三维波动方程基准面校正方法的应用研究

波动方程基准面校正处理被认为是当地表高程变化剧烈、地表一致性假设又不成立的情况下对于常规高程基准面校正的必要替代. 在二维波动方程基准面校正方面,前人已经作了大量工作,并且在实际应用中获得了良好的效果,应该将其进一步推广到三维. 本文采用三维频率空间域有限差分波场延拓算子以“逐步－累加”的方式实现了三维波动方程基准面校正,并对实际数据进行了处理. 对于西部某三维数据的实际计算结果表明,相对于传统的模型法高程静校正,波动方程基准面校正更合理地实现了基准面校正,有助于提高后续的速度分析精度和成像质量.     

OBN资料平面波域波场延拓基准面校正方法研究

海底节点(OBN)采集技术因其在宽方位、超长偏移距、宽频及时移地震检测等方面的优势获得业界青睐,但其特有的采集方式也给后续资料处理带来不小挑战.特别对于深水探区,炮点通常位于海面以下几米而检波点位于海底所造成的高程差使得比如动校正和速度分析等常规基于单一海平面作为基准面的许多成熟处理技术无法直接应用.为尽可能消除该影响,本文提出在海底及地下构造较平缓情形下将OBN共检波点道集经上下行波分离的上行波资料在平面波域延拓至海平面的方法.该方法首先将共检波点道集经上下行波分离的上行波分解成不同入射角的单频平面波,然后根据OBN节点沉放深度信息将不同入射角的单频平面波延拓至海平面得到炮检点位于同一基准面的上行波资料.理论模型和实际资料的测试结果证明了该方法在海底和地下构造较平缓情形下可行性和高效性.     

起伏地表静校正浮动基准面选取方法研究

本文分析了静校正中不同浮动基准面的特点及确定方法。通过理论模型试验对平滑地表、平均静校正量与最小静校正误差等浮动基准面的静校正效果进行比较,验证了在最小静校正误差基准面上得到的叠加速度仅取决于低速带底界下伏地层的速度,而与地形起伏、低速带结构无关,得到的叠加剖面具有较好的同相叠加效果。另外为了更加符合实际资料处理情况,本文中采用波动方程模拟数据进行理论模型试验,并由此给出了一种新的基于波形的目标函数计算方法。同时修改了最小静校正误差计算公式,使其适用于起伏底界非均匀速度模型的实际资料静校正处理。最后部分对实际资料的处理进一步证明了该方法的优越性。     

共源浮动基准面分步静校正方法

不需详细的低速带速度和厚度,利用零最小非纵距三维观测系统的近炮道取得井口时间,计算检波点浮动基准面校正量．以此为基础分别进行炮点、检波点静校正,分步校正到水平基准面。方法可靠,效率、效果明显。     

快速Fourier变换波动方程基准面校正方法研究

当地表起伏剧烈、近地表速度横向变化较大时,基于地表一致性假设的常规静校正方法存在着较大误差.波动方程基准面静校正方法能很好地解决起伏地表和复杂近地表结构问题,但计算量巨大,特别是三维波动方程基准面校正,适应横向任意速度变化、计算精度较高的有限差分或其混合的方法波动方程基准面校正涉及海量的计算和存储操作.为了提高波动方程基准面校正的计算效率,本文研究一类只用快速Fourier变换(FFT)实施波动方程基准面校正的方法,采用相移(PS)、分裂步(SSF)和一阶退化(DP1)三种具有相同算法结构、但不同计算效率、适应不同地表复杂程度的Fourier变换延拓算子.PS和SSF算子只适应于速度横向变化较弱的起伏地表;DP1通过在两个分裂步之间作波数域线性插值来实现波场延拓,将常规的SSF算法推广适应强速度横向变化介质和大角度传播波场.本文着重比较了基于这三种延拓算子的逐层延拓累加波动方程基准面校正方法对地表起伏和近地表速度横向变化的适应能力和计算效率,给出了一个相对定量的评估,以便针对不同的地表复杂程度合理选择合适的FFT波动方程基准面校正方法,既满足了精度又提高了计算效率.     

基于Lowrank近似的TTI介质一步法qP波正演模拟

近年来,基于Lowrank近似的qP波正演模拟受到广泛关注。通常的Lowrank近似两步法波场外推虽然也能消除伪横波干扰,但是两步法依赖一个实值的相位函数,且在大时间步长不适用。基于Lowrank近似的qP波一步法波场外推方法具有处理复值相位函数的能力,对相位函数进行改进,加入速度梯度项,并成功应用于TTI介质qP波正演模拟。通过试验可知:基于Lowrank近似的一步法波场延拓具有传统两步法的优点,无伪横波干扰,在大时间步长波传播时比两步法更加稳定;各向异性情况下,一步法波场外推适用于任意倾角情况下,波场模拟结果清晰准确,没有发生不稳定。      

