基于纵横波解耦的三维弹性波逆时偏移

纵横波波场分离是弹性波偏移方法的必要条件,通过纵横波成像的差异可以获取更多地下介质的信息.目前所用的纵横波波场分离方法多采用Helmholtz分解,这样得到的波场不仅物理意义发生了变化,振幅和相位也会发生改变.本文采用纵横波解耦的弹性波方程,将其应用于三维介质,对比分析了纵横波解耦方法相对传统Helmholtz分解方法在相位、振幅上的优势.将该解耦的波场分离方法应用于弹性波逆时偏移,能得到相位、振幅和物理意义不受改变的偏移结果.但是该解耦方法分离得到的纵横波波场均为矢量场,将该波场分离方法用于弹性波逆时偏移,还需要解决矢量场如何得到标量成像结果的问题.本文引入了Poynting矢量,通过Poynting矢量对矢量波场进行标量化,这样就能得到保振幅、相位,且无极性反转的标量PP和PS成像结果.同时针对S波Poynting矢量求取不准确的问题,采用拟S波应力场和S波速度场得到了更加准确的S波Poynting矢量.理论计算证明了本文采用的3D波场解耦的矢量波场分离方法的正确性和引入Poynting矢量对矢量波场进行标量成像的有效性.     

矢量分离纵横波场的弹性波逆时偏移

弹性波逆时偏移是当前多分量地震资料相对准确的偏移算法,它能够形成多波模式的成像剖面,从而减少纵波勘探的多解性.本文首先依据各向同性介质中矢量分离纵横波场的速度-应力方程组,利用高阶交错网格有限差分数值方法求解弹性波方程,进而构建矢量的纵波和横波波场,不同于散度和旋度算子分离纵横波场的传统方法,文中提出的矢量分离纵横波场方法保持了原始波场的振幅和相位特征.文中也提出将震源归一化的内积成像条件应用于分离后的纯纵波和横波矢量场,由此得到的转换波成像避免了传统弹性波成像方法中出现的极性反转.水平层状和复杂构造模型测试表明,文中提出的基于矢量分离纵横波场的弹性波逆时偏移方法成像精度高,转换波成像PS和SP极性无反转,所形成的多种模式纯波剖面能够准确地对复杂地下构造成像.     

基于保幅波场分离的弹性波逆时偏移方法研究（英文）

欲实现基于弹性波方程的矢量波场逆时偏移纵、横波独立成像,必须在波场延拓过程中实现纵、横波场的分离,散度和旋度算子分离的纵、横波出现振幅与相位的畸变,导致输出成像结果的振幅失真。本文提出一种在弹性波场延拓过程中实现纵、横波保幅分离的方法,在传统的弹性波方程中加入纵波压力、纵波振动速度和横波振动速度方程,实现纵横波的矢量分解,再对分解后的矢量纵波和矢量横波做标量化合成得到保幅分离的纵、横波场,对保幅分离的纵、横波场应用成像条件,然后实现矢量波场逆时偏移的保幅纵横波成像。该方法可以保证分离后纵、横波的振幅与相位不变;同时,分解后的纵波压力和纵波振动速度可用于层间反射噪音压制和横波极性校正,提高多分量地震资料联合逆时偏移的纵、横波成像质量,从而实现保幅弹性波逆时偏移的目的,为叠前深度剖面应用于叠前反演工作奠定基础。     

基于波场分离的弹性波逆时偏移

尽管叠前逆时偏移成像精度高,但仅针对单一纵波的成像也可能形成地下介质成像盲区,由于基于弹性波方程的逆时偏移成像可形成多波模式的成像数据,因此弹性波逆时偏移成像可提供更为丰富的地下构造信息.本文依据各向同性介质的一阶速度-应力方程组构建震源和检波点矢量波场,再利用Helmholtz分解提取纯纵波和纯横波波场,使用震源归一化的互相关成像条件获得纯波成像,避免了直接使用坐标分量成像而引起的纵横波串扰问题.针对转换波成像的极性反转问题,文中提出一种共炮域极性校正方法.为有效节约存储成本,也提出一种适用于弹性波逆时偏移的震源波场逆时重建方法,在震源波场正传过程中,仅保存PML边界内若干层的速度分量波场,进而逆时重建出所有分量的震源波场.本文分别对地堑模型和Marmousi2模型进行了弹性波逆时偏移成像测试,结果表明:所提出的共炮域极性校正方法正确有效,基于波场分离的弹性波逆时偏移成像的纯波数据能够对复杂地下构造准确成像.     

