基于地震波方程的地震数据波形偏移与最小二乘波形偏移方法

针对当前岩性油气藏和页岩油气藏勘探对地震数据偏移成像高精度和高分辨的需求,对当前常见的偏移、偏移照明补偿和最小二乘偏移进行了简要回顾和评述。根据地下非均匀体的大小和速度变化与地震波长之间的相对关系,将非均匀体划分为散射体和反射体,相应地产生散射波和反射波。在散射理论的基础上,推导得到了描述散射波传播和散射的散射波方程。利用高频近似,推导得到了两种描述反射波的反射波方程,即基于速度相对扰动的反射波方程和基于反射面上反射率的反射波方程。将得到的散射波方程和反射波方程作为地震散射数据和反射数据的正演方程,利用线性反演方法,分别提出了地震散射数据和反射数据的的波形偏移与最小二乘波形偏移。地震反射数据的波形偏移与最小二乘波形偏移包括了目标分别为速度相对扰动和反射率两种不同形式的波形偏移与最小二乘波形偏移。     

用于地震反射数据偏移的反射波方程

与地震数据偏移相对应的正演方程是利用线性反演方法开展有效利用地震数据波形信息的偏移方法研究的基础。由于宏观偏移模型下的波动方程不能描述反射波的反射,因此当前反射数据偏移方法缺乏与之相对应的正演方程。为了满足能有效利用波形信息的高精度偏移成像需要,在高频近似条件下,提出了用于反射数据偏移的反射波方程。在给定宏观偏移模型的前提下,从散射理论中的波动方程出发,依据地震波长与地下散射体大小及其物理性质空间变化快慢之间的相对关系,即在高频近似条件下,局部散射体退化为在空间上具有一定延续度的反射体,散射波退化为具有局部平面波特征的反射波,推导出基于物性参数相对变化的反射波方程。针对反射率在地震反射中的广泛应用,定义物性参数相对变化沿入射波传播方向的方向导数为反射体上反射面的反射率,推导出基于反射率变化的反射波方程。根据地下介质的不同,分别给出了宏观偏移模型下基于物性参数相对变化和反射率变化的标量反射波方程、声反射波方程和弹性反射波方程。     

基于地震数据线性正演表达的波形成像(一):地震数据的线性正演表达

地震数据的正演表达是构建地震波反演成像方法的基础。给定满足地震波运动学的准确的地下介质光滑模型,基于地震数据线性正演表达提出波形成像方法理论,不仅可修正当前以构造为主要目标的地震数据偏移成像方法理论的不足,还可实现对地下地层的岩性成像。在满足地震波运动学的准确的光滑模型下,地震波不发生散射、反射和波型转换,将扰动法应用于波动方程,得到描述地下非均匀体产生的扰动波场的波动方程。依据地震波长与非均匀体大小或非均匀体物理性质空间变化特征尺度之间的相对大小关系,将非均匀体划分为在空间上具有有限延续度的产生散射波的局部散射体或在空间上具有一定延续度的产生反射波的反射体,相应的描述扰动波场的波动方程转化为描述散射波场的波动方程或描述反射波场的波动方程。对于散射波,利用小扰动假定、Born近似,可得到基于散射体物性参数相对扰动的散射数据线性正演表达;对于反射波,利用波阻抗相对扰动的小值假定、一次波近似和高频近似,可得到基于反射体波阻抗相对扰动的反射数据线性正演表达。为了描述反射体边界对反射波的作用,在高频近似条件下定义反射体波阻抗相对扰动沿入射波传播方向的方向导数为反射体边界的局部反射系数,得到基于反射体边界局部反射系数的反射数据线性正演表达。最后给出具体的标量波、声波和各向同性弹性波方程下散射数据和反射数据的具体线性正演表达式。     

基于反射波动方程的地震反射数据波形成像

在有关波现象和地下介质物理性质空间变化的高频近似条件下,散射波退化为反射波,相应的散射波动方程退化为基于阻抗相对扰动的反射波动方程;再通过定义反射率为阻抗相对扰动沿入射波传播方向的方向导数,推导出基于反射率变化的反射波动方程。利用推导出的反射波动方程和线性反演理论,建立基于反射波动方程的地震一次反射数据波形成像方法。根据基于阻抗相对扰动的反射波动方程和基于反射率变化的反射波动方程,首先应用反射波传播算子的伴随算子,建立阻抗相对扰动近似反演方法和反射率波形偏移方法;再应用反射波传播算子的最小二乘逆算子,建立阻抗相对扰动最小二乘反演方法和反射率最小二乘波形偏移方法。针对波场传播算子的最小二乘逆算子的巨大计算量和不稳定性,在阻抗相对扰动的最小二乘反演和反射率的最小二乘波形偏移中均采用迭代方式求解。本文提出的波形成像方法,可在波动方程意义下真实地应用地震数据的波形信息,因此是真正的波动方程偏移成像方法。     