结合Marchenko聚焦的非线性最小平方基准面延拓方法

基准面延拓旨在通过模型驱动或数据驱动的方法消除上覆介质对地震信号造成的畸变或影响, 进而重构基准面上的虚拟观测数据.针对非线性波场效应(如层间多次波), 模型驱动的基准面延拓方法对地下速度模型精度提出严苛的要求, 实用性较差.如果检波器布设面与基准面恰好重合, 数据驱动的虚源法能够自适应干涉消除波场在上覆介质中的非线性传播效应.然而, 由于反射地震观测系统不够完备, 通常会在重构数据中引入串扰噪声.针对上覆介质具有强非线性波场效应、基准面位于观测面与目的层之间任意深度的一般情况, 本文将Marchenko方法和最小平方基准面延拓(LSR)相结合, 先估算地表到基准面的上、下行格林函数, 而后利用稀疏约束LSR方法克服观测系统和上覆地层的影响, 在压制层间多次波的同时高精度重构基准面上的虚拟观测数据.层状模型合成数据实验展示了非线性波路径的干涉抵消机制, 透镜体模型合成数据实验检验了该方法在压制上覆异常体多次散射效应、校正深部反射信号畸变的有效性.

     

结合基准面重建的叠前时间偏移方法

提出了一种结合虚拟界面、瑞利积分和相移法的混合的基准面重建方法.通过与叠前时间偏移方法结合,形成了针对起伏地表采集数据的叠前时间偏移方法和新流程.该方法能正确考虑波在近地表传播的实际路径,克服了高速层出露时静校正方法的误差;它也能自己确定虚拟层速度,避免了现行基于波场延拓的基准面重建方法需要准确近地表速度的困难.文中分别用近地表存在明显低速层和近地表有高速层出露这两类模型的理论数据,验证了所发展方法和流程的有效性.     

提高浅层地震反射静校正精度的一种方法与数值模拟

浅层地震反射法是一种常用的勘探方法.在浅层地震资料处理中,静校正的精度直接影响速度反演的结果和叠加剖面的质量,在地形平缓时,固定基准面静校正可以满足勘探精度的要求,但在复杂地形条件下,其存在较大误差,即使采用浮动基准面,仍会由于地表一致性假设而残余静校正量,不能消除地形起伏引起的影响,为了提高浅层地震反射静校正的精度必须在常规静校正后进行一次剩余静校正,本文给出起伏地形条件下,滑动基准面(过共中心点的水平面即为该共中心点的滑动基准面)的剩余静校正量,该校正量与炮检距、反射层埋深、地层波速以及炮点和接收点高程有关,适用于单一介质和层状介质情况,本文通过对典型地形起伏的3个水平均匀层状介质理论地质模型的速度谱计算和分析,阐明在复杂地形条件下,应用本文提出的剩余静校正方法可以消除地形起伏的影响,提高静校正精度,在此基础上做动校正可以得到高质量的水平叠加剖面.     

基于T-matrix的非线性参数估计方法

全波形反演可提供高精度的地下介质参数空间分布,但传统的全波形反演方法建立在Born近似的基础上,对初始模型具有一定的依赖性.为了摆脱Born近似的束缚,本文基于二维常密度声波方程,在De Wolf近似的前提下,借助传输矩阵(T-matrix)方法,深入研究了逆薄板传播算子(Inverse Thin-Slab Propagator, ITSP),实现了速度扰动的非线性估计.ITSP方法避免了Born级数方法在扰动较强、扰动区域较大时的发散性问题,且只经过一次扫描校正,计算效率较高.二维模拟数据分析验证了本文方法的可行性以及有效性.     

基于Pade逼近的Cole-Cole频散介质GPR有限元正演

针对Cole-Cole频散介质中的复介电常数是jω的分数次幂函数,传统的时域有限元法难以离散及计算时间域分数阶导数,本文采用Pade逼近算法将含有时间分数阶导数的Cole-Cole频散介质电磁波方程推导为一组整数阶辅助微分方程,提出了一种适用于Cole-Cole频散介质的GPR有限元正演模拟算法.在复数伸展坐标系下,通过在频率域Cole-Cole频散介质电磁波方程中引入2个中间变量,并将其变换到时间域,从而以变分形式将PML边界条件加载到Cole-Cole频散介质GPR有限元方程组中,并给出了详细的求解公式.在此基础上,编制了基于Pade逼近的Cole-Cole频散介质GPR有限元正演程序,利用该程序对均匀模型进行计算,并与解析解进行对比,验证了本文构建的GPR有限元正演算法的正确性和有效性.设计了一个复杂Cole-Cole频散介质GPR模型,利用本文构建的GPR有限元正演算法进行模拟并与非频散介质模型的模拟结果进行对比,分析了电磁波在Cole-Cole频散介质中传播衰减增强、子波延伸,分辨率降低等传播规律,有助于实测雷达资料更可靠、更准确的解释.模拟结果表明,基于Pade逼近的GPR有限元正演算法可用于复杂Cole-Cole频散介质结构模拟,且具有较高的计算精度.

