基于时移成像条件的波动方程保幅成像

在波动方程保幅偏移方程的基础上详细推导了单程波方程延拓算子，在二维和三维共炮点叠前深度偏移中，通过使用时移成像条件，在成像的过程中能够计算出延拓步长之间的成像值，对步长之间的成像值进行数值内插。这一方法能够明显提高计算效率，而且不影响成像效果。通过对国际标准的Marmousi模型进行数值试算，结果验证了基于时移成像条件的波动方程保幅偏移方法的正确性和有效性。时移成像条件也可应用于叠后深度偏移。     

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。     

基于归一化波场拆分互相关成像条件的叠前逆时偏移方法

本文基于高阶精度有限差分算法实现了声波方程叠前逆时偏移,并引入完全匹配层吸收边界来消除边界反射能量。基于模拟数据,通过对波场拆分互相关成像条件与震源能量归一化互相关成像条件进行分析,尝试结合两者分别在噪声消除以及改善成像振幅方面的优势对现有成像条件做进一步改进。通过模拟数据和实际资料的试处理,表明改进后的成像条件有效地消除了偏移噪声,同时获取的成像振幅能够提供相对于常规方法更为准确的界面反射系数信息。     

基于GPU并行加速的逆时偏移成像方法

现今逆时偏移的应用面临海量数据存储及计算量巨大的问题。本文应用震源重构方法解决了逆时偏移互相关成像条件需要的海量存储问题,引入GPU Kernel解决逆时偏移计算效率低的问题。在此基础上,本文建立了-套基于GPU加速的叠前逆时偏移成像方法,并成功地应用于四川盆地A复杂区块。     

波场分解算法与逆时偏移角道集

逆时偏移生成的角度域共成像点道集(ADCIGs)有利于提高成像质量,可用于偏移速度分析和AVA/AVO研究等。使用Poynting矢量估计波传播方向可以快速生成角道集,但当模型和波场比较复杂时,不同方向传播的波场分量相互重叠,无法准确计算波的传播方向。波场分解可以提高Poynting矢量的准确性。为此,研究了波场分解算法,在计算Poynting矢量之前先将波场分解成不同方向传播的分量,用于生成角道集。为解决传统的傅里叶变换在频率-波数域进行波场分解时计算量大的问题,对波场分解算法进行了优化,并提出了SSE(单指令多数据流扩展)向量化和多线程并行计算实现算法,从而提高了计算效率。理论和数值计算结果表明:使用波场分解可以显著提高逆时偏移角道集的质量,此优化算法能够得到与传统方法一致的结果并且提高了计算效率。二维Sigsbee2A模型和三维SEAM TTI模型的数值计算也证明了该算法用于生成高质量角道集和逆时偏移图像的有效性和稳定性。优化后的波场分解算法并不局限于上、下行波分解,可容易地拓展到其它方向的波场分解,也可应用于最小二乘偏移和全波形反演,以消除成像噪声,提高成像质量。     

弹性波波场分离方法对比及其在逆时偏移成像中的应用

弹性波波场分离是弹性波逆时偏移成像中的关键技术,主要基于Helmholtz分解原理。本文对弹性波波场分离法进行系统分析和总结,并将其归纳为直接分离法和间接分离法两类。前者直接对矢量波场进行散度和旋度计算,得到纵波和横波波场,包括空间域方法和波数域方法;后者利用以前时刻分离的纵、横波波场递推得到下一时刻纵、横波波场。文中选择介绍了三种空间域方法、一种波数域方法和一种间接分离法的基本原理,针对均匀介质模型、层状介质模型及Marmousi模型,对这五种方法波场分离的效果和效率进行分析和对比。认识到这些方法各自的优缺点：两种常规空间域方法计算量最小,但分离结果保幅性差;间接分离法效果较好,计算量适中,但在速度突变界面处存在能量异常;改进的空间域方法分离效果最好、计算量最大;波数域方法效果次之、计算量也次之。最后,利用模型数据测试了这五种方法对弹性波逆时偏移成像的影响,表明改进的空间域方法和波数域方法的成像效果最好。     

基于局部平面波分解的逆时偏移角道集提取方法

高精度地震勘探的普及和GPU技术的发展,使叠前逆时偏移技术得到日渐广泛的实际应用。逆时偏移方法成像精度高,对复杂地质构造成像效果好,且不受地层倾角限制。角度域共成像点道集作为逆时偏移的重要输出,可为速度分析、AVA分析提供速度、振幅等信息。本文提出一种逆时偏移角道集提取方法,采取局部平面波分解法将震源波场和检波点波场分解为局部角度分量,再利用角度域互相关成像条件输出角道集。该方法对复杂构造的适应性较好,尤其适用于在逆时偏移中提取角道集。通过模型试算和实际资料测试,验证了方法的可行性和有效性。     

