黏声介质最小平方逆时偏移

介质的黏滞性是普遍存在的.黏滞性介质中的真振幅成像需要校正由介质的黏滞性引起的振幅衰减与速度频散,然而常规的反Q偏移方法存在不稳定问题.本文在反演的框架下求解黏声介质成像问题,在有效避开不稳定的同时实现真振幅成像.首先将波动方程线性化,并依此建立黏声介质最小平方逆时偏移(LSRTM)的目标函数;然后推导波动方程伴随算子,并在此基础上借助伴随状态法推导迭代求解的具体算法;最后通过引入动态相位编码技术将计算量降至与常规逆时偏移相同的数量级.该方法在真振幅成像过程中考虑了介质黏滞性的影响,更接近实际情况,具有更好的振幅保持性.相对于常规逆时偏移,该方法能够自动压制成像噪声,具有更高的成像分辨率及精度.通过模型试算验证了方法的正确性.     

黏声介质最小平方逆时偏移

介质的黏滞性是普遍存在的.黏滞性介质中的真振幅成像需要校正由介质的黏滞性引起的振幅衰减与速度频散,然而常规的反Q偏移方法存在不稳定问题.本文在反演的框架下求解黏声介质成像问题,在有效避开不稳定的同时实现真振幅成像.首先将波动方程线性化,并依此建立黏声介质最小平方逆时偏移（LSRTM）的目标函数;然后推导波动方程伴随算子,并在此基础上借助伴随状态法推导迭代求解的具体算法;最后通过引入动态相位编码技术将计算量降至与常规逆时偏移相同的数量级.该方法在真振幅成像过程中考虑了介质黏滞性的影响,更接近实际情况,具有更好的振幅保持性.相对于常规逆时偏移,该方法能够自动压制成像噪声,具有更高的成像分辨率及精度.通过模型试算验证了方法的正确性.     

VTI介质高精度叠前逆时偏移方法研究

基于双程波动方程的叠前逆时偏移方法成像精度高,而且无地层倾角限制,较适合于复杂地下构造成像.但是,由于地下介质的各向异性广泛存在,基于各向同性的正演算法,尚难准确描述真实的地下波场传播,逆时偏移的成像精度也因此受到限制.鉴于此,本文研究了各向异性VTI介质逆时偏移方法,首先根据VTI介质一阶准P波方程推导出了炮点和检波点的逆时延拓的交错网格高阶差分格式,针对算法计算量和存储量大的问题,文中研究了一种改进的基于GPU加速的有效PML边界存储策略.本文建议的方法只需增加少量的额外计算,就可降低大幅度的存储成本,进而实现高精度和高效率的各向异性逆时偏移.Hess 2DVTI模型测试表明,本文提出的方法不需要存储全部历史时刻的波场,可以实现高效率高精度的VTI介质叠前逆时偏移成像.     

黏弹性VTI介质微地震数据目标导向裂缝染色逆时偏移

水力压裂技术能够改善储层中裂缝的连通性,实现致密储层油气增产,利用压裂过程中产生的微地震事件进行裂缝偏移成像有助于评价水力压裂效果.水力压裂通常在具有黏弹性和各向异性的页岩油气储层中进行,地震波传播过程中会发生具有方向性的衰减,此外微地震震源及检波器通常分布在有限区域内,导致偏移剖面上存在远场照明较差和成像干扰的问题,难以有效进行裂缝描述.本文提出了一种黏弹性VTI介质目标导向逆时偏移裂缝成像方法,首先推导了黏弹性VTI介质染色波动方程并提出了多组偏移剖面互相关染色成像条件,然后通过裂缝逆时偏移成像测试分析了微地震数据信噪比、介质参数和事件定位精度对偏移结果的影响,最后结合地震干涉法减轻了定位误差造成的干扰.数值模拟实验表明,目标导向的染色逆时偏移成像算法能够有效压制成像剖面中的伪影干扰,改善目标区域照明,提高裂缝成像的空间分辨率.

