斜井VSP高斯射线束正演方法

高斯射线束正演方法是一种将波动方程和射线理论相结合的方法,适用于复杂地质构造,与常规射线正演模拟方法相比,高斯射线束正演结果不仅包含了运动学变化信息,并且具有较合理的动力学变化特征,不存在盲区问题。文中针对理论和实际正、逆断层模型,开展了斜井VSP观测方式下的P波波场正演模拟,探讨了采用斜井VSP高斯射线束正演方法模拟波场的断层异常特征及其识别问题,结果表明该方法可有效解决因盲区造成的运动学信息不完整及波场振幅保真问题,其运算速度相比波动方程有限差分法提高了100倍以上。     

能量约束下的高斯射线束法地震波场正演

高斯射线束法同时考虑波的运动学和动力学特征,并且无需两点试射追踪,因此运算速度快、精度较高。Zoeppritz方程反映了地层界面上反射波和透射波的能量。本文将高斯射线束正演与Zoeppritz方程联系起来,将高斯射线束正演得到的波场记录赋予能量信息,并利用模型对波动方程、常规射线法和本文方法的计算精度和效率进行了对比,验证了本文方法的可行性和有效性。     

三维高斯射线束正演的研究与实现

三维地震数值模拟在复杂地区的地震勘探中起着非常重要的作用,目前常用的正演方法是波动方程法和射线法,波动方程法精度高但效率很低,射线法效率高但精度低,都不能很好地满足复杂三维模型的正演需要.高斯射线束正演方法是一种快速的地震记录合成方法,它将波动方程和射线理论紧密结合起来,通过运动学射线追踪获取射线轨迹,通过动力学追踪来获取中心射线附近的高频能量分布,因而既能反映波的运动学特征,又能表现波的动力学特点,并且具有运算速度快、精度高等优点,能够有效解决复杂三维模型的正演问题.     

分层映射法起伏自由地表弹性波正演模拟与波场分离

传统有限差分方法在处理起伏自由地表时存在一些问题;传统映射法通过将起伏地表映射为水平地表克服上述缺点,但在变换的同时会破坏原有地下构造,导致波传播的不准确和虚假反射的产生。为此,通过改进传统映射法,提出了分层映射法起伏自由地表弹性波正演模拟与波场分离方法,在实现算法的基础上,对几个典型起伏地表模型进行了正演模拟试算,结果表明:1分层映射法不仅可以将起伏地表映射为水平地表,而且也可以将地下起伏地层映射为水平地层。相对于传统矩形网格以及常规映射法,分层映射法对双复杂构造具有更好的适应性。2通过对比分层映射法、传统映射法、传统有限差分法的正演模拟试算结果表明,分层映射法具有更高的模拟精度和抑制频散能力。3基于分层映射法的起伏自由地表弹性波波场分离能够准确地将纵、横波分离,可为起伏自由地表弹性波偏移成像方法提供关键的技术支持。     

一种解耦的起伏地表弹性波高斯束偏移方法

随着勘探开发逐步深入, 成像已逐步从单纯利用纵波数据发展为弹性波数据。针对双重复杂构造探区, 在弹性波高斯束偏移的基本原理中, 引入高程及地表倾角信息, 推导了由高斯束位移矢量表示的解耦弹性波场反向延拓公式, 利用互相关成像条件且通过转换波极性校正得到起伏地表条件下的P-P波和P-S波高斯束偏移算子, 发展了一种解耦的起伏地表弹性波高斯束偏移方法, 此方法无须对地震数据进行纵横波分离。在实现方法的基础上, 通过典型起伏地表模型的弹性波现象分析、成像结果分析及成像角道集提取, 证实了解耦的起伏地表弹性波高斯束偏移成像方法的正确性、适用性及良好的成像效果。     

三维射线快速追踪及高斯射线束正演

 射线正演方法在复杂地区的地震勘探中起着非常重要的作用,然而随着野外勘探条件复杂程度的增加,三维地质模型也更加复杂化,普通射线正演方法在精度和速度上都不能很好地满足实际生产的需要。为了解决复杂三维介质的地震数值模拟问题,本文研究了块状三维地质模型的快速射线追踪和高斯射线束正演方法。与普通的射线正演方法不同,该方法将波动方程和射线理论紧密结合起来,通过运动学射线追踪获取射线轨迹,通过动力学追踪获取中心射线附近的高频能量分布,因而既能反映波的运动学特征,又能表现波的动力学特点,并且具有运算速度快、精度高等优点,能够有效地解决复杂三维介质的正演模拟问题。     

