束偏移技术在海洋地震资料中的实际应用

渤海地区广泛存在潜山、高陡等复杂构造,给地震偏移成像带来巨大的挑战.本文基于高斯束偏移基本理论,根据有效信号和干扰信号在τ-p域的能量差异设定阈值进行滤波,从而对束形成过程进行有效控制,实现了一种适用于低信噪比实际资料的束偏移成像方法.通过处理渤海某探区实际资料,并将成像结果与Kirchhoff偏移结果对比表明:改进的束偏移不仅能够有效地提高成像剖面信噪比,而且能够较精确地成像潜山、高陡等复杂构造.     

基于汉宁窗函数滤波时间域高斯束成像方法

实际地震数据中通常存在背景噪声及人为干扰信号,传统射线类方法对低信噪比数据成像适应性较差,基于此本文发展了一种适应于低信噪比数据的时间域高斯束成像方法.相比于频率域类束方法,新方法的主要优点包括:(1)频率域高斯束偏移方法需计算每个成像点处各个频率的格林函数,基于时间域高斯束偏移方法无需上述过程,大大提高了计算效率;(2)时间域高斯束公式推导中,直接对地震记录进行局部倾斜叠加并加入汉宁窗滤波处理,对低信噪比数据具有更好的适应性.在实现成像方法的基础上,本文通过对不同信噪比Marmousi炮记录进行模型试算及含噪声实际资料成像试处理表明:时间域高斯束偏移方法能够较为明显地提高低信噪比数据的偏移效果,提高成像方法对实际数据的适应性.     

基于匹配追踪稀疏分解的高斯束成像方法

高斯束偏移是一种高效、稳健的深度域成像方法,其不仅保持了射线类偏移的高效、灵活性,而且具有接近波动方程偏移的成像精度.匹配追踪是一种基于匹配寻优算法的信号稀疏分解技术,常用于地震信号的时频分析和去噪处理中.本文将建立在Ricker子波原子库的匹配追踪算法应用于常规的高斯束偏移中,并结合Kirchhoff偏移的单输入道成像方式,发展了一种成像精度更高且适用于低信噪比资料的叠前高斯束成像方法.该方法通过合理地控制匹配追踪稀疏分解的迭代次数,可以有效地去除地震信号中的随机干扰,提高成像结果的信噪比;此外,在偏移过程中,本文方法采用了Kirchhoff偏移的单输入道成像方式,解决了常规高斯束方法对浅层小尺度地质体成像不准的问题,提高浅部反射层的成像精度.两个典型的数值算例验证了本文方法的有效性和适应性.     

2D共炮时间域高斯波束偏移

针对传统射线方法在奇异区成像精度不高,而2D频率域高斯波束叠前深度偏移需要计算成像点处每个频率的格林函数,影响计算效率的问题,本文通过使用复走时代替实走时,改变频率域下成像公式的积分顺序,给出了在时间域下进行高斯波束偏移的方法和计算公式.本文使用复杂数值模型验证了2D时间域高斯波束叠前偏移方法的正确性,并同传统射线偏移成像结果做了对比.对比结果表明时间域高斯波束偏移在成像精度上优于传统射线偏移.     

利用三维高斯射线束成像进行地震定位

常规的地震定位方法通常需要拾取地震记录的初至,当初至不明显或被较高水平的噪声淹没时精度较低.本文采用基于三维高斯射线束的偏移成像方法对震源进行定位,较好地解决了该问题.通过三维高斯射线束对台站记录进行偏移归位,并将各台站成像结果的交点作为地震能量释放的中心位置;当各台站成像结果不能交于一点时,采用三维空间高斯滤波方法可实现震源位置的自动获取.提出的变网格计算方案极大地减少了计算量,显著地提高了成像精度和计算效率.利用首都圈地震台网数据,对涿鹿、滦县以及房山三个地震事件进行试算,结果表明:基于变网格三维高斯束偏移成像的地震定位方法自动化程度很高,而且具有较好的抗噪能力,特别适合处理低信噪比资料的地震定位问题.     

