最小二乘逆时偏移在近地表高精度成像中的应用

近地表高精度成像方法一直是地震数字处理方法研究的热点。逆时偏移（RTM）成像方法基于双程波动方程,被认为是解决复杂构造、尤其是高陡构造成像的较好方法,然而逆时偏移方法在浅部成像过程中存在较强的低频噪声,在一定程度上影响对近地表构造的高精度成像。本文在实现最小二乘逆时偏移（LSRTM）算法的基础上,通过RTM及LSRTM算法的计算对比指出,对于近地表复杂构造成像,LSRTM相对于RTM算法在主要构造恢复及能量保幅性方面具有一定优势。     

最小二乘逆时偏移成像方法的实现与应用研究

复杂岩性油气藏勘探开发需要高保真的地震成像资料。与常规偏移方法相比,最小二乘逆时偏移(LSRTM)成像基于反演理论,可为岩性储层估计提供更加保真的高分辨率反射系数成像剖面,成为当前成像方法的研究热点和发展趋势。通过对误差泛函建立、逆时反偏移数据重构算法、Hessian逆预条件梯度计算及基于高斯-牛顿法的反演迭代更新方法等关键技术研究,实现了迭代最小二乘逆时偏移成像。为了使该偏移成像方法能够应用于实际资料,研究了针对性的数据预处理技术和最小平方匹配滤波模拟数据校正处理技术,探索建立了面向实际资料的最小二乘逆时偏移实现流程。某探区实际二维地震资料的最小二乘逆时偏移成像结果表明,相比传统的逆时偏移成像技术,最小二乘逆时偏移在成像分辨率和保幅性方面具有一定的优势。     

基于粘声衰减补偿的最小二乘逆时偏移

实际地下介质普遍存在粘滞性,地震波在介质中传播时存在衰减现象。为了减弱这种透射损失,补偿深层衰减的能量,改善成像效果,实现深层保幅偏移成像,基于标准线性固体粘弹性机制,在粘声介质逆时偏移的基础上,引入最小二乘的思想,实现了基于粘声衰减补偿的最小二乘逆时偏移(LSRTM)。同时,将该方法应用于层状模型与Marmousi模型试算,验证了方法的正确性及有效性。研究结果表明,该方法能够有效补偿吸收衰减作用损失的能量,实现高分辨率地震保幅成像。     

预条件弹性介质最小二乘逆时偏移

相对于纵波勘探,多波地震勘探能够得到更多的地下介质信息,弹性波逆时偏移（Elastic reverse time migration,ERTM）是当前偏移方法中较为精确的方法。最小二乘逆时偏移成像基于反演理论,可为岩性储层评价提供更加保真的高分辨率反射系数成像剖面,成为当前成像方法的研究热点和发展趋势。从建立线性一阶速度-应力弹性波方程出发,应用伴随状态法得到了逆时偏移数据重构算法,并引入最小二乘理论,利用汉森矩阵的逆对梯度进行预处理,实现了预条件弹性介质最小二乘逆时偏移成像算法（Preconditioning elastic least-squares reverse time migration,P-ELSRTM）。在实现算法的基础上,对SEG/EAGE二维盐丘模型进行测试。结果表明：与常规弹性波最小二乘逆时偏移（Elastic leastsquares reverse time migration,ELSRTM）相比,P-ELSRTM成像分辨率更高,保幅性更好,收敛速度更快。另外,P-ELSRTM对含有随机噪音的观测数据适应性更强。     