起伏地表的自由基准面波场成像方法研究

基于波动方程基准面延拓的偏移方法理论,从地震波场正演模拟的角度出发,提出了一种新的适用于起伏地形的地震叠后正演方法。该方法综合利用了"地形淹没"和"零速层偏移"的思想,通过基准面变换和设置零波场传播层,将原始模型的地表作为新模型的一部分,有效地消除了起伏地形的影响,并采用常规的波场延拓算子进行波场延拓与波场成像计算,实现了起伏地表模型的地震叠后数值模拟。基于该方法理论,还发展了一套完整的自由基准面波场延拓流程,可以将地表观测的地震波场延拓至任意的基准面之上,对研究野外地震波的传播规律、后续的偏移处理以及地震资料的解释具有非常重要的意义。仿真实验的结果均验证了地震正演模拟方法和自由基准面波场延拓流程的正确性和有效性。     

适合起伏地表炮点波场延拓三维正演模拟

提出一种波形相对保真、运算效率更高的适合起伏地表炮点波场延拓三维正演模拟方法,炮点波场按波的传播方向延拓,运算中使用了适合起伏地表的波场延拓起始面技术,波形相对保真,无需横向叠加。其基本思路是:①根据惠更斯原理,按地震波的传播方向,将炮点波场从起伏地表炮点深度处开始逐层向下延拓,与界面反射系数相关,直至最深处;②逐层向上延拓,并加上向下延拓时产生的新反射波炮点波场,直至起伏地表排列处,将炮点波场逐个地与其检波点波场相关,经反傅里叶变换后可以获得一个排列的地震合成记录。③重复上述步骤,得到整个三维工区的所有炮记录。用文中方法对三维逆断层高速透镜体模型的理论试算表明:地震合成记录的反射波和绕射波十分清晰,没有多次波、直达波和其它干扰波,信噪比高,所有炮的叠前深度偏移成像结果与地质模型完全吻合。     

非水平地表高斯束叠前深度偏移及山前带应用实例

针对山前带地表起伏剧烈、近地表横向变速严重,应用常规叠前深度偏移成像效果不理想的问题,发展了一种非水平地表直接成像的高斯束叠前深度偏移技术。该技术利用起伏地表高程和倾角信息进行局部平面波分解和波场延拓,实现非水平地表直接成像,能够克服常规高程静校正对波场造成的畸变影响,获得高质量的成像效果。模型试算和应用实例验证了方法的正确性和有效性。     

起伏地表弹性波传播有限差分法数值模拟

有限差分是进行地震波传播数值模拟的最常用方法，但该方法处理起伏的自由边界比较困难。为此，通过对不同地形起伏情况下自由边界的具体分析，将整个二维空间离散点划分为24类，对每一类自由边界处的网格点选择了合理的表现方式，实现了起伏地表自由边界条件的数值化。该方法可以模拟出地表起伏情况下弹性波复杂的传播现象，为进行起伏地表地震波传播规律研究、山地地震勘探野外观测系统设计、山地地震勘探干扰波分析和识别、以及静校正研究提供了正演模拟工具。模拟实例表明，地形起伏引起面波、体波等地震波型之间的相互转化，产生了大量的散射P波、散射S波和散射面波，尤其是由沿地表传播的强能量面波，在地表起伏及近地表物性突变处产生了大量的强能量散射面波，同时也产生了相对较弱的散射P波和散射S波，这是造成山地地震资料信噪比低的主要原因。     

起伏地表逆时偏移在复杂山前带地震成像中的应用

针对山前带"复杂地表、复杂构造"双复杂地震地质条件造成的资料信噪比低、静校正问题严重、地震波场复杂等一系列地球物理难题,在"真地表"地震成像面的确定及高频静校正的基础上,以基于起伏地表的深度域速度分析与建模为重点,以起伏地表逆时叠前深度偏移为核心建立了一套高精度地震成像处理流程,将长波长静校正问题隐含在偏移成像过程中,直接从起伏地表进行波场延拓和偏移成像,以便更好地应对复杂山前带的地震成像问题。针对性模型试算和实际资料处理表明,该技术在应对双复杂地震资料偏移成像时具有更高的精度,是复杂山前带资料高精度地震成像更理想的技术手段。     

基于子波重构的时—空域高斯束正演方法

近年来高斯波包法和频率域高斯束法均已广泛应用于地震波场模拟中,但高斯波包法只能模拟Gabor子波点源波场,频率域高斯束法虽能模拟任意点源波场,但需要频繁的傅里叶变换,计算效率较低。为此,将基于Gabor分解的子波重构技术应用于时—空域高斯束波场计算中,提出了一种可以模拟任意点源函数透射与反射波场的地震正演方法。采用子波重构技术可将任意震源函数分解为一系列可调制的且具有不同时间延迟的Gabor子波,而调制的Gabor子波波场在非均匀介质中可使用不同角度出射的时—空域高斯束向外传播,因此只需将不同角度、不同时间延迟的时—空域高斯束加权叠加就可得到地下或地表上任意一点记录的波场。光滑非均匀介质和层状模型的数值模拟结果表明:文中方法利用不同时间延迟的Gabor基函数重构震源子波,可模拟任意点源函数产生的地震波场,无需频繁的傅里叶变换,大大提高了计算效率,模拟精度可与有限差分法相比拟;文中方法具有局部的时—空域特性,计算时不需要波场的整体外推,避免了有限差分法中因差分代替微分所引起的数值噪声,可以较准确地描述地震波传播过程中的反射、透射和几何扩散等现象以及介质的非均匀性对波前相位的影响,可以较准确地刻画起伏地表对地震波走时和振幅的影响以及低幅度向斜形成的回转波等特殊波场现象。     

