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.     

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.     

最小二乘逆时偏移中黏弹性和各向异性的校正:以渤海湾地区地震数据为例

地下介质中存在黏弹性和各向异性,在应用最小二乘逆时偏移时,如果没有对黏弹性和各向异性的影响进行校正,在观测数据和模拟数据的匹配过程中就会发生错误,最终使得最小二乘逆时偏移无法得到准确的成像结果.因此,本论文首先对最小二乘逆时偏移的黏弹性和各向异性进行分别校正,然后对两种影响进行同时校正.在实际资料试算部分,通过对渤海湾数据进行测试,分别采用常规声波最小二乘逆时偏移、补偿黏弹性的最小二乘逆时偏移、校正各向异性的最小二乘逆时偏移及同时校正两种性质的最小二乘逆时偏移进行比较测试,证明了在同时校正了黏弹性和各向异性影响之后,最小二乘逆时偏移得到了更高质量的成像结果,具体表现在低频噪音压制、震源效应压制、深部能量改善、分辨率提升、目的层刻画等方面都明显优于其他三种最小二乘逆时偏移的成像结果,同时也证明了同时校正黏弹性和各向异性最小二乘逆时偏移方法的正确性及在实际资料处理中的适用性.     

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,...     

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.     

基于海森矩阵因数分解的最小二乘逆时偏移方法研究（英文）

最小二乘偏移基于反演的思想,通过迭代的方式逐步消除成像假象,恢复成像振幅,最终提供高分辨率的成像剖面,而且能够处理不完备、低品质的地震数据。基于双程波波动方程进行波场外推可以实现高陡构造及逆掩断层的成像,但是庞大的计算量限制了最小二乘逆时偏移的应用。为了解决计算量的问题,本文提出一种成像域的快速算法,以提高最小二乘逆时偏移的计算效率。该方法借助于克罗内克积叠加的因数分解算法来估算海森矩阵,实现了海森矩阵的低秩分解。克罗内克因子的求取只涉及到计算炮点和检波点处的格林函数,从而避免了直接构建整个海森矩阵。因此,基于因数分解的最小二乘逆时偏移采用低秩矩阵的乘法,避免了耗时的偏移和反偏移过程。模型和实际资料的处理验证了该方法在计算效率方面的优势。在取得相同效果的基础上,基于因数分解的最新二乘逆时偏移耗时约为常规最小二乘逆时偏移的一半,这在工业界应用时可以显著降低计算成本。因数分解方法引起的噪音可以通过常规滤波手段去除,不会降低成像质量。     

基于阈值混合范数的黏声最小二乘逆时偏移

最小二乘逆时偏移方法在重建高分辨地下构造图像方面具有理论优势.然而,常规方法忽略了介质对地震波的吸收衰减效应,且受噪声干扰易产生偏移假象,以致成像分辨率较低.为提高最小二乘逆时偏移方法服务于油气勘探开发的能力,本文将常分数阶拉普拉斯算子波动方程作为黏滞性介质中波场的控制方程以降低模拟数据和观测数据匹配的不确定度.此外,利用阈值混合范数构建最小二乘逆时偏移的目标函数以提高成像方法的抗噪性.通过合成和实际数据测试表明所提出的方法能有效地生成高分辨的构造图像.     

基于最小二乘反演的各向异性逆时偏移角度域共成像点道集提取方法研究

因不受多路径假象影响,角度域共成像点道集在偏移速度分析、振幅随反射角变化分析以及地震属性解释中起着至关重要的作用.逆时偏移成像技术采用精确的地震波动理论,因此基于逆时偏移的角度域共成像点道集提取方法能够适用于任意复杂构造,且算法精度高、稳健性强.然而,在实际中,受速度不准、采集孔径有限、照明不均以及偏移算子不精确等因素影响,逆时偏移角度域共成像点道集分辨率低、振幅不均衡、存在低波数假象.如何获得高质量的角度域共成像点道集,是油气勘探急需解决的难题.在前人研究基础上,通过将角度域共成像点道集的提取作为反演问题,本文提出一种基于最小二乘反演的各向异性逆时偏移角度域共成像点道集提取方法.该方法可以改善角度域共成像点道集的分辨率、信噪比以及振幅均衡性.典型模型数值试算表明了该方法的可行性和有效性.     

