用旋转McClcllan滤波器进行三维深度偏移

利用McClellan变换能大大地减小显式褶积法在三维波场深度外推中的计算成本。这种基于McClellan变换的偏移法的精度取决于变换滤波器(cos|k|)所作近似的好坏,这种近似中的误差会引起外推算子的各向异性和偏移结果中的频率弥散。     

应用GPU的傅里叶有限差分逆时偏移

逆时偏移是针对复杂构造的主流叠前深度偏移成像技术,常规逆时偏移技术大多采用高阶有限差分和成像后滤波算法。由于实际偏移的计算网格较大造成空间频散现象和成像后的去低频噪声滤波会损害有效低频信息,因此成像频宽受到一定影响。为此,提出基于GPU的傅里叶有限差分逆时偏移方法。即采用傅里叶有限差分算法进行波场传播计算,波场外推中直接在时间—波数域做显式波场分解和互相关成像;同时采用基于GPU的算法,显著提高了傅里叶有限差分逆时偏移的计算速度。实际资料应用结果表明,该技术能实现对高、低频有效信息的充分保护和利用,从而提高了地震成像分辨率。     

用于三维地震数据记录和处理的六方形采样网络

三维地震数据通常是在矩形网格中记录和处理,其采样一般是用常规的一维方法得到。对于三维数据集。带状区(傅里叶空间区,区内振幅谱不为零)可用以两个锥形为界的区域来近似。考虑该带状区的特殊形状,我们可以应用三维采样方法,这种方法对采样的要求比一维方法更低;即只需更少的采样点就能达到相同程度的精确度。该三维采样方法是研究规则的非矩形采样网格。 本文探讨了在一个六方形采样网格上进行的三维地震数据的记录和处理。在六方形采样网格上进行的三维地震数据采集,是一个经济有效的可供选择的方法,因为它所需的采样点比矩形采样网格少13.4％。该六方形采样降低了三维地震数据存储和处理的费用。 在六方形网格上采样的三维地震数据集情况下,本文用合成实例介绍和说明了用于三维离散谱计算和道内插的快速算法。对于三维相移偏移,采用这种算法,六方形采样大约节省13.4％的数据存储和计算时间。     

矩形网格上的隐式四向分解差分算法及其在VTI偏移中的应用

采用传统的双向分裂算法隐式差分求解单程波方程会导致严重的数值各向异性问题,而目前的四向分解格式只适用于正方形网格.针对这个问题,构造了矩形网格上的四向分解格式,同时采用李氏修正项来减少数值频散和倏逝波噪声.进一步,将这个方法推广到求解VTI介质中的单程波偏移.利用数值计算验证了该方法的可行性.同已有的各种VTI介质单程波偏移方法相比,该方法计算时占用内存小、速度快,且能对速度剧烈变化地区的地质构造比较精确地成像.     

基于局部运动学属性参数的窄方位角三维多域插值算法研究与应用

基于局部运动学属性参数的三维多域插值算法在实际地震数据处理中具有广阔的应用前景。但这种算法通常仅适用于宽方位角三维地震数据,而海洋三维地震数据往往是窄方位角的,这就给传统算法的实现带来了一定的难度。为此,提出了一种适应于窄方位角三维地震数据的三维多域插值与规则化新算法,并设计了相应的实现流程。其策略是通过零偏移距三维频率-波数(F-K)域时间偏移与反偏移,结合零偏移距三维输出道成像方式的共反射面元成像算法(CRS-OIS),获得高信噪比的叠后模型道数据;再通过反叠加生成三维叠前CMP模型道道集,提取其运动学属性参数,基于这些运动学属性参数拟合原始三维叠前数据,从而获得信噪比向模型道逼近的优化后叠前数据体。南海深水区某三维窄方位角地震数据的试应用结果表明,新的算法完全适应窄方位角三维地震数据的特点,有效提高了数据的信噪比和规则化程度,证明了新算法的稳定性和可靠性。     