三维共偏移距叠前地震数据反假频射线束形成偏移成像

对稀疏/非规则采样或者低信噪比数据,射线束提取困难并伴随有假频产生,对叠加剖面和道集造成严重干扰.为了提升射线束偏移在稀疏和低信噪比地震数据采集中的成像效果,本文提出基于三角滤波的局部倾斜叠加波束形成偏移假频压制方法.射线束偏移首先将地震数据划分为超道集,经过部分NMO后转化为以射线束中心定义的共偏移距数据,倾斜叠加和反假频操作均在局部共中心点坐标上实现.时间域倾斜叠加是对地震数据的时移累加操作,三角低通滤波同样可以在时间域完成,在对地震数据进行因果和反因果积分后,亦为地震数据的时移累加.因此,三角低通滤波与倾斜叠加可在时间域结合同时完成,避免了频域滤波的正反傅里叶变换.本文在反假频公式中加入权重系数,用以对反假频的程度进行控制,达到分辨率和噪声压制的最佳折衷.以某海上三维实际数据为例,文中展示了反假频射线束形成对偏移叠加剖面和共成像点偏移距道集中的噪声进行了有效压制.     

基于高斯束传播算子的成像域走时层析成像方法

层析反演是速度建模中最重要的方法之一,结合偏移成像在成像域进行走时层析速度反演是当前比较成熟有效且广泛应用的技术.本文从高斯束偏移成像条件出发,在波动方程的一阶Born近似和Rytov近似下,推导了成像域走时扰动与速度扰动的线性关系,建立了成像域走时层析方程及其显式表达的层析核函数.该核函数的本质是有限频层析核函数,利用该核函数替换常规射线层析核函数可以明显提高层析反演精度.该核函数的计算关键是背景波场格林函数的计算,本文利用高斯束传播算子计算格林函数进而得到走时层析核函数,实现方式灵活高效且计算精度较高.基于高斯束传播算子的偏移成像与层析成像相结合进行深度域建模迭代,体现了速度建模与偏移成像一体化的思想.数值计算及实际数据应用证明了基于高斯束传播算子的成像域走时层析方法的有效性.     

复杂地表条件下叠前菲涅尔束偏移方法

高斯束偏移虽然克服了Kirchhoff偏移不能处理多波至和单程波动方程偏移不能对陡倾构造准确成像的问题,但在复杂地表条件下其偏移精度取决于所选择的初始束宽度,即当初始宽度较小时,近地表成像精度较高,但此时中深层成像质量较差;反之当初始宽度较大时,中深层成像质量提高,但近地表成像精度降低.针对高斯束偏移中深层和浅层成像精度的矛盾,本文发展了一种适用于陆地复杂地表条件的叠前菲涅尔束偏移方法.基于惠更斯-菲涅尔原理,本文首先给出了菲涅尔束的概念及其表征的格林函数,并采用有效邻域波场近似理论和反褶积成像条件,导出了复杂地表条件下叠前保幅深度偏移公式.最后,针对常规旁轴射线追踪中的数值噪音,给出了一种压制策略.同高斯束偏移相比,本文方法不仅解决了中深层和浅层成像精度的矛盾,而且提高了复杂地表条件下平面波的分解精度,使得偏移结果更加准确可靠.典型的模型算例验证了本文方法的有效性和稳健性.     