     

添加正则化项的黏声逆时偏移成像方法研究

在实际地球介质中传播的地震波会产生衰减和频散现象,因此其更接近于黏弹性介质,在地震处理中补偿这些黏性影响是十分必要的。基于波动方程的叠前深度偏移中进行吸收衰减补偿更准确,也更有物理意义,直接求解双程波动方程的逆时偏移(RTM)能够成像大倾角复杂构造,具有诸多优势。然而当考虑吸收衰减补偿时通常会产生不稳定现象,大部分研究都是在逆时偏移的波场延拓中进行波数域的低通滤波来解决这个问题。本文采用广义标准线性固体的黏声波动方程进行吸收衰减补偿的Q--RTM方法,通过添加正则化项的方式来稳定延拓过程。添加正则化项本质上是低通滤波,滤波窗口是指数形式,在时空域有明确的形式,可以阻止发生高频不稳定。与直接滤波相比,正则化参数可以是空变的,因此比较适合剧烈变化的区域,我们还发现震源归一化互相关成像条件更适合Q--RTM方法。     

基于黏声介质的角度域高斯束逆时偏移方法研究

高斯束逆时偏移是一种兼具计算效率和成像精度的深度域成像方法,能够面向目标成像.地下介质中黏滞性普遍存在,利用传统各向同性或完全弹性的成像方法处理黏滞性探区的数据会降低分辨率,并导致成像位置不准确和振幅欠估计等问题.本文在高斯束逆时偏移的基础上,通过对震源点和检波点处的波场进行衰减补偿,并结合高斯束求解时的角度信息,实现了黏声介质角度域高斯束逆时偏移方法.最后通过模型和实际资料试算对本文方法的正确性和适用性进行了验证.试算结果表明:相比于声波高斯束逆时偏移,本文方法能够对黏滞性引起的吸收衰减进行有效补偿,同时提取的角度域共成像点道集(ADCIGs)不仅可以用于分角度叠加成像压制成像噪声,而且能够为后续的偏移速度分析提供支撑.     

井中地震三维高效黏声逆时偏移成像方法及应用

井中地震是井中激发地面接收的一种新型地震采集方法, 与地面地震相比, 具有采集成本低, 作业效率高的优点.此外, 井中地震资料信噪比高、频带宽、波场丰富, 可实现井周小尺度构造精细成像.在油藏开发中, 井中地震可实现油藏描述与监测.鉴于上述原因, 近年来, 井中地震受到业内越来越多的关注.然而, 井中地震震源能量弱, 地层吸收衰减效应的影响强于地面地震.因此, 需要发展针对性的井中地震衰减补偿偏移成像方法.本文基于Kelvin-Voigt模型推导新的振幅衰减和相位频散解耦的黏声波动方程, 通过改进激发振幅成像条件, 实现高效的井中三维地震黏声逆时偏移成像方法.此外, 本文采用时变低通滤波器压制高波数噪声, 提升黏声逆时偏移方法的稳定性.数值算例及实际资料应用表明, 本文提出的井中三维黏声逆时偏移成像方法计算效率高、稳定性好, 实用化潜力大.

     

一个基于多GPU的TTI介质逆时偏移方法（英文）

地震数据TTI介质逆时偏移计算量巨大,阻碍了其深度应用。NVIDIA? GPU以及其通用计算具有高度并行特性,为加速该类高密度计算提速提供了可能,可解决由于地震处理成像空间增加所带来的计算量大难题。本文提出了一种高效率的多GPU并行计算策略,以解决TTI介质逆时偏移庞大的数据处理问题。该策略流程,以GPU及其统一设备架构CUDA为前提,拥有多核心同时计算、作业流、点对点GPU直接传输等一些列运算特点。其核心是将GPU间边界数据的数据传输时间和不同区域的差分计算时间重叠。由于逆时偏移计算强度主要与差分计算空间相关。重叠计算后,数据传输时间可以忽略,因而计算效率随GPU数量的增加呈线性提高。并用于TTI逆时偏移成像的处理,以验证本文提出的高计算效率的多GPU并行计算策略的正确性。对比试验表明,利用本文提出的多GPU策略可大大提供高密度数据成像计算的效率及实现多GPU计算时效率呈线性增加,提升了该计算的延展特性。     

基于海底电缆数据的声弹耦合介质多参数最小二乘逆时偏移（英文）

在海洋地震勘探中,海底电缆技术采集的多分量地震数据,涉及到多参数的反演与成像问题,本文针对海底电缆多分量地震数据提出了一种弹性波多参数最小二乘逆时偏移方法。该方法的波场延拓算子为混合方程,即在海水介质中采用声波方程进行波场计算,而海底固体介质的波场由纵横波形分离的矢量弹性波方程得到。在海底界面中采用声弹耦合控制方程将两种类型的方程结合起来。通过推导纵横波形分离的弹性波偏移算子、反偏移算子和梯度公式实现基于纵横波形分离的弹性波最小二乘逆时偏移方法。通过模型试算证明了该方法能够得到高质量的纵波速度和横波速度分量的成像剖面,相比与传统弹性波最小二乘逆时偏移方法,多参数耦合造成的成像串扰噪音得到了很好地压制。     

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.     

