利用高阶交错网格有限差分法数值模拟VTI介质井孔声场

横向各向同性（TI）介质是岩石地球物理中常见的一种现象,研究其井孔声场传播特征对声波测井理论以及为声波测井解释提供依据具有重要意义。针对具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质,根据柱坐标系条件下的弹性波波动方程,推导了速度-应力交错有限差分公式,采用时间二阶、空间十阶的交错有限差分算法对VTI介质中的井孔声场进行数值模拟。给出了在均匀介质中井孔声场不同时刻的波场快照,以及不同各向异性系数的VTI介质中的波场快照,计算了井轴上声源激发出的声波全波列波形。结果表明,在其他条件不变的条件下,VTI地层的各向异性系数的增大对横波的传播影响不大,但会使得纵波在纵向上的传播速度相对变小,径向上变化不大。各向异性系数的增大会使声波测井全波列首波信号时差变大,声波幅度略变小。      

基于修正伪Helmholtz分解算子的横向各向同性介质纵横波波场分离

纵横波波场分离是弹性波逆时偏移成像中的关键步骤,可以有效消除纵横波串扰和成像畸变,提高成像精度。在各向异性介质中,常用的波场分离法有非平稳滤波器或者低秩近似的方法,但由于使用多次傅里叶变换,导致波场分离计算成本较高。借鉴基于Helmhotz算子构建各向同性介质纵横波解耦方程的思路,提出消除振幅畸变的修正伪Helmholtz分解算子,通过待定系数方法求解横向各向同性介质中P波和S波2种模式的表达式,并将其变换为一阶解耦的伪弹性波方程,实现时空域纵横波波场解耦。通过简单模型的波场分离测试,得到分离后的P波与S波波场,验证了该方法的波场分离的有效性。此外,将解耦得到的矢量P波与矢量S波应用到弹性逆时偏移之中,利用矢量点积互相关成像条件得到清晰的弹性波逆时偏移成像结果,说明本方法在复杂介质中有着较好的适用性,同时可以有效地应用到VTI介质弹性逆时偏移之中。     

基于行波分离的VTI介质逆时偏移

现阶段,各向同性介质假设已经不能满足复杂地质构造条件下的成像需求,忽略介质各向异性影响会使速度估计不准确,成像精度降低。为此,笔者从VTI介质一阶速度—应力方程出发,利用Poynting矢量特性对地震波进行方向行波分离,得出了基于上下行波分离的互相关成像条件,并将其应用在复杂VTI介质中。通过层状模型和SEG/EAGE岩丘模型测试验证了该算法的有效性以及在成像上的优越性;另外,当偏移速度不准确时,本文方法仍能够有效压制偏移噪声,成像质量更佳。     

基于解耦传播的波场分解方法在VTI介质弹性波逆时偏移中的应用

由于弹性波逆时偏移更符合实际情况,而且转换波的成像结果有更高的分辨率,因此弹性波逆时偏移越来越受到重视。然而,弹性波逆时偏移需要多波多分量数据,为了减少成像结果中的串扰假象,在逆时偏移过程中进行P波和S波分解就变得非常必要。结合基于向量的激发振幅成像条件,我们把基于解耦传播的波场分解方法应用到弹性波逆时偏移中,并对比了其在各向同性介质和横向各向同性（VTI）介质中的应用效果。结果说明,该方法可以在各向同性介质中完全分解P波和S波,并保留波场的向量信息。虽然在VTI介质中有较小的分解残余,但是该分解残余不会在逆时偏移结果中产生明显的串扰;因此,这种波场分解方法可以应用于各向同性介质和VTI介质弹性波逆时偏移。该方法是在时间空间域实现的,可以在波场传播过程中直接对P波和S波进行分离,应用方便,计算效率高。与利用Helmholtz分解的弹性波逆时偏移相比,该方法避免了在PS波成像结果中的极性反转问题。在复杂Hess VTI模型的逆时偏移结果中,高速岩体和断层的成像清晰,甚至是两个低速薄夹层也能较好成像;这说明该方法对复杂介质具有较好的适应性。PS波成像结果中的各向异性体成像清晰,说明各向异性介质弹性波逆时偏移可以对传统逆时偏移不能很好成像的构造进行成像。     