基于地震数据线性正演表达的波形成像(二):地震数据的波形成像

将第一部分论述中提出的地震数据线性正演表达公式作为地震数据线性反演的正演方程,利用线性反演理论提出包括散射数据波形成像和反射数据波形成像的地震数据波形成像方法理论,给出了标量波散射数据、声波反射数据和弹性波反射数据波形成像的具体计算公式.散射数据波形成像是对散射体物性参数相对扰动的线性反演,反射数据波形成像是对反射体波...     

基于反射波动方程的叠前地震反射数据波阻抗相对变化成像研究

波阻抗是地震数据岩性处理解释中的重要参数。提出了一种基于反射波动方程的叠前地震反射数据深度域波阻抗相对变化成像方法。从变密度的声波方程出发,首先利用高频近似,推导出基于波阻抗相对变化的一次反射波场的线性传播方程,然后基于该传播方程,利用线性反演理论推导出获得深度域波阻抗相对变化近似估计的成像公式。受反射地震数据频带范围的限制和波形线性反演问题近似求解成像方法的限制,该波阻抗相对变化成像方法所获得的成像结果的保真性和分辨率会存在不足,但其计算量与逆时偏移的计算量基本相当。合成数据的模型试验结果验证了波阻抗相对变化成像方法的有效性。     

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。     

金属矿地震勘探技术方法研究综述 ——散射波地震勘探方法

介绍了地震波散射的概念、散射波特征、散射波与反射波的区别等散射波地震方法的基础内容，分析了金属矿地震波场复杂的散射特征。对散射波地震方法研究和应用现状进行了评述，指出散射波资料采集和成像技术是目前散射波地震方法技术研究的主要内容，总结了散射波资料采集的要求和处理难点。特别强调了已有的较为成熟的反射波成像技术不能直接用于散射波地震资料处理，应开展有针对性的散射波成像技术研究。研究表明，基于等效偏移距的偏移方法(EOM)在速度分析和偏移成像方面具有独特的优势，为散射波成像方法研究提供了思路。     

基于波动方程偏移的地震数据地层成像

地层成像是对地下地层物性空间变化的近似反演,对于岩性油气藏和非常规油气藏的勘探开发具有重要价值。文中根据波动方程偏移的思想提出了一种有关反射体波阻抗相对扰动的地层成像方法。基于地震波运动学特征准确的地下介质光滑模型,应用地震波传播理论推导了基于反射体波阻抗相对扰动的地震数据线性正演表达式;然后结合线性反演理论,利用地震数据近似反演波阻抗相对扰动,构建了基于波动方程偏移的以波阻抗变化为主要目标的地震数据地层成像方法。在地层成像中,如果对波场做角度分解,则可得到地层成像的角度域共成像点道集,如果对波场不做角度分解,则可快捷地得到角度域平均的地层成像结果。对于声波方程描述的地震数据,利用该地层成像方法可获得地层的声波阻抗相对扰动成像;对于标量波方程描述的地震数据,利用该成像方法可获得地层的速度相对扰动成像。该地层成像方法与地震数据逆时偏移方法的计算过程相同、计算量相当,合成地震数据试验取得了理想的地层成像效果。     

金属矿地震勘探技术方法研究综述 ——金属矿地震勘探技术及其现状

系统地总结了国内外现有金属矿地震勘探技术及其研究与应用现状，其中包括岩石物理性质分析和散射波场特征分析等基础研究、区域普查地震技术、二维和三维地震成像技术及井下地震勘探技术。指出反射波地震方法是目前金属矿地震勘探的主要方法：国外使用的主流方法是在利用反射波成像处理技术得到的实测成果数据体中，采用强散射特征分析等属性分析方法圈定矿体；国内主要是利用常规反射波方法进行资料处理，在反射剖面上利用散射波概念进行地质解释。同时指出，金属矿勘探所涉及的特殊地震地质条件使得金属矿地震勘探问题落入地震波散射领域，而现有技术中缺少从散射观点出发进行地震资料采集、处理和解释的理论与配套技术。进而强调研究基于地震波散射理论的散射波地震技术是金属矿地震勘探技术的发展方向。     

