基于短算子设计的黏性介质叠前时间偏移

为了提高频域黏性介质叠前时间偏移的计算效率,本文采用加权最小平方方法设计高精度的、最优时域褶积短算子,发展了一套表驱动的时域黏性介质叠前时间偏移方法.该方法将大量的逐频率补偿运算转化为少量的时域褶积运算,并将走时,振幅表和补偿褶积短算子系数表的计算过程与补偿成像过程相剥离,提高了时域算法的计算效率;通过控制最大的补偿因...     

基于共聚焦点道集的叠前深度偏移

共聚焦点(CFP)偏移技术是一种基于等时原理,将Kirchhoff积分法的一步偏移分两步聚焦（即激发聚焦和检波聚焦）来完成的叠前地震成像方法.该方法借助于逆时聚集算子和共聚焦点道集来实现叠前偏移成像.基于共聚焦点道集的叠前深度偏移是把基于共炮集的深度偏移的算法引入到CFP技术上来,基于波场延拓的理论来实现偏移成像,该方法首先生成共聚焦点道集,然后基于面炮合成的理论合成聚焦震源,最终通过相关成像来实现叠前偏移成像.该方法选取较少的聚焦点就可以实现对于地下构造的偏移成像,和炮域波动方程偏移相比,其计算效率得到了提高.通过模型试算和实际资料的试处理,验证了该方法在实现叠前深度偏移成像上的正确性和有效性.     

复杂构造三维地震观测系统设计的共聚焦分辨率分析

三维地震观测系统共聚焦分辨率特性分析突破传统以点论证为基础的观测系统分辨率分析方法,面向地质目标定量预测三维观测系统地震成像的空间分辨率和振幅精度.基于Fourier有限差分（FFD）大步长波场延拓和Born-Kirchhoff小步长波场插值递推方法,本文介绍了一种复杂介质条件下三维地震观测系统共聚焦分辨率特性快速分析方法.对给定的速度模型,该方法能够分析拟采用的三维地震观测系统设计方案对复杂构造的成像分辨率与AVP属性,从而为进一步的偏移成像与储层分析提供保证.最后本文以SEG/EAGE三维盐丘模型为例设计满覆盖为16次的三维地震观测系统,并实施三维共聚焦分辨率特性分析.     

复杂介质下保真振幅Kirchhoff深度偏移

本文详细讨论地下复杂介质地震成像问题.当速度模型含有强横向变化时,射线场会折叠形成多次走时,在这种情况下,文中证明在保真振幅叠前深度偏移时,应当考虑所有的到时才能得到定量的像.通过实例证明,在多次走时情况下,常规的共炮集、共检波器集都存在强的假像;由此提出共角度偏移的概念.最后,在多次走时下,讨论多次偏移算子(走时、相移、振幅等)的高效重构,给出了三维叠前深度偏移的快速算法.     

双复杂介质条件下频率空间域有限差分法保幅偏移

油气勘探的重点正转向复杂地表条件和复杂地质条件的区域.双复杂条件下的叠前深度偏移是解决复杂地表条件和复杂地质构造成像的有效手段.基于“逐步累加”的“直接下延”法是解决复杂地表成像的有效手段,能够较好地消除地形起伏的影响.波动方程频率空间域有限差分(xwfd)叠前深度偏移对介质速度横向变化有较强的适应性,适宜于复杂构造的偏移成像,同其他常规波动方程深度偏移一样,常规的xwfd偏移方法,主要也是针对相位进行波场延拓,没有对振幅做任何处理.我们基于保幅单程波方程,推导出了基于xwfd的保幅波场延拓算子,针对xwfd求解时引入误差的影响,我们在xwfd保幅波场延拓过程中加入了误差补偿,实现了带误差补偿的xwfd保幅偏移.基于带误差补偿的xwfd保幅算子,应用适合起伏地表的直接下延法,对双复杂介质模型和实际资料进行了试算,改善了双复杂介质的成像效果.其中,误差补偿可以在若干个外推步长上进行,所以相对于保幅傅里叶有限差分(ffd)法偏移来说,该方法在改善成像质量的同时,也具有较高的运算效率.     

