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.

     

基于波场分离理论的逆时偏移成像条件研究及应用

逆时偏移成像方法与其它算法的成像方法相比,由于算法不受地层倾角的限制,因此针对陡倾角构造和复杂地质模型地区的成像有着无可比拟的优越性,特别是在盐丘发育的地区优势更加明显.实际应用过程中,逆时偏移通常是应用互相关成像条件构建成像,然而,这种成像条件会产生低频、强振幅的噪音,如果不能彻底消除这些噪音,那它就会严重影响甚至淹没有效信号,特别是在浅层的强反射界面上方往往会出现大量的低频噪音,从而使得浅层构造基本无法识别.基于传统互相关成像条件的这一局限,本文提供了一个新的成像条件,它能在有效成像的同时消除这些低频、强振幅的干扰噪音;其具体实现思路就是将炮点及检波点波场分离成它们的单程波传播分量,然后采用互相关成像条件对分离后的波场进行成像,从而实现逆时偏移成像.通过对模型数据和实际野外数据的实测,证明了该方法的有效性和适用性.     

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.

     

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.

     

基于Poynting矢量和方向行波波场分离的逆时偏移成像条件

叠前逆时偏移在解决陡倾角构造和复杂速度模型成像上展示出了极佳的优越性,但是低频噪声的存在严重影响了成像的质量.Poynting矢量的方向代表了介质中地震波的传播方向,根据Poynting矢量可以计算出反射角并且可将地震波场分离成上行波、下行波.本文提出了一种新的成像条件,同方向上下行波互相关成像噪声和大角度成像噪声可以得到较好的压制.相比于常规的互相关成像条件,该方法简单易行,所需额外的计算量和存储量极小,将该成像条件应用在Marmousi模型上,偏移结果显示低频噪声得到很好的压制.     

去均值归一化互相关最小二乘逆时偏移及其应用

最小二乘逆时偏移相对于常规逆时偏移具有更高的成像分辨率、振幅保幅性及均衡性等优势,在一定程度上可满足岩性油气藏勘探的需求,是目前研究的热点之一.然而由于实际地下介质的黏滞性和变密度,以及无法准确地估计震源子波等,基于振幅匹配的常规最小二乘逆时偏移算法很难在实际资料处理中取得好的效果.此外,实际数据常包含大量噪声,进一步限制了常规算法的应用.为此,本文通过修改目标泛函,提出了去均值归一化的互相关最小二乘逆时偏移算法,并给出了陆上资料的应用实例.研究表明,归一化策略减弱了算法对子波能量的苛求;互相关算法强调相位匹配,进一步弱化了子波的影响,提升了算法的稳定性和可靠性;去均值思想在处理低信噪比资料方面有较大优势.理论模型和陆上实际资料处理都验证了本算法的有效性和对复杂模型的适应性.     

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.     

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.     

基于波场传播方向的波动方程偏移有效去噪方法(英文)

本文研究分析了双程波波动方程偏移成像中广泛存在的三种主要噪声,特别是针对过去研究中没能很好解决的存在于高速盐丘悬垂边界附近的射线状噪声,提出了基于优化成像条件的有效去噪方法。射线状噪声主要来自于震源一侧波场的下行透射波分量和接收阵列一侧波场的上行散射波互相关成像。这一部分能量具有较强的互相关性,但并不携带真实的反射面信息。它广泛存在叠前偏移成像中,与信号在强度上同量级。多数情况下偏移成像中的相关噪声由方向性传播的波场能量产生。利用波场梯度得到的波场传播角度,可以分离出噪声对应的波场能量,并在成像条件中减去。采用这一方法可以有效地去除多种噪声,包括直达波噪声、散射波噪声和射线状噪声。该去噪方法不依赖波场外推算子,在需要时可以方便地运用到几乎所有的波动方程偏移中去。并且该去噪方法针对噪声的物理根源,对信号的损害很小。对去噪后的偏移成像结果额外地进行波数域滤波处理,可以进一步提高叠加图像的质量。这一去噪方法在超广角单程波偏移成像中取得良好效果,我们同时期待其在其他双程波波动方程偏移特别是逆时偏移(RTM)中的成功运用。     

各向异性介质的矢量波场分离与应用

针对裂缝各向异性介质,本文提出一种非正交假设下的矢量波场分离方法.本文首先对多分量地震勘探中常见的波型泄漏现象进行了数学描述,提出在纵、横波波场分离的同时应该考虑恢复纵、横波的矢量振幅.为了对裂缝方位角与各向异性系数进行定量预测,本文将矢量波场分离拆分成三个步骤来实施：第一步,用Z、R两分量的仿射坐标系变换分离ZR平面内的P波投影与SV波;第二步,用ZR平面内的P波投影与T分量的仿射坐标系变换分离P波与SH波;第三步,用纯净的SV波与SH波的成像剖面分离快慢横波,并预测裂缝发育参数.模型数据与实际数据的试验结果表明,本文提出的纵、横波波场分离方法能够获得完整的矢量振幅信息,并提供裂缝预测的精度.