基于有效邻域波场近似的起伏地表保幅高斯束偏移

随着我国陆上地震勘探向复杂地表探区的转移,高精度、适应性强的地震成像方法在地震资料的处理、解释及后续属性分析、储层预测中具有重要意义.本文基于有效邻域波场近似理论发展了一种成像精度更高且适用于复杂起伏地表条件的叠前保幅高斯束偏移方法.在传统水平地表高斯束偏移的基础上,本文根据中心射线附近有效邻域内高斯束表征的近似波场,导出了起伏地表条件下具有相对振幅保持的高斯束偏移公式,并给出了一种精度更高的旁轴射线传播角度计算方法.同现有的高斯束偏移方法相比,本文方法不仅考虑了起伏地表对高斯束走时的线性影响,而且首次引入了由地表高程差异和近地表速度变化引起的二次时差校正项和振幅校正项,使得成像结果更加准确可靠.两个典型模型算例验证了本文方法的正确性和有效性.     

叠前地震数据特征波场分解、偏移成像与层析反演

本文提出了一套叠前地震数据稀疏表达(特征波场合成)、深度偏移成像和层析成像的处理流程.不同于传统的变换域中的数据稀疏表达理论,本文利用局部平面波的传播方向(慢度矢量),在中心炮检点处同时进行波束合成,从而将地震数据投影到局部平面波域(高维空间)中.由于波束合成后的地震数据描述了局部平面波的方向特征,因此称之为特征波场.然而波束合成算法需要估计局部平面波的慢度矢量.当地震数据受噪声干扰时,难以在常规τ-p谱中自动估计局部平面波的射线参数(慢度矢量).本文提出了基于反演理论的特征波场合成方法,可以同时反演局部平面波及其传播方向,从而提高特征波合成的自动化程度并保持方法的稳健性.通过特征波场合成,可以将地震数据分解为单独的震相(波形).这样的数据可以直接用来成像及反演.在局部平面波域中,由于局部平面波的入射与出射射线参数已知,传统的Kirchhoff叠前深度偏移(PSDM)和高斯束/控制束PSDM可以实现从"沿等时面的画弧"到"向反射点(段)的直接投影"的转变,叠前偏移的效率以及成像质量可以同时提高.此外,特征波场与地下反射点(段)的一对一映射关系使得叠前深度偏移与层析成像融为一体,可以极大地提高速度反演的效率.数值试验证明了特征波场合成、叠前深度成像以及层析反演的有效性.     

高斯束成像方法研究进展综述

兼顾计算效率和成像精度的高斯束偏移成像方法近年来得到广泛应用.一方面高斯束偏移使用动力学射线追踪,解决了传统射线方法的焦散问题,改善了成像效果;另一方面,高斯束方法选择对成像点有贡献的高斯束叠加来计算波场值,无需费时的两点射线追踪,保证了计算效率.本文主要从高斯束叠后偏移、叠前偏移、起伏地表偏移、高斯束逆时偏移、弹性波偏移、各向异性偏移以及高斯束偏移三类优化策略等方面系统地评述了高斯束成像方法的研究进展,并对高斯束偏移方法下一步发展方向进行了初步展望.     

VTI介质转换波动态聚焦束偏移成像方法研究

采用多分量地震数据进行处理,可以得到高质量的转换波成像结果,进而为流体识别和裂缝预测等提供有效支持.本文在前人研究的基础上,通过求解各向异性介质qPSV转换波运动学和动力学射线追踪方程,获得转换波中心射线走时、路径及动力学信息;同时,通过修改动态聚焦型传播算子,构建出各向异性介质动态聚焦束,提出了一种各向异性介质转换波动态聚焦束偏移成像方法.模型试算的结果表明,本文研究的方法,通过综合运用纵横波信息,能够对低速异常区等复杂各向异性介质地质构造有效成像;同常规的各向异性介质转换波高斯束成像方法相比,本文研究方法在保证浅层成像精度的前提下,能够提高深层能量聚焦性,有效增强深层振幅能量.     