数据自相关多次波偏移成像

在常规偏移方法中一般都需要压制地震数据中的多次波,仅利用一次波信息成像,把自由表面反射的多次波视为噪声,但是在多次波中也包含着地下结构信息,应该将其充分利用到成像中来.事实上,已经有不少成像方法试图利用多次波信息,但是大部分方法都需要对多次波进行预测.本文提出了基于傅里叶有限差分偏移算子的数据自相关偏移方法.在这种偏移方法中,对含有一次波和多次波的地震数据,分别进行下行和上行延拓,然后直接利用常规的互相关成像条件成像.由于波场延拓采用了傅里叶有限差分算子,其计算效率高,能够很好地对复杂介质中的地震数据进行延拓.在数值试验中,使用了一个含散射点的三层模型和Marmousi模型.合成数据测试结果表明,这种方法可以对更大范围的地下构造成像,比常规的只利用一次波的傅里叶有限差分法照明度更好,并且在浅层可以提供更高的分辨率.我们提出的数据自相关策略易于实现且避免了繁杂的多次波预测,这对于复杂地下构造成像可能有着重大意义.     

起伏地表条件下基于复Pade逼近的叠前深度偏移

叠前深度偏移是解决复杂地表和复杂构造地震成像的有效技术,而波场“直接下延”法实现了复杂地表条件下的地震成像.基于上述成果,结合高精度的波场延拓算子,本文提出了一种新的叠前深度偏移方法,这种方法是在波场延拓时,对声波方程中的平方根项进行复Pade逼近,通过推导得到基于复Pade逼近的傅里叶有限差分算子,结合波场“直接下延”法,实现了起伏地表条件下的叠前深度偏移,该算法减少了偏移噪音,从而得到准确、稳定的偏移成像结果.通过理论模型试算和实际资料试处理,验证了该方法的有效性.     

波场延拓短算子构造方法

在频率-空间域显式叠前深度偏移中，波场深度延拓是通过显 式差分短算子与波场的空间褶积完成的. 基于对显式差分短算子的设计方法的研究，提出了 一种基于相移算子约束的离散光滑插值的构造一维显式短算子的方法. 通过离散光滑插值法 ，在频率-波数域中，以传播区内的相移算子为约束，在传播区外的算子两端处以零点为约 束，进行离散光滑插值，使得所得算子具有二阶光滑可导性，则其对应的频率-空间域中的 算子就可以取得很短. 该方法设计简单，精度高，能够满足波场深度延拓的需要.     

横向线性变速介质中的共炮检距波场延拓

对横向变速介质中振幅保真的共炮检距波场延拓方法进行了研究．在横向线性变速条件下,通过引入新的偏微分方程,给出了该介质中振幅保真的波场延拓方程．这一波场延拓方程是均匀介质中振幅保真延拓方程在横向线性变速介质中的推广．首先由线性变速介质中地震波射线的走时函数,证明了该延拓方程的运动学等价方程对横向线性变速介质中的所有炮检距和各种反射层倾角都适用．然后,通过对模型数据的计算并与传统的ＤＭＯ方法比较,证明了这一波场延拓方程能很好地保持波前的振幅特性,特别是能保持焦散点的波前的特性．     

单程波算子积分解的象征表示

单程波波场延拓算子在地震偏移成像中有重要应用.单程波波场延拓算子按其实现方式可分为Kirchhoff积分、空间隐式有限差分和Fourier变换方法,他们代表了算子的不同表示方法,当截断使用这些方法时会得到不同的精度.象征表示对这些方法的导出和精度分析有重要作用.算子作用于正弦波函数所得函数称为算子的象征.算子的象征是褶积算子Fourier变换的推广.Fourier变换方法则直接用象征函数的可分表示求出.空间隐式有限差分则可以用象征函数的Padè近似或部分分式导出.单程波算子在深度域的积分称为单程波算子积分解.本文推导了单程波算子积分解的象征表达式,给出了算子象征的代数运算的头几阶表达式,这些表达式还未在前人文献中发现.Kirchhoff积分所需格林函数可以通过象征函数和鞍点法导出.基于积分解的象征表达式给出了非对称走时公式,对改善Kirchhoff积分的聚焦性能有重要意义.     

