扩展成像条件下的最小二乘逆时偏移

逆时偏移(RTM)是复杂介质条件下地震成像的重要手段.因受观测系统限制、上覆地层影响以及波场带宽有限等因素的影响,现行的常规RTM所采用的互相关成像条件通常对地下构造进行模糊成像.最小二乘逆时偏移(LSRTM)通过最小化线性Born近似正演数据和采集数据之间的波形差异,采用梯度类反演算法优化反射系数模型,获得的成像结果具有更高的分辨率和更可靠的振幅保真度.然而,基于波形拟合的LSRTM对背景速度模型的依赖性很强.误差太大的速度模型容易产生周波跳跃现象,导致LSRTM难以获得全局最优解.为了克服这一问题,本文基于扩展模型的思想,在线性Born近似下,推导得到RTM扩展成像条件.并基于最小二乘反演理论,提出扩展成像条件下的LSRTM方法.理论模型试算表明,本文方法不仅可以提供分辨率更高、振幅属性更为可靠的成像结果,而且能够在一定程度上消除速度误差对反演成像的影响.     

混叠数据最小二乘偏移编码策略分析

随着三维高分辨率、高精度及宽方位地震采集技术的应用,野外采集获取了大量观测数据,海量数据对地震处理方法提出了更高的要求.本文将编码思想应用于混叠数据处理,能够较好地在提高地震处理效率的同时,压制串扰噪声.不同编码方式及编码算子直接影响成像串扰噪声压制效果、成像精度、计算效率及存储.本文采用在频率域对炮集分频的编码方式,并将其应用在最小二乘偏移当中,通过模型试算分析了动态、静态及动静混合三种编码方式的优缺点,初步探讨了不同编码策略的适应性.     

起伏地表叠前逆时偏移的实现及应用

复杂地表复杂构造是近年来陆上地震勘探的重难点问题.其中,复杂构造成像问题可用叠前深度偏移技术如逆时偏移较好地解决,而地表起伏大、横向变速剧烈引起道间时差大问题则需要采用起伏地表偏移的思路.结合常规地震数据处理,本文提出一种基于起伏面的逆时偏移成像技术流程,该流程利用固定面与平滑起伏面高程差和替换速度将静校正后的叠前炮集反静校正到起伏面上,然后进行起伏面逆时偏移成像计算.将流程应用到模型数据和实际资料处理,结果均表明该流程在复杂地表复杂构造地震成像方面具有很好的效果.     

基于逆散射成像条件的最小二乘逆时偏移

最小二乘逆时偏移（LSRTM）相对于常规逆时偏移（RTM）具有分辨率更高、振幅更准确、噪音更少等优势,可以对复杂的地质构造进行有效的成像.这种迭代更新反演成像方法十分依赖目标函数的梯度质量和计算效率.当地质模型中存在强反射界面或者记录中存在折射波时,基于常规互相关成像条件（CCC）的最小二乘逆时偏移梯度会包含很强的低频噪音,从而使反演的收敛速度和成像质量降低.为此,本文在最小二乘逆时偏移的梯度中引进了逆散射成像条件来压制这种低频噪音,并以此提出基于逆散射成像条件（ISC）的最小二乘逆时偏移方法.数值模拟结果表明,两者计算耗时基本一致,但逆散射成像条件能高效压制梯度中的低频噪音,从而使反演过程中收敛加速,成像质量得到显著提高.

     

起伏地表叠前逆时偏移理论及GPU加速技术

从起伏地表直接进行叠前逆时偏移是解决地表起伏大并且地下构造复杂这种双复杂结构地区成像问题的有力工具.本文给出了起伏地表直接进行叠前逆时偏移的实现过程,针对有限差分方法处理起伏地表自由边界条件的复杂性,采用了一种简化的自由边界条件,避免了大量的逻辑判断,在此基础上,采用图形处理器(Graphic Processing Unit,简称GPU)将算法加速,比传统的CPU计算速度提高了一个数量级.文中对理论模型进行了计算,并与起伏地表直接进行单程波叠前偏移方法做比较,结果表明:起伏地表叠前逆时偏移有效突破了成像倾角限制,对起伏地表浅层构造以及地下高陡构造成像效果显著提高.关于逆时偏移成像噪音去除以及存储量等问题,笔者已有文章介绍,本文将不再涉及.     

