声.本文对VSP模型数据的逆时偏移成像进行了分析,结果表明:自适应优化有限差分方法比传统有限差分方法具有更高的模拟精度与计算效率,适用于VSP逆时偏移成像;全波场VSP逆时偏移成像比上行波VSP逆时偏移的成像范围大、成像效果好;相对于反褶积成像条件,震源归一化零延迟互相关成像条件具有稳定性好、计算效率高等优点.将本文方法应用于某实际VSP资料的逆时偏移成像,进一步验证了本文方法的正确性和有效性.     

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.     

一种起伏地表条件下的照明补偿方法

起伏的地表条件限制了采集孔径范围并造成深层地震照明不足,为改善该类地区的成像质量,本文提出了一种起伏地表条件下的照明补偿方法.首先,基于小波束波场延拓算子和逐步累加的外推方法在波场延拓过程中解决起伏地表面的影响,并引入空间滤波函数压制虚拟层内的偏移噪音;其次,利用局部指数标架对上、下行波场分解,得到局部角度域成像和照明补偿因子.再次,利用计算出的成像值和照明补偿因子,在局部倾角域完成照明补偿.SEG起伏地表模型测试证明了本方法的有效性,深层构造照明度明显加强,不同角度成像振幅更加均衡,该技术为提高起伏地表地区的成像品质提供了新的手段.

     

VSP上下行反射波联合成像方法研究

VSP资料上下行波场发育丰富.本文在分析VSP直达波、上行反射波、下行反射波传播路径及其照明范围的基础上,指出了常规VSP波动方程偏移方法缺陷,进而通过修改波场延拓方式,提出了上下行反射波联合成像方法,并在高频近似下分析了该方法的成像原理.该方法不需要进行VSP上下行反射波场分离,能够同时对VSP资料中的一次反射波、自由表面多次波、层间多次波进行成像,比常规成像剖面具有更宽的成像范围和更好的成像效果.该方法能够对下行一次反射波进行成像,从而可以实现常规偏移方法难以处理的高陡倾角构造成像.模拟资料和实际资料处理证明了本文方法的正确性.     

VSP上下行反射波联合成像方法研究

VSP资料上下行波场发育丰富.本文在分析VSP直达波、上行反射波、下行反射波传播路径及其照明范围的基础上,指出了常规VSP波动方程偏移方法缺陷,进而通过修改波场延拓方式,提出了上下行反射波联合成像方法,并在高频近似下分析了该方法的成像原理.该方法不需要进行VSP上下行反射波场分离,能够同时对VSP资料中的一次反射波、自由表面多次波、层间多次波进行成像,比常规成像剖面具有更宽的成像范围和更好的成像效果.该方法能够对下行一次反射波进行成像,从而可以实现常规偏移方法难以处理的高陡倾角构造成像.模拟资料和实际资料处理证明了本文方法的正确性.     

频率-空间域有限差分法叠前深度偏移

为了处理横向强变速介质中的深度成像问题,本文提出一种基于共炮道集的优化系数的傍轴近似方程叠前深度偏移算子,并在基于反射系数估算的成像条件下,可实现叠前深度偏移成像.该算子具有方程阶数低且能对陡倾角成像的特征,并采用有限差分法波场延拓,能适应速度场的任意变化.当在频率-空间域进行计算时,相对于纯粹的时间-空间域有限差分算法有计算效率高、成像方便的优点.脉冲响应测试和对Marmousi模型进行的叠前深度偏移结果表明,该偏移方法在强横向变速情况下具有非常好的成像效果.     

频率-空间域有限差分法叠前深度偏移

为了处理横向强变速介质中的深度成像问题,本文提出一种基于共炮道集的优化系数的傍轴近似方程叠前深度偏移算子,并在基于反射系数估算的成像条件下,可实现叠前深度偏移成像.该算子具有方程阶数低且能对陡倾角成像的特征,并采用有限差分法波场延拓,能适应速度场的任意变化.当在频率-空间域进行计算时,相对于纯粹的时间-空间域有限差分算法有计算效率高、成像方便的优点.脉冲响应测试和对Marmousi模型进行的叠前深度偏移结果表明,该偏移方法在强横向变速情况下具有非常好的成像效果.     

Migration scheme for imaging offset VSP data within local phase space

The imaging of offset VSP data in local phase space can improve the image of the subsurface structure near the well. In this paper, we present a migration scheme for imaging VSP data in a local phase space, which uses the Gabor-Daubechies tight framebased extrapolator (G-D extrapolator) and its high-frequency asymptotic expansion to extrapolate wavefields and also delineates an improved correlation imaging condition in the local angle domain. The results for migrating synthetic and real VSP data demonstrate that the application of the high-frequency G-D extrapolator asymptotic expansion can effectively decrease computational complexity. The local angle domain correlation imaging condition can be used to weaken migration artifacts without increasing computation.     