三维VSP数据的波动方程偏移成像

常规的三维VSP地震数据偏移成像大都使用基于射线理论的Kirchhoff积分方法在共炮点道集中进行，因此对地下速度横向变化大的复杂构造区适应性差、效率很低。基于三维VSP地面激发井中接收观测系统的特殊性，利用地震波场的互易性原理，提出了一种在共接收点道集中进行三维VSP地震数据波动方程偏移成像的方法，不仅极大地提高了三维VSP偏移成像的计算效率，而且还适用于速度横向变化大的复杂构造区。为了利用时间域偏移成像方法对速度模型的相对不敏感特性，在三维VSP偏移成像中，借助于波动方程叠前深度偏移成像算法的概念，还提出了一种可以满足时间域速度模型横向变化要求的波动方程叠前时间偏移成像方法，拓展了波动方程叠前时间偏移成像的应用范围。     

基于波动方程的聚焦点控制照明叠前深度偏移

 基于波动方程的聚焦点控制照明叠前深度偏移技术借助于差分计算，把速度、密度等介质参数的影响体现在差分计算的矩阵方程中，能够自动适应速度场的任意变化，快速傅里叶变换的使用也加速了波场延拓的计算速度。因此此法兼具有限差分偏移方法和傅里叶偏移方法的优点，既可适应速度场的剧烈变化，又可保证对陡倾地层的成像效果，是目前针对复杂构造最有效的成像方法之一。对于单个聚焦点及其周围的成像步骤为：①采用矩形网格情况下绕射走时的有限差分计算方法生成合成算子；②应用合成算子来合成面炮震源和面波记录；③对合成的面炮震源和面波记录做傅里叶有限差分法波动方程叠前深度偏移，得到该聚焦点及其附近区域的成像结果。按照上述成像步骤，将震源波场和炮集记录依据相应的外推公式进行延拓，最终应用成像条件求取成像值。在地质目标处选取多个聚焦点，可以得到面向目标的控制照明偏移成像，在多个层位上选取多个聚焦点进行控制照明叠前深度偏移，可以得到整块区域的成像。通过对Marmousi模型的试算，取得了较好的效果。     

应用程函方程旅行时现克希霍夫偏移

计算克希霍夫偏移的绕射曲线的常规、稳健方法之一,是采用爆炸射线及在规则网格上进行旅行时插值。一种替换方法是直接在规则网格上求解程函方程,并求取旅行时,而无需计算射线路径。在这种网格上求解程函方程可简化偏移网格的时间插值问题,但在旅行时场的两个分支相遇点上该方法的定义不明确。同时,计算及存储问题限制了两种方法在三维情况下的应用,它们在二维情况下并不重要。新设计的网格化程函方程求解方法已经考虑了这些问题。该算法的二维形式已用于计算旅行时,以便用精确的速度模型实现Marmousi合成数据集的偏移。我们已将该结果与其它三种图像做了对比(标准的F-X域偏移、射线追踪克希霍夫偏移及常用的基于程函方程计算的旅行时的克希霍夫偏移)。F-X偏移图像上成像目标较克希霍夫偏移清晰。我们提出一种直接原因来解释这一现象。射线追踪克希霍夫偏移能产生最好的图像,其它两种方法产生的图像质量相当。     

三维数据域最小二乘逆时偏移技术研究

最小二乘偏移理论上能够消除采集照明不佳的影响,减少成像假象、均衡成像振幅、提高成像分辨率,然而,受实际观测炮集数据与模拟炮集数据不易匹配、迭代反演计算量过大等因素影响,三维数据域最小二乘偏移的规模化应用受到制约。为此,提出了基于双程波傅里叶有限差分反偏移方法、共轭梯度反演步长三点抛物搜索寻优方法和GPU加速偏移/反偏移核函数计算方法的三维数据域最小二乘逆时偏移技术。通过有效压制反偏移正演模拟的数值频散,提高反偏移模拟数据与观测数据匹配的一致性,采用计算量更少的迭代寻优方法和GPU算法,实现了迭代反演效率的大幅提升,在此基础上形成了一套具有实际处理能力的三维数据域最小二乘逆时偏移技术方案。将该技术应用于西部和南方两个工区的实际地震资料处理,提高了地震成像分辨率,改善了同相轴的连续性,整体成像效果优于逆时偏移,验证了该技术方案的有效性。     