基于Poynting矢量的全波场分离成像条件在VTI介质逆时偏移中的应用

逆时偏移是目前应用非常广泛的成像方法,通常利用互相关成像条件进行成像,然而低频噪声的存在降低了成像的精度.为了改善逆时偏移的成像效果,可以通过对波场进行分离,再选择合适的波场成分进行互相关成像.由于Poynting矢量可以指示地下介质中地震波的传播方向,利用Poynting矢量对波场进行了上、下、左、右行波分离.然后,本文将基于Poynting矢量的全波场分离成像条件应用于VTI介质叠前逆时偏移,该成像条件在保证构造准确成像的前提下有效地压制了低频噪声.在进行正演模拟的过程中,本文通过最小二乘差分系数优化提高了模拟的精度.通过模型试算,验证了最小二乘差分系数优化对提高数值模拟精度的效果,并证明了基于Poynting矢量的全波场分离成像条件的有效性.     

TTI介质叠前逆时偏移成像研究综述

逆时偏移是基于双程波波动方程进行波场逆时外推,再利用成像条件提取成像值,进而实现偏移成像的一种方法.目前,RTM已经由各向同性介质推广到了TI介质,包括VTI介质和TTI介质.考虑了各向异性因素的逆时偏移技术能更好地满足日益增长的勘探精度的要求,进一步提高和改善成像效果.在回顾各向异性介质逆时偏移发展历史的基础之上,本文针对于国内外TTI介质逆时偏移当前的研究现状进行了概述,并对目前TTI介质逆时偏移方法中所存在的特有的数值稳定性和qSV波人为干扰压制问题的解决方法进行了归纳总结.最后对逆时偏移未来的发展方向和研究重点进行了展望.     

基于Poynting矢量的角度域逆时偏移成像及对成像幅度的校正（英文）

研究了基于Poynting矢量的角度域逆时偏移成像及成像幅度的校正方法。根据Poynting矢量进行波场角度分解,由此构建局部成像矩阵及局部照明矩阵。在局部成像矩阵中建立的角度域成像条件,有效地消除了低波数干扰,同时可在局部成像矩阵中进行角度域共成像点道集抽取、倾角估计等运算。利用局部照明矩阵进行了基于全波波动方程的时域照明分析,在局部照明矩阵中计算倾角域幅度校正因子。根据逆时偏移的像计算共倾角像,利用校正因子对各角度的像进行校正,进而实现对成像结果的校正,从而实现了一种高效的倾角域幅度校正方法。最后通过SEG/EAGE模型进行数值计算验证了文中所述的计算方法。     

基于波场分离归一化成像条件的被动源数据多次波逆时偏移成像（英文）

随着地震勘探技术的进步,被动源数据越来越受到重视,噪声型被动源数据在自然界和工业生产中广泛存在,利用好被动源数据对随钻测井,大尺度构造勘探等领域有重要意义。本文针对噪声性被动源地震数据等特性,提出了基于波场分离归一化成像条件的被动源数据多次波逆时偏移成像方法。不同于地震干涉法,本方法不需要重构虚拟炮集,对噪声型被动源数据本身偏移成像。将逆时偏移结合多次波成像的边界条件应用于被动源地震数据,并采用波场分离的方法消除逆时偏移的低频噪声问题,同时采用能量归一化的成像条件,克服了被动源震源分布不均匀导致成像能量比例失调问题,同时增强了边缘和深部地层成像质量,且计算效率高。最后用Marmousi模型进行测试,证明了本方法的有效性。     

