多地质目标地表控制照明叠前深度偏移

控制照明偏移是面向地质目标的快速偏移技术，它可通过控制目的层处震源波场的方向特性，改善目标区域的成像质量。本文提出的多目标地表控制照明方法，旨在针对介质的复杂情况，适当选取多个目的层，同时对多个目标区域进行地表控制照明，从而获得多个目标区域构造的更精细成像。文中对Marmousi模型进行了多目标地表控制照明偏移数值计算，并与单目标地表控制照明、常规炮域及平面波偏移等方法进行了比较，结果表明多地质目标照明叠前深度偏移不仅能够显著提高多个目标区域的成像质量，而且对于常规炮域偏移也具有较高的计算效率。     

基于波动方程的聚焦点控制照明叠前深度偏移

 基于波动方程的聚焦点控制照明叠前深度偏移技术借助于差分计算，把速度、密度等介质参数的影响体现在差分计算的矩阵方程中，能够自动适应速度场的任意变化，快速傅里叶变换的使用也加速了波场延拓的计算速度。因此此法兼具有限差分偏移方法和傅里叶偏移方法的优点，既可适应速度场的剧烈变化，又可保证对陡倾地层的成像效果，是目前针对复杂构造最有效的成像方法之一。对于单个聚焦点及其周围的成像步骤为：①采用矩形网格情况下绕射走时的有限差分计算方法生成合成算子；②应用合成算子来合成面炮震源和面波记录；③对合成的面炮震源和面波记录做傅里叶有限差分法波动方程叠前深度偏移，得到该聚焦点及其附近区域的成像结果。按照上述成像步骤，将震源波场和炮集记录依据相应的外推公式进行延拓，最终应用成像条件求取成像值。在地质目标处选取多个聚焦点，可以得到面向目标的控制照明偏移成像，在多个层位上选取多个聚焦点进行控制照明叠前深度偏移，可以得到整块区域的成像。通过对Marmousi模型的试算，取得了较好的效果。     

面向目标控制照明的合成波源偏移

应用Fourier有限差分算子，研究目标控制照明的合成波源偏移成像。平面波源与小束波源这些合成波源在目标控制照明下的偏移，都是通过增强对目标区域的有效照明来改善成像质量，通过减少非目标区域的计算冗余来提高计算效率。由分析和应用合成平面波源偏移和控制照明技术扩展开去，综合考虑平面波源和小束波源的合成与偏移，并通过有效照射合成波源的概念，分析合成波源的有利照明，进行面向目标区域的控制照明和合成波源偏移。最后，对具有速度强横向变化和陡倾角反射的复杂2D盐丘模型数据，做了相应的合成波源偏移数值试验。     

聚焦点控制照明波动方程叠前深度偏移初探

波动方程法叠前深度偏移能够较为精确地对地质体成像, 然而波场外推的数据量过于巨大, 影响了计算的效率。面炮组合和控制照明结合的叠前深度偏移通过对震源波场的控制以及高效的面炮偏移能够得到高质量的成像结果。进行控制照明叠前深度偏移的关键是合成算子的选择, 笔者基于有限差分的走时计算方法合成了逆时聚焦算子, 基于该合成算子利用傅里叶有限差分法进行了聚焦点控制照明叠前深度偏移, 针对M armou si 模型的试算结果表明了该方法的有效性及其在提高计算效率方面的巨大优势。     

基于单程波方程的合成平面波保幅偏移

基于单程波方程的保幅偏移方法不仅能够提供波场的运动学信息,还能够提供动力学信息,实现-定程度上的真振幅偏移。相对于传统偏移算子的单程波偏移方法,保幅偏移加入了振幅补偿项,降低了计算效率。为了提高单程波方程保幅偏移的计算效率,本文提出了基于单程波方程的合成平面波保幅偏移方法,该方法在成倍提高计算效率的同时,可以提供地下目标区域的方向性照明。应用平层模型,对比分析了传统偏移算子与保幅平面波偏移算子的成像效果,应用复杂的Marmousi模型验证了该方法对复杂构造的适应性和有效性。     

