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.     

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.

     

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.     

纵横波独立成像的弹性波逆时偏移方法

本文采用逆时递推,在空间域完成纵横波分离,同时实现了位移场成像和纵、横波的独立成像。模拟数据与实际资料试算表明,对纵波和横波分别成像不仅有理论意义,而且有明显的应用价值。文中还就偏移速度对成像结果的影响和实际资料的预处理问题进行了讨论。     

纵横波独立成像的弹性波逆时偏移方法

本文采用逆时递推,在空间域完成纵横波分离,同时实现了位移场成像和纵、横波的独立成像。模拟数据与实际资料试算表明,对纵波和横波分别成像不仅有理论意义,而且有明显的应用价值。文中还就偏移速度对成像结果的影响和实际资料的预处理问题进行了讨论。     

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.     

纵横波独立成像的弹性波逆时偏移方法

本文采用逆时递推,在空间域完成纵横波分离,同时实现了位移场成像和纵、横波的独立成像。模拟数据与实际资料试算表明,对纵波和横波分别成像不仅有理论意义,而且有明显的应用价值。文中还就偏移速度对成像结果的影响和实际资料的预处理问题进行了讨论。     

弹性波有限元逆时偏移技术研究

改善弹性波有限元逆时偏移剖面的质量是目前该方法面临的难题,为此,首先在有限元方程中,合理地加入边界力项,并找到准确的成像条件,以及对炮集资料用惠更斯（Huygens）原理消除直达波和面波干扰等措施,提高了复杂含油气结构的偏移剖面质量．本文重点研究单分量资料弹性波偏移的可靠性,利用单分量、抽炮集资料,模拟实际资料处理典型含油气构造,得到了高质量的自激自收和炮集资料的偏移剖面．     

弹性波有限元逆时偏移技术研究

改善弹性波有限元逆时偏移剖面的质量是目前该方法面临的难题，为此，首先在有限元方程中，合理地加入边界力项，并找到准确的成像条件，以及对炮集资料用惠更斯（Huygens）原理消除直达波和面波干扰等措施，提高了复杂含油气结构的偏移剖面质量．本文重点研究单分量资料弹性波偏移的可靠性，利用单分量、抽炮集资料，模拟实际资料处理典型含油气构造，得到了高质量的自激自收和炮集资料的偏移剖面．     

基于解析时间波场外推与波场分解的逆时偏移方法研究

双程波方程逆时深度偏移是复杂介质高精度成像的有效技术, 但其结果中通常包含成像方法引起的噪音和假象, 一般的滤波方法会破坏成像剖面上的振幅, 其中的假象也会给后续地质解释带来困扰.将波场进行方向分解然后实现入射波与反射波的相关成像能够有效地消除这类成像噪音, 并提高逆时偏移成像质量.波传播方向的分解通常在频率波数域实现, 它会占用大量的存储和计算资源, 不便于在沿时间外推的逆时深度偏移中应用.本文提出解析时间波场外推方法, 可以在时间外推的每个时间片上实现波传播方向的显式分解, 逆时深度偏移中利用分解后的炮检波场进行对应的相关运算, 实现成像噪音和成像信号的分离.在模型和实际数据上的测试表明, 相比于常规互相关逆时偏移成像结果, 本文方法能够有效地消除低频成像噪音和特殊地质构造导致的成像假象.     

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.     

Reverse time migration of ground-penetrating radar with full wavefield decomposition based on the Hilbert transform

The conventional reverse time migration of ground-penetrating radar data is implemented with the two-way wave equation. The cross-correlation result contains low-frequency noise and false images caused by improper wave paths. To eliminate low-frequency noise and improve the quality of the migration image, we propose to separate the left-up-going, left-down-going, right-up-going and right-down-going wavefield components in the forward- and backward-propagated wavefields based on the Hilbert transform. By applying the reverse time migration of ground-penetrating radar data with full wavefield decomposition based on the Hilbert transform, we obtain the reverse time migration images of different wavefield components and combine correct imaging conditions to generate complete migration images. The proposed method is tested on the synthetic ground-penetrating radar data of a tilt-interface model and a complex model. The migration results show that the imaging condition of different wavefield components can highlight the desired structures. We further discuss the reasons for incomplete images by reverse time migration with partial wavefields. Compared with the conventional reverse time migration methods for ground-penetrating radar data, low-frequency noise can be eliminated in images generated by the reverse time migration method with full wavefield decomposition based on the Hilbert transform.     

Reverse time migration using water-bottom-related multiples

Reverse time migration of multiples can be used to construct subsurface structures where primaries cannot illuminate well. However, the images generated using multiples suffer from severe artefacts due to the cross-talks created by interference among unrelated multiples. We developed a migration approach using water-bottom-related multiples to reduce these cross-talk artefacts. This approach first isolates primaries from the original data and predicts water-column primaries. The nth-order water-column multiples can be obtained by auto-convolving the water-column primaries n times, followed by convolving the nth-order water-column multiples with the primaries to extract the (n+1)th-order water-bottom-related multiples. The approach takes the nth-order water-column multiples as the secondary source and regards the (n+1)th-order water-bottom-related multiples as the receiver wavefield, followed by a cross-correlation imaging condition. Numerical examples from synthetic and field data sets reveal that our approach can provide images with substantially fewer cross-talk artefacts than conventional reverse time migration using multiples, as well as greatly improving shallow imaging compared with reverse time migration of primaries.     