VSP时空域高角度单程波方程偏移及其应用研究

偏移成像是VSP数据处理中的一个重要环节,常规的VSP成像方法通常利用VSP-CDP转换或Kirchhoff偏移,均存在保幅性差及成像精度低等问题,而波动方程叠前深度偏移被认为是对地下复杂构造进行成像的精确偏移方法.任意广角波动方程作为一种高精度的空间域单程波波动方程,同时由于只含有二阶偏导数项,易于数值实现,与其他单程波波动方程相比,具有更大的成像倾角,因此是偏移成像的有力工具之一.本文将AWWE推广应用到VSP数据成像中,实现了VSP时空域高角度单程波方程偏移.首先从三维标量任意广角波动方程出发,推导了完全匹配层吸收边界条件,在基本不增加计算量的前提下有效地压制了边界反射成像噪音,同时利用非线性反演算法优选参考速度来提高平方根算子的近似程度,从而提高高角度地层的成像精度.模型数值模拟实验验证了该方法的有效性,同时表明该方法在陡倾角构造情况下能取得很好的成像效果.最后对某地区实际观测的VSP资料进行了偏移成像,并与地面地震偏移结果进行了对比,显示出VSP波动方程偏移在成像分辨率上的优势.     

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.     

散射系数矩阵的计算及其应用

利用Gabor Daubechies（G? D）小波束域波场分解和传播在空间和方向上的双重局域性，提出了基于G? D小波束域叠前深度偏移进行角度域成像和计算局部散射系数矩阵的方法. 以简单分层模型为例，对不同探测系统的局部散射系数矩阵分布特征进行分析. 分析结果表明，在一定的探测系统几何布局下，由本文方法得到的局部散射系数矩阵能够较真实地反映局部结构的散射(或反射)特性. 通过局部散射系数矩阵进一步外推具有不同速度反差的水平界面随角度变化的反射系数，并估计界面的空间位置和倾角等说明局部散射系数矩阵的潜在应用.     

小波束叠前深度偏移和照明:基于Marmousi模型的测试

小波束源有很强的局部性和方向性,它可以很容易的实现局部照明和偏移,除此之外,它的偏移效果也要好于常规的偏移方法。本文介绍了基于框架理论的小波束叠前深度偏移的基本原理。我们解释了基于Gaussian函数的G-D框架。小波束分解提供了局部空间和方向上的信息。我们在小波域中,分别应用矩形窗和Gaussian窗合成了小波束源和小波束记录,并基于傅立叶有限差分算子,对marmousi模型进行了叠前深度偏移试算。通过对单个,以及多个小波束源偏移结果对比分析,验证了Gaussian小波束叠前深度偏移方法的有效性。     

Pre-stack Kirchhoff depth migration local space-shift imaging condition: synthetic and data examples

Extracting accurate common image angle gathers from pre-stack depth migrations is important in the generation of any incremental uplift to the amplitude versus angle attributes and seismic inversions that can lead to significant impacts in exploration and development success. The commonly used Kirchhoff migration outputs surface common offset image gathers that require a transformation to angle gathers for amplitude versus angle analysis. The accuracy of this transformation is one of the factors that determine the robustness of the amplitude versus angle measurements. Here, we investigate the possibility of implementing an extended imaging condition, focusing on the space-lag condition, for generating subsurface reflection angle gathers within a Kirchhoff migration. The objective is to determine if exploiting the spatial local shift imaging condition can provide any increase in angle gather fidelity relative to the common offset image gathers. The same restrictions with a ray-based approach will apply using the extended imaging condition as both the offset and extended imaging condition method use travel times derived from solutions to an Eikonal equation. The aims are to offer an alternative ray-based method to generate subsurface angle gathers and to understand the impact on the amplitude versus angle response. To this end, the implementation of the space-shift imaging condition is discussed and results of three different data sets are presented. A layered three-dimensional model and a complex two-dimensional model are used to assess the space shift image gathers output from such a migration scheme and to evaluate the seismic attributes relative to the traditional surface offset common image gathers. The synthetic results show that the extended imaging condition clearly provides an uplift in the measured amplitude versus angle over the surface offset migration. The noise profile post-migration is also improved for the space-lag migration due to the double summation inside the migration. Finally, we show an example of a space-lag gather from deep marine data and compare the resultant angle gathers with those generated from an offset migration and a time-shift imaging condition Kirchhoff migration. The comparison of the real data with a well log shows that the space-lag result is a better match to the well compared to the time-lag extended imaging condition and the common offset Kirchhoff migration. Overall, the results from the synthetics and real data show that a Kirchhoff migration with an extended imaging condition is capable of generating subsurface angle gathers with an incremental improvement in amplitude versus angle fidelity and lower noise but comes at a higher computational cost.     

逆时偏移中用Poynting矢量高效地提取角道集

逆时偏移在提高复杂介质的成像质量方面表现出了优越的性能,但逆时偏移对速度精度的要求比较高.共成像点道集是一种非常重要的叠前深度偏移输出,它除了能为深度偏移处理提供速度信息外,还能够提供振幅和相位等信息,为后续的属性解释提供依据.本文提出一种在逆时偏移成像过程中提取角度域共成像点道集的方法,该方法采用矢量波动方程进行波场传播,并用能流密度矢量(Poynting vector)计算反射角,最后应用互相关成像条件输出角度域共成像点道集.该方法简单易于实现,且几乎不需要额外的计算量和存储量,非常适合于进行逆时偏移速度分析,同时提出的角道集也能用于进行AVA等分析.最后通过模型算例和实际数据检验了方法的有效性和优越性.