     

Poynting and polarization vectors based wavefield decomposition and their application on elastic reverse time migration in 2D transversely isotropic media

With the progress in computational power and seismic acquisition, elastic reverse time migration is becoming increasingly feasible and helpful in characterizing the physical properties of subsurface structures. To achieve high-resolution seismic imaging using elastic reverse time migration, it is necessary to separate the compressional (P-wave) and shear (S-wave) waves for both isotropic and anisotropic media. In elastic isotropic media, the conventional method for wave-mode separation is to use the divergence and curl operators. However, in anisotropic media, the polarization direction of P waves is not exactly parallel to the direction of wave propagation. Also, the polarization direction of S-waves is not totally perpendicular to the direction of wave propagation. For this reason, the conventional divergence and curl operators show poor performance in anisotropic media. Moreover, conventional methods only perform well in the space domain of regular grids, and they are not suitable for elastic numerical simulation algorithms based on non-regular grids. Besides, these methods distort the original wavefield by taking spatial derivatives. In this case, a new anisotropic wave-mode separation scheme is developed using Poynting vectors. This scheme can be performed in the angle domain by constructing the relationship between group and polarization angles of different wave modes. Also, it is performed pointwise, independent of adjacent space points, suitable for parallel computing. Moreover, there is no need to correct the changes in phase and amplitude caused by the derivative operators. By using this scheme, the anisotropic elastic reverse time migration is more efficiently performed on the unstructured mesh. The effectiveness of our scheme is verified by several numerical examples.     

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.     

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.     

基于一步法波场延拓的正演模拟和逆时偏移成像

通常工业界实现逆时偏移算法时采用有限差分数值方法模拟地震波场,波场模拟常常受稳定性条件限制,且易产生数值频散,成像精度降低.本文引入了一步法波场延拓方法,首先构建声波传播算子,借助Chebyshev多项式和Jacobi-Anger展开式近似传播算子中的e指数项,进而实现波场递推,该方法时间步长的选取不受稳定性条件限制而且不存在空间频散现象.本文将一步法波场延拓方法用于逆时偏移成像的波场模拟,并提出双缓冲区存储策略,在不增加计算量的前提下,大幅降低了逆时偏移方法的波场存储量.波场模拟和逆时偏移成像测试表明,本文提出的一步法波场延拓方法模拟地震波场精度高,消除了频散影响,可在较大时间步长的情况下实现高精度波场模拟;提出的基于一步法波场延拓的逆时偏移方法成像质量好;基于双缓冲区存储策略的逆时偏移成像方法存储成本低.

     

基于光流矢量行波分离的相关加权逆时偏移成像

逆时偏移由于基于双程波方程进行波场延拓, 应用互相关成像条件所得到的成像结果中包含了大量的低波数噪声.基于Poynting矢量行波分离的逆时偏移方法虽可有效压制这些噪声干扰, 但其也存在Poynting矢量计算不稳定、行波分离精度不高以及各行波分离成像剖面叠加权重难以确定等问题.本文基于光流矢量实现了震源正时波场和检波点逆时波场的高精度分离, 分别得到了左上、左下、右上、右下四个方向的行波, 进而由正时和逆时波场的每两个行波互相关得到16个成像剖面; 在此基础上, 将这16个成像剖面分别与参考剖面做相关计算, 并将相关值作为权重分别赋予各成像剖面, 最终实现了基于光流矢量行波分离的相关加权逆时偏移成像.理论模型数据与实际资料试算表明: 相比于常规基于Poynting矢量行波分离的逆时偏移方法, 本文方法可更精确、稳定地实现震源波场和检波点波场的行波分离, 同时该方法采取的相关加权成像方式, 避免了人为取舍或仅赋予各波场成像剖面经验权重的缺陷, 有效提高了逆时偏移的成像精度.

     

弹性波逆时偏移中的稳定激发振幅成像条件

本文针对弹性波逆时偏移,提出稳定的激发振幅成像条件.在震源波场的正向传播过程中,计算每个网格点的能量,并保存最大能量密度的时刻和相应的波场值;在检波器波场的逆时传播过程中,在每个网格点提取最大能量密度时刻的检波器波场值,并利用保存的最大能量震源波场做归一化,获得角度依赖的反射系数成像剖面.相比于归一化互相关成像条件,该成像条件在震源波场的正向传播过程中无需存储波场快照,节省大量磁盘空间和I/O吞吐任务,提高了计算效率;相比于弹性波的激发时间成像条件,该成像条件自动校正了水平分量在震源两侧的极性反转,在多炮叠加时避免振幅损失.数值试验表明,与归一化成像条件相比,稳定激发振幅成像条件具有更小的计算量,偏移剖面的低频假象更弱,水平分量的成像能力更优,具有更高的空间分辨率.