基于GPR逆时偏移成像技术的西部矿区植物根系直径估算试验研究（英文）

植物根系的固砂、存水以及防止土壤沙漠化等功能对西部矿区的生态保护具有重要意义,精确计算植物地下根系的生物量可以对矿区的生态治理提供一定的技术支撑。而植物根系的直径作为生物量计算的一个重要指标参数,直接影响着根系生物量的计算结果。本研究提出了一种基于探地雷达逆时偏移(RTM)(成像技术的植物根系直径估算方法。首先基于时域有限差分(FDTD)原理对浅层地下植物根系的空间分布情况开展数值模拟,获取绕射波双曲线图像。然后结合RTM成像条件对数值模拟数据进行成像与单道分析,获取直接反映植物根系直径的指标参数:最大正波峰振幅为零的两个位置之间的距离(△h)和浅部最大正波峰上方的零振幅位置与深部最大正波峰下方的零振幅位置之间的距离(△H),并通过物理模型验证了数值模拟结果分析中求得的两个指标参数△h、△H对植物根茎直径估算的有效性。综合结果表明:指标参数△h和△H的值与根茎埋深无关,只与样本直径大小有关。当根茎直径在5 cm及以下时,△h可作为描述直径的指标参数;当根茎直径在5 cm以上时,△H可作为描述直径的指标参数。针对数值模拟和物理模型探测两种数据,△h和△H对植物根茎直径的估算误差分别可控制在6%和5%以下,这表明以探地雷达RTM成像为基础建立的根径估算方法是合理且有效的,估算精度满足技术要求。     

逆时偏移在声反射成像测井中的应用方法研究

声反射成像测井中常用的基于射线理论的Kirchhoff积分偏移算法和基于单程波理论的F-K偏移算法均可实现井旁缝洞反射体的快速偏移成像,但其仅适用于地层垂向变化较弱的速度场和高陡角裂缝的偏移成像,无法实现低角度反射体的准确偏移归位,产生偏移假象误导测井解释.逆时偏移基于全波动方程,可适应强垂向变化速度场,实现近似水平反射体的偏移成像.本文详细分析了将逆时偏移应用于声反射成像测井时存在的数据准备、时间采样间隔匹配和成像条件改进等若干问题,通过设置多组理论模型来说明算法对井旁不同反射体的识别能力.模拟资料和实际资料处理结果证实,较F-K偏移算法,逆时偏移算法成像精度更高、收敛性更好,可有效实现近似水平构造偏移归位.改进的归一化互相关成像条件可解决深部地层的远井壁成像衰减问题,降低测井解释的多解性.逆时偏移将成为声反射成像测井高精度偏移技术的发展方向.

     

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.

     

TTI介质有限差分逆时偏移的稳定性探讨

在沉积学中,可假设在相同时期的沉积层具有相近的物理性质和演化过程.因此,沿层传播的地震波和垂直于地层传播的地震波具有各向异性的特点.在纵波资料的处理中,考虑各向异性对逆时偏移的影响,通常假设介质的横波速度为零,这样可以得到纵波在TTI介质中的传播方程,但是该方程在实际计算中仍存在数值稳定性问题.本文加入横波分量可有效解决数值稳定性问题,并选取适当的横波速度减小对纵波成像的影响,实现地震波在TTI介质中的逆时偏移.实际测算表明,P-SV波的方程中包含横波分量,若假设SV的速度为零,则会导致方程的差分格式不稳定;若加入SV波,选择合适的SV波速度可以使SV波的全区各向异性和反射系数达到极小,并可有效的抑制SV波对纵波勘探的影响.本文的方法是一种稳定的TTI介质中的逆时偏移方法.     

基于分数阶拉普拉斯算子解耦的黏声介质地震正演模拟与逆时偏移

时间域常Q黏声波方程,由于含分数阶时间导数项,数值求解需要大量内存,计算效率低,不利于地震偏移的实施.通过一系列近似,可将该方程简化为介质频散效应和衰减效应解耦的分数阶拉普拉斯算子黏声波方程,数值求解内存需求少,计算效率高.本文采用交错网格有限差分逼近时间导数,改进的伪谱法计算空间导数,PML吸收边界去除边界反射,对该方程进行数值离散和地震正演模拟.开展地震数据的黏声介质逆时偏移,实现波场逆时延拓过程中同时完成频散校正和衰减补偿.改善深层构造的成像精度,数值结果表明,基于分数阶拉普拉斯算子解耦的黏声介质地震正演模拟与逆时偏移可大幅度提高地震模拟计算效率,偏移剖面明显优于常规声波偏移剖面,极大改善深层构造的成像品质.

     

逆时偏移成像条件研究

本世纪初高性能计算技术进步促进了逆时偏移技术的应用与发展.为解决逆时偏移存在的低频噪音等问题,可利用优化的角度域成像条件对成像进行改进;为实现真振幅逆时偏移,选择合适的成像条件也至关重要.根据不同的成像目的,有必要对逆时偏移使用的成像条件进行深入的分析.本文给出了逆时偏移的五类成像条件,并主要从噪音与振幅等方面对各种方法分别进行了分析说明,为逆时偏移的进一步应用提供方法对比.