起伏地表棱柱波逆时偏移成像方法

山前带地区地表起伏剧烈、地下构造复杂。当地表速度横向变化剧烈或地表高程变化很大时,基于高程静校正的常规偏移成像方法难以消除起伏地形对偏移的影响。针对山前带高陡构造的成像,提出了一种曲坐标系下起伏地表棱柱波逆时偏移成像方法。将棱柱波逆时偏移成像方法引入曲坐标系下的声波方程中,推导出曲坐标系棱柱波逆时偏移方程,利用棱柱波提高山前带高陡构造的成像精度,并采用贴体网格剖分技术及坐标变换技术,在曲坐标系下进行偏移计算。简单起伏地表凹陷模型和起伏地表火山岩模型试算结果表明,坐标变换后的起伏地表被映射为水平地表,曲坐标系下起伏地表棱柱波逆时偏移成像方法克服了起伏地表对成像的影响,得到了准确的山前带高陡构造成像结果。     

基于稳定成像条件的保幅叠前深度偏移

 基于炮域的保幅偏移必须应用反褶积成像条件才能达到保幅目的,但是基于阻尼型反褶积成像条件存在明显缺陷,即当分母项趋于零值的时候,会出现计算不稳定现象,严重地影响了成像质量。为此,本文基于高斯窗函数,对反褶积成像条件中的分母项进行平滑,消除了分母项中奇异值的影响,既保持了原有的反褶积型成像条件,又保持了计算的稳定性。模型试算和实际资料处理结果表明,在合适的平滑参数控制下,基于平滑函数型稳定保幅成像条件的叠前深度偏移既能提高保幅偏移的稳定性,又能较好地压制偏移噪声,获得了较好的成像结果。     

倾角域逆时偏移绕射波成像方法

地下缝洞型储层及非规则矿体的地震响应表现为绕射波,在成像域倾角道集中进行反射波压制,有利于这些目标体绕射波成像。利用逆时偏移（Reverse Time Migration,RTM）和Kirchhoff积分偏移分别进行倾角道集的提取,在倾角域分析两种典型成像方法对绕射波的成像能力。研究表明,在倾角域RTM比Kirchhoff积分偏移算子具有更强的反射波聚焦能力,有利于成像过程中对反射波的压制。具体而言,采用波印廷矢量方法在RTM过程中进行倾角道集输出;在RTM提取的倾角道集中反射波能量聚焦为孤立的“噪点”,绕射波则表现为一条拉平的直线。基于两者形态的差异,在倾角域进行中值滤波能有效分离绕射波与反射波,进而实现RTM绕射波成像。数值实验结果验证了文中方法的正确性和有效性。     

基于波场分离的逆时偏移成像条件研究及在准噶尔盆地的应用

与传统深度偏移成像方法相比,基于双程波的逆时偏移方法针对地下陡倾角地区和复杂地下地质条件地区的成像有着无可比拟的优势。逆时偏移方法的实现通常有3个步骤:①在时间域实现震源波场的正向外推;②在时间域实现检波点波场的反向外推;③应用合理的成像条件构建成像结果。在实际应用过程中,通常是采用互相关成像条件来构建成像,然而,互相关成像条件构建的逆时偏移成像结果会产生强振幅的低频噪音,这些噪音会极大地降低资料的信噪比,容易导致浅层构造被噪音掩盖而无法识别,仅采用单纯的带通滤波并不能很好地滤除这种噪音。提供了一种新的基于波场分离理论的逆时偏移成像条件,此方法能有效地消除这些特定的噪音,其核心思路就是将震源及检波点波场分离成它们的单程波传播分量,然后仅在反射点处利用互相关的成像条件构建成像结果,从而实现逆时偏移成像。Marm-ousi模型数据验证了该方法的准确性;同时,采用文中提到的成像条件在准噶尔盆地百口泉地区进行了逆时偏移测试,测试结果充分证明新成像条件对野外资料的适应性。     

逆时偏移数据体低波数噪声相对保幅衰减技术及应用

逆时偏移成像过程中压制低波数噪声后的叠加剖面仍存在较强能量的低波数噪声,其掩盖了有效反射信号对地质目标细节的精细刻画,因此,相对保幅地恢复有效反射信号是实现逆时偏移技术实际应用的重要保障。为此,将热力学领域中三维扩散滤波方法引入到深度域逆时偏移低波数噪声压制中,并对含低波数噪声的三维逆时偏移成像数据体进行体迭代处理。通过优化迭代次数和扩散系数2个关键参数,实现了低波数噪声和有效反射信号的相对保幅分离,同时采用局部化数据体输入和临时输出存储的优化策略,突破了计算节点内存限制,构建了一种高效的、相对保幅的低波数噪声衰减技术。理论模型和实际地震数据应用结果均表明,该技术处理结果的保真保幅性明显优于国际上常用的拉普拉斯算子去噪方法,且对噪声的敏感性弱,可以在深度域数据体上有效恢复掩盖在低波数噪声能量之下的有效反射信号,实现复杂地质目标的地震精细刻画,且其处理效率能够满足实际生产周期的需求,这可为同类深度域含低波数噪声成像资料的地震精细刻画提供方法和技术参考。     