VTI介质多波速度与各向异性系数求取及应用

针对具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质,研究了多波速度与地层各向异性系数之间的关系。采用适应大偏移距以及强各向异性介质的双平方根方程,进行速度和各向异性系数分析,并将批量计算与交互解释相结合,实现了高精度各向异性介质多波速度与各向异性系数提取,并形成了一套利用多波地震资料求取地震波纵、横波速度及各向异性系数的方法和软件。所求取的参数可用于多波地震资料处理,提高多波资料的成像质量,也可为地层地质解释提供参考。实际资料的应用效果证明了该方法和软件的正确性及有效性。     

基于双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法

随着地震勘探的发展,以单相介质模型为基础的声波逆时偏移和弹性波逆时偏移很难比较精确地描述地下介质和满足复杂的工程要求,尤其是在处理地下含流体多孔介质时,所以需要引入双相介质模型。首先基于Biot理论双相介质一阶速度-应力弹性波方程,利用散度场和旋度场的波场分离理论将固相和流相中的纵横波场解耦分离,并由波场快照图得出固相与流相中的纵波波场与横波波场均完成分离,而快纵波与慢纵波相互耦合均存在于纵波波场中。采用高阶交错网格有限差分方法,结合PML吸收边界条件,推导了具有波场分离的双相介质弹性波正传与反传的偏移延拓算子,结合互相关成像条件,可以得到双相介质弹性波固相与流相中的各分量偏移成像剖面。最后对模型使用该双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法进行偏移成像试算并取得成功,效果较常规双相介质弹性波逆时偏移成像效果有了明显提升。     

VTI介质中井间地震三分量数据的波场特征

用波动方程的有限差分数值解法,模拟了井间地震观测到的VTI介质中传播的波场,合成井间地震共炮点的三分量记录,对比识别了野外实际井间地震三分量观测记录上的快纵波、慢纵波、快横波和慢横波,分析了各类波的传播速度和偏振特性,为井间地震数据的波场分离、不同类型波场的成像以及纵横波和快慢波的联合解释提供依据。      

准P波方程紧致交错网格井间地震波场模拟及边界条件

研究井间地震波场的形成过程以及波场的传播机理、规律,对于指导实际井间地震勘探有着重要的意义.基于具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质中的一阶准P波方程,应用具有无条件稳定性质的紧致交错网格隐式差分格式求解该方程.重点研究了紧致交错网格求解该方程的完全匹配层(PML)吸收边界条件,在此基础上实现了VTI介质中一阶准P波方程的井间地震波场的正演模拟.数值算例表明:紧致交错网格能精准模拟VTI介质中准P波的传播过程,得到高精度的正演结果.一阶准P波方程能以足够的精度描述VTI介质中准P波特征.完全匹配层吸收边界能有效地解决人工边界问题,是一种高效的边界吸收算法.     

TTI介质弹性波频率-空间域有限差分数值模拟

由周期性薄互层引起的VTI介质是研究比较广泛的一类各向异性介质。当VTI介质对称轴偏离垂向,本构坐标系与观测坐标系不重合时,会形成观测坐标系下的TTI介质。引入25点优化差分算子,推导出二维TTI介质频率域弹性波动方程;为压制边界反射,采用完全匹配层法吸收边界条件,并计算出优化差分系数;最后采用集中力源,模拟了弹性波在TTI介质中的传播过程。从波场快照和地面共炮记录可以看出,笔者采用的数值模拟算法能有效压制数值频散。TTI介质中的波场传播比较复杂,纵波传播相对稳定,横波波前的三分叉现象比较明显,并存在振幅奇异性。当VTI介质的对称轴偏转后,还会增加地面地震记录的复杂性。     

基于裂步Fourier法的探地雷达数值模拟及偏移成像

从电磁场基本理论出发,利用裂步Fourier法推导出了水平层状介质中频率—波数域电场分量的波场外推公式,通过对设计的钢筋展布模型和衬砌厚度模型的数值模拟和偏移成像结果分析可以得出:裂步Fourier法不但可以实现二维非均匀介质中探地雷达正演模拟及偏移成像,而且具有编程易于实现、计算量小的优点。通过工程实例验证,进一步说明了裂步Fourier法偏移成像的有效性和实用性。     