三维各向异性TI介质中的P/S波快速解耦技术及在弹性波逆时偏移中的应用

随着多分量采集技术的发展,弹性波逆时偏移技术在三维各向异性介质复杂地质构造成像中得到了广泛的应用.然而耦合的P波场和S波场,会在传播过程中产生串扰噪声,降低弹性波逆时偏移的成像精度.为了解决这一问题,本研究针对具有倾斜各向异性对称轴的三维横向各向同性(Transverse Isotropy, TI)介质,提出了一种矢量弹性波场快速解耦方法,可以有效提高偏移剖面的成像质量.该方法首先通过坐标转换,将观测系统坐标系的垂直轴旋转到TI介质的对称轴方向,在新坐标系下,根据具有垂直对称轴的三维横向各向同性(Vertical Transverse Isotropy, VTI)介质中的分解算子,推导出三维TI介质解耦算子表达式.接着引入一种在空间域快速计算分解波场的方法,来实现空间域矢量P波场和S波场分离,极大地提高了计算效率.最后,通过点积成像条件,将提出的P/S波分解方法引入到三维TI介质弹性波逆时偏移中,得到高精度的PP和PS成像.与以往的波场分解方法相比,本文方法具有数值稳定和计算效率高的特点.数值算例表明,应用上述三维TI分解算子得到的偏移剖面有效压制了噪声,提高了成像质量.     

基于改进余弦组合窗的解耦方程弹性波逆时偏移

弹性波矢量波场逆时偏移可以综合利用纵横波场信息,对地下空间进行清晰成像,且对于成像介质没有角度限制,可以对复杂构造进行更清晰的成像.而弹性波逆时偏移中最重要的就是求解波动方程的算法,其直接影响成像的精度以及效率.本文引进电力系统谐波分析中常用的余弦组合窗函数,并通过一种新的优化算法得到了改进的余弦组合窗函数从而得到优化后的有限差分算子.并将此算子应用于解耦方程的矢量波场分离算法从而提高了成像精度.数值测试表明基于新算法的逆时偏移的成像精度和清晰度得到了明显的提高.     

基于海底电缆数据的声弹耦合介质多参数最小二乘逆时偏移（英文）

在海洋地震勘探中,海底电缆技术采集的多分量地震数据,涉及到多参数的反演与成像问题,本文针对海底电缆多分量地震数据提出了一种弹性波多参数最小二乘逆时偏移方法。该方法的波场延拓算子为混合方程,即在海水介质中采用声波方程进行波场计算,而海底固体介质的波场由纵横波形分离的矢量弹性波方程得到。在海底界面中采用声弹耦合控制方程将两种类型的方程结合起来。通过推导纵横波形分离的弹性波偏移算子、反偏移算子和梯度公式实现基于纵横波形分离的弹性波最小二乘逆时偏移方法。通过模型试算证明了该方法能够得到高质量的纵波速度和横波速度分量的成像剖面,相比与传统弹性波最小二乘逆时偏移方法,多参数耦合造成的成像串扰噪音得到了很好地压制。     

基于解析法波场分离的逆时偏移成像

逆时偏移是识别地下高陡构造的有效方法,通常需利用高精度双程波动方程进行波场模拟是该算法的核心,有限差分是求解波动方程常用方式,但会受到模型速度参数、空间网格间距和时间采样间隔的限制,若采用互相关作为逆时偏移的成像条件,虽能够对复杂构造精确成像,可传统的互相关成像条件会引入低频噪声,影响成像结果信噪比.为提升逆时偏移的成像精度,压制低频噪声干扰,打破稳定性条件对地震波场求解的制约,提出了一种解析波场分离方法,基于一步法进行解析波场模拟,利用Hilbert变换实现解析波场的波场分离,进而形成了基于波场分离的逆时偏移成像方法.结合理论模型和VSP实际地震数据,给出了不同波场成分的逆时偏移成像结果.测试结果表明:提出的方法波场模拟稳定性强,且能够高效的进行上下行波波场分离,所得逆时偏移结果不含低频噪声和虚假反射,具有较高的信噪比.     

基于Poynting矢量的归一化波场分离互相关逆时偏移成像条件(英文)

叠前逆时偏移是目前精度较高的成像方法,然而严重的低频噪声降低了逆时偏移的构造成像精度,偏移噪声的压制是逆时偏移必需要考虑的问题。分析了低频噪声的产生机理,并根据声波方程Poynting矢量的方向指示地震波场的传播方向的原理,分离出上、下、左、右行波,该方法计算量和存储量都远远小于常用的二维傅里叶变换分离方法,进而提出归一化的波场分离互相关成像条件,以压制逆时偏移低频噪声,提高成像精度。实现了Marmousi模型的试算,表明在波场延拓过程中利用Poynting矢量能够较好的分离上、下、左、右行波,与常规方法、拉普拉斯滤波、二维傅里叶变换波场分离的成像结果对比表明,成像时使用归一化的波场分离互相关成像条件能更好的压制偏移噪声,得到精度更高的逆时偏移成像结果。     

