三维最小二乘弹性高斯束叠前深度偏移

与声波高斯束成像相比,弹性波高斯束偏移更适用于复杂油气藏多波多分量地震勘探.但是由于观测系统的局限性和深部构造的复杂性,该方法同样存在成像分辨率低、照明不均衡等问题.本文结合最小二乘偏移和弹性高斯束偏移的优势,提出了一种通过弹性高斯束叠加构建Born正演（反偏移）算子和偏移算子的三维最小二乘叠前深度偏移方法.依据最小二乘反演理论,建立基于反偏移数据与实际观测数据残差的目标函数,采用共轭梯度算法迭代更新来建立地下真实的反射率.与传统弹性高斯束偏移方法相比,该方法不仅提高了成像分辨率,而且使复杂构造特别是陡倾角地层的成像照明也得到了补偿.理论模型测试结果证明了本文方法的可行性和有效性.

     

非零偏VSP弹性波叠前逆时深度偏移技术探讨

非零偏VSP地震资料是一种多分量资料,处理非零偏VSP资料,弹性波叠前逆时深度偏移技术无疑是最适合的处理技术.本文从二维各向同性介质的弹性波波动方程出发,研究了对非零偏VSP资料进行叠前逆时深度偏移的偏移算法,讨论了逆时传播过程中的边值问题和数值频散问题及其相应的解决方案;采用求解程函方程计算得到地下各点的地震波初至时间作为成像时间,实现了非零偏VSP资料的叠前逆时深度偏移.最后进行了模型试算和非零偏VSP地震资料的试处理,结果表明该方法不受地层倾角限制,较适用于高陡构造地区或介质横向速度变化较大地区的非零偏VSP地震资料处理.     

角度域弹性波Kirchhoff叠前深度偏移速度分析方法

为提高地震成像结果的准确性并真实反映实际地震波场在介质中的传播特性,应该充分利用多分量地震数据的矢量特征进行弹性波成像,其中,最为棘手的问题是纵横波偏移速度场的确定,为此,本文提出了直接利用多分量地震数据进行弹性波角度域偏移速度分析的方法.基于空移成像条件的弹性波Kirchhoff偏移方程提取了弹性波局部偏移距域共成像...     

弹性波被动源数据一次波估计方法研究

与声波被动源数据相比,弹性波被动源数据含有更加丰富的地下地质信息.弹性波被动源数据合成的虚拟炮记录中,同样存在表面相关多次波,影响数据的后续处理以及对地下地质构造的准确判断.对弹性波被动源数据合成的虚拟炮记录进行多次波的预测与匹配相减,将比声波数据更加困难.本文提出弹性波被动源数据一次波估计方法,针对各向同性介质条件下的弹性波被动源数据进行研究,依据声波被动源数据一次波估计方法的研究思路,推导弹性波被动源数据一次波估计方法的理论过程,充分考虑弹性波被动源数据所包含的波场成分,包括纵波、横波以及在传播过程中产生的转换波.在传播过程中,由于能量的损失,略去多次传播的高阶项,进而给出相应的目标函数.利用数据的稀疏性,结合L₁范数约束的最优化问题求解方法,避免对弹性波虚拟炮记录进行多次波的预测与匹配相减,解决多次波影响问题.本文通过合成的弹性波被动源数据,进行一次波估计的测试,并与主动源和合成的虚拟炮记录进行对比,验证本文提出方法的有效性与准确性.

     

多波多分量高斯束叠前深度偏移

本文对基于弹性波动理论的多波多分量高斯束偏移进行了完整且详细的分析和公式推导,实现了3D空间多分量(矢量)波场的直接成像.由于当前多数基于弹性波动方程的偏移方法只是假设应力边界条件为自由地表边界条件,这种假设不符合垂直地震剖面(VSP)和海底电缆(OBC)等地震数据.为此本文详细分析了实际应用中常见的三种弹性各向同性介质模型的应力边界条件:自由空间、海底和自由地表模型.在上行传播假设情况下,获得了应力边界条件与位移边界条件的关系式.在此基础上,准确推导了3D多波多分量高斯束波场延拓和偏移成像公式,并在偏移过程中实现了完整的多波型自动分离.由于常规的互相关成像条件不适用于矢量波场成像,本文引用了散度/旋度互相关成像条件.通过约定PS转换波的正向旋转方向解决了3D空间PS成像极性翻转问题.利用2D和3D模型数据偏移成像验证了我们所提出的多波多分量高斯束偏移方法的可行性.     

