3D VSP波动方程深度偏移成像方法研究

介绍了一种基于波场外推的波动方程深度偏移成像方法。该方法不仅考虑了波场在地下传播过程中的绕射和折射效应,而且没有Kirchhoff方法中的高频近似假设和在复杂构造区的焦散及多路径现象。该方法在胜利垦71井区3DVSP实际资料处理中取得了比较好的成像效果。     

多次波分阶模拟及最小二乘偏移成像

地震正演模拟是地震数据反演及成像中极其重要的部分。基于波动方程的有限差分法是目前应用最广泛的正演模拟方法,该方法虽然精度高,但不能模拟某一特定成分的波场,缺乏灵活性。基于频率空间域单程传播算符的波场模拟方法（波场分阶模拟算符）不同于有限差分法,该方法可以分别模拟一次波与多次波（包含表面多次波和层间多次波）。在常规地震处理中,多次波往往被视为干扰信息,但多次波中包含着丰富且重要的地下结构信息,利用好这些信息将极大地提高地下结构的成像质量。通过分析多次波在常规偏移成像中的影响,利用波场分阶模拟得到一阶表面多次波以及一次波,并进行表面多次波最小二乘偏移成像研究,提高一次波的成像效果,压制表面多次波成像中的串扰,提高地下结构的成像质量。     

基于优化系数的混合域Fourier有限差分叠前深度偏移

为了提高复杂高陡构造区成像精度,提出了基于系数优化的混合域Fourier有限差分叠前深度偏移方法,该方法利用padé近似的有理函数对波场外推算子进行展开,然后利用切比雪夫多项式优化展开式系数,推导得到新的波场外推算子,降低了与波动方程精确波场外推算子的相对误差,提高了对波场外推算子的逼近程度,且在保证计算效率的同时提高了高陡构造区地震偏移成像的精度。对比改进后的混合域Fourier有限差分偏移方法与常规的傅里叶有限差分偏移方法(FFD)对Marmousi模型偏移剖面的成像效果,系数优化后的混合域Fourier有限差分偏移方法具有更高的成像精度。     

地震偏移中的时移成像条件

通过对成像点处的源点波场与接收波场匹配分析可实现基于单散射近似的地震成像。互相关是一种波场匹配分析的常用方法。经Kirchhoff积分法偏移或波动方程偏移后,地表地震数据成为关于空间和时间变量的深度域波场。简单的成像条件即利用零时间延迟的源点波场与接收波场互相关提取成像值。互相关成像条件可以在时间域和空间域实现应用。基于延迟波场的互相关成像可用于成像准确性分析以及实现角度域成像。介绍了一种时移(时延)波场的互相关成像条件。由该成像条件得到的成像结果是关于源点波场与接收波场之间时移量的函数,可用于积分法偏移、波动方程偏移或逆时偏移的时移道集和反射角度道集成像。利用模型数据数值试验展示该方法的主要特点。     

基于波长平滑算子的逆时偏移回转波假象去除方法

基于相关成像条件的常规逆时偏移（RTM）不仅会产生低频假象,而且在强速度梯度带会导致通过简单叠后拉普拉斯滤波手段不能去除的回转波假象。本文引入上、下行波分离成像条件,分析得知RTM中回转波假象的产生是缘于强速度梯度带处震源波场上行波与检波点波场下行波的互相关。为了消除该假象且兼顾计算效率,提出一种基于波长平滑算子的回转波假象去除方法。该方法考虑了地震波长因素,通过对速度模型进行波长内平滑,使波场在强速度梯度处的传播特征更接近于真实速度中的波场传播特性。数值试算结果表明,该波长平滑算法能很好地压制RTM中的回转波假象,可在经典的RTM成像框架下进行高效的成像。     

单程波外推高陡倾角反射成像技术的应用研究

基于单程波外推方法的二次反射波成像技术基本原理是：在将地震波场进行炮点下行波和检波点上行波常规波场延拓的基础上,进一步对检波点波场进行下行波延拓,对延拓的3个波场通过上、下行波两两交叉相关,进行上行和下行波场成像,该技术具有类似于逆时偏移的功能。以一个垂直构造模型为例,简要分析了高陡构造的波场特征;基于一个二维和一个三维高陡构造模型数据,进行了偏移成像处理试验,结果表明,可以对倾角大于90°的高陡构造精确成像。将该技术应用于某山前带实际地震资料的偏移处理,获得了较好的效果,常规偏移剖面中成像模糊的层位边界在该偏移剖面上成像清晰。     

平面波最大能量叠前深度偏移

本文提出了一种新的基于最大能量震源波场的平面波叠前深度偏移方法。该方法保留了平面波偏移方法的优点。即在成像过程中,通过同时延拓频率域稀疏采样的平面波震源和最大能量旅行时,求取震源波场中的最大能量部分,从而显著地提高了平面波叠前深度偏移的效率。利用震源波场中的最大能量部分成像,还保证了较刘的成像精度。Ｍａｒｍｏｕｓｉ模型的蔗算结果表明,在复杂构造情况下,本文方法可获得同计算全波场的平面波叠前深度偏移     