基于先验模型约束的最小二乘逆时偏移方法

由于反演问题的不适定性,最小二乘逆时偏移(LSRTM)收敛速度缓慢,甚至陷入局部极值,无法收敛。另一方面,由于观测系统及地层吸收衰减的影响,往往造成地下照明盲区,LSRTM无法恢复照明盲区的构造。为此,通过测井数据构建先验反射系数模型,将其作为正则化项加入LSRTM约束反演过程,发展了基于先验模型约束的最小二乘逆时偏移算法(RLSRTM),并通过动态的正则化参数及对正则化项的预处理改善了约束效果。在实现算法的基础上对稀疏Marmousi模型进行了成像测试,计算结果表明：1常规LSRTM能够压制逆时偏移(RTM)结果中的成像噪声,补偿深部反射同相轴能量,但是对于照明不均匀现象的补偿效果有限,并且照明盲区的构造信息无法恢复;2正则化项预处理RLSRTM能够进一步恢复LSRTM照明补偿不足区域的构造信息,尤其对深部的背斜构造边界及其他地层刻画得更加清楚,也可以恢复部分照明盲区的构造信息;3无正则化项预处理RLSRTM的部分构造边界模糊,甚至出现假构造。因此正则化项梯度预处理RLSRTM能够加快收敛速度,改善弱照明及照明盲区的成像分辨率和保幅性,可以保证反演结果稳定,防止在反射率模型中引入极值,相比LSRTM,RLSRTM对低信噪比炮记录具有更好的适应性。     

预条件最小二乘逆时偏移方法

针对最小二乘逆时偏移方法收敛速度较慢,并且对深部及盐下构造照明补偿不足的问题,结合Hessian算子的近似及一种快速高通滤波方法对梯度进行预处理,发展了一种预条件最小二乘逆时偏移算法。在实现算法的基础上对SEG/EAGE二维盐丘模型进行了成像测试。计算结果表明:预条件最小二乘逆时偏移方法能够加快收敛速度,提高深部及盐下构造成像的分辨率和保幅性,对不规则的地震数据,该方法具有更好的适应性。     

平面波最小二乘逆时偏移编码策略分析

最小二乘逆时偏移将成像视为最小二乘意义下的反演问题,相较于常规偏移方法具有更好的成像分辨率和保幅性,但其计算效率较低。为解决这一问题,推导了基于平面波编码的最小二乘逆时偏移方法,将海量炮数据压缩为若干个平面波记录,并发展了静态编码、动态编码、混合编码、随机动态编码等提高计算效率的编码策略。在优化算法基础上,对Marmousi模型进行了成像处理,并与常规逆时偏移进行了对比,结果表明:基于不同编码策略的平面波最小二乘偏移能够改善常规逆时偏移的成像质量和分辨率,并具有较高的计算效率;且不同的编码策略具有各自的优势,在对地震数据进行成像处理时,应根据需求选择合适的策略。     

应用反射理论的最小二乘逆时偏移成像

最小二乘偏移是在线性反演理论下求解模型空间的精确解，相对于常规偏移具有更高成像分辨率、保幅性，且可减少成像假象。经典最小二乘偏移以散射波线性化表达为基础，成像实质是估计介质的散射强度。由于地下实际地层以层状介质为主，反射成像是实际应用中最小二乘偏移技术的目标。文中重点讨论散射理论与反射理论两种线性化表达方法的不同，根据实际应用中偏移成像的需求，选择忽略角度信息的反射理论线性化表达反偏移方法，建立了一套估计平均反射系数的最小二乘逆时偏移流程。Sigsbee2a模型验证了最小二乘逆时偏移方法的成像效果；实际三维探区应用结果表明，与常规逆时偏移方法相比，该方法“串珠”成像收敛效果更好，对深层大断裂、层间小断层的刻画更清晰。     

基于优化时空域频散关系的声波方程有限差分最小二乘逆时偏移

相比常规逆时偏移,最小二乘逆时偏移（LSRTM）成像结果更趋真实,分辨率更高,其精确成像的关键之一是波动方程的精确、高效求解。为了提高LSRTM计算精度,本文通过优化时空域频散关系求取差分系数,进行有限差分正演模拟,频散分析和数值模拟结果表明采用该算法可提高数值模拟精度;利用混合吸收边界条件压制边界反射,可取得较好吸收效果;采用改进的共轭梯度法计算流程,能减少波动方程正演次数,提高计算效率。模型数据测试及分析表明,本文方法能有效提高LSRTM成像精度,精细刻画构造细节,提高迭代收敛速度。     