声反射成像测井弹性波逆时偏移方法对比研究

声反射成像测井中的声波逆时偏移算法在处理单分量偶极横波反射资料时可获得高精度成像结果, 而面对单极声源中的多波多分量弹性波反射资料时, 由于其包含PP、PS、SP和SS等多种波型分量, 基于声波方程的逆时偏移处理结果中出现单反射界面对应多同相轴的偏移假象.首先在声反射成像测井中实现了纵横波耦合弹性波逆时偏移和基于Helmholtz分解的弹性波逆时偏移, 在此基础上首次提出和实现了基于一阶速度-应力纵横波解耦方程的弹性波逆时偏移, 通过纵横波解耦结果和成像结果对三种声反射成像测井弹性波逆时偏移进行对比研究, 数值算例表明基于纵横波耦合的弹性波逆时偏移无法处理转换波(PS或SP)成像问题; Helmholtz分解虽可实现纵横波解耦但同时引起反射波振幅和相位改变, 进而导致包含S波的成像分量出现极性反转问题.基于一阶速度-应力纵横波解耦方程的弹性波逆时偏移可有效处理多波多分量反射资料偏移成像, 消除转换分量成像噪声, 解决S波分量成像极性反转, 为声反射成像测井弹性波逆时偏移算法奠定了有力的理论基础.

     

复杂介质下保真振幅Kirchhoff深度偏移

本文详细讨论地下复杂介质地震成像问题.当速度模型含有强横向变化时,射线场会折叠形成多次走时,在这种情况下,文中证明在保真振幅叠前深度偏移时,应当考虑所有的到时才能得到定量的像.通过实例证明,在多次走时情况下,常规的共炮集、共检波器集都存在强的假像;由此提出共角度偏移的概念.最后,在多次走时下,讨论多次偏移算子(走时、相移、振幅等)的高效重构,给出了三维叠前深度偏移的快速算法.     

基于叠前深度偏移的AVO反演及解释

本文针对复杂构造地区AVO技术应用的难点,在详细阐明了偏移对改善AVO分析效果的重要意义前提下,为实现在复杂构造地区有效地进行AVO研究,将叠前深度偏移引入到AVO处理中,通过偏移来改善资料的质量.在此基础上进行了揭示岩性及流体变化特征的多种参数的AVO反演,并探讨了利用多种AVO属性的综合分析来确定和解释AVO异常的方法.利用本文提出的复杂构造AVO研究思路对实际资料进行了分析,结果说明了该方法的可行性.     

傅里叶有限差分法保幅叠前深度偏移方法

地震数据中饱含有丰富的走时信息和振幅信息. 为解决传统偏移方法中几何扩散和入射角变化引起的振幅误差问题,本文提出了一种实用的波动方程保幅地震偏移方法. 该方法从全声波方程出发进行单程波保幅分解,得到直观、高效率的直接面对地震波传播波场的压力分量进行延拓的保幅偏移单程波方程,进而推导出一个含有6项的傅里叶有限差分法保幅偏移的算子方程;修改边界条件和成像条件,使修改后的边界条件和成像方程中考虑振幅补偿,从而从三方面补偿几何扩散损失和入射角变化对振幅的影响. 脉冲响应测试、单炮记录的数值试验以及SEG/EAGE盐丘模型的叠前偏移结果表明,该方法不但可以使散射能量聚焦、归位,提高成像精度;而且可以输出正确反映地下反射系数的振幅信息,为后续的地震属性分析(如AVO/AVA)提供更真实的地震信息.     

叠前逆时深度偏移低频噪声压制策略研究

低波数噪音严重影响了逆时偏移的成像质量,选择合适的低波数噪音压制方法是进行逆时偏移时必然涉及到的一个重要方面.本文首先详细分析了逆时偏移中低波数噪音产生的本质原因,然后根据噪音的产生机制对目前各类低波数噪音压制方法进行了分析和归类:第一类低波数噪音压制策略的核心是在构建波场中避免发生背向反射;第二类低波数噪音压制策略的核心是进行选择性成像.最后通过对压噪方法进行合理的选择和搭配,构建了在不同实现条件和成像需求情况下逆时偏移去噪方法的最佳抉择策略.结合数值算例对几种压噪方案进行了测试和比较,实例表明了对噪音压制方法进行合理的搭配可以获得高信噪比逆时偏移成像结果.     

时-空局域化地震波传播方法:Dreamlet叠前深度偏移

提出了一种在时间和空间上完全局域化的波场分解和传播算法─dreamlet偏移方法.Dreamlet是一种脉冲-小波束形式的波场分解原子,它利用多维局部分解变换,把时空域波场映射到局部时间-频率-空间-波数相空间,并用局部相空间的传播算子(dreamlet算子)沿深度延拓.本文利用多维局部余弦变换实现dreamlet算法,分解后的波场系数和传播算子不仅有很好的稀疏性,且均为实数,也即波的传播和成像过程完全在实数域实现.文中推导了局部余弦基dreamlet波场分解和传播算子理论公式并将其应用于叠前深度偏移.在dreamlet相空间波的传播过程为稀疏矩阵相乘,而且延拓后的地表数据波场的有效时间长度随深度的增加不断减小,从而可以减少需要传播的波场系数.二维SEG/EAGE盐丘和SIGSBEE模型算例验证了理论推导的正确性,成像结果显示该方法在横向速度变化剧烈情况下有很好的精度.     