基于波动方程正演的地震观测系统设计

 常规地震观测系统设计方法基于地下水平层状介质及共中心点（CMP）覆盖的假设，通常不能适应复杂构造情况。基于射线的地震波照明分析方法存在高频近似和射线理论本身的缺陷，在复杂目标区的精度很低。本文从波动方程正演出发, 提出了一种面向目标的地震观测系统设计方法，该法基于地质—地球物理模型，采用双程声波方程交错网格高阶有限差分法计算地震波照明度。文中针对冀中地区复杂断块模型进行了面向目标的地震观测系统优化设计，并重点探讨了检波器排列间距对成像质量的影响，得出以下认识：①复杂断块构造引起地震波传播能量的非均匀分布，局部目标成像质量优劣与目标体上的照明度强弱存在一一对应的关系。②在震源相同、检波器排列间距不同时，双向照明强度变化很明显，依此可以确定针对目的层段的最佳检波器间距。③对同一倾斜界面CRP点而言，沿倾斜方向随着CRP点的不同，不同位置炮点的双向照明强弱的变化规律不同；水平目标层面震源照明和倾斜目标层面震源照明的地表接收能量分布不同，能量强弱与偏移成像结果一致，由此可以确定地面最佳炮点或检波点分布范围。④道间距、排列长度的变化对地震波成像振幅和分辨率有明显影响；利用点扩散函数（或分辨函数）可以评价地震成像质量和分辨率，还可确定最佳检波器间距、排列长度等采集参数。实践表明，文中方法用于面向目标的地震观测系统优化设计是可行的。     

格林函数高斯束逆时偏移

本文以Kirchhoff积分法偏移为基础,采用高斯束叠加积分表示的格林函数表示正反向延拓波场,并利用正反向延拓波场互相关成像条件得到地下成像结果。模型试算和实际资料处理结果表明：高斯束逆时偏移方法结合了射线类偏移方法的高计算效率和逆时波动方程偏移的高精度,能很好地处理焦散点、大倾角等成像问题,并且具有面向目标成像的能力。     

基于地震照明、面向勘探目标的三维观测系统优化设计

基于水平层状介质假设的常规三维地震勘探观测系统设计方法难以适应复杂构造区。本文利用地震照明技术,参考前人对二维问题的研究成果,发展了面向勘探目标成像的三维地震勘探观测系统优化设计方法。该方法利用三维单程傅里叶有限差分波场传播算子将勘探目的层的平面源延拓到地表,通过分析从目的层延拓到地表的地震照明能量分布,确定面向勘探目标的最佳激发范围。利用该方法可明显提高照明阴影区的照明强度,进而改善地下阴影区的成像质量。基于三维SEG-EAGE盐丘模型的地震照明与偏移成像试验结果,验证了本文面向勘探目标的三维地震观测系统优化设计方法的有效性与正确性。     

渤海油田复杂地区定向照明地震采集技术应用研究

随着渤海油田勘探程度不断加深,地震勘探开始向寻找小断层、小断块及岩性地层圈闭等小尺度地质目标方向转变,现有的地震采集技术在复杂构造区的成像已经不满足要求。此文以已有资料为基础,针对复杂地区的地震采集成像问题建立地质模型,围绕目标构造在地表进行有针对性的炮点和检波点布设,对目标区域进行定向照明分析,得到有利于目标地质体准确成像的观测系统。本项目在野外采集时全工区应用6L8S360R正交观测系统采集,只在目标区域增加应用6L2S240R观测系统的采集,进行局部加密覆盖。最终资料显示定向照明地震采集技术可有效提高复杂地质目标的照明度和成像质量,并且降低了采集成本。     

炮—检点双向照明补偿逆时移偏移

在分析炮点及接收点照明度的基础上,利用双程波照明补偿对逆时偏移中的单炮成像结果进行照明补偿,不仅克服了单程波方程只对炮点进行照明分析产生的照明不足的问题,而且能有效地补偿因速度剧变造成的振幅畸变。通过理论模型计算和在阿姆河右岸地区地震资料的应用,证明该偏移方法对速度剧烈变化造成的成像振幅畸变具有较好的校正作用,适用于该区"三膏两盐"(从上往下地层依次为上石膏层、上盐岩层、中石膏层、中盐岩层、下石膏层、下盐岩层,俗称"三膏两盐")结构造成的下伏碳酸盐岩成像振幅畸变地层的成像,提高了阿姆河右岸地震资料的成像处理质量。     