面向盐下成像的基于波前构建法的高斯波束偏移

高斯波束偏移是目前工业上应用最广泛的偏移成像技术之一.但是当处理盐下成像问题时,由于盐体上界面起伏剧烈且盐体与围岩速度差异较大,只有小角度入射的射线才能穿过盐体,从而导致了盐下区域照明较差.通常,采用加密初始射线的方式来缓解这个问题,但这会导致计算时间的剧烈增加.由此,本文提出了基于波前构建法的高斯波束偏移,以保持波前传播过程中射线密度近似恒定.相较于加密初始射线的方式,本文提出的方法是自适应的,对于提高射线的覆盖范围更加有效.此外,本文采用高精度的波前初始化射线追踪技术作为波前构建的方法.Sigsbee2A模型下的应用实例表明,相较于常规高斯波束偏移加密初始射线的方式,本文提出的方法不仅能够获得更好的盐下照明效果,且对计算效率的影响也更小.     

TI介质局部角度域高斯束叠前深度偏移成像

各向异性射线理论基础上的局部角度域叠前深度偏移方法能够为深度域构造成像与基于角道集的层析反演提供有力支撑,但是对于复杂地质构造而言,高斯度叠前深度偏移在不失高效、灵活等特点的情况下,具有明显的精度优势.为此,本文研究局部角度域理论框架下的高斯束叠前深度偏移方法.为提高算法效率与实用性,文中讨论了一种从经典弹性参数表征的各向异性介质运动学和动力学射线方程演变而来的由相速度表征的简便形式,并提出了一种比较经济的各向异性高斯束近似合成方案.结合地震波局部角度域成像原理,讨论一种适合高斯束偏移的角度参数计算方法.国际上通用的理论模型合成数据试验表明：相比局部角度域Kirchhoff叠前深度偏移成像方法,本文方法具有更高的成像精度与抗噪能力,既适用于复杂构造成像,也可为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.     

特征高斯波包叠前深度偏移方法

高斯波包（Gaussian packet）传播算子可在局部时空域高效地计算局部波包的传播.高斯波包叠前深度偏移的基础是在Gabor变换域描述观测数据,再利用高斯波包传播算子计算炮点波场和检波点波场,两者相关即可得到偏移结果.利用炮道集的局部τ-p特征在Gabor变换域表达观测数据,可以仅关注部分高斯波包框架函数上的数据投影,这样既实现了波场的压缩存储,同时可利用高斯波包传播算子反传框架函数以实现整个炮道集的快速反传.这些综合了观测数据局部τ-p特征的高斯波包函数称为特征高斯波包（characteristic Gaussian packet,CGP）,相应的波场反传称为特征高斯波包反传.理论及数值分析证明了上述特征高斯波包反传方法是有效且快速的.炮点正传波场也利用高斯波包传播算子模拟.利用互相关成像条件可实现特征高斯波包叠前深度偏移（characteristic Gaussian packet pre-stack depth migration,CGPM）.由于高斯波包传播算子描述了局部方向及局部空间的波场,所以CGPM可以自然地提取角度域成像道集（ADCIG）,并易于实现面向目标叠前深度偏移,从而作为偏移引擎为偏移速度分析（MVA）服务.数值实验证明了CGPM和面向目标CGPM的有效性和实用性.     

井间地震逆高斯束共反射点叠加成像（英文）

为了解决地下复杂微小构造的精细勘探问题,使用基于高斯射线束理论的逆高斯束叠加成像方法对井间地震反射波进行成像研究。井间地震常规射线类叠加成像方法由于覆盖次数受到限制,构造复杂区精细成像质量欠佳,而以波动方程为基础的井间地震偏移方法的成像时效性不高。本文方法借鉴高斯束合成地震记录的思想,将共炮集地震数据逆高斯束分解成共反射点道集数据,然后选取合适的面元进行共反射面元数据叠加,实现了井间地震逆高斯射线束共反射点叠加。与传统的VSP-CDP叠加成像方法相比,成像范围更加广泛,且适应复杂地质构造。该方法不仅能够对二维井间地震勘探资料进行成像,针对三维井间地震资料采用基于宽线处理思路的逆高斯束叠加成像方法仍可以处理复杂构造及斜井成像问题。理论模型及实际资料试算验证了本文研究方法的有效性与稳健性。     