基于局部余弦基小波束的观测系统沉降法叠前深度偏移

将局部余弦基小波束波场分解、传播与观测系统沉降法叠前深度偏移相结合,推导了源-检波器观测系统沉降法传播算子.本算法中,先对频率域的共点源和共点检波器道集做局部余弦小波束分解,然后分别沿共小波束源和共小波束检波器在深度方向延拓得到下一层波场.每个深度的波场,都等效于把源和检波器放在该层后所能接收到的地震记录,每点的像值由炮点和检波点重合时的零时刻波场值给出.通过二维SEG/EAGE盐丘模型和Marmousi模型的偏移成像结果验证该方法理论推导的正确性.另外,结果显示该方法继承了小波束域波场延拓在速度扰动较大情况下波传播及成像精度高的优点.     

时-空局域化地震波传播方法:Dreamlet叠前深度偏移

提出了一种在时间和空间上完全局域化的波场分解和传播算法─dreamlet偏移方法.Dreamlet是一种脉冲-小波束形式的波场分解原子,它利用多维局部分解变换,把时空域波场映射到局部时间-频率-空间-波数相空间,并用局部相空间的传播算子(dreamlet算子)沿深度延拓.本文利用多维局部余弦变换实现dreamlet算法,分解后的波场系数和传播算子不仅有很好的稀疏性,且均为实数,也即波的传播和成像过程完全在实数域实现.文中推导了局部余弦基dreamlet波场分解和传播算子理论公式并将其应用于叠前深度偏移.在dreamlet相空间波的传播过程为稀疏矩阵相乘,而且延拓后的地表数据波场的有效时间长度随深度的增加不断减小,从而可以减少需要传播的波场系数.二维SEG/EAGE盐丘和SIGSBEE模型算例验证了理论推导的正确性,成像结果显示该方法在横向速度变化剧烈情况下有很好的精度.     

三维并行合成震源记录叠前深度偏移

提出了一种基于波动理论的三维合成震源记录叠前深度偏移方法,该方法不含任何物理假设,利用波动方程算子的3个性质,合成炮震源及炮震源记录,将面炮记录合成与相位编码合成两种方法在理论上和计算上合二为一,成为一个统一的合成理论. 通过双重叠加把三维叠前五维数据转换为三维数据,既保证了成像质量同炮记录偏移成像一样精确,又显著地提高了计算效率,且适于复杂地质构造成像. 针对不同情况,给出了几种不同的合成算子,使方法在实际应用中有较大的灵活性和选择性. 基于MPI并行算法的实现,进一步提高了计算效率. SEG＼EAGE盐丘C3_NA数据模型上的试算结果和新疆三维起伏地表实际地震资料的处理结果进一步说明了该方法的有效性和实用性.     

Wave front construction in smooth media for prestack depth migration

We implemented a wave front construction algorithm specifically designed for smooth media for application to prestack depth migration. The highest priority was given to maximum computational speed to allow an extension of the techniques to 3D media. A simple grid-based model representation in combination with fast bilinear interpolation is used. It is shown that this procedure has no distorting effects on the ray tracing results for smooth media. In our implementation, wave front construction (WFC) has proven to be as fast as some of the recently developed methods for travel time computations. WFC has advantages over these methods, since amplitudes and other ray theoretical quantities are available, and it is not restricted to the calculation of only first arrivals. Thus, it meets the requirements for migration in complex media. Furthermore, WFC allows for introduction of a perturbation scheme for computing travel times for slightly varying models simultaneously. This has applications for, e.g., prestack velocity estimation techniques. The importance of later arrivals for migration in complex media is demonstrated by prestack images of the Marmousi data set.     

Dreamlet source‐receiver survey sinking prestack depth migration

Survey sinking migration downward continues the entire surface observed multi‐shot data to the subsurface step by step recursively. Reflected energy from reflectors at current depth appear at zero time and zero offset in the extrapolated wavefield. The data (seismic records) of t > 0 at this depth are equivalent to the data acquired by a survey system deployed at this depth. This is the reason to name the process ‘survey sinking’. The records of negative time need not to be further propagated since they carry no information to image structures beneath the new survey system. In this paper, we combine survey sinking with dreamlet migration. The dreamlet migration method decomposes the seismic wavefield and one‐way wave propagator by complete time‐space localized bases. The localization on time gives flexibility on time‐varying operations during depth extrapolation. In dreamlet survey sinking migration, it only keeps the data for imaging the structures beneath the sunk survey system and gets rid of the data already used to image structures above it. The deeper the depth is, the shorter is the valid time records of the remaining data and less computation is needed for one depth step continuation. For data decomposition, in addition to time axis, dreamlet survey sinking also decomposes the data for source and receiver gathers, which is a fully localized decomposition of prestack seismic data. A three‐scatter model is first used to demonstrate the computational feature and principle of this method. Tests on the two‐dimensional SEG/EAGE salt model show that with reduced data sets the proposed method can still obtain good imaging quality on complex geology structures and a strong velocity contrast environment.     