勘探尺度三维地震资料的有限差分深度偏移

大多数偏移方法是以波动方程的各种单程近似为基础的,而有限差分逆时深度偏移算法并不如此。与其它的偏移算法相比,由于这种方法需要庞大的计算机设备,所以其最初应用只局限于二维资料的合成处理。因此,对于用波前相长干涉进行实际资料叠后偏移和复杂三维构造成像来说,此方法的潜力一直未能发挥出来,为了避免网格位移和数值的不稳定性,     

属性偏移辅助实现炮检距域共成像点道集计算

波动方程偏移的成像精度高于Kirchhoff类偏移,且对速度误差更敏感,故舍弃Kirchhoff深度偏移,针对波动方程炮检距域共成像点道集直接进行速度迭代,更具现实意义。为此提出一种基于属性偏移的计算策略,可实现高效的波动方程类偏移的炮检距域共成像点道集计算。通过对地表炮检距调制后的数据再偏移,将该偏移结果与原始数据偏移结果的比值作为各成像点的地表炮检距值;依此将偏移结果重排入所属炮检距段;逐炮依次计算并叠加,最终获得地表炮检距道集。上述两次偏移可纳入成像循环中同时计算,因此只增加了一次检波点波场的传播,计算量仅增加约30%。通过2D、3D模型及实际数据对比,验证了该计算方法的有效性。     

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。     

快速DMO算法

在Ｈａｌｅ傅氏变换法ＤＭＯ的基础上，引入Ｂｏｌｏｎｄｉ提出的对数拉伸变换，将ｔ－ｋ域中含有积分的ＤＭＯ算子转化为ｆ－ｋ域中的二维滤波因子，也就是将含有积分的ＤＭＯ运算转化为快速傅氏变换和一个二维滤波的过程。本文给出了这种对数拉伸变换下产生的快速Ｈａｌｅ、Ｌｉｎｅｒ和Ｎｏｔｆｏｒｓ算法的计算公式，对这三种快速ＤＭＯ算法和ＰＳＰＭ ＤＭＯ方法的理论模型计算结果和实际资料处理效果进行了比较并给出了一些结     

基于物理信息驱动神经网络的三维初至波旅行时计算方法

在地震勘探中,初至波旅行时的精确求取是偏移成像和旅行时反演等处理技术的重要基础。基于程函方程的有限差分算法在地震波旅行时求取中展现出良好的效果,但需要付出巨大的计算成本,尤其是对多震源、高密度网格的旅行时计算。为此,提出了一种基于物理信息驱动神经网络(PINN)的三维程函方程旅行时求取算法,由三维程函方程及其物理条件信息构成损失函数,再通过最小化该损失函数训练神经网络,最终输出满足程函方程的旅行时结果。不同速度模型的数值模拟实验结果表明,所提方法相对于传统算法具有更高的计算效率和更高的精确度。     

大尺度强变速地震波场数值模拟与偏移成像的有限积分变换方案

文中介绍了利用有限积分变换表示函数的一般原理；以二维标量波动(声波)方程为例，总结了前苏联学者Mikhailenko提出的一种混合域偏移成像方法，利用二维标量波场关于时间或空间的有限差分格式、关于时间的傅里叶变换及关于空间的有限差分近似，可得到波场的数值解；在此基础上，推出了基于有限积分变换的地震波数值模拟和裂步傅里叶偏移改进方案的基本方程。通过对基本方程中的时间项和空间项进行有限差分离散化，或者至少对两者之一取有限或无限积分变换，则可以利用与经典方案相类似的计算步骤解出由基本方程所形成的无限方程组，完成波场的数据模拟，并且计算量比经典方程大为减小；文中以二维裂步傅里叶偏移为例，总结了基于有限积分变换的地震波偏移的基本思想：在变换域内进行均匀背景速度模型的相位移动及在空间域内进行非均匀介质的相位移动；文中还讨论了数值计算和震源有限化、计算效率及与其他地震波场数值模拟、偏移成像方法的对比问题，认为有限积分变换方法可无限制地扩展计算区间，可以实现任意介质速度结构的地震波场数值模拟和偏移成像。数值计算结果表明，有限积分变换方案能给出令人满意的结果，这种数值模拟和偏移成像方法，有望为今后的大尺度地震波传播和成像理论研究及生产实践提供强有力的工具。     