射线中心坐标系中傍轴单程波方程数值模拟与偏移成像

目前地震波叠前深度偏移成像方法主要有基于波动方程高频近似解的积分类方法和基于微分波动方程有限差分解或混合域解法两大类。高斯束方法是介于两者之间的描述波传播与成像的方法,其存在问题是在描述射线中心坐标系中的波传播过程中引入的近似过多,除了高频近似外,垂直于射线路径任一点的平面内波场的振幅仅仅简单地用射线路径上该点振幅的高斯衰减获得,不能描述射线束内复杂波现象。为此,推导出射线中心坐标系下傍轴单程波方程,在射线束内利用傍轴单程波方程实现波场的传播,以精确描述局部波场。该方法不仅结合了射线的灵活性,还较好地描述局部射线束内波场。与简单射线理论和复杂波动理论相比,该方法在灵活性和精确性之间取折中,能更方便地解决复杂构造成像和层析速度估计问题。数值试验结果证明了该方法的正确性。     

弹性波高斯束叠前深度偏移

本文提出一种新的多分量地震成像方法--弹性波高斯束偏移,同以往的弹性波偏移（Kirchhoff偏移,逆时偏移）方法相比,兼具较高的成像精度与计算效率。该方法通过局部倾斜叠加将多分量地震记录分解为不同波型、不同初始方向的局部平面波,并利用弹性动力学高斯束的走时、振幅以及极性信息进行矢量波场的延拓成像。本文以二维弹性波Kirchhoff-Helmholtz积分为基础,推导了基于高斯束表示的弹性波波场反向延拓公式,然后利用互相关成像条件求取反射波以及转换波的成像值。针对转换波成像剖面中的极性反转问题,本文根据反射界面处转换波的传播以及偏振特点,给出了一种校正方法。最后,通过数值模型试算,验证了该弹性波成像方法的正确性和有效性。     

逆时深度偏移中的子波拉伸校正

文中提出一种在逆时偏移的波场延拓后、应用成像条件前对地震数据进行子波拉伸校正的方法,在延拓过程中分别提取各网格点震源波场和接收点波场在成像时刻的地震子波,对其进行压缩处理,再应用归一化波场分离互相关成像条件,得到拉伸校正后的成像结果。该方法不改变成像结果的振幅与相位。其中,子波压缩计算需要的各网格点的反射角和局部地层倾角由地震波场的坡印廷矢量(Poynting vector)计算得到。数值算例表明,该方法能够校正由于反射角增大引起的子波拉伸效应,提高逆时偏移的成像品质,为AVA/AVO分析提供高精度的输入道集。     

基于P/S波解耦和上下行波分离的二维VTI介质弹性波逆时偏移

VTI介质弹性逆时偏移可以有效地揭示地下地层结构，是当前流行的成像方法之一。首先构建VTI介质下的Christoffel方程，对该方程进行特征分析得到VTI介质下P波和S波的极化方向向量。根据Helmholtz分解原理，将各向异性弹性波场投影到P/S波极化方向矢量上，得到VTI介质下向量P/S波波场分离公式。然后通过一阶泰勒展开式对P/S波分离公式中的归一化项进行近似，得到一种高效且适用于任意复杂介质的各向异性P/S波解耦方法，并应用于弹性波逆时偏移。此外，低频噪声和成像假象严重干扰了逆时偏移的成像质量，前者由同路径波场成像造成，后者由于炮点上行波与检波点下行波相关形成。为此，将上下行波分离成像条件引入VTI弹性波逆时偏移成像，提出一套结合各向异性P/S波模式分离技术和上下行波分离的成像流程，有效地压制了成像中的低频噪声和串扰假象，提高了成像质量。最后，简单和复杂模型的成像结果均验证了方法的有效性。     

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。     

平面波射线追踪与面炮波场时间滞后深度成像

面炮(Arealshot)偏移技术是对实际炮集数据按照不同方向传播的平面波进行时间延迟分解并合成组合炮记录,分别进行组合震源下行波的向下波场外推和组合记录上行波的向下波场延拓,在相遇深度得到该方向平面波的反射波成像。本文基于面炮深度偏移技术,充分利用射线追踪计算量小和波动方程波场延拓的良好振幅特性,提出了用平面波射线追踪法计算平面波组合震源下行波前走时和面炮波场滞后时间成像的深度偏移方法,并着重讨论了程函方程有限差分法计算平面波传播时间和组合记录上行波场时间滞后的深度成像方法。通过对Marmousi模型数据的成像检验,表明该法要比积分法偏移效果优越。     

基于散射成像的多次波衰减

为解决地震数据处理中的多次波问题，研究了散射成像衰减多次波方法，分析了该方法的基本原理、实现步骤以及实际应用效果。散射成像方法主要是根据散射波的波场特征及散射理论，利用共散射点的等效偏移距道集对地下地质体进行偏移成像。基于共散射点道集（CSP）成像时，每炮利用了多道信息，而在CSP道集中，仅入射角等于反射角的少数道含有多次波，因此，散射成像具有衰减多次波的特性。实际应用表明，该方法在衰减多次波方面效果明显。     