矢量黏弹性衰减补偿高斯束偏移

基于弹性波动理论的多波多分量高斯束偏移具有计算效率高和成像准确等优点.但是目前此方法没有考虑实际地下介质的黏弹性对地震波传播的影响,从而无法补偿能量衰减和校正相位畸变,这使得该方法对一些含高黏弹性地层的成像效果不佳.针对衰减区域的成像问题,本文提出一种黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法,该方法以多波多分量矢量波场弹性高斯束偏移方法为基础,在偏移过程中沿射线路径通过引入品质因子Q来考虑黏弹性影响并进行衰减补偿.该方法能够在偏移过程中实现PP波和PS波的自动分离及分别成像.同时,本文给出了在矢量波场偏移过程中提取角度域共成像点道集的方法,以便用于成像质量控制,并为后续速度和黏弹性参数反演提供所需的数据.本文利用2D层状模型和洼陷模型进行了方法测试,其成像结果验证了本文所提出的黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法的可行性和有效性.     

基于吸收衰减补偿的多分量高斯束叠前深度偏移（英文）

高斯束叠前深度偏移是对地下介质进行精确成像的方法之一,多分量地震资料的叠前深度偏移技术可以对复杂构造进行更准确的成像。由于实际地下介质具有粘滞性,研究粘弹性叠前深度偏移具有一定的现实意义。本文采用高斯束偏移方法对多分量地震数据进行吸收衰减补偿,首先利用高斯束模拟粘弹性介质中传播的地震波,并在模拟中引入与品质因子Q有关的复速度和精确的粘弹性Zoeppritz方程,合成地震记录;然后给出纵波和转换波共炮域高斯束叠前深度偏移原理,在此基础上推导补偿吸收衰减的表达式,校正Q引起的振幅衰减和相位畸变,实现基于吸收衰减补偿的多分量高斯束叠前深度偏移,并分析Q误差对偏移结果的影响。数值实验表明,在考虑地下介质的粘滞性时,本文方法具有更高的成像分辨率。     

复杂地表条件下保幅高斯束偏移

高斯束偏移是一种准确、灵活、高效的深度域成像方法,其不但具有接近于波动方程偏移的成像精度,还保留了Kirchhoff偏移灵活、高效的特点以及对复杂地表条件良好的适应性.本文提出了一种适用于复杂地表条件的且具有相对振幅保持特点的高斯束偏移方法.通过考虑地表高程、倾角以及实际的道间距等信息,推导了基于高斯束表示的波场反向延拓公式,并结合反褶积成像条件,得到了复杂地表条件下的共炮域保幅高斯束偏移公式.同原有方法相比,本文方法不但可以直接在起伏的地表面进行局部平面波的分解,具有更高的成像精度,而且可以得到反映地下随角度变化反射系数的成像结果.数值模型的试算验证了上述结论.     

复杂地表条件下高斯波束叠前深度偏移(英文)

在复杂地表条件的区域,地震数据的采集和处理是一项极大的挑战。虽然可以通过静校正来消除起伏地表的影响,然而当地表高程以及近地表速度剧烈变化时,简单的垂直时移对地震波场造成的畸变会严重降低偏移成像的质量。基于射线的偏移方法可以直接在起伏地表面进行波场的延拓成像,是解决上述问题的有效手段。本文针对复杂地表条件下的高斯波束叠前深度偏移进行研究,对倾斜叠加公式进行修改,使之包含地表高程以及速度的信息,通过直接在复杂地表面进行平面波的合成,得到了一种具有更高成像精度的改进方法。首先简单介绍常规高斯波束偏移的基本原理和计算流程,并以此为基础,给出复杂地表条件下高斯波束偏移原有的实现方法以及本文的改进方法,最后通过模型和实际资料的试算验证本文方法的有效性。