     

基于全波形采样的激电多信息提取方法研究与应用

激电法是地质勘查中的一种重要方法,时、频域测量各具优势,但传统的时、频域测量实现方法相对独立.根据频域和时域可相互转换的理论,本文提出一种基于全波形采样的时频激电多参数提取的地球物理数据处理方法.采取时间域激电法的观测模式,接收机高精度同步记录整周期电压-电流全部采样点的波形数据,通过该文提出的处理方法,仅一次供电和测量即可提取多种时、频域激电参数:时域激电的视电阻率、视极化率和频域激电的多频视电阻率、视相位、视频散率、去耦后的视相位等参数.在云南保山某典型矿区开展方法的试验应用,提取了地质体大量的相关激电信息,总结了目标体的激电参数响应规律.应用结果表明,该方法便捷高效,抗干扰能力强,相较于传统的时域激电测量,多种参数组合可提升对目标地质体的认识,增强激电法的应用效果.     

动力刚度计算方法-"盐溶”法-的改进

本文首先讨论了采用盐溶法（damping-solvent extraction method)争动力刚度时，在某些频率点（奇点）产生误差的原因；提出一种多次逼近的改进办法，提高了计算精度。在一般情况下，动力刚度的奇点是未知的。本文建议的逼近技术可用于校核这一方法所获得的结果。     

Wave equation tomographic velocity inversion method based on the Born/Rytov approximation

This paper discusses Born/Rytov approximation tomographic velocity inversion methods constrained by the Fresnel zone. Calculations of the sensitivity kernel function and traveltime residuals are critical in tomographic velocity inversion. Based on the Born/Rytov approximation of the frequency-domain wave equation, we derive the traveltime sensitivity kernels of the wave equation on the band-limited wave field and simultaneously obtain the traveltime residuals based on the Rytov approximation. In contrast to single-ray tomography, the modified velocity inversion method improves the inversion stability. Tests of the near-surface velocity model and field data prove that the proposed method has higher accuracy and Computational efficiency than ray theory tomography and full waveform inversion methods.     

基于EMD方法与RBF神经网络的结构损伤检测

针对结构损伤检测中损伤的识别、定位以及程度的标定这三个独立并按一定先后顺序进行的检测过程,提出了一种能将以上三者同时进行的联合检测方法。该方法首先利用经验模态分解(EMD)方法将三层钢筋混凝土剪切型结构在各种损伤工况下的顶层地震作用加速度响应分解为若干固有模态函数(IMF)分量,然后以此IMF分量和未经EMD分解的原始加速度响应数据来构造损伤标识量,作为特征参数依次输入到径向基函数神经网络(RBFNN)中进行损伤检测。给出了应用此方法的具体步骤,通过仿真实验证明了利用该方法进行结构损伤一次检测的可行性和有效性,结果表明,由加速度响应经EMD分解而得到的IMF分量输入到RBFNN中能够更为精确地一次检测出结构所有损伤信息,并且RBFNN在结构损伤损度大时具有更好的检测效果。     

小波基在GPS-IR反演土壤湿度中优选方法的研究

全球定位系统多径干涉遥感技术(Global Positioning System-Interference Reflection,GPS-IR)是一种基于卫星反射信号的新遥感技术,可实现土壤湿度、雪深、海平面等方面的监测.针对卫星反射信号分离问题,本文利用小波分析对信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)中的卫星反射信号进行分离.小波基的选择直接影响到卫星反射信号分离的效果,本文通过对比低阶多项式、sym10、bior6.8、dmey和coif5这5种方法的实际消趋和反演效果来优选.经实验表明:利用coif5小波基分解6层能够有效提高卫星反射信号的分离精度和信号的分辨率,获取的相对延迟相位与土壤湿度之间的线性关系显著增强.     

Born近似快速三维反演井地电法数据

本篇研究了井中电偶极激发地面接收的井地电法的快速反演成像问题.我们采用了Born近似方法和重加权正则化共轭梯度法(RRCG)算法.数值计算的结果表明Born近似是一种有效的井地电法三维快速反演方法,同时也说明井地电法监测油水前驱和储层边界预测的观测数据可以用该方法进行快速三维反演成像.     

基于迭代反演的层间多次波压制方法

层间多次波与有效波在走时、频率和叠加速度上差异较小,因此层间多次波压制常难以获得理想效果.本文提出一种基于迭代反演的层间多次波压制方法（MSI,Multiple Suppression Inversion）,该方法以共聚焦点（CFP,Common Focus Point）层间多次波压制理论为基础,通过构建卷积因子,将层间多次波压制转变为迭代反演的问题,直接利用观测的地震数据进行迭代反演计算,进而完成多次波压制.MSI方法避免了共聚焦点方法中构建CFP道集的聚焦运算,大幅降低层间多次波预测的计算成本;同时该方法为全数据驱动方法,无需地下介质任何先验信息,算法容易实现.模型数据测试表明,本文提出的方法可有效压制层间多次波,而且对有效波也具有很好的保幅性.