基于地震图像校准的共成像点道集增强技术

由共成像点道集抽取的共偏移距道集可以当成相同地下成像的多次观测.由于偏移误差的影响,在不同共偏移距道集上,同一采样点存在水平和垂直方向上的错位.本文提出一种基于地震图像校准的共成像点道集增强技术,实现了不同偏移距道集在时间和空间上的逐点匹配对齐.在本文中以2D局部归一化互相关来表征共偏移距道集和叠加道集在相同时空位置的相似度,假设在不同水平和垂直移动量时的互相关满足连续凸函数,利用求导方法估计共偏移距道集在该位置处的非整数校正量,最后采用双线性内插方法估计成像振幅.传统道集拉平技术在垂直方向进行校正量消除,本文方法能有效估计共偏移距道集中的水平和垂直校正量,并在亚像素域估计正确的成像振幅.模型数据和实际数据的处理结果表明,本文方法能有效增强共成像点道集中同相轴的一致性,提高叠加结果的分辨率.     

地下复杂介质地震处理中的CFP技术

要简要介绍CFP(Common Focus Point)方法技术的基本原理和主要应用。CFP是复杂介质地震处理中的一项新技术，它把叠前偏移分成两个独立的步骤：首先对检波点(炮点)进行聚焦处理，产生共聚焦点道集(CFP道集)，然后再对炮点(检波点)进行聚焦，产生叠前偏移的输出。两个步骤中间的CFP道集则可以进行其它处理。如果是为了寻找构造信息，那么可以应用共焦点CFP偏移；如果是为了寻找岩石、孔隙或流体的信息，则要应用双焦点CFP偏移。目前，该技术主要应用于：(1)CFP两步聚焦法偏移；(2)叠前深度偏移速度模型的建立；(3)试图通过算于而不是速度来解决复杂地表的静校正；(4)消除全程或层间多次波；(5)CFP方法基准面的延拓和盐下成像；(6)多分量地震资料的偏移成像。     

基于时空域自适应高阶有限差分的声波叠前逆时偏移

叠前逆时偏移在理论上是现行偏移方法中最为精确的一种成像方法,其实现过程中的核心步骤之一是波动方程的波场延拓,而波场延拓的本质是求解波动方程,所以精确、快速地求解波动方程对逆时偏移至关重要.本文采用一种基于时空域频散关系的有限差分方法来求解声波方程,分析其频散和稳定性,实现波场数值模拟,并将分析和模拟结果与传统有限差分法进行对比.分析结果和模型数值模拟结果都表明时空域有限差分法模拟精度更高、稳定性更好.将时空域高阶有限差分法应用到叠前逆时偏移波场延拓的方程求解中,然后再利用归一化互相关成像条件成像,理论模型数据偏移处理获得了精度更高的成像.同时,在逆时偏移波场延拓的实现中,采用自适应变长度的空间差分算子求解空间导数的有限差分策略,在不影响数值模拟和成像精度的前提下,有效地提高了计算效率.     

Viscoacoustic prestack reverse time migration based on the optimal time-space domain high-order finite-difference method

Prestack reverse time migration （RTM） is an accurate imaging method ofsubsurface media. The viscoacoustic prestack RTM is of practical significance because itconsiders the viscosity of the subsurface media. One of the steps of RTM is solving thewave equation and extrapolating the wave field forward and backward; therefore, solvingaccurately and efficiently the wave equation affects the imaging results and the efficiencyof RTM. In this study, we use the optimal time-space domain dispersion high-order finite-difference （FD） method to solve the viscoacoustic wave equation. Dispersion analysis andnumerical simulations show that the optimal time-space domain FD method is more accurateand suppresses the numerical dispersion. We use hybrid absorbing boundary conditions tohandle the boundary reflection. We also use source-normalized cross-correlation imagingconditions for migration and apply Laplace filtering to remove the low-frequency noise.Numerical modeling suggests that the viscoacoustic wave equation RTM has higher imagingresolution than the acoustic wave equation RTM when the viscosity of the subsurface isconsidered. In addition, for the wave field extrapolation, we use the adaptive variable-lengthFD operator to calculate the spatial derivatives and improve the computational efficiencywithout compromising the accuracy of the numerical solution.     