基于起伏地表的叠前逆时偏移成像

中国西部地区复杂地表条件对准确地震成像提出了挑战。通过对起伏地表模型的数值模拟和处理分析,探讨了起伏地表条件下地震成像存在的问题和解决方法,实现了基于起伏地表的叠前逆时偏移,并用来对模型数据进行处理。与常规处理方法和基于浮动基准面的叠前深度偏移相比,该方法在地形复杂的陕北地区取得了良好的效果。     

波场分离互相关成像条件的叠前逆时偏移

对于陡倾角构造和复杂速度模型的成像,逆时偏移被认为是目前最好的偏移成像技术。然而,传统的互相关成像条件产生的低频率、强振幅的噪声严重地影响了有效信号的识别。为此,通过实现基于有限元法的声波方程的叠前逆时偏移,加载了完全匹配层吸收边界,压制了边界反射能量;并通过分析逆时偏移剖面低频噪声产的生原因,把震源波场和接收波场分离为单程波,然后对分解的波场选用有效分量进行互相关成像,以达到压制成像噪声的目的。通过数值模拟,并应用有效的波场成分进行互成像条件的处理,验证了该方法对压制成像剖面中的低频率、强振幅噪声的有效性。     

地震波逆时偏移成像效果提升方法及应用

为了进一步提高逆时成像质量,开展了基于深度域地震波逆时偏移成像道集(CIP)的优化叠加方法研究。从海量逆时偏移数据体中提取CIP道集并构建模型地震道,通过与同一CIP道集内的各道作局部归一化互相关运算构建加权系数并以此优化加权叠加处理。以理论模型和FZ工区逆时偏移处理为例,进行方法验证和实际资料应用。研究结果表明,经优化加权叠加处理后的逆时成像剖面在信噪比、连续性、成像聚焦性、地层细节刻画等方面均得到明显提高,地层细节刻画更加清晰。该方法为提高实际地震资料复杂构造成像精度提供了一种新手段。     

基于粒子群优化和保幅成像条件的广义屏偏移

面对与日俱增的复杂构造和岩性的勘探需求,传统单程波偏移方法在成像精度和振幅保真方面都明显不足。本文从传统保幅单程声波方程入手,首先利用粒子群算法对广义屏算子中垂直波数展开式系数项做全局最优化处理,提高其对陡倾地层的成像精度;其次利用高斯窗函数优化反褶积成像条件,在确保振幅保真效果的同时也提高了其计算的稳定性。对模型试算和实际地震资料的应用表明,该基于粒子群优化和保幅成像条件的高阶广义屏偏移算法既能较好地适应复杂构造成像,还能有效提高地震波振幅保真能力,取得了良好偏移成像效果。     

基于角度滤波成像的最小二乘逆时偏移

在前人研究的基础上,首先分析了逆时偏移（RTM）中低频噪声的产生原因,通过波场数据得到的反射角信息构建逆散射成像条件,并与最小二乘逆时偏移（LSRTM）结合,发展了一种基于角度滤波成像的最小二乘逆时偏移方法（ALSRTM）,从波动方程能量守恒方面分析了ALSRTM的可行性和保幅性。在实现算法的基础上,对SEG/EAGE二维盐丘模型的稀疏采集地震数据的成像结果表明：ALSRTM可彻底压制浅层构造的低频噪声,有效消除震源效应,在浅、中、深层均具有更好的保幅性。另外,相比常规LSRTM,ALSRTM对含有随机噪声的观测数据和含误差速度模型的适应性更强。     

基于正反波场对比的逆时偏移假象分析

本文从逆时偏移成像原理出发,利用高阶交错网格有限差分法求解波动方程实现正、反向波场外推。对不同接收方向、不同排列长度及不同道间距所接收的地震数据做反向外推后与正向波场进行对比,分析正、反向波场存在差异的原因,进一步分析不同方向接收的地震数据逆时偏移假象的成因。通过对模型数据结果的分析认为：在逆时偏移过程中由于接收数据的不完整使得反向外推过程中产生新的波场,从而在偏移剖面中形成假象,这类假象可通过多炮叠加来消除;排列长度对逆时偏移成像的影响远大于道间距。     

基于改进的时移成像条件的保幅叠前深度偏移研究

为了实现保幅叠前深度偏移,在波动方程保幅偏移方程的基础上详细推导了傅里叶有限差分波动方程延拓算子。由于波动方程叠前深度偏移技术的应用受计算效率的制约,因而,提出了利用大延拓步长进行波场延拓,在延拓层位,利用相关成像条件进行成像。对延拓步长层间的层位,结合含有绕射聚焦项的时移映射函数,对延拓层位上未基于频率叠加的上、下波场的互相关值进行傅里叶逆变换,并结合零时刻成像原理求出延拓层间的成像值。脉冲响应测试和Marmousi模型试算表明该方法可以实现保幅叠前深度偏移,并可以大幅度提高偏移成像效率。