TI介质局部角度域射线追踪与叠前深度偏移成像

研究与实践表明,对于长偏移距、宽方位地震数据,忽略各向异性会明显降低成像质量,影响储层预测与描述的精度.针对典型的横向各向同性(TI)介质,本文面向深度域构造成像与偏移速度分析的需要,研究基于射线理论的局部角度域叠前深度偏移成像方法.它除了像传统Kirchhoff叠前深度偏移那样输出成像剖面和炮检距域的共成像点道集,还遵循地震波在成像点处的局部方向特征、基于扩展的脉冲响应叠加原理获得入射角度域和照明角度域的成像结果.为了方便快捷地实现TI介质射线走时与局部角度信息的计算,文中讨论和对比了两种改进的射线追踪方法:一种采用从经典各向异性介质射线方程演变而来的由相速度表征的简便形式;另一种采用由对称轴垂直的TI(即VTI)介质声学近似qP波波动方程推导出来的射线方程.文中通过坐标旋转将其扩展到了对称轴倾斜的TI(即TTI)介质.国际上通用的理论模型合成数据偏移试验表明,本文方法既适用于复杂构造成像,又可为TI介质深度域偏移速度分析与模型建立提供高效的偏移引擎.     

利用局部谐和基小波束的高精度叠前深度域偏移成像方法研究

小波束域利用局部余弦基(local cosine bases)的偏移成像方法具有很高的计算效率和成像质量.然而局部余弦基小波束通常沿垂直方向具有两个对称波瓣.由于缺乏单一定义的方向性,在某些强变速介质中利用局部余弦基的波传播方法会产生一定的误差,同时也使得一些在局部角度域的操作变得非常不便.于是我们提出了利用局部谐和基进行波场外推的方法.局部谐和基(local harmonic base)是由局部余弦基和局部正弦基线性组合而成,具有单一定义的方向性,同时具备快速算法.局部谐和基与Gabor-Daubechies标架类似,都具有单一定义的方向性,但比Gabor-Daubechies标架效率更高.局部谐和基保持了与局部余弦基的偏移成像方法相同的计算效率,但在成像精度上有了显著的提高.通过二维SEG/EAGE模型和BP模型的叠前深度域偏移成像说明了该方法的有效性.     

波动方程的高阶广义屏叠前深度偏移

不同于常规广义屏传播算子的推导中使用散射理论,本文利用单平方根算子的渐近展开,推导出了单程波方程广义屏传播算子的高阶表达式.高阶广义屏传播算子不仅可提高常规广义屏传播算子的计算精度,而且还能改善广义屏传播算子对速度强横向变化介质的适应性.把高阶广义屏传播算子应用于波动方程叠前深度偏移,可得到比常规广义屏传播算子更好的效果.高阶广义屏传播算子的阶数越高,计算精度越高,但计算量也越多.以SEG-EAGE二维盐丘模型数据的波动方程叠前深度偏移为例,二阶广义屏传播算子相对于常规（一阶）广义屏传播算子增加了30%的计算量.高阶广义屏传播算子是常规广义屏传播算子理论的发展和完善.     

利用矩阵分解理论的双程波方程叠前深度偏移方法

叠前深度偏移理论及方法一直是地震数据成像中研究的热点问题.业界对单程波叠前深度偏移方法和逆时深度偏移开展了深入的研究,但对双程波方程波场深度延拓理论及成像方法的研究还鲜有报道.本文以地表记录的波场值为基础,利用单程波传播算子估计波场对深度的偏导数,为在深度域求解双程波方程提供充分的边界条件,并提出利用矩阵分解理论实现双程波方程的波场深度外推.通过对强速度变化介质中传播波场的计算,与传统的单程波偏移方法相比,本文提出的偏移方法计算的波场与常规有限差分技术计算的波场相一致,证明了本方法计算的准确性.通过对SEAM模型的成像,在相同的成像参数下,与传统的单程波偏移算法和逆时深度偏移算法方法相比,本文提出的偏移方法能够提供更少的虚假成像和更清晰的成像结果.本文所提偏移算法具有深度偏移和双程波偏移的双重特色,推动和发展了双程波叠前深度偏移的理论和实践.