求解二阶解耦弹性波方程的低秩分解法和低秩有限差分法

时间域的波场延拓方法在本质上都可以归结为对一个空间-波数域算子的近似.本文基于一阶波数-空间混合域象征,提出一种新的方法求解解耦的二阶位移弹性波方程.该方法采用交错网格,连续使用两次一阶前向和后向拟微分算子,推导得到了解耦的二阶位移弹性波方程的波场延拓算子.由于该混合域象征在伪谱算子的基础上增加了一个依赖于速度模型的补偿项,可以补偿由于采用二阶中心差分计算时间微分项带来的误差,有效地减少模拟结果的数值频散,提高模拟精度.然而,在非均匀介质中,直接计算该二阶的波场延拓算子,每一个时间步上需要做N次快速傅里叶逆变换,其中N是总的网格点数.为了减少计算量,提出了交错网格低秩分解方法;针对常规有限差分数值频散问题,本文将交错网格低秩方法与有限差分法结合,提出了交错网格低秩有限差分法.数值结果表明,交错网格低秩方法和交错网格低秩有限差分法具有较高的精度,对于复杂介质的地震波数值模拟和偏移成像具有重要的价值.     

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．      

傅里叶有限差分法三维波动方程正演模拟

傅里叶有限差分(FFD)法兼有相位屏法和隐式有限差分法二者的优势,能够处理复杂地质构造中的波传播问题,但在三维情形下,算子的双向分裂会引起明显的方位各向异性误差.本文用Fourier变换计算双向分裂过程中的高阶交叉项,消除了方位各向异性误差.该方法充分利用了FFD法在双域实现的算法结构,明显减少了由于引入误差校正所带来的计算量.将该方法应用于修改后的三维French模型的地震正演问题,并将得到的叠后记录、单炮记录同全波有限差分法的模拟结果进行对比,结果证实了该方法对一次反射波具有较高的模拟精度,在内存需求和计算效率方面则具有更大的优势.     

MIGRATION IN TERMS OF SPATIAL DECONVOLUTION*

The relationship between two finite-difference schemes (15° and 40°) and the Kirchhoff summation approach is discussed by using closed form solutions of Claerbout's approximate versions of the wave equation. Forward extrapolation is presented as a spatial convolution procedure for each frequency component. It is shown that downward extrapolation can be considered as a wavelet deconvolution procedure, the spatial wavelet being given by the wave theory. Using this concept, a three-dimensional model for seismic data is proposed. The advantages of downward extrapolation in the space-frequency domain are discussed. Finally, it is derived that spatial sampling imposes an upper limit on the aperture and a lower limit on the extrapolation step.     

Seismic modelling for reservoir studies: a comparison between convolutional and full-waveform methods for a deep-water turbidite sandstone reservoir

Two seismic modelling approaches, that is, two-dimensional pre-stack elastic finite-difference and one-dimensional convolution methods, are compared in a modelling exercise over the fluid-flow simulation model of a producing deep-water turbidite sandstone reservoir in the West of Shetland Basin. If the appropriate parameterization for one-dimensional convolution is used, the differences in three-dimensional and four-dimensional seismic responses from the two methods are negligible. The key parameters to ensure an accurate seismic response are a representative wavelet, the distribution of common-depth points and their associated angles of incidence. Conventional seismic images generated by the one-dimensional convolutional model suffer from lack of continuity because it only accounts for vertical resolution. After application of a lateral resolution function, the convolutional and finite-difference seismic images are very similar. Although transmission effects, internal multiples and P-to-S conversions are not included in our convolutional modelling, the subtle differences between images from the two methods indicates that such effects are of secondary nature in our study. A quantitative comparison of the (normalized root-mean-square) amplitude attributes and waveform kinematics indicates that the finite-difference approach does not offer any tangible benefit in our target-oriented seismic modelling case study, and the potential errors from one-dimensional convolution modelling are comparatively much smaller than the production-induced time-lapse changes.