伪深度域交错网格逆时偏移成像方法及并行优化

基于声波方程的逆时偏移作为现阶段最主要成像手段之一，主要受限于计算机运算速度及内存占用。为减少模型网格数以提高计算效率和减少计算存储占用量，将曲坐标变换引入到正演及逆时偏移中，推导了伪深度域一阶声波方程及其离散形式，并给出了对应带PML吸收边界的离散方程。进一步，通过C++AMP并行架构实现了相应正演及逆时偏移算法优化，在减少内存占用的基础上还极大地提升了计算效率。最后，通过模型试算验证了算法及并行架构的正确性及高效性。     

反射地震成像的波场变换方法

遵循反射地震数据叠前偏移可分步描述的思想,即动校正＋叠加＋叠后偏移,根据叠前观测波场、零炮检距波场和叠前时间偏移波场之间的坐标位置关系,通过波场变换实现了偏移到零炮检距地震剖面和叠前时间偏移。计算实现简单,只是空间方向的Fourier正反变换与时间方向的积分,并且偏移到零炮检距地震剖面与叠前时间偏移计算量基本相当,计算没有任何关于小炮检距近似或小反射倾角近似假设。最后讨论了这种方法在研究保幅成像、地震道插值等方面的应用可能以及处理实际地震数据可能面临的问题。     

三维波动方程P-R分裂偏移

本文提出一种新的有限差分三维波动方程一步偏移方法,称为P-R分裂法。该方法是将三维偏移方程在τ(或ζ)方向分两步分别以二分之一步长进行延拓。在前个步长内将关于x的二阶偏导数取成隐格式而将关于y的二阶偏导数取成显格式;为了保持对称性,在后半个步长内,将关于y的二阶偏导数取成隐格式而将关于x的二阶偏导数取成显格式,经一定的简化后,可以得到一个在形式上非常简单的三维差分方程。该差分方程具有两个重要特点：①比Clearbout分裂方法差分精度高,频散现象小;②该差分方程可以局部地分解成一系列二维求解方程,它比马在田四点平均算法求解方便,计算量小。实际处理结果表明,该方法能使倾斜反射波正确归位,断层和断点显示清晰可靠,从而在很大程度上改善了三维偏移剖面的质量。     

裂步Hartley变换叠前深度偏移

研究了基于Hartley变换的叠前深度偏移方法。根据Fourier变换与Hartley变换的内在关系 ,具体推导了裂步Hartley变换 (SSH)的叠前深度偏移公式。对Marmousi复杂构造模型和某区的实际资料进行了计算 ,取得了良好的成像效果。表明了本方法及相应算法的正确性 ,它是一种高精度的偏移方法 ,可以用于实际地震资料的处理     

地震勘探观测系统成像效果量化分析

依据三维地震勘探观测系统的对称性、连续性、均匀性和充分性,定性分析观测系统各参数对叠前成像效果的影响,以此优选观测系统相关参数,设计观测系统。但目前这类方法尚未达到量化分析程度。本文使用双聚焦计算方法,基于克希霍夫积分偏移计算原理,以观测系统双聚焦主瓣与最大旁瓣的比值作为成像效果量化分析指标,并通过地质模型和实例资料的应用效果验证了该方法的有效性,为三维地震勘探观测系统及其参数的优选与设计提供了一种新的量化分析法。