地震偏移成像广义空间分辨率的定量计算

地震分辨率是地震数据处理和偏移成像中的重要问题。从Ricker(1953)开始研究地震分辨率至今已50多年了,但大部分的研究集中在原始地震观测道的垂向分辨率上。近年来开始引进和讨论地震偏移成像空间分辨率的概念。Beylcin(1985)、Wu和Toksoz(1987)、Seggern(1994)、Vermmer(1998)、Chen和Schu-ster(1999)等人做过成像分辨率的研究,但都是定性的实验分析,研究了影响地震成像分辨率的若干因素。我和几位合作者(2002)提出了地震成像分辨率的定量计算公式。本文从理论上完善了地震成像分辨率的分析并进行了一些实验。影响地震成像空间分辨率有8项因素。在三维情况下它们为地震波的频率f、波的传播速度v、炮检距2h、炮检距中点M距坐标原点O的水平距离L、中点M与原点O连接线的方位角α、成像点深度z0、成像分辨率表现方向的水平方向角θ和其与正Z轴的夹角β。每个因素均有不同的作用,其中频率和速度可合并为波长λ。这些因素可分为3种类型:第一种是观测参数,如λ和h;第二种是成像孔径参数,如L和α;第三种为地质参数,如z0、β和θ。为了提高成像分辨率要考虑以下几个重要的成像空间分辨率性质:①成像分辨率随波长的减小而提高;②成像分辨率随成像点的深度增大而降低;③成像孔径内最大炮检距地震道的限定空间分辨力为λ/2;④最大分辨率的地面道位于(Lm,θm)点(Lm=z0tanβ,θm是给定的),为提高成像分辨率,孔径中点应在(Lm,θm),孔径大小由最远道的空间分辨力(λ/2)所限定。本文还讨论了叠前偏移和叠后偏移的空间分辨率。指出振幅保真地震偏移问题应当和高分辨率成像问题同时研究。     

VSP数据波动方程叠前深度偏移成像及立体地震成像

本文从三维声波方程出发,通过引入参考速度,推导出折射项和绕射项方程,并对绕射项进行优化展开,得到适应任意变速情况下的VSP数据波动方程叠前深度偏移方程及其差分格式;讨论了有限差分法的误差补偿、波场成像条件;基于波场传播的线性叠加原理,在一定成像条件下,提出了把地面地震记录、VSP记录及井间地震记录偏移到同一成像空间的完整的地震地像方法--立体地震成像。立体地震成像实质是：地面地震数据、VSP数据及井中反射地震数据的成像过程可以统一成一个波动方程叠前深度偏移过程,同时,每种数据的成像结果也可以单独输出。模型试算结果表明,在立体地震成像过程中,每一种观测方式对目标地质体的照明范围不同,它们对目标地质体的成像互为补充与加强,使得目标地质体的成像更加精细。     

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。     

地震偏移成像技术回顾与展望

在简要回顾地震成像技术发展史的基础上,按照介质参数由少到多的顺序,分别对仅需纵波速度场的常规声波偏移,需纵、横波速度场的弹性波偏移,需纵、横波速度场和三个各向异性参数的各向异性偏移,以及除弹性参数场之外还增加黏滞性参数场的黏弹性波偏移等四类偏移方法及其相关的速度建模技术和计算机硬件技术进行了梳理,进而总结地震成像技术在构造解释、物性反演、振幅属性提取、井地联合属性分析以及采集参数设计等方面的应用.本文展望, 随着大数据时代和"云"时代的到来,地震成像将向基于弹性介质、各向异性介质、黏弹性介质的叠前深度偏移方向发展.     

波动方程保幅地震偏移成像方法

地震数据中饱含有丰富的旅行时信息和振幅信息。传统的波动方程地震偏移成像方法忽略了介质参数变化对地震波振幅的改造,不能准确描述地震渡传播的动力学特征。为此,基于严格的解耦理论,从全声波方程出发,进行单程波保幅分解,得到直观、高效率的的单程波动方程,直接面对地震波传播波场的压力分量进行延拓,从而将振幅误差补偿作为偏移的一部分在偏移过程中进行,实现地震偏移成像在获取正确位置的同时也获取真实振幅的信息。数值试算表明,该方法可使散射能量聚焦、归位,提高成像精度;可输出正确反映地下反射系数的振幅信息。     

