高斯射线束叠前深度偏移成像研究

高斯束偏移方法弥补了克希霍夫偏移方法在处理多值走时及焦散问题方面的不足,同时突破了单程波偏移算子的倾角限制。系统介绍了高斯束偏移方法的基本原理,应用理论模型验证了高斯束偏移方法在陡倾角构造成像能力上优于二阶广义屏算子这一结论。由于高斯束中心射线携带了丰富信息,在偏移算法中给出了直接计算角度域共成像点道集的方法。实际数据测试结果表明,在复杂构造、陡倾角以及低信噪比资料成像方面,高斯束偏移成像效果明显好于目前常用的克希霍夫偏移成像方法。     

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。     

高斯束成像技术及其应用

高斯束偏移是Kirchhoff积分偏移的一种替代方法。依据高斯束偏移的基本原理,给出了高斯束偏移方法在保幅成像、角度域成像和起伏地表条件成像中的应用原理和方法,探讨了高斯束偏移中初始宽度、频带宽度和波束采样间隔等重要参数的选取原则,采用数值模型及实际资料对高斯束偏移方法的应用效果进行了验证。通过上述研究得出以下结论:①在一定的偏移距范围内,保幅高斯束偏移能正确地恢复地下界面真实的反射率;②同保幅Kirchhoff偏移相比,保幅高斯束偏移对复杂构造的成像效果有明显提高,而计算时间仅为保幅Kirchhoff偏移的1.6倍左右;③高斯束偏移在陡倾构造处的成像效果要优于常规的波动方程偏移;④高斯束偏移对起伏地表条件具有良好的适应性。     

波动方程叠前深度偏移角度道集求取方法

针对常规直接转换法和直射线叠前时间偏移(PSTM)法提取的角度道集无法满足地质构造复杂地区的AVA分析与反演精度的问题,研究基于共炮检距道集波动方程保幅叠前深度偏移方法,提取角度域共成像点道集。首先,对地震数据进行叠前深度偏移得到炮检距域共成像点道集;其次,在频率-波数域对炮检距域共成像点道集利用快速插值映射法抽取角度域共成像点道集。通过与直接转换法和直射线PSTM法提取的角度道集比较,分析不同方法求得的角度道集信息的准确性和AVA特征。数值试算和实际资料处理结果表明:共炮检距道集波动方程保幅叠前深度偏移方法求取的角度道集的振幅相对保真,角度范围更广,更适用于AVA分析。     

各向异性介质共炮域高斯束叠前深度偏移

高斯束偏移作为一种射线类偏移方法的改进算法,兼顾了成像精度和运算效率,越来越受到人们的关注。在传统高斯束叠前成像算法的基础上,引入地下介质各向异性参数,通过修改运动学和动力学射线追踪方程,发展了基于各向异性介质的共炮域高斯束叠前深度偏移方法。简单各向异性洼陷模型和国际标准各向异性Hess模型的试算结果表明:各向异性参数对地震记录的大偏移距信息影响较大;对于地层各向异性不能忽略的探区,采用基于各向异性介质的高斯束成像方法能够更加准确地刻画复杂的地下构造。     

基于三维高斯束算子解析的方位-反射角道集提取技术研究

通过三维叠前深度偏移提取地下成像点的共方位-反射角(或倾角-方位角)成像道集对于层析速度分析及振幅随角度变化分析(AVA)等至关重要。高斯束叠前深度偏移技术利用相互独立的高斯束描述波传播,并通过相邻高斯束的叠加计算波场,其实现方式解决了多路径问题,且无成像倾角限制。更重要的是,高斯束偏移提供了一种能高精度且方便高效地提取三维共方位-反射角度成像点道集的策略。通过解析求解高斯束算子,计算单个高斯束的波场传播方向矢量,进而通过不同高斯束的传播方向矢量计算得到成像点处的方位-反射角,从而实现三维高斯束叠前深度偏移方位-反射角成像道集的提取。数值计算及实际数据应用结果证明了三维高斯束叠前深度偏移共方位-反射角道集提取技术的有效性。     

炮域波动方程叠前深度偏移的偏移距域和角度域共成像点道集计算

炮域波动方程叠前深度偏移是一种实用化的成像算法,特别在稀疏炮集宽方位角观测系统采集的数据成像中非常有效。本文将偏移距定义为叠前偏移中下行震源波场和上行接收点波场之间的位移,在偏移过程中提取偏移距域共成像点道集,利用最早应用于炮—检偏移的径向记录道映射方法,将偏移距域道集转换到角度域。计算过程包括多偏移距成像和炮—检点坐标系向中心点坐标系的转换。该方法能够在炮集偏移过程中生成随角度变化的反射波成像结果,但在稀疏炮集观测系统下,共成像道集的质量仍会受到炮点假频的影响。     

高斯波束共角度保幅深度偏移

 高斯波束偏移是一种准确、灵活、高效的深度偏移方法,不但具有接近于波动方程偏移的成像能力,还可以对陡倾角地层以及各向异性介质进行成像。由于高斯波束偏移过程中含有地下射线的传播角度信息,因而可以利用此角度信息直接提取角度域共成像点道集,而不需要波动方程偏移中复杂的映射转换。本文首先介绍了高斯波束偏移的基本原理,然后实现了基于互相关成像条件的保幅高斯波束偏移,并提出了角度域共成像点道集的提取方法。模型和实际资料的试算分析表明,此方法是有效的。     

表驱Kirchhoff叠前时间偏移角度域成像方法

为解决垂向变速介质中的射线弯曲效应问题,获得可直接用于AVO分析和反演的角度域共成像点道集,提出了一种基于射线追踪的表驱Kirchhoff叠前时间偏移方法.方法实现的基