多次波分阶逆时偏移成像

本文深入分析了多次波逆时偏移的成像原理和串扰假象产生机制,并提出了多次波分阶逆时偏移策略,即首先应用自由界面多次波衰减方法对原始炮集记录中的多次波进行剔除得到一次波记录,然后应用一次波记录预测获得各阶多次波记录,最后将各阶多次波记录分别进行逆时偏移成像.模型实验结果表明,多次波分阶逆时偏移其各阶多次波成像剖面均可对真实界面正确成像且其能够有效压制串扰假象,其中一阶多次波逆时偏移剖面的成像精度最高,其深层成像质量明显优于常规多次波逆时偏移.     

基于复数波场分解的VSP逆时偏移方法研究

相比地面地震勘探,垂直地震剖面(VSP)资料信噪比高,从VSP偏移结果中能够准确地识别井旁小的地质构造.在VSP偏移方法中,VSP逆时偏移方法基于双程波动方程,具有成像精确且无倾角限制、适应任意复杂速度模型等诸多优点,受到人们广泛关注.传统的VSP逆时偏移方法会在成像剖面上产生低频噪声,同时井中检波点分布位置附近会产生井轨迹噪声,严重影响了成像剖面的质量.在本文中,我们利用优化时空域频散关系求解差分系数,提高数值模拟精度;采用混合吸收边界条件压制边界反射,减少边界反射对成像的影响;通过Hilbert变换来构建复数波场,利用波场分解成像条件进行VSP逆时偏移成像,来压制低频噪声和井轨迹噪声.数值模型和实际资料测试表明,基于复数波场分解成像方法能够实现高精度的VSP逆时偏移,并且能够有效地压制VSP逆时偏移中的低频成像噪声和井轨迹噪声;相比地面地震逆时偏移,本文方法能够对井旁构造和盐丘下构造取得更清晰的成像结果.     

一种TI介质纯qP波正演方法及其在逆时偏移中的应用

基于Tsvankin提出的精确频散关系,利用近似展开的方法,推导出解耦合的TTI介质纯qP波近似方程,并将方程中的偏微分算子分解成一个laplace算子和一个标量算子,用于代表qP波的精确传播方向,构建时间域二阶纯qP波方程.此推导过程无需设置横波速度为零,能够更加精确地描述qP波的运动学特征.这个方程相比于求解波数域二阶解耦qP波方程,计算效率高,存储需求小;相比于基于Alkhalifah频散关系推导的时间域二阶纯qP波方程,假象干扰压制好,数值误差小,更具一般性.但此方法求解波矢量时采用波场梯度一阶渐近近似,会造成垂直于对称轴方向的波场振幅不准确.为了较正振幅,将椭圆分解方法应用于此方程中,构建纯qP波椭圆分解方程,使得振幅更加均衡,并与Xu等提出的方程比较分析,应用本文构建的纯qP波椭圆分解方程得到的波场振幅值更加准确.本文首先选取了均匀TI介质模型进行了qP波正演模拟,并抽取波场单道波形进行振幅分析,验证了本文构建的纯qP波方程和纯qP波椭圆分解方程的正确性及有效性;然后选取BP TTI模型进行了qP波正演模拟,将其qP波正演结果和均匀TI介质模型振幅分析结果相结合,突出了本文构建的纯qP波椭圆分解方程的优势及适应性;最后选取逆冲模型和BPTTI模型,应用本文构建的纯qP波椭圆分解方程对其进行逆时偏移成像,验证了本文构建的纯qP波椭圆分解方程在逆时偏移中的可行性和适用性.     

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.     

基于应力偏量的横波纯应力逆时偏移成像方法

基于弹性波解耦延拓方程的波场分离方法不仅可以得到解耦的纵、横波质点振动速度场,还可以获得纵、横波应力场.针对横波纯应力场在利用单一分量成像时不具有明确物理意义的问题,本文将应力偏张量引入到横波应力场中,基于应力偏量第二不变量构建得到横波应力不变量并将其用于应力场的逆时偏移成像中,获得了可完整表征横波应力场的成像结果.模型试算表明,本文构建的横波应力不变量可以有效利用横波应力张量中的波场信息,并得到准确的弹性逆时偏移成像结果.     

基于Poynting矢量的全波场分离成像条件在VTI介质逆时偏移中的应用

逆时偏移是目前应用非常广泛的成像方法,通常利用互相关成像条件进行成像,然而低频噪声的存在降低了成像的精度.为了改善逆时偏移的成像效果,可以通过对波场进行分离,再选择合适的波场成分进行互相关成像.由于Poynting矢量可以指示地下介质中地震波的传播方向,利用Poynting矢量对波场进行了上、下、左、右行波分离.然后,本文将基于Poynting矢量的全波场分离成像条件应用于VTI介质叠前逆时偏移,该成像条件在保证构造准确成像的前提下有效地压制了低频噪声.在进行正演模拟的过程中,本文通过最小二乘差分系数优化提高了模拟的精度.通过模型试算,验证了最小二乘差分系数优化对提高数值模拟精度的效果,并证明了基于Poynting矢量的全波场分离成像条件的有效性.     