偏移成像技术

通过对2003年EAGE会议有关偏移成像方面的文献的回顾，主要讨论了在照明倾角上作照明校正进行角度域偏移的方法、用逆算子代替逆时算子进行多波至克希霍夫偏移的方法、一种快速的有限频率内插成像的波动方程偏移算法、用有限差分算子作内插产生局部化的波场的线束偏移方法、用线束域中的波传播算子保持波传播时的方向信息以研究方向照明问题和接收倾角响应的方法，并且将单程波动方程偏移方法与双程法进行了比较。介绍了一个重构弹性PP和PS波各向异性反射系数的成像公式和一个稳定的最小平方优化的广义屏偏移公式，后者去除了分裂误差,抑制了数值频散,可成像陡倾角的反射体。     

Kirchhoff叠前时间偏移的GPU移植与性能优化技术

叠前时间偏移在工业生产中发挥着极其重要的作用,为了提高该算法的计算效率,开展了基于GPU异构计算平台的算法移植与优化。首先根据积分法偏移的算法特点制定了偏移距域的多进程数据域并行以及IO与计算异步并行总体并行策略;然后为了提高偏移核心计算部分在GPU上的计算效率,对偏移计算核在GPU上的并行方案进行了分析,选择了成像域超大规模线程并行方案对算法进行了移植和优化,并对不同优化手段在不同GPU硬件平台下获得的性能加速进行了对比测试;最后利用大规模计算节点及大规模地震数据体进行了移植后算法的应用测试,并对算法的计算效率、可扩展性以及精度误差进行了分析。大规模应用测试表明,积分法叠前时间偏移经过GPU移植后可获得较CPU平台近7倍的性能提升,具有很好的工业应用价值。     

相似系数阈值滤波的数据驱动控制束偏移

高斯束偏移不仅具有接近波动方程偏移的精度,而且具有Kirchhoff偏移灵活、高效的特点。然而当实际地震采集数据中含有较强噪声时,易产生偏移假象而影响成像质量。为此,在传统高斯束偏移的基础上,根据有效信号和干扰信号在τ-p域中的相干性差异,发展了一种基于相似系数阈值滤波的数据驱动控制束偏移方法。采用数据驱动策略,在高斯束偏移成像过程中,先计算τ-p道集的相似系数,再通过设定相似系数阈值控制干扰信号,从而降低偏移剖面中的随机噪声;控制束偏移可以直接提取角度域共成像点道集,无需复杂的角度映射变换且具有更高信噪比。模型测试及实际资料处理结果表明：对于低信噪比数据,控制束偏移剖面的信噪比明显高于常规高斯束偏移,但会损失相对振幅的可靠性;尽管控制束偏移在τ-p道集的滤波过程增加了一定的计算量,但总体与常规高斯束偏移方法的计算效率相当;相似系数阈值参数选取十分关键,阈值较小时偏移噪声较强,但过大阈值也可能压制部分有效信息或产生偏移假象,选取合适的阈值参数才能得到较理想的偏移剖面。     

基于正态分布权函数的VSP-CDP叠加成像

基于偏移理论的成像技术受观测系统限制,导致成像剖面边缘的“画弧”现象严重,基于射线追踪的VSP-CDP叠加成像方法可实现VSP保幅成像,但是面对复杂构造时难以获得准确的成像和速度模型。为此,基于动态射线追踪有效邻域波场近似理论,提出了一种非零井源距VSP资料叠加成像方法。通过研究正态分布的性质及特点,推导了基于正态分布叠加的权函数计算公式,并用于VSP叠加成像,将深度—时间域的每一个采样点转换成反射点井源距—深度域的多个样点,使反射点的覆盖次数均匀。模型试算及实际资料处理结果表明,基于正态分布权函数的VSP-CDP叠加成像方法提高了成像精度。     

