高斯束偏移与高斯束层析反演速度建模

当前的层析反演速度建模方法大多基于射线传播算子,以射线长度为层析反演敏感度核函数,对复杂构造偏移成像的适应性不强,反演精度有待提高。基于波动方程的一阶Born近似和Rytov近似,从高斯束偏移成像条件出发,推导了成像域波动方程线性化走时层析反演核函数,该核函数的本质是有限频核函数,可通过高斯束积分表达的格林函数计算得到。利用该核函数替换常规射线层析核函数能提高层析反演精度。发展的高斯束层析反演速度建模方法通过方位-反射角度域共成像点道集与高斯束偏移串联并迭代实现复杂构造成像,该技术路线实用化程度高,能进一步提高当前工业界广泛应用的常规射线层析及射线偏移的成像精度,尤其是改善了低信噪比资料的成像质量。数值计算及实际数据应用证明了基于高斯束算子的偏移成像与成像域走时层析方法的有效性。     

网格层析和高斯束偏移在深度域速度建模中的应用

叠前深度偏移成像质量取决于深度域速度模型的精度以及偏移方法的选择。结合目前速度反演和深度偏移方法的特点,联合应用网格层析反演和压缩高斯束偏移技术在深度域反演偏移速度模型,在提高速度模型精度的同时,可以极大地提高速度模型优化的效率。该方法在实际数据的成像处理中取得了较好的效果。     

高斯束层析偏移速度建模方法及应用

常规地震层析反演分为射线层析和波动方程层析两类,基于射线类的常规层析方法由于理论假设的限制难以对复杂地区进行准确的速度建模;波动方程层析需要建立高精度的初始模型,其应用受到实际资料品质的限制。为此,开展了高斯束层析偏移速度建模方法研究,利用高斯束核函数构建病态性更小的灵敏度矩阵以提高层析反演的稳定性;采用高斯束叠前深度偏移进行高陡构造成像,并直接提取高分辨率的角度域共成像点道集(ADCIGs)用于高斯束层析反演,进而获得精确的偏移速度模型。为了避免在高陡构造地区人工拾取的繁杂,采用自动拾取技术获取反射点坐标与地层局部构造倾角。模型测试和实际资料应用结果显示,该方法具有较高的反演精度和稳定性。     

地层倾角约束自适应孔径叠前时间偏移

本文在地震层位解释的基础上,采用自动倾角扫描,确定成像点的地层倾角,然后根据成像点所在的地层法线确定其对应的偏移孔径范围。若地下某一点所在的地层倾角不同则确定的偏移孔径也不同,从而既保证了有足够大的偏移孔径使倾斜地层成像,又避免了偏移孔径过大造成的偏移噪声。应用本文方法在土库曼斯坦阿姆河右岸地区对碳酸盐岩复杂构造成像取得了满意的结果,说明该方法具有广阔的应用前景。     

陡倾角地层的波动方程偏移

目前用于自激自收（水平迭加）剖面偏移的上行波波动方程,由于忽略了u_zz项,只适用于倾角小于15°地层的偏移,通常称为15°偏移方程。最近[1]中介绍了一种改进了的上行波波动方程,由于它仅忽略了u_zzz项,因此适用于更大倾角（小于45°）地层的偏移,称为45°偏转方程。其在波数域实现偏移时,对大倾角取得了更好的效果,并进一步提出波数-频率域的偏移方法。本文根据[1]中提出的45°偏移方程,给出在普通的距离-时间域实现偏移的差分方法。它与15°偏移方程相比,方法类同,只要将15°偏移程序稍加修改即可实现,增加计算工作量约四分之一。最后给出当延拓层时间间隔大于记录时间采样间隔时,在延拓层时间间隔内偏移值的内插公式。     

基于立体层析反演的偏移速度建模应用研究

立体层析反演方法是一种可以同时反演反射点深度、反射层局部倾角与速度结构的层析反演方法。该方法在实践中最大的特色是数据空间的分布可以是稀疏的、不连续的,因此完全克服了传统反射层析中数据空间拾取困难这一问题。该方法重新定义了层析反演的数据分量和模型分量,使得数据的提取不再需要沿着连续的层位进行。除地震波走时之外,炮、检点位置与炮、检点处射线的局部传播方向也被用来约束速度模型。将该方法应用于南海某二维深水地震数据,基于倾斜叠加能量谱对炮、检点处的局部传播方向实施交互拾取获得了可靠的立体层析数据空间,将其输入立体层析反演算法获得了可靠的偏移速度模型,证明了立体层析反演方法的稳定性和可靠性。     

大倾角地层的波动方程偏移算法

波动方程偏移技术已经受到普遍重视,它是地震资料数字处理中的重要课题之一.对这个十分重要的问题,就目前来说,是要重视研究具体算法和在计算机上的实现步骤.目前国内许多兄弟单位正在试验的或使用的波动方程偏移是克莱鲍特(Claerbout)有限差分方程.这个方程只适用于倾角小于15度的地层,在地层倾角比较大的地区,效果不好,计算工作量还比较大.为了提高计算速度,我们提出了变步长Δτ法供同志们参考.波动方程差分法明显的优点是噪声小,没有“划弧”现象,但怎样使它能用于大倾斜地层偏移,尚待努力.我们参考的办法,消去对z(深度方向)的二阶导数项,忽略对z的三阶导数项.但我们不作这篇文章中的傅氏变换处理,而是直接对三阶偏微分方程进行差分,所     