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.     

基于能量密度的自解耦互相关成像条件

基于能量密度构建的弹性波能量成像条件,可以准确提取弹性波场的能量信息,并可以有效压制背向散射.但是该成像条件得到的成像结果将所有弹性波场能量信息耦合在一起,难以区分纯波模式的能量信息.为此,我们从势能及动能两方面将能量场解耦,得到纯纵波（PP）、纯横波（SS）、转换波（C）能量场.根据能量守恒定律,基于Helmholtz原理对位移场的空间导数进行因式分解,将弹性势能自解耦得到纯纵波、纯横波及转换波势能;引入体应力构建得到P波及S波速度,将弹性动能分解为纯纵波、纯横波和转换波动能.从而,构建基于能量密度自解耦得到纯波能量互相关成像条件.数值实验表明自解耦成像条件可实现弹性波场能量的分解,并得到背向散射压制、振幅有效保持的PP波、SS波和C波成像结果.     

基于Low rank近似的黏弹性介质衰减补偿微地震逆时定位与裂缝成像

真实地下介质具有黏弹性,地震波在传播过程中会发生耗散与频散.忽视黏弹性介质的吸收衰减效应,逆时延拓过程中地震波将会出现振幅减弱、相位失真等现象,无法准确定位震源真实位置,因此需要对黏弹性介质中传播的波场进行衰减补偿,并通过采用合适的成像算子对微地震震源进行定位与裂缝成像.本文基于耗散与频散解耦的分数阶黏弹性波动方程模拟波场,采用low rank分解近似混合域算子,分离衰减相关项并反转耗散项符号,并在补偿的衰减项波场的波数域中进行低通滤波,压制噪声的影响;使用优化后的成像算子进行微地震震源定位,并通过分离散射波场,对散射波进行逆时反传寻找裂缝.数值实验证明,本文方法通过low rank近似有效提高了计算效率,衰减补偿算子在滤波器约束下能够稳定地补偿反向延拓的波场,优化后的成像算子能够在压制随机噪声的同时进一步提高计算效率和定位分辨率.     

二维弹性多波时空域高斯束偏移方法

随着我国勘探开发难度逐步增大,勘探目标开始向裂缝油气藏、岩性油气藏等复杂探区转移,研究高精度、适应性强的多波多分量深度偏移算法在后续的地震解释、属性分析及储层预测中具有重要意义.针对多波多分量地震数据,本文提出了一种二维弹性波时空域高斯束偏移方法.时空域高斯束沿中心射线传播时能够面向成像目标描述局部波场,且对振幅和频率可调制的Gabor基函数有天然的适应性,因而将基于Gabor分解的子波重构方法应用于震源波场构建,从而得到任意点源函数产生的时空域高斯束波场.该方法由于直接在时间域进行计算,可以避开频率域中出现的假频和边缘截断效应等问题.基于各向同性弹性波动方程的Kirchhoff-Helmholtz积分解,利用矢量时空域高斯束传播算子构建格林函数和格林位移张量,并结合上行射线追踪策略,实现了检波点波场的反向延拓.针对矢量波成像问题,本文借鉴弹性波逆时偏移方法从矢量延拓波场中分离出纯纵波分量和纯横波分量,进而采用修改后的内积成像条件产生具有明确物理意义的PP、PS成像结果,避免了转换波成像的极性反转问题.最后利用简单两层模型和不含盐体构造的部分Sigsbee2a模型的成像结果,并将其与应用近似纵横波成像条件、标量和矢量势成像条件的偏移剖面进行对比,验证了本文方法的正确性和有效性.     

基于一阶弹性波方程的能量互相关成像条件

基于地震波场能量构建的能量互相关成像条件,具有易实现、物理意义明确及背向散射压制效果明显等优势.但是,目前构建的能量互相关成像条件仅适用于二阶弹性波方程,难以直接应用于一阶弹性波方程.为此,本文针对一阶弹性波方程,基于能量守恒定理及能量密度,构建以速度-应力为参数的能量范数以表征弹性波场能量,将速度-应力能量范数拓展为能量内积以提取弹性波场反射能量.震源端与检波端的基矢量正方向保持一致的基础上,构建得到可有效压制背向散射的弹性波能量成像条件.数值模拟结果表明:该成像条件可以得到背向散射压制、振幅有效保持的能量成像结果.