二维高斯射线束地震模型

高斯射线束方法是将波动方程和射线理论相结合的一种地震正演模型方法。文中叙述了二维高斯射线束的基本理论及合成地震图的方法,并给出了若干地质模型的计算实例。二维弹性介质地震模型的高斯射线束方法能计算横向不均匀介质复杂地质构造的地震波场(包括P波、SH波和转换波),其特点是计算中无奇异区,运行速度快,与常规射线追踪法相当。用该方法计算的波场不仅能反映波的运动学特点,而且能反映波的高频动力学特点,计算结果可与有限差分法的计算结果相比。     

各向异性介质弹性波高斯束偏移方法

弹性波高斯束偏移是一种兼顾成像精度与计算效率的多分量地震成像方法,但当前的研究多集中在各向同性介质声波、弹性波成像和各向异性介质声波成像,针对各向异性介质弹性波偏移的文献相对较少。为此,在前人的研究基础上,发展了各向异性介质弹性波射线追踪方程,以二维各向异性弹性波Kirchhoff-Helmholtz积分为基础,利用弹性动力学表征的格林张量推导了各向异性介质中弹性波波场正、反向延拓公式,提出了一种针对各向异性介质多分量地震数据的成像方法。通过在成像公式中引入权函数,很好地压制各向异性介质成像中不同波型引起的串扰。通过引入符号函数,解决了转换波成像过程中的极性反转问题。TTI介质洼陷模型和TTI介质多层构造模型试算结果表明：与各向同性介质弹性波高斯束偏移方法相比,各向异性介质弹性波高斯束偏移成像结果的信噪比较高、同相轴连续性较好、构造位置更准确;使用多分量地震记录,利用纵、横波波场信息成像,有效提高了成像分辨率;与传统的基于标量波场的成像方法相比,所提方法的适应性更好。     

三维高斯射线束法合成三分量VSP记录

本文首先给出了三维高斯射线事束的表达式，然后讨论了用三维高斯射线束合成地震记录的方法，最后举出了几个地质模型合成三分量ＶＳＰ记录的算例。     

起伏地表的单程波动方程地震叠前正演

对于起伏地表条件下的地震叠前正演，射线追踪法可以灵活地处理起伏的地表条件，但是只包含了波的运动学特征，而且对复杂构造会出现盲区；而全程波动方程法，不仅计算效率低，而且正演记录的信噪比低。基于等时叠加原理和数学检波器的工作原理，灵活地将炮点和检波点布置于地表或地下的任何位置，提出了一种新的适用于起伏地表的单程波动方程地震叠前正演方法。该方法可以根据地质构造的复杂性，灵活地选取各种单程波场延拓算子进行计算，具有很强的适用性。两组数值模拟实验的结果表明该方法不仅具有很快的计算速度，而且可以获得没有直达波、多次波和其他干扰的高信噪比的共炮点叠前地震记录。此外，该方法不仅在理论上进一步推进了波动方程叠前正演的发展，而且具有很强的实际应用价值。     

起伏地表物理模拟的水面无接触快速采集方法

由于实验室条件的限制, 针对起伏地表的物理模拟采集直接在固体表面进行, 存在实现难度大、采集速度慢、耦合误差大的缺点。为此, 本文基于波场重构原理, 提出了一种针对起伏地表的水面无接触快速采集方法, 通过直接在水面进行观测、采集, 然后由水面观测的地震数据重构固体表面的观测地震数据。该方法将数值模拟和物理模拟结合, 既保留了物理模拟的真实性, 又利用了数值模拟的易操作性, 能够克服起伏地表物理模拟采集难度大、采集速度慢的问题, 大大提高了起伏地表物理模拟采集的精度和效率。论文实验部分对数值模型和物理模型分别进行固体观测和水面观测, 通过对两种采集方法得到的固体观测地震记录进行比较, 证明了该方法的优越性。     

不同地震波束构建格林函数的精度影响因素分析

在零阶射线和旁轴射线理论的基础上,地震波束方法在地震波场研究中迅速发展,其中利用不同出射方向的地震波束构建格林函数是波场研究的关键。本文在高斯束研究基础上,首先给出了聚焦束、动态聚焦束、自适应聚焦束和菲涅尔束的构造方式,并详细分析它们的有效束宽度、波前曲率以及中心射线振幅在传播过程中的变化情况。然后,利用最速下降近似导出了初始束参数动态选取时构造格林函数的权系数,并系统地讨论了这几种波束构建格林函数的精度及其影响因素,为后续基于地震波束的正演及成像研究提供参考。