分层坐标变换法起伏自由地表弹性波叠前逆时偏移

传统有限差分方法在处理起伏地表时存在一些困难, 而坐标变换法可将起伏地表映射为水平地表以克服此缺点.但同时, 地下构造被变换得更加复杂, 导致了波传播和成像的不准确.本文提出了一种分层的坐标变换方法, 并应用到了弹性波逆时偏移中, 此方法既可以克服起伏地表的影响, 又可以不破坏地下构造.波场正向延拓、逆时延拓和分离是在辅助坐标系下完成的, 而成像是在笛卡尔坐标系下完成的.通过对简单起伏模型和中原起伏模型的试算证明了本文提出方法的准确性.同时, 对两种极端起伏地层高程不准确的情况进行测试可以看出:分层坐标变换逆时偏移方法的成像效果远好于传统坐标变换方法.     

同时震源数据的加权结构增强最小二乘逆时偏移

同时震源（Simultaneous-source,SS）地震采集技术能有效地提高地震数据采集效率,但直接对SS混合数据偏移成像会在最后的成像剖面中引入很强的串扰噪声.将SS数据偏移成像看作一个反演问题,利用最小二乘（Least-squares,LS）求解是压制SS直接成像中串扰噪声的一种有效尝试.构造增强滤波（Structure-enhancing filter,SE）约束的最小二乘逆时偏移（LSRTM）方法可以有效地压制SS数据成像中的串扰噪声,但SE实质为低通滤波,会将成像中的陡倾角等细节信息平滑涂抹,降低成像分辨率.本文在利用SE对LSRTM约束的基础上,提出了基于加权构造增强约束的LSRTM方法（WSE-LSRTM）并应用于SS数据的反演成像中.该方法不仅能够有效地压制串扰噪声（cross-talk）、保留结构信息,而且可以保护成像中的陡倾角结构不被过度平滑而破坏.在对简单模型和复杂Marmousi模型的数值测试中,该方法都取得了良好的效果.

     

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.     

起伏地表条件下分块法插值叠前深度偏移

为实现复杂起伏地表条件下基于单程波动方程的高效叠前深度偏移,本文采用"逐步一累加"思想,应用傅里叶有限差分法(FFD)算法实现复杂起伏地表务件下的波动方程叠前深度偏移.为提高效率,本文提出在整个成像实现过程中,将整个成像区域分两块区别对待,在地表高程最低点所在的水平面到基准面的区域内,应用常规精细延拓步长进行波场延拓及...     

衰减补偿的黏弹性最小二乘逆时偏移

地震勘探是发现和认识油气藏的重要方法,随着国内油气勘探领域、勘探对象的日趋复杂化,油气勘探迫切需求地震成像的精准度、分辨率和保真度的大幅度提升.相比于常规逆时偏移方法,最小二乘逆时偏移成像有较少的伪像,成像振幅均衡,成像分辨率高.目前常用弹性最小二乘逆时偏移方法来对地下介质进行成像.但由于地下介质通常表现出黏弹性性质,...     

基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移

相对于传统的逆时偏移,最小二乘逆时偏移具有更高的成像质量,这种改善是通过迭代反演来获得的,另外其精度与效率依赖于求解波动方程算法的精度与效率.本文给出了基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移的方法,该方法能够充分结合最小二乘算法与非结构化网格精细刻画地下界面以及随速度自适应剖分的优点;并采用带补偿的拉普拉斯滤波算法,来消除梯度计算中的低频噪声,从而加速目标函数的收敛速度.通过简单倾斜模型以及复杂Marmousi模型测试,显示了该方法的有效性和潜力.

