局部指数标架小波束在复杂介质方向照明分析中的应用

提出了用局部指数标架小波束进行角度域分解的方法,解决了局部余弦基和局部正弦基缺乏单一方向性的问题.局部指数标架由局部余弦基和局部正弦基线性组合而成,是冗余度为2的紧标架.利用局部余弦变换和局部正弦变换的快速算法,能使基于局部指数标架进行方向照明分析的计算效率较常用的局部倾斜叠加和Gabor-Daubechies标架等方法具有更为明显的优势.通过计算二维SEG/EAGE模型和SIGSBEE模型的方向照明图以及采集系统倾角响应图证实了本文方法的有效性.该方法的高效性使其在三维模型的方向照明分析和大规模的工业应用中具有广阔前景.     

柯西波场及在角度域成像条件中的应用

角度域成像道集是叠前深度偏移的重要输出结果,它是偏移速度分析、各向异性分析和AVA分析等研究工作的基础.目前存在的角度域成像道集的生成方法受计算效率或角度分辨率的影响,仍然满足不了实际生产的要求.角度域成像道集的生成方法可以大致分为直接法和间接法两大类.在直接方法中,波矢量方向计算和局部平面波分解是两个最重要的内容,它们共同决定角度域成像条件的实现效率和角度域成像道集的质量.为了完善现有的角度域成像道集生成方法,本文提出一种新的波矢量计算方法和局部平面波分解方法.本文先用波动方程任意时刻的柯西条件构造一个只含原波场负频率成分的柯西波场,然后根据柯西波场在时间波数域的振幅谱计算波场的波矢量方向.该方法仅在需要计算波矢量方向的时刻合成柯西波场,不需要增加额外的数据读写操作,是一种高效的波矢量计算方法.本文还以柯西波场为基础提出一种高效的局部平面波分解方法,保证角度域成像条件的实现效率.结合柯西波场和局部平面波分解方法,本文最后给出一种新的角度域成像方法.文中最后的数值实验证明该方法得到的角度域成像道集具有理想的角度分辨率,可以反映地下构造的角度照明情况.     

波动方程偏移成像阴影的照明补偿

受地下复杂构造和地震数据采集系统的影响,使地震波对地下目标的照明出现不均匀性,地震采集系统难以有效地获取地下某些目标的反射信息,进而使数据偏移成像在这些目标体上出现成像阴影. 根据波场和Green函数的窗口Fourier框架展开,利用角度域波动方程偏移成像和波动方程照明分析,并结合波动方程反演理论,提出一种角度域波动方程偏移成像阴影照明补偿方法. 这种补偿方法能同时考虑地震数据采集系统和波场传播路径对偏移成像的影响,消除复杂构造区的偏移成像阴影,改进波动方程叠前深度偏移成像在复杂构造区的成像效果.     

混合域单程波传播算子及其在偏移成像中的应用

以地震波的单程波传播方程为基础,利用算子近似展开的方法推导出了当前波动方程叠前深度偏移方法研究中广泛使用的裂步Fourier、Fourier有限差分和广义屏传播算子的一般形式及其近似式．讨论了它们间差异、相互关系以及他们的特点,最后给出了基于裂步Fourier、Fourier有限差分和广义屏传播算子的偏移成像方法时Marmousi模型的偏移成像结果,以说明它们间的优劣与计算效率．     

表驱三维角度域Kirchhoff叠前时间偏移成像方法

针对传统Kirchhoff叠前时间偏移方法的一些不足,以及振幅随入射角、方位角变化(AVA/AVAZ)分析的需要,本文提出一种基于射线理论的三维叠前时间偏移角度域成像方法.它通过横向均匀介质中稳健的射线追踪建立单程波走时和传播角度的数值表,然后在此基础上估算反射波双程走时以及在界面处传播的方位角和入射角,最后基于脉冲响应叠加原理获得三维构造图像和方位\|角度域共成像点道集.与传统方法不同之处在于,上述过程均考虑了地震波在垂向变速介质中的射线弯曲效应和三维传播特征,有利于准确提取随入射角和方位角变化的振幅和时差信息.理论模型合成数据和实际地震资料测试结果展示了方法的优越性与实用性.     