基于全波形反演的探地雷达数据逆时偏移成像

逆时偏移成像(RTM)常用来处理复杂速度模型,包括陡倾角及横向速度变化剧烈的模型.与常规偏移成像方法(如Kirchhoff偏移)相比,逆时偏移成像能提供更好的偏移成像结果,近些年逆时偏移成像越来越广泛地应用到勘探地震中,它逐渐成为石油地震勘探中的一种行业标准.电磁波和弹性波在动力学和运动学上存在相似性,故本文开发了基于麦克斯韦方程组的电磁波逆时偏移成像算法,并将其应用到探地雷达数据处理中.时间域有限差分(FDTD)用于模拟电磁波正向和逆向传播过程,互相关成像条件用于获得最终偏移结果.逆时偏移成像算法中,偏移成像结果受初始模型影响较大,而其中决定电磁波传播速度的介电常数的影响尤为重要.本文基于时间域全波形反演(FWI)算法反演获得了更为精确的地下介电常数模型,并将其反演结果作为逆时偏移成像的初始介电常数模型.为了验证此算法的有效性,首先构建了一个复杂地质结构模型,合成了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用常规Kirchhoff偏移算法及逆时偏移成像算法进行偏移处理,成像结果显示由逆时偏移成像算法得到的偏移结果与实际模型具有较高的一致性;此外本文在室内沙槽中进行了相关的物理模拟实验,采集了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用Kirchhoff和叠前逆时偏移成像算法进行处理,结果表明叠前逆时偏移成像在实际应用中能获得更好的成像效果.     

Reverse time migration with Gaussian beams using optimized ray tracing systems in transversely isotropic media

Prestack depth migration is a key technology for imaging complex reservoirs in media with strong lateral velocity variations. Prestack migrations are broadly separated into ray-based and wave-equation-based methods. Because of its efficiency and flexibility, ray-based Kirchhoff migration is popular in the industry. However, it has difficulties in dealing with the multi-arrivals, caustics and shadow zones. On the other hand, wave-equation-based methods produce images superior to that of the ray-based methods, but they are expensive numerically, especially methods based on two-way propagators in imaging large regions. Therefore, reverse time migration algorithms with Gaussian beams have recently been proposed to reduce the cost, as they combine the high computational efficiency of Gaussian beam migration and the high accuracy of reverse time migration. However, this method was based on the assumption that the subsurface is isotropic. As the acquired azimuth and maximum offsets increase, taking into account the influence of anisotropy on seismic migration is becoming more and more crucial. Using anisotropic ray tracing systems in terms of phase velocity, we proposed an anisotropic reverse time migration using the Gaussian beams method. We consider the influence of anisotropy on the propagation direction and calculate the amplitude of Gaussian beams with optimized correlation coefficients in dynamic ray tracing, which simplifies the calculations and improves the applicability of the proposed method. Numerical tests on anisotropic models demonstrate the efficiency and accuracy of the proposed method, which can be used to image complex structures in the presence of anisotropy in the overburden.     

黏声介质最小平方逆时偏移

介质的黏滞性是普遍存在的.黏滞性介质中的真振幅成像需要校正由介质的黏滞性引起的振幅衰减与速度频散,然而常规的反Q偏移方法存在不稳定问题.本文在反演的框架下求解黏声介质成像问题,在有效避开不稳定的同时实现真振幅成像.首先将波动方程线性化,并依此建立黏声介质最小平方逆时偏移（LSRTM）的目标函数;然后推导波动方程伴随算子,并在此基础上借助伴随状态法推导迭代求解的具体算法;最后通过引入动态相位编码技术将计算量降至与常规逆时偏移相同的数量级.该方法在真振幅成像过程中考虑了介质黏滞性的影响,更接近实际情况,具有更好的振幅保持性.相对于常规逆时偏移,该方法能够自动压制成像噪声,具有更高的成像分辨率及精度.通过模型试算验证了方法的正确性.     

Increasing illumination and sensitivity of reverse‐time migration with internal multiples

Reverse‐time migration is a two‐way time‐domain finite‐frequency technique that accurately handles the propagation of complex scattered waves and produces a band‐limited representation of the subsurface structure that is conventionally assumed to be linear in the contrasts in model parameters. Because of this underlying linear single‐scattering assumption, most implementations of this method do not satisfy the energy conservation principle and do not optimally use illumination and model sensitivity of multiply scattered waves. Migrating multiply scattered waves requires preserving the non‐linear relation between the image and perturbation of model parameters. I modify the extrapolation of source and receiver wavefields to more accurately handle multiply scattered waves. I extend the concept of the imaging condition in order to map into the subsurface structurally coherent seismic events that correspond to the interaction of both singly and multiply scattered waves. This results in an imaging process referred to here as non‐linear reverse‐time migration. It includes a strategy that analyses separated contributions of singly and multiply scattered waves to a final non‐linear image. The goal is to provide a tool suitable for seismic interpretation and potentially migration velocity analysis that benefits from increased illumination and sensitivity from multiply scattered seismic waves. It is noteworthy that this method can migrate internal multiples, a clear advantage for imaging challenging complex subsurface features, e.g., in salt and basalt environments. The results of synthetic seismic imaging experiments, including a subsalt imaging example, illustrate the technique.     

逆时偏移去噪方法研究进展

逆时偏移(RTM)作为精度较高的深度域成像方法之一越来越受到人们的重视..基于双程波动方程的逆时偏移具有原理简单、无倾角限制、可以用于复杂区域和陡倾角构造成像等优点.本文概述了国内外逆时偏移的发展历程和现状,介绍了应用随机边界条件后逆时偏移基本原理以及存在的问题并分析了成像噪声的产生机制,重点给出成像后压制逆时偏移低频噪声的几种方法及特征并给出总体认识.