     

起伏地表无反射递推算法叠后逆时偏移(英文)

目前研究基于起伏地表、复杂构造和速度复杂等条件的地震精确成像方法有重要意义。逆时偏移是一种高精度的偏移成像方法。文中在声波方程中引入波阻抗函数得到一种新的无反射递推算法,并通过坐标变换原理推导出起伏地表条件下的算法,利用爆炸反射面逆时偏移原理和零时间叠后逆时偏移成像条件,实现了复杂条件下的叠后数值模拟及逆时偏移。理论模型和实际资料的计算说明该方法不仅能有效压制层间反射波,并能处理起伏地表条件下的地震成像问题,证明本方法有较强适应性和实用性。     

小尺度散射体稀疏最小二乘逆时偏移方法研究

地震勘探方法在深部固体矿产资源勘探中发展潜力巨大,同时也面临挑战.由于固体矿产资源地下分布呈现陡峭构造、尺度小,物性差异小的特点,常规偏移方法对小尺度矿体成像的分辨率提高有限.本文研究了一种基于稀疏促进约束的最小二乘逆时偏移方法.首先,将非均匀分布的矿体等效为随机介质,建立小尺度扰动的矿体模型;其次,改进现有最小二乘偏移方法,以稀疏模型为先验信息约束成像结果,并通过Curvelet变换压缩成像空间,经过多次迭代计算,可以提高小尺度散射体的成像分辨率;再次,对炮域记录进行随机震源编码,减少成像所需的炮集个数,通过稀疏促进约束条件,降低串扰噪声引起的成像误差.通过庐枞金属矿模型数值计算,验证本文方法可以较好的成像包含小尺度散射体的金属矿地质模型.

     

各向异性介质Low-rank有限差分法纯qP波叠前平面波最小二乘逆时偏移

拟声波最小二乘逆时偏移是一种极具潜力的地震波成像工具,但该方法遭受各向异性拟声波近似的限制,TTI介质正演模拟不稳定、反偏移记录中遭受伪横波二次扰动及数值频散假象,另外拟声波最小二乘逆时偏移还面临计算效率低、收敛速度慢、对速度等模型参数依赖性高等问题.为了克服各向异性拟声波最小二乘逆时偏移的缺陷,在反演框架下,本文借助Low-rank有限差分算法首次提出并实现了TTI介质纯qP波线性正演模拟及纯qP波最小二乘逆时偏移;为了进一步提升反演成像效率,同时改善反演成像方法对模型参数误差的依赖性及对地震数据噪声的适应性,通过引入叠前平面波优化策略,发展了TTI介质纯qP波叠前平面波最小二乘逆时偏移成像方法.在编程实现方法的基础上,通过开展模型成像测试,展示了本方法的优势和潜力：一方面加快了反演成像效率,另一方面也提升了方法的抗噪性,同时还降低了方法对模型参数的依赖性.

     

基于Poynting矢量行波分离的最小二乘逆时偏移

因为在逆时偏移中基于双程波动方程构建震源波场和检波器波场,所以在波场延拓过程中地震波遇到波阻抗界面时,背向发育的反射波会与正常传播的波场互相关产生较强振幅的低频噪声.这一特点使得以逆时偏移为基础的最小二乘偏移方法在梯度计算时同样存在着低频噪声的干扰,从而导致反演收敛的速度减慢.考虑到计算量和存储成本的因素,本文借助Poynting矢量良好的方向指示性实现波场的上下行波分离,并在早期迭代的梯度计算中只保留震源波场和检波器波场沿不同垂直方向传播的组分之间的互相关,有效避免了成像噪声的干扰,提高了算法收敛的速率.数值算例验证了方案的有效性.