基于全方位地下局部角度域成像的页岩气储层各向异性预测

宽方位地震数据是叠前地震各向异性预测的基础数据之一,如何处理和分析宽方位地震数据是预测的关键.传统分扇区处理无法获得地下真正角度域信息,存在信息丢失问题.为保证地下方向、分辨率以及成像的正确性,使用全方位地下局部角度域分解与成像技术,直接在地下局部角度域中以连续的方式进行地震数据成像分解,得到两个互补的全方位角度道集:倾角道集和反射角道集,成像精度提高,各向异性发育方向和强度预测更可靠.全方位成像与反演一体化技术流程在四川盆地涪陵页岩气储层表征中初步应用,为提高非均匀储层成像质量和裂缝预测精度提供有效手段,对于页岩气储层甜点预测、水平井钻井轨迹和压裂方案优化等具有重要意义.     

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.     

基于平面波照明的偏移成像补偿

受地下复杂构造和地震数据采集系统的影响,地震波对地下目标的照明出现不均匀,在地震数据的偏移成像中出现成像阴影.根据地震数据最小二乘偏移/反演理论,和把地震波场照明结果作为最小二乘偏移/反演中的Hessian矩阵的近似对偏移成像进行补偿的原理,提出一种应用平面波照明结果对平面波偏移成像结果进行补偿以消除偏移成像阴影的方法.这种基于平面波照明的偏移成像补偿方法相对于局部角度域的照明偏移成像补偿方法具有计算效率上的优势.     

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.     

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.     

单向传播子的局部平面波分解以及在定向照明分析和目标特征成像中的应用

本文基于波场的局部平面波分解,得到空间和方向都具有局部性的局部平面波小波束,并由此对Fourier有限差分传播算子进行局部平面波分解.这种用小波束分解的单向传播算子,可被用来对采集系统进行定向照明分析和采集倾角响应估算,以分析采集系统布局和上覆结构对面向目标的叠前偏移成像质量的影响.进而,利用局部平面波成像矩阵及其成像相册,根据目标结构的主倾角方向,抽取并叠加部分局部平面波像,可以进行目标结构定向化特征成像.最后,对具有速度强横向变化上覆结构的陡倾角目标断层的复杂二维SEG-EAGE盐丘模型数据,进行采集系统目标照明分析和目标结构定向化特征成像.     

基于单程波方程的角度域照明分析

试图运用波场动力学途径,旨在增强观测系统分析评估,本文提出基于单程波方程的角度域照明分析方法.本文方法不仅可用于观测系统设计,对叠前成像资料的考量、叠前振幅补偿和AVA（Amplitude Versus Angle,振幅随角度变化）反演也必具重要的意义.文中通过目的层邻域单个绕射点的正、反传波场分析,给出地下目标的水平和倾斜界面随角度变化的成像照明强度.单程波方法可用于模拟地震波在复杂速度构造下的传播,并得到较准确的幅值和多次到达的波场,用以对绕射点正、反传分析时可在照明分析中简明地利用幅值信息和多次到达的波场.本文方法可显现复杂盖层下目标的照明情况.本文中也对照明能量随传播距离的几何扩散进行补偿,突显了角度域的照明均匀度和范围,从而使得所分析的结果可直接应用于AVA的分析及补偿.针对照明分析的特点,文中建议可用一种快速的单程波波场延拓策略——频率速度相关变步长波场深度延拓.数值实验结果表明了本文方法是可行且有效的.     

地震照明分析及其在地震采集设计中的应用

地震照明分析是在给定地下背景结构的情况下用模拟方法研究采集系统对地下结构的探测能力.对目标照明的影响主要来自观测系统的设置,上覆地质结构的复杂性以及目标倾角等三项因素.我们将上述因素的影响统一纳入到对照明的定量计算中.本文阐述了关于地震照明的一系列基本概念,并基于波动理论给出对不同类型照明的计算方法.首先将入射和散射波分解到局部角度域并导出局部照明矩阵,它包括了在目标附近所有可能的入射和散射方向对照明的贡献.从照明矩阵出发,研究入射和反射波在角度域中与反射面的相互作用,并由此获得对地下结构的不同照明描述.作为例子,具体给出了对局部照明矩阵,空间体照明,反射面定向照明,反射面照明角度覆盖,以及对反射面可视性的计算方法,并给出了相应的数值计算结果. 最后,讨论了照明分析方法在地震采集设计中的一些可能应用.     