真振幅全倾角单程波方程偏移方法

常规单程波方程偏移方法不能保持声波波场的传播振幅,大倾角的波场振幅被削弱,同时,波场的传播受到90°倾角的限制。针对这些问题.提出了真振幅全倾角单程波方程偏移方法。该方法首先向下延拓激发波场和接收波场,然后再将回转波场向上传播,从而将波场的传播角度范围拓宽到0°～180°,可以对任意倾角的构造进行成像,并通过引入真振幅校正项加强了大倾角结构的成像。将常规单程波方程偏移方法和真振幅全倾角单程波方程偏移方法应用于墨西哥湾地区复杂盐丘模型和实际资料,结果显示,盐丘的陡倾角侧翼边界在常规单程波偏移中不能得到很好成像,经过全倾角单程波方程偏移处理后被清晰地显示出来。真振幅全倾角单程波方程偏移方法的计算量大约是常规方法的两倍。     

全方位倾角道集反射波场分离及成像技术的应用

随着“两宽一高”采集、处理技术的普及,局部角度域叠前深度偏移产生的全方位倾角道集中保留了反射波、绕射波、回折波等波场的倾角和方位角信息,且在全方位倾角道集中不同地震波场更易于识别和区分,为叠前反射波场分离和成像提供了基础。根据理论模型正演的全方位倾角道集中反射波能量明显强于其他波场能量的特性,以及反射波与绕射波等其他波场走时上的特征差异,制定了从实际数据的叠前全方位倾角道集中分离反射波场的流程,将波场分离后的叠前全方位倾角道集叠加成像,提高了目标区的成像质量。将该技术应用于哈萨克斯坦M工区三维实际数据,结果表明,应用全方位倾角道集叠前反射波场分离和成像技术之后,探区西部破碎带的断层成像更清晰,明显提高了成像质量,为该区精细构造解释及地质研究奠定了基础。     

基于波印廷矢量的地震波场行波分离数值模拟与逆时成像

地震波正演数值模拟及逆时成像是研究复杂地震波场传播规律并提高复杂构造成像精度的基础.以复杂构造理论模型为例,开展了基于波印廷矢量的地震波场行波分离数值模拟与逆时成像方法研究.研究表明:将波印廷矢量引入到复杂地震波场数值模拟与逆时成像中,对地震波正向延拓和逆时延拓的全波场均进行上行波、下行波的方向行波波场分离处理,通过基于方向行波分离的地震波数值模拟和优化地震逆时成像条件可显著改善含倾角复杂构造逆时成像效果,在成像过程中引入角度域衰减法可进一步提高成像精度.引入波印廷矢量后的逆时成像效果显著降低了成像噪声,计算过程简单、易实现,计算量小,可为复杂构造区高精度逆时成像提供技术参考.     

逆时偏移中一个特有的问题

本文讨论了通常采用的逆时偏移(RTM)算法中存在的一个特有问题,以及如何解决该问题的方法。通过将RTM应用于合成数据集和野外数据集,以证明该问题。当偏移速度模型具有速度梯度强或反射界面复杂的特点时,偏移结果中就会出现错误成像。研究发现,错误成像是由作为在实际波传播时间方面具有相同旅行时的转向射线或反射射线形成的。为了消除偏移结果中的这种错误成像,首先将震源和接收器波场中的上行波和下行波分离,然后将偏移成像条件应用于分离的波中。可以开发一种有效消除RTM中的这种错误成像的计算方法。     

三维三分量Walk-away VSP处理方法及效果分析

针对三维三分量Walk-awayVSP数据的特点,从观测系统定义、数据提取方法、抽道集、波场分离、纵波和转换波的一维深度域成像等方面进行了研究,初步形成了一套间接的三维VSP处理方法。在对垦71井区VSP数据的处理中,利用三分量处理和线性滤波、F—K滤波及基于τ—P变换和偏振分析的联合波场分离方法有效地分离出上行纵波和转换波;根据速度分析和一维速度模型在深度域对上行纵波和转换波进行成像,分别得到了两个成像剖面,其中转换波成像具有更高的分辨率和信噪比,显示出其良好的应用前景。     

一种简便的海洋P-SV转换波叠前偏移成像处理方法

在莺歌海盆地,地震模糊区的成像一直是勘探工作中的一大难题,1998年在该地区采集了多波地震资料,通过对P-SV波的处理,在模糊带成像方面取得了较好的处理效果[1]。在对常规P-SV波处理中的偏移技术等存在的特殊问题进行分析的基础上,提出了一种P-SV波叠前偏移处理的方法,该方法将输入道分选成共转换散射点道集(CCSP),在CCSP道集中,双程旅行时和等效炮检距之间满足双曲线关系,故而使得常规处理P-P波的Kirchhof叠前偏移在此也可以运用,至于速度分析它也可以运用P-P波的速度分析方式来进行,因此采用该方法简化了转换波的处理,同时也提高了P-SV波的成像效果。