     

基于平面波加速的VTI介质最小二乘逆时偏移

地震各向异性集中表现为速度各向异性,势必影响地震波运动学特征.传统声波逆时偏移(RTM)和最小二乘逆时偏移(LSRTM)没有考虑介质各向异性特征,导致反射波不能正确归位、同相轴出现扭曲及寻优速度慢或不收敛等,VTI介质逆时偏移(VTI-RTM)矫正了声波成像的不足,但仍存在低频干扰严重、中深部成像不佳、振幅保持差等缺陷.为此,本文首先实现了VTI介质最小二乘逆时偏移(VTI-LSRTM)方法,为了节省I/O及内存需求并提高效率,进一步引入平面波编码技术,提出了一种基于平面波加速的VTI介质最小二乘逆时偏移(VTI-PLSRTM)策略.在此基础上开展了简单模型及复杂Marmousi模型成像试验,并与标准逆时偏移剖面对比表明:本方法能够校正各向异性造成的相位畸变,且在迭代中自动压制串扰及低频噪声、补偿中深部能量,是一种兼具质量与效率的保幅成像策略;对速度误差的敏感性测试说明该方法需要相对正确的偏移速度及Thomsen参数模型.     

基于QHAdam梯度优化算法的最小二乘逆时偏移

最小二乘逆时偏移(LSRTM)通常基于梯度类算法, 经过几十次甚至上百次的迭代得到最终的成像剖面, 然而常规最小二乘逆时偏移其在迭代过程中, 所求梯度通常不做优化处理, 导致最小二乘逆时偏移的收敛效率和成像精度不高, 并且每次迭代的模型更新处理还需付出1~2次的波场延拓计算代价来获取迭代步长.本文将深度学习中的优化算法QHAdam引入到传统时间域最小二乘逆时偏移计算中, 可在付出极小计算代价的前提下, 直接获得优化的模型更新量, 同时避免了迭代步长的求取.Marmousi模型实验结果显示, 相比于常规最小二乘逆时偏移算法, 基于QHAdam梯度优化算法的最小二乘逆时偏移其收敛效率和成像精度更高, 且由于减少了迭代步长的求取步骤, 其也具有更高的计算效率; 相对于基于Adam算法最小二乘逆时偏移, 本文方法也具有更高的收敛效率和收敛精度.

     

时频域振幅相位联合的最小二乘逆时偏移

最小二乘逆时偏移方法具有复杂地质构造成像精度高、成像振幅准确等优点.但是,当地下存在强散射介质时,最小二乘逆时偏移方法很难透过上覆强散射地质体获得深部构造的高精度成像结果.本文为了提高深部精细构造的成像质量,提出时频域振幅相位联合的最小二乘逆时偏移方法.该方法主要通过构建时频域振幅相位联合目标函数,减弱振幅信息对成像结果的影响,提高深部弱散射地震信号的可成像精度.首先,对地震信号进行时频变换,构建时频域最小二乘偏移目标函数;其次,在目标函数中引入振幅权重因子,调节时频域振幅相位权重;最后,推导时频域振幅相位联合目标函数对模型参数的梯度,并利用L-BFGS局部优化算法对成像结果进行迭代.Marmousi模型和盐丘模型测试结果表明,本文方法能够很好地利用弱散射地震信号的时频域振幅相位信息,实现透过上覆强散射地质体进行深部高精度成像的目标.     

起伏地表下的直接叠前时间偏移

提出了一种新的叠前时间偏移方法和流程,可不必应用野外静校正,直接对起伏地表采集的地震数据进行叠前时间偏移.本文采用输入道成像方式,通过基于稳相点原理给出单道数据的走时和振幅计算方法,发展了一个表驱动的叠前时间偏移算法.偏移方法可依据同相轴是否被拉平确定叠加速度和修正近地表速度模型,也可依据拟成像的构造倾角,自适应地确定偏移孔径;后者既减少了偏移计算量,也压制了偏移噪声.文中用二维起伏地表的断陷盆地模型的理论数据验证了所发展方法的成像效果.