一种起伏地表条件下的照明补偿方法

起伏的地表条件限制了采集孔径范围并造成深层地震照明不足,为改善该类地区的成像质量,本文提出了一种起伏地表条件下的照明补偿方法.首先,基于小波束波场延拓算子和逐步累加的外推方法在波场延拓过程中解决起伏地表面的影响,并引入空间滤波函数压制虚拟层内的偏移噪音;其次,利用局部指数标架对上、下行波场分解,得到局部角度域成像和照明补偿因子.再次,利用计算出的成像值和照明补偿因子,在局部倾角域完成照明补偿.SEG起伏地表模型测试证明了本方法的有效性,深层构造照明度明显加强,不同角度成像振幅更加均衡,该技术为提高起伏地表地区的成像品质提供了新的手段.

     

时空移动成像条件及偏移速度分析

首先比较了深度聚焦速度分析和剩余曲率速度分析中的成像条件,然后通过时空移动成像条件得到了时移偏移距域共成像点道集和时移角度域共成像点道集.基于时移角度域共成像点道集,统一了偏移速度分析中通常应用的两个偏移速度判断准则：深度聚焦准则和成像道集拉平准则.最后基于时移角度域共成像点道集,推导了速度更新公式,并设计了速度分析流程.合成数据和实际地震资料上的测试证明了方法的可行性和有效性.     

局部角度域波传播步进算法研究

本文从非均匀介质中波动方程出发,提出了基于一般标架的相空间（局部角度域）波传播的步进算法. 该方法在构造单程波的步进算法时,在选择标架或正交基等方面有更大的自由度. 我们以不随频率及深度变化且具有变尺度特性的Gabor_Daubechies紧标架为例,给出了单程波传输算子的具体形式及相应的波场步进算法;详细讨论了基于Gabor_Daubechies标架的传输算子的高频渐近展开问题,得出了在高频、小传输步长条件下传输算子的近似解析表达式,并给出使用条件. 通过模型算例,比较了精确传输算子与高频近似传输算子用于非均匀介质中波传播的结果,说明在一定条件下由两者得出的波场几乎是相同的.     

面向目标的小束源照明和成像

结合小束源和Fourier传播子,应用Fourier传播子进行面向目标的小束源照明和成像.小束源的合成通过小波束变换中的小束函数获得,而Fourier传播子进行波场外推,完成小束源的波传播.小束源具有空间位置和方向的双局部特性,对于照明和成像,它更加灵活,并有更多的控制方法.通过照明分析,选择面向目标的有效照明小束源,进行部分小束源偏移,可以提供更好的成像质量和计算效率.作为数值试验,我们选用Fourier有限差分传播子,对 Marmousi模型和二维SEG-EAGE盐丘模型的数据,试验了小束源对目标结构的方向照明和成像.获得的结果表明,结合小束源和Fourier传播子进行面向目标的照明和成像是切实有效的.     

共反射角叠前偏移成像研究及应用

共偏移距道集已被广泛地应用于地震速度建模及振幅随偏移距变化(AVO)的研究中,但复杂构造及射线多路径产生的共偏移距道集不保幅性等一系列缺陷给AVO研究带来很大的困难.共反射角道集包含有能反映地下速度和岩性变化的信息,更有利于速度模型优化、地震振幅属性分析及地下岩性和断裂的研究.本文通过研究共反射角深度偏移方法和理论,完善了基于目标的共反射角深度偏移技术,提出了获得相对保幅共反射角道集方法.该方法克服了共偏移距域道集在复杂介质中遇到的困难,更能有效地反映波场和地质结构方面的信息.通过理论模型数据进行了试算,并采用实际地震数据对此方法进行了验证,在陡倾角成像方面取得较好效果.     

角度域剩余深度对剩余速度的敏感性分析

本文针对地震勘探深度域偏移速度建模研究, 利用角度域共成像点道集(ADCIGS)建立了以剩余速度为自变量, 剩余深度为目标函数的关系式, 及目标函数的梯度公式.利用导出的两个公式分别对剩余深度与剩余速度的关系进行了定量分析.通过理论分析和模型试算证明初始速度模型的误差具有方向敏感性, 即正误差较负误差对速度建模迭代收敛更敏感.利用此结论进行深度域速度建模既可以提高计算效率也可以提高建模精度.