保幅型裂步傅里叶叠前深度偏移方法探讨

利用地震资料进行岩性分析,要求叠前深度偏移成像结果不但包含走时信息,还要包含振幅信息。但是应用传统的单程波方程偏移算子只能得到地震波的运动学特征,无法得出其动力学特征。裂步傅里叶叠前深度偏移方法是基于单程波方程的一种快速稳定的叠前深度偏移方法,它遵循速度场分裂的思想,分别通过频率-波数域的相移处理和频率2空间域的时移处理来实现。但是传统单程波方程在保幅性方面的缺陷制约了该方法在岩性成像中的应用。文中引入了裂步傅里叶保幅偏移算法,分别通过频率2波数域的相移保幅校正算子和频率-空间域的保幅时移校正算子实现了保幅偏移。文中针对Marmousi 模型的炮点照明分析结果及其叠前深度偏移成像结果的对比表明了该方法的正确性和有效性。     

声波各向异性时间域高斯束叠前深度偏移

作为一种改进的射线类偏移方法,高斯束偏移不仅具备射线类偏移灵活、高效的特性,而且还拥有接近波动类偏移的成像精度。与传统频率域高斯束偏移相比,时间域高斯束偏移通过调整成像公式,把频率域积分转换为成像时刻的函数,提升了计算效率。随着地震采集方位角的变宽和观测排列的加长,各向异性对地震偏移成像的影响变得不容忽略。文中将基于相速度的各向异性射线追踪算法应用于时间域高斯束偏移,并对动力学射线追踪相关系数进行优化,形成一种更高效的各向异性声波时间域高斯束偏移方法。模型试算表明,相比于其他各向异性算法,在保证成像精度前提下,所提方法具有更高计算效率和更强适用性,尤其适用于各向异性复杂构造成像。     

快速面炮记录叠前深度偏移

本文提出了一种允许部分相位值依赖频率，部分相位值不依赖频率的混合相位编码技术。将这一新的相位编码技术应用到目标照明的面炮记录叠前深度偏移上，即可使面炮记录偏移效率成倍提高，又可降低因相位编码产生的人为误差，从而得到了一种新的快速面炮记录叠前深度偏移方法。该方法基于递归波场延拓，具有较高的成像质量。由于既使用了比单炮记录偏移高效的面炮技术，又使用了相位编码技术，用相当于一个平面波震源的面炮记录叠前深度偏移的计算量，近似地得到多个面炮记录叠前深度偏移叠加结果，因此具有高效的特点。Marmousi模型数据和实际墨西歌湾海底电缆纵波数据试算结果表明了本方法的正确性、有效性和实用性。     

基于小波束偏移算子的井间地震成像

应用地面地震叠前深度偏移能够较好地对复杂构造成像,但对于薄层的成像其分辨率不够。而井间地震受地面的干扰较少,并且信号主频较高,成像具有较高的分辨率。基于单程波方程的波动方程偏移方法可以适应速度场的强横向变化,但不能够直接应用到井间地震成像。本文基于起伏地表直接向下延拓法成像的思想,应用波场逐步累加的方法,实现井间地震的叠前深度偏移。在此基础上,将小波束偏移算子引入到井间地震成像中,由于其局部化的参考速度,减小了局部速度扰动,提高了计算精度。通过复杂的井间地震模型试算验证了该方法的正确性和有效性,与分步傅里叶偏移方法相比,断层成像更清晰,偏移噪声得到了较好的压制。     

保幅单程波叠前深度偏移中成像条件的对比分析

在波动方程炮域偏移中,成像条件的应用对于提供照明补偿和振幅恢复十分重要。尤其是对于波动方程保幅偏移,稳定的成像条件对于有效地恢复介质反射系数必不可少。通过对3界面水平层状模型和Marmousi模型试算,对比分析了各种成像条件,并依据成像结果对各种成像条件做出了评价。测试出最稳定的成像条件是基于平滑窗函数的,使用这种成像条件提高了成像的稳定性,明显改善了保幅效果,而且能够很好地压制偏移噪声。