波动方程保幅地震偏移成像方法

地震数据中饱含有丰富的旅行时信息和振幅信息。传统的波动方程地震偏移成像方法忽略了介质参数变化对地震波振幅的改造,不能准确描述地震渡传播的动力学特征。为此,基于严格的解耦理论,从全声波方程出发,进行单程波保幅分解,得到直观、高效率的的单程波动方程,直接面对地震波传播波场的压力分量进行延拓,从而将振幅误差补偿作为偏移的一部分在偏移过程中进行,实现地震偏移成像在获取正确位置的同时也获取真实振幅的信息。数值试算表明,该方法可使散射能量聚焦、归位,提高成像精度;可输出正确反映地下反射系数的振幅信息。     

基于偏移/反偏移的地震数据映射方法

 基于宏观速度场的数据映射理论在地震数据处理中得到了广泛应用，其中叠前偏移／反偏移是最适宜于提高叠前成像质量的数据映射手段。面对低信噪比地震资料，本文采用叠前时间偏移／反偏移作为数据映射工具，将常规预处理后的地震数据通过初始的偏移速度场进行叠前时间偏移映射到成像空间，然后在该空间内实施合理的相干加强处理之后再用同一个速度场将其反偏移回到叠前数据空间。数值计算和实际资料应用结果表明:由于叠前时间偏移/反偏移这一对算子具有良好的共轭性质,采用叠加速度作为偏移速度场也不会造成地震数据的畸变。文中提出两种处理流程A和B，两种流程均要做相干加强处理，均可得到可靠的速度分析和成像结果。     

偏移成像的分辨率限制

为点散射体响应、水平分辨率限制以及２－Ｄ和３－Ｄ偏移成像的动态范围推导出几个远场公式。数值实验证明了这些公式在实际ＣＤＰ观测系统中的正确性。我们的结果说明在深度比记录孔径宽度在得多的远场，偏移成像的水平分辨率限制与散射体的深度成正比，而与波数和孔径大小成反比。对于相同的记录孔径，２－Ｄ叠前偏移图像的水平分辨率限制与对应的２－Ｄ叠后偏移图像相同。如果孔径大小相同，３－Ｄ叠后偏移图像的水平分辨率限制与     

地震相控非线性随机反演研究与应用

 在地震相模型控制下，通过原始数据将各个单一反演问题转化为一个联合反演问题，可降低反演在描述参数几何形态时的单个反演问题的自由度，从本质上提高地球物理反演的效果。本文在计算过程中采用了非线性随机反演算法，能有效提高地震资料的分辨率，并充分考虑地质条件的随机特性，使反演结果更符合实际地质情况。在胜利、中原油田等地区的储层预测中，应用本文方法均取得了良好的效果，为岩性油气藏勘探提供了可靠基础数据。     

高分辨率地震资料解释

高分辨率地震资料精细地反映了地下地质情况，但由于同相轴多且密集，从而给地震资料解释带来较大困难，因此，高分辨率地震资料解释须做到：解释前检查资料的频率成分，以保证地震剖面的波组特征，充分利用计算机的显示功能，使高分辨率资料的解释更方便，有三维地震资料时，应用差异数据体，波阻抗数据体以及可视化等先进技术，使高分辨率地震资料更真实地反映地下地质情况。     

广义S变换在煤田地震勘探中的应用

从满足煤田地震勘探的角度出发,针对地震子波在浅层传播过程中变化较小的特点,对传统S变换的基本小波进行加权处理,以弱化地震子波的影响,通过改变频率域窗函数的宽窄,获得高频端理想的时间分辨率,发展了一种新的广义S变换方法。并以此为基础,利用时频分析的高频剖面能有效地分辨薄层的原理,提出了一种新的基于广义S变换的高频分析方法。该方法不仅可以有效地识别薄层的顶底界面和端点位置,而且计算速度快,实际应用潜力很大。     

广义S变换在地震高分辨处理中的应用

基于S变换的时[CD*2]频局部化思想，采用可灵活选择窗函数的广义S变换，以实际地震子波代替常规S变换中的基本小波，系统地研究了广义S变换在地震高分辨处理中的应用，并首次提出了基于广义S变换的高分辨剖面。仿真实验和实际资料的处理结果均说明广义S变换在地震高分辨处理方面的可行性和有效性，由此得到的高分辨剖面不仅有效地提高了地震波的主频，而且可以通过提取单频曲线或单频剖面，细致地研究局部构造的层位信息，为地震资料处理和解释提供了一种有效的工具。     