考虑倾斜地层地震偏移的空间采样参数设计

地震数据采集中空间采样间隔是地震数据采集和处理的重要参数。常用的空间采样间隔计算公式只考虑反射波无假频采样,或只对偏移孔径内的绕射波无假频采样,未考虑倾斜地层偏移成像空间采样的要求。为此,从地震偏移成像的实质和倾斜地层绕射波场的分布特征出发,通过建立倾斜地层反射波时距方程,根据地震波同相叠加原理推导出满足倾斜地层偏移成像的空间采样间隔计算公式,并且分析了不同地层倾角面向地震成像的空间采样间隔计算公式,为地震数据采集设计和偏移成像提供了可靠的空间采样参数选择依据。     

线性黏弹性介质中波动方程的反散射解

针对线性动弹性介质中的均匀波情况,我们通过小波变换,探讨了零炮检距、常背景速度情况下三维波动方程反散射问题的求解.在能量吸收比较小的假设下,利用此法可得到两套及演速度扰动函数和反射函数的公式.这些公式适合于讨论常规地震资料的反演问题.在资料的上限频率不高时,介质的黏滞性将导致地震波发生一个常数的相位延迟.     

各向异性研究的新进展

油气田精细勘探对地震数据分析的精度要求越来越高 ,各向异性已成为不得不考虑的重要因素 ,对地震数据处理的影响 ,特别是对复杂介质成像精度及四维地震属性分析置信度的制约 ,随着资料采集方式的多样化 ,已十分明显。如何在现有处理流程中加上各向异性的校正 ,变得日益迫切。与此同时 ,各向异性介质中散射衰减及速度随频率的变化 ,也为通过地震数据分析预测裂隙大小尺度提供了可能性。裂隙介质分界面上的反射特征是由地震振幅反演裂隙各向异性参数的依据 ,而多孔裂隙介质中地震波传播规律的认识 ,则展示了利用地震资料指导高孔隙度砂岩储层油气开发的前景。第 6 5届EAGE年会所反映出的各向异性研究的新进展包括 :①P波各向异性的表现及其对成像精度的影响 ;②叠前深度偏移后的各向异性校正 ;③衰减与速度的频率依赖关系及其在裂隙尺度预测中的应用 ;④一些理论研究的新进展。     

各向异性研究的新进展

油气田精细勘探对地震数据分析的精度要求越来越高，各向异性已成为不得不考虑的重要因素，对地震数据处理的影响，特别是对复杂介质成像精度及四维地震属性分析置信度的制约，随着资料采集方式的多样化，已十分明显。如何在现有处理流程中加上各向异性的校正，变得日益迫切。与此同时，各向异性介质中散射衰减及速度随频率的变化，也为通过地震数据分析预测裂隙大小尺度提供了可能性。裂隙介质分界面上的反射特征是由地震振幅反演裂隙各向异性参数的依据，而多孔裂隙介质中地震波传播规律的认识，则展示了利用地震资料指导高孔隙度砂岩储层油气开发的前景。第65届EAGE年会所反映出的各向异性研究的新进展包括：①P波各向异性的表现及其对成像精度的影响；②叠前深度偏移后的各向异性校正；③衰减与速度的频率依赖关系及其在裂隙尺度预测中的应用 ；④一些理论研究的新进展。     

海底相关层间多次波预测方法

层间多次波是地震资料处理领域中最难以衰减的噪声之一,没有固定的规律,而且在偏移剖面中容易产生假象,影响资料处理质量。在海洋地震资料中,海底相关层间多次波广泛存在,由于海洋底界面的海底和海水间存在较强的速度差,当海底面以下存在高速反射层或散射体时,在海底与高速层间会发育较强的与海底相关的层间多次波。针对海底相关层间多次波问题,提出了一种基于波动理论的海底相关的层间多次波衰减方法。鉴于海洋资料海底反射较为明显,通过分离海底一次反射与海底面以下构造的反射波场的褶积与相关运算构建海底相关层间多次波,实现其合理的预测。本方法不依赖于准确的速度场,且具有较高的计算效率,是一种数据驱动型层间多次波预测方法。简单平层模型测试直观地证明了本方法的正确性,最后通过Sigsbee2B模型测试,合理地预测出了海底相关层间多次波,证实了本方法对复杂构造的实用性。     

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。