基于断裂属性约束的深度域层析速度建模技术

断裂发育地区地震速度建模困难,但其精度决定着成像结果的精度和可信度.将断裂属性作为先验信息应用于正则化约束中,针对人工解释断裂信息精度不高、重复工作量大的难题,以高斯束层析反演理论为基础,研究了基于断裂属性约束的高斯束层析速度建模技术.该方法通过引入基于最优路径寻优的断层特征提取技术,利用数据驱动得到高精度断裂信息,结...     

地质构造约束高斯束层析反演方法与应用

高斯束层析介于射线类层析和波动方程类层析之间,兼具了计算效率高和过程稳定的优势,是速度建模的一种重要手段。但是,常规高斯束层析灵敏度矩阵建立在射线的基础上,不能遍历整个模型,求解过程不收敛。为此,建立了高斯束层析反演的完整流程,给出了高斯束层析灵敏核函数的构建方法,并且为了使层析反演过程趋于稳定且快速收敛,提出了将地质构造反射界面的倾角场和反射点的位置信息融入高斯光滑矩阵对高斯束层析矩阵进行正则化的方法。理论模型和实际地震资料测试结果验证了方法的可行性和有效性。     

基于约束初至波层析反演的近地表建模技术

地震资料处理中,当地表起伏剧烈,横向速度变化大,高速顶界面不稳定时,采用常规的反演方法建立高精度的速度模型比较困难,针对这种情况,在分析了目前生产中常用的近地表建模各种算法的特点后,提出了基于小折射和微测井约束的层析反演方法,该技术在实际地震资料处理中,可以进一步提高近地表模型的精度,取得较好的静校正效果。     

基于高斯束偏移的鬼波压制

对于海洋地震数据,鬼波严重干扰了一次波,导致分辨率下降,甚至会产生虚假同相轴。本文首先给出共炮点道集高斯束偏移算法;然后在偏移公式中加入炮点和接收点的鬼波补偿算子,并研究稳定求解的方法,以达到消除鬼波影响的目的;最后通过数值试验验证了方法的可行性和准确性。结果表明,鬼波压制后的一次波偏移剖面同相轴连续性增强,分辨率提高,有利于后续的解释和反演。     

高斯束层析与全波形反演联合速度建模

基于叠前地震波场模拟的全波形反演（FWI）技术走向实用化充满挑战性。陆上地震资料的低信噪比、缺失低频、复杂近地表及三维数据的巨大内存需求和海量计算等因素都制约了FWI技术的应用推广。为此,研究并开发了高斯束层析速度建模技术,弥补了传统射线层析无法反演得到的中波数速度成分,为FWI提供了高精度宏观速度模型,有效避免了周波跳跃现象;利用基于相位匹配的互相关目标泛函取代L₂范数求解梯度,降低了反演对低频数据的依赖,有效解决了FWI海量计算难题;利用伪保守波动方程形成自伴随的正演算子,大幅度提升了基于伴随状态法的梯度计算能力,增强了反演对陆地数据的适应性,实现了陆地资料的FWI高分辨率速度建模能力。     

基于高斯束的速度层析方法研究

相对于波动层析,射线层析是一个病态性很强的反问题,但射线层析的计算效率比波动层析高得多。高斯束(Gaussian beam)层析是介于二者之间的一种层析方法,它综合了二者的优点,如高效率、低病态等。在Rytov近似和Born近似的基础上,介绍了高斯束层析理论,阐述了高斯束层析核函数的计算方法。在成像域层析反演的框架下讨论了核函数的计算策略,给出了核函数的计算公式与实现方案。同时分析了成像域层析中高斯束初值的选取原则以及高斯束层析核函数的边界计算方法。高斯束层析的核函数不再是射线,而是波束体,这与实际的物理现象更吻合,验证了理论分析中高斯束层析比射线层析更加稳定的结论。将高斯束层析应用于角度域成像道集偏移速度分析,得到了理想的层析结果,理论模型及实际数据的数值实验结果证明高斯束层析理论及策略有效可行。     

井震联合网格层析各向异性速度建模研究及应用

各向异性速度场及参数场的建立是各向异性叠前深度偏移技术在地震资料处理过程中取得成功的关键环节。井震联合求取各向异性参数是目前地震资料处理时常用的方法之一,但常规井震联合法通过对比地层厚度来求取各向异性参数,计算精度较低,达不到地质要求。将网格层析技术应用于三维VTI介质井震联合各向异性速度建模中,沿射线路径同时更新每个网格点的各向异性速度和参数,并通过多次迭代进一步提高速度模型的精度。应用结果表明,相较于常规井震联合法,基于网格层析的井震联合法能大幅提高各向异性速度场和参数场的计算精度,增强深度偏移结果与测井资料的吻合度,并且使得共成像点道集的远偏移距更加平直,为叠前反演提供更丰富的远偏移距信息,同时还能有效改善局部成像效果。     