纵波VTI介质各向异性参数的求取

在新疆塔里木盆地某地区的宽方位三维地震数据中,通过速度分析和不同炮检距范围数据的叠加剖面的比较,发现了各向同性基于双曲线时差曲线的NMO动校正时,远炮检距数据存在比较大的剩余动校正量。分析表明,是由于VTI介质火成岩的各向异性和垂向速度变化引起非双曲线时差。应用纵波短排列地震数据求取的均方根动校正速度,分别以扫描法和旅行时法得到了各自相互验证的各向异性参数。最后,利用所提取的各向异性参数,进行VTI介质各向异性速度分析、动校正和成像,剩余动校正得到消除,成像质量得到明显改善。     

VTI介质转换波速度分析方法研究及应用

速度分析是转换波处理的核心问题之一,采用单平方根方程对具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质进行速度分析,使得转换波的处理不依赖于纵波的数据,既简化了转换波处理流程,又消除了由于纵波处理不精确所带来的传递误差。通过理论分析和数值计算,总结并设计了一套求取VTI介质转换波动校正参数的方法和处理流程,总结出了采用双参数扫描法获得较高分辨率和精度所需满足的必要条件。通过批处理和交互结合的方式对实际资料进行处理,取得了较好的处理效果,证明了该方法及软件的正确性。     

共偏移距可分表示法叠前深度偏移

基于双平方根方程的共偏移距可分表示法叠前深度偏移用于复杂介质成像, 该方法在中点-偏移距坐标中同时向下延拓炮点和检波点波场, 实现方式采用正反傅立叶变换.构造的双平方根方程波场延拓算子能够使波数域变量与空间(速度) 域变量分离, 波数域内进行相移计算, 在空间域对因介质横向变速引起的时移作修正.地震数据偏移不需要逐炮计算, 具有较高的效率.对Marmousi模型数据的偏移成像结果显示, 该方法较好地成像强横向变速介质中的复杂构造.      

The Offset-Domain Prestack Depth Migration with Optimal Separable Approximation

The offset-domain prestack depth migration with optimal separable approximation, based on the double square root equation, is used to image complex media with large and rapid velocity variations. The method downward continues the source and the receiver wavefields simultaneously. The mixed domain algorithm with forward Fourier and inverse Fourier transform is used to construct the double square root equation wavefield extrapolation operator. This operator separates variables in the wave number domain and variables in the space domain. The phase operation is implemented in the wave number domain, whereas the time delay for lateral velocity variation is corrected in the space domain. The migration algorithm is efficient since the seismic data are not computed shot by shot. The data set test of the Marmousi model indicates that the offset-domain migration provides a satisfied seismic migration section on which complex geologic structures are imaged in media with large and rapid lateral velocity variations.     

叠前弹性波逆时深度偏移及波场分离技术探讨

这里探讨了Sun和McMechan提出的叠前弹性波标量逆时深度偏移方法,即在地表附近,对地表接收到的弹性波波场分量进行波场逆时延拓,然后分别对在波场延拓过程中通过波场分离得到的纯纵、横波反射波场进行偏移。在模型中,每个网格点的纵、横波成像时间,为震源到该网格点的纵波初至时间。利用纵波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对反射纵波进行逆时延拓和成像,利用横波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对转换横波进行逆时延拓和成像,并在偏移前进行极性校正。然后,在Sun和McMechan偏移成像方法的基础上,提出了直接偏移成像方法,即对地表接收到的弹性波波场分量在整个模型范围内进行波场逆时延拓。在波场延拓过程中,对符合成像条件的网格点进行波场分离、偏移成像和转换波极性校正。最后,通过数值模拟对二种偏移成像方法的结果进行了比较。     

频率空间域显式偏移

频率空间域显式偏移利用有限长度的褶积算子，通过对不同的频率进行空间褶积来实现偏移成像，且具有简洁、高效、便于扩展等特点。褶积算子一般通过泰勒展开或非线性优化来求取。针对以往方法进行分析的基础上，提出了一种新的褶积延拓算子计算方法，通过对模型资料和实际资料的处理，表明该方法是可行的。