可控震源高保真地震数据采集方法

可控震源高保真地震数据采集(HFVS)是通过从记录的震源驱动信号中分离出单台震源记录信号来实现多个震点同时进行数据采集的方法,通过增加绝对频带宽度、减少相关子波边叶畸变以及预置较稳定子波来提高震源数据分辨率。在地震采集施工中,使用HFVS方法所记录的数据量要显著高于常规方法,同时,HFVS方法利用震源驱动信号来对数据反演也大大提高了震源间的一致性和相位的稳定性,减小了信号中因谐波引起的幅值畸变。     

基于循环一致性生成对抗网络的地震数据随机噪声压制方法

压制随机噪声、提高信噪比是地震数据处理中的关键任务。为此,提出一种基于循环一致性生成对抗网络（CycleGAN）的地震数据随机噪声压制方法。构建的CycleGAN由两个生成器和两个判别器构成,为防止网络退化,生成器由Resnet构成,用以学习含噪数据与无噪数据之间的特征映射;为提高网络的分辨率和准确性,选用PatchGAN作为判别器;同时,在传统对抗损失的基础上,添加循环一致性损失,用以提升网络训练的稳定性。完成网络构建后,针对模型数据和实际数据调整网络参数,训练和测试网络,分析去噪前后数据的信噪比和均方根误差;并通过计算单道数据频谱,进一步分析局部去噪效果。模型数据和实际数据测试结果表明,该方法能够较好地消除地震数据中的随机噪声,且去噪效果优于小波阈值去噪方法,从而验证了所提方法的可行性。     

地震图像随机噪声的非局部均值去噪法

随机噪声的存在往往会影响地震图像分析的准确度。为了提高图像分析质量,提出了一种基于非局部均值滤波（ Non Local Means）抑制地震图像随机噪声的新方法。在对滤波像素点去噪时,该方法分配给每个相似像素点的权重不依赖于2个像素点的空间距离,而是依赖以该像素点为中心的图像子块与以当前像素点为中心的子块之间的相似性,且滤波参数h的选取对滤波效果起到至关重要的作用。结合实例,对地震资料进行了具体分析。结果表明,与传统方法（如中值滤波、高斯滤波）相比,采用非局部均值滤波方法合成地震记录和实际数据时,既能有效地抑制地震随机噪声,又能较好地保留地震同相轴陡变处或同相轴弯曲处的边缘细节信息,具有实用性和有效性。     

基于广义Radon变换的偏移速度谱

偏移速度是影响偏移效果的关键因素。本文提出了四种新的基于广义Radon变换的偏移速度谱计算方法,即具有时间域和深度域表现形式的叠加偏移速度谱和相似度偏移速度谱。文中首先对广义Radon变换在实际数据上的偏移效果进行了验证,然后对这四种偏移速度谱进行了实际计算。其结果表明,偏移速度谱一般要比叠加速度谱易于解释;深度域偏移速度谱要比时间域偏移速度谱的分辨率高、连续性强,易于解释;而相似度速度谱的效果要好于叠加速度谱。     

基于系统辨识提高地震资料分辨率

提高地面地震资料垂向分辨率是地球物理领域研究的难点和热点。本文提出了利用测井资料提高地面地震资料分辨率的新方法。通过地层对地震波吸收的线性系统假定,首先建立了地面地震信息与声波测井信息相互联系的理论模型,然后基于系统辨识技术估计地层对地震波吸收的系统特性,进而对地面地震资料进行补偿性高频恢复。对不同分辨率的正演模拟资料和实际地面地震资料的处理结果表明,该技术在保持原地震资料主要特征不变的条件下,主频为代表的优势频带提高约10~20Hz,频带拓宽约10Hz,有效提高了地震资料的垂向分辨率。     

应用双通道卷积神经网络的地震随机噪声压制方法

地震资料中随机噪声的压制一直是人们关注的热点。传统方法难以平衡噪声的去除与有效信号的保护,且执行效率低。为此,提出了基于双通道卷积神经网络的随机噪声压制方法。首先,该网络是一个双通道网络,即由两个结构不同的子网络组成,目的是在压制噪声过程中提取到互补有效信息;其次,在下通道子网络中引入空洞卷积增大感受野,充分捕捉到地震资料中的邻域信息,从而更充分地保留细节信息;最后,借鉴残差学习的思想并使用Swish激活函数,提高了网络的降噪性能。模型和实际资料的实验结果表明,所提方法在有效地压制随机噪声的同时能够保留更丰富的纹理细节信息。