网格层析速度建模方法在潜山勘探中的应用

针对潜山复杂构造地区地震资料速度建模技术进行了深入的研究。在常规的垂向和沿层速度建模基础上,应用了网格层析反演速度建模技术,求得了准确偏移速度模型,最终通过Kirchhoff叠前深度偏移取得了理想的成像效果,为潜山勘探做出了重要贡献。     

网格层析速度建模技术在苏北某区块的应用

本文探讨了网格层析速度建模技术在苏北某区块的应用。苏北处理工区横跨多个构造单元,构造变化多样,断层十分发育,速度建模和偏移成像存在极大困难。如何提高断阶带附近成像质量是该工区资料处理的关键问题。本文采用基于构造约束的网格层析反演速度建模技术,通过拾取速度纵向变化明显的典型地震层位,从浅至深逐层约束网格层析反演。较好的解决了纵、横向构造变化所带来的影响,加强网格层析速度建模技术在复杂构造区块中的有效应用,实现速度建模高精度需求的满足。     

基于主频偏移反演地层的吸收系数

粘弹性介质的吸收特性与频率有关，在地震波的传播过程中高频成份比低频成份衰减得快。这就导致低频部分相对增加，使主频向低频方向移动。假设介质的品质因子与频率无关，地震波主频的偏移量与吸收系数对传播路径的积分成比例，则通过它们之间的关系可以估测介质的吸收系数。通过零偏VSP理论模型试算，证实了这种方法的可靠性。用主频偏移求取吸收系数和品质因子是在频率域中进行，利用快速傅氏变换，使得计算成本大大降低，并且不需要迭代求解，不用考虑收敛条件，因此具有较大的实用价值。     

约束层析反演在砂砾岩体速度建模中的应用

砂砾岩体广泛存在于断陷湖盆陡坡带,可发育多种油气藏类型,勘探潜力较大。但由于其空间展布及叠置关系复杂,与围岩有较大速度差异,常规的成像域网格层析建模方法难以获取精细速度模型。为此,基于成像域网格层析反演方法,借鉴层位约束的思想,结合地震解释得到的岩体空间分布信息划定重点反演区域,并引入对数型障碍函数,通过施加不等式约束条件限制岩体速度变化范围,提出一种成像域约束层析反演方法,以提高砂砾岩体的建模精度。在BS工区的应用结果表明,与原有的网格层析模型相比,该方法建立的速度模型与成像剖面中的岩体分布更吻合;与融合建模结果相比,能更好地反映出砂砾岩体内部的速度变化,相应的成像剖面质量也有一定提高。     

二维地震剖面的倾角域偏移

以数字计算机处理地震时间剖面的二维偏移采用了多种技术,包括计算机模拟手工偏移以及自地面检波器位置返回至地下的弹性波传播的计算机模拟偏移。以往使用的方法为正常时差方程法,主要方法是应用其空间导数。“倾角域”偏移与特殊剖面有关,在这些特殊剖面上所有同相轴均具有相同的空间时间斜率,同时每一个斜率的偏移是求地下均方根速度的平凡函数和有关的垂直双程旅行时间的近似值。实际过程为(1)通过使用合适的倾角判别相关函数将地震剖面分解成所谓“倾角块”;(2)将每个倾角块进行偏移;(3)重新组合被偏移的倾角分量(倾角块)。倾角判别相关函数是综合了地震时间剖面“代数的”和“绝对的”倾角空间混合而计算出来的。输入地震资料本身并不是空间地在倾角块上,而是通过相关倾角块相关函数减小其振幅,这些倾角块的函数不是相关分量。关于对空间不变量和变量的地下速度函数偏移公式的推导见附录。主要方法具有一些计算上的优点。此外,由于方法所固有的倾角带通(扇形)滤波,可不断地改善信噪比。本文包括了合成的和野外的地震实例。     

基于快速射线束偏移的交互式地震成像

为了提高偏移速度，使交互式速度建模和速度模型测试成为可能，在对近年来人们提出的快速偏移方法进行成像研究之后提出了快速射线束偏移法。该方法用许多局部相关的同相轴来达到地震记录稀疏表示的目的，提高了偏移效率。同相轴由多路径方式偏移到空间域中，可以使相关噪声和偏移假象得到更有效的压制。快速射线束偏移方法的成像步骤为：①数据分割；②同相轴拾取；③偏移拾取的同相轴得到分偏移像；④分偏移像叠加得到总偏移像。以SIGSBEE二维人工数据为例，将快速射线束偏移方法与Kirchhoff成像方法进行了对比，结果表明：采用快速射线束偏移方法能生成质量更高的图像，尤其是盐丘下的构造成像，其速度比Kirchhoff偏移快数十倍。在墨西哥湾实际三维海洋数据成像中（三维面积约210km^2），采用快速射线束偏移方法生成的图像和Kirchhoff偏移方法生成的图像质量相仿，但前者比后者的成像速度快两个数量级。