T分布起伏地表最小二乘逆时偏移

在复杂构造、复杂岩性、复杂地表条件等地区进行油气地震勘探面临诸多难题，其中剧烈起伏的地表已成为制约上述地区地震勘探发展的瓶颈之一。最小二乘逆时偏移（Least-Squares Reverse Time Migration，LSRTM）相对于常规偏移具有更高的成像分辨率、振幅保真性及均衡性等优势，但基于矩形网格的LSRTM在面对复杂地表时无法很好地适用山前带等剧烈起伏地形。此外，山前带地震资料中包含较多的噪声，T分布相比Huber范数和混合模，在缺失数据的条件下更稳健，且没有多余参数，因而简单实用，而Huber范数和混合模的结果严重依赖参数选取，需要大量的尝试。为此，将全交错网格引入贴体网格，将T分布推广到起伏地表LSRTM，进一步推导了贴体网格线性Born正演方程，在此基础上提出了基于贴体全交错网格的起伏地表LSRTM算法，较好地克服了起伏地形的影响。模型试算验证了算法的有效性和对复杂模型的适应性。     

最小平方逆时偏移真振幅成像

针对常规逆时偏移算法具有较强的低频噪声、对观测系统要求较高、较难进行透射损失补偿等问题,本文在构建线性化波动方程算子（反偏移算子）的基础上,详细推导了最小平方逆时偏移迭代算法,在反演的理论框架下解决了上述问题的影响,实现了真振幅成像。通过简单多层介质模型及复杂Marmousi模型试算,验证了最小平方逆时偏移在真振幅成像方面的优势。实验结果表明,此法不仅具有更高的成像分辨率,而且还能有效地压制成像噪声。     

Regularized least-squares migration of simultaneous-source seismic data with adaptive singular spectrum analysis

Simultaneous-source acquisition has been recognized as an economic and efficient acquisition method, but the direct imaging of the simultaneous-source data produces migration artifacts because of the interference of adjacent sources. To overcome this problem, we propose the regularized least-squares reverse time migration method (RLSRTM) using the singular spectrum analysis technique that imposes sparseness constraints on the inverted model. Additionally, the difference spectrum theory of singular values is presented so that RLSRTMcan be implemented adaptively to eliminate the migration artifacts. With numerical tests on a flat layer model and a Marmousi model, we validate the superior imaging quality, efficiency and convergence of RLSRTM compared with LSRTM when dealing with simultaneoussource data, incomplete data and noisy data.     

基于波场分离的逆时偏移成像条件研究及在准噶尔盆地的应用

与传统深度偏移成像方法相比,基于双程波的逆时偏移方法针对地下陡倾角地区和复杂地下地质条件地区的成像有着无可比拟的优势。逆时偏移方法的实现通常有3个步骤:①在时间域实现震源波场的正向外推;②在时间域实现检波点波场的反向外推;③应用合理的成像条件构建成像结果。在实际应用过程中,通常是采用互相关成像条件来构建成像,然而,互相关成像条件构建的逆时偏移成像结果会产生强振幅的低频噪音,这些噪音会极大地降低资料的信噪比,容易导致浅层构造被噪音掩盖而无法识别,仅采用单纯的带通滤波并不能很好地滤除这种噪音。提供了一种新的基于波场分离理论的逆时偏移成像条件,此方法能有效地消除这些特定的噪音,其核心思路就是将震源及检波点波场分离成它们的单程波传播分量,然后仅在反射点处利用互相关的成像条件构建成像结果,从而实现逆时偏移成像。Marm-ousi模型数据验证了该方法的准确性;同时,采用文中提到的成像条件在准噶尔盆地百口泉地区进行了逆时偏移测试,测试结果充分证明新成像条件对野外资料的适应性。     

TI介质角度域高斯束逆时偏移方法

高斯束逆时偏移兼具高斯束偏移灵活、高效和逆时偏移高精度的优势,具有面向目标成像的能力。本文将基于相速度的各向异性射线追踪算法引入高斯束逆时偏移中,并结合高斯束计算时的传播角度信息,实现了一种更为高效的TI介质角度域高斯束逆时偏移方法。模型试算表明：同传统基于弹性参数的各向异性算法相比,在保证成像精度的前提下,本文方法具有更高的计算效率,同时提取的角度域共成像点道集（Angle Domain Common Imaging Gather,ADCIG）不仅能够为后续偏移速度分析提供支撑,而且可以用于分角度叠加成像,压制成像噪声、提高成像质量。