起伏地表条件下的混叠数据最小二乘逆时偏移

剧烈起伏地表给地震成像带来巨大挑战.提出了一种曲网格-矩形网格耦合机制,并将耦合网格机制应用到最小二乘逆时偏移中,推导了辅助坐标系下的梯度公式、偏移算子和反偏移算子,提出了起伏地表最小二乘逆时偏移方法,在起伏地表复杂构造的成像中起到了很好的效果.对于混叠数据,采用最小二乘逆时偏移技术可以压制成像过程中的部分串扰噪声,同时引入静态编码技术可以进一步压制串扰成像噪声,最后通过整形规则化滤波技术可以很好地消除串扰成像噪声.     

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.     

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.     

基于一阶速度-应力方程的多震源最小二乘逆时偏移

最小二乘逆时偏移(Least-Square Reverse Time Migration,LSRTM)相比于常规偏移具有更高的成像分辨率、振幅保幅性及均衡性等优势,是当前研究的热点之一.然而,目前LSRTM算法大多是基于二阶常密度标量声波方程建立的,忽略了密度变化对振幅的影响,因而基于振幅匹配策略的常规LSRTM很难在变密度介质下取得保真的成像结果.一阶速度-应力方程能够很好地处理变密度介质,但简单地将一阶速度-应力方程应用到LSRTM中缺乏理论基础.为此,本文从LSRTM的正问题入手,提出了基于交错网格的一阶速度-应力方程LSRTM理论方法.首先将一阶波动方程线性化,建立了一阶方程LSRTM的目标泛函,随后推导其伴随方程,并借助伴随状态法给出了迭代更新流程,最终建立了基于一阶速度-应力方程LSRTM的理论框架.进一步,通过在相位编码LSRTM中引入随机最优化思想,极大地减小了计算量、提高了计算效率.最后,通过模型试算验证了本算法的正确性和有效性.     

基于可视性分析与能量补偿的金属矿弹性波全波形反演

采用弹性波全波形反演方法精确重建深部金属矿多参数模型,建模过程采用基于地震照明的反演策略.首先给出基于照明理论的观测系统可视性定义,利用可视性分析构建新的目标函数,对反演目标可视性较高的炮检对接收到的地震记录在波场匹配时占有更高的权重,确保了参与反演计算中的地震数据的有效性;其次将给定观测系统对地下介质的弹性波场照明强度作为优化因子,根据地震波在波阻抗界面处的能量分配特点,自适应补偿波场能量分布和优化速度梯度,以提高弹性波全波形反演过程的稳定性和反演结果的精度.理论模型和金属矿模型反演试验结果表明,基于可视性分析和能量补偿的反演策略可以使弹性波全波形反演更快地收敛到目标函数的全局极小值,获得适用于金属矿高分辨率地震偏移成像的多参数模型.     

Least squares reverse-time migration in the pseudodepth domain and reservoir exploration

Least squares reverse-time migration (LSRTM) is an inversion method that removes artificial images and preserves the amplitude of reflectivity sections. LSRTM has been used in reservoir exploration and processing of 4D seismic data. LSRTM is, however, a computationally costly and memory-intensive method. In this study, LSRTM in the pseudodepth domain was combined with the conjugate gradient method to reduce the computational cost while maintaining precision. The velocity field in the depth domain was transformed to the velocity field in the pseudodepth domain; thus, the total number of vertical sampling points was reduced and oversampling was avoided. Synthetic and field data were used to validate the proposed method. LSRTM in the pseudodepth domain in conjunction with the conjugate gradient method shows potential in treating field data.     

Misfit functionals in Laplace‐Fourier domain waveform inversion,with application to wide‐angle ocean bottom seismograph data

In seismic waveform inversion, non‐linearity and non‐uniqueness require appropriate strategies. We formulate four types of L2 normed misfit functionals for Laplace‐Fourier domain waveform inversion: i) subtraction of complex‐valued observed data from complex‐valued predicted data (the ‘conventional phase‐amplitude’ residual), ii) a ‘conventional phase‐only’ residual in which amplitude variations are normalized, iii) a ‘logarithmic phase‐amplitude’ residual and finally iv) a ‘logarithmic phase‐only’ residual in which the only imaginary part of the logarithmic residual is used. We evaluate these misfit functionals by using a wide‐angle field Ocean Bottom Seismograph (OBS) data set with a maximum offset of 55 km. The conventional phase‐amplitude approach is restricted in illumination and delineates only shallow velocity structures. In contrast, the other three misfit functionals retrieve detailed velocity structures with clear lithological boundaries down to the deeper part of the model. We also test the performance of additional phase‐amplitude inversions starting from the logarithmic phase‐only inversion result. The resulting velocity updates are prominent only in the high‐wavenumber components, sharpening the lithological boundaries. We argue that the discrepancies in the behaviours of the misfit functionals are primarily caused by the sensitivities of the model gradient to strong amplitude variations in the data. As the observed data amplitudes are dominated by the near‐offset traces, the conventional phase‐amplitude inversion primarily updates the shallow structures as a result. In contrast, the other three misfit functionals eliminate the strong dependence on amplitude variation naturally and enhance the depth of illumination. We further suggest that the phase‐only inversions are sufficient to obtain robust and reliable velocity structures and the amplitude information is of secondary importance in constraining subsurface velocity models.     

基于Student′s t分布的不依赖子波最小二乘逆时偏移

最小二乘逆时偏移(Least-Squares Reverse Time Migration,LSRTM)与常规偏移相比具有更高的成像分辨率、振幅保真性及均衡性等优势,是当前研究的热点之一.震源子波的估计直接影响LSRTM结果的好坏,在实际情况下考虑到震源子波的空变特性,其估计十分困难.为了消除子波对LSRTM结果的影响,本文发展了基于卷积目标泛函的不依赖子波LSRTM算法.目标泛函由观测记录卷积模拟记录的参考道以及模拟记录卷积观测记录的参考道组成,由于观测子波和模拟子波在目标泛函的两项中同时存在,从而消除了子波的影响.此外,常用的基于L2范数拟合的LSRTM算法对噪声非常敏感,尤其是当地震数据中含有异常值时,常规LSRTM无法得到满意的结果.Student′s t分布相比L2范数具有更好的稳健性,本文将其推广到不依赖子波LSRTM中,提升了算法的稳健性,最后通过理论模型及实际资料试算验证了算法的有效性和对复杂模型的适应性.     

时频域相位滤波在远震接收函数噪声压制中的应用

宽频带地震观测数据中有效信号和干扰噪声经常发生混频效应,常规的频率域滤波方法很难将二者分离.地震波信号属于时变非平稳信号,时频分析方法能够同时得到地震波信号随着时间和频率变化的振幅和相位特征,S变换是其中较为高效的时频分析工具之一.本文以S变换为例,提出了基于相位叠加的时频域相位滤波方法.与传统叠加方法相比,相位叠加方法对强振幅不敏感,对波形一致性相当敏感,更加利于有效弱信号信息的检测.时频域相位滤波方法滤除与有效信号不相干的背景噪声,保留了相位一致的有效信号成分,显著提高了信噪比.运用理论合成的远震接收函数数据和实际的宽频带地震观测数据检验结果显示该方法较传统的带通滤波方法相比,即使在信噪较低且混频严重条件下,时频域相位滤波方法的滤波效果依然很明显,有助于识别能量较弱的有效信号.     

Rayleigh wave separation using high-resolution time-frequency polarization filter

Obtaining geological information from seismic data motivates researchers to innovate and improve seismic wave processing tools. Polarization-based methods have received much attention regarding their ability to discriminate between different phases of the seismic wave based on polarity. Combining the intuitive definition of polarity in the frequency domain (monochromatic waves) with the non-stationary properties provided by time-domain methods, time-frequency approaches are attracting widespread interest because they localize the information extracted from the seismic waves in the joint time and frequency domains. Due to the lack of high-resolution time-frequency maps, the time-frequency polarization approach was not able to resolve specific temporal polarity changes in the seismic signal. The main objective of this study was to devise a robust time-frequency-based polarization filtering method using high-resolution polarization attributes obtained directly from the sparse time-frequency map without using Eigen analysis or analytic signals. The method proposed here utilizes a computationally effective sparsity-based adaptive S-transform to obtain a high-resolution polarization map of an inherently non-stationary seismogram for the entire frequency content of the signal at different times. The superiority of the proposed method over the S-transform method was verified using synthetic and real data sets to calculate the polarization attributes in the time-frequency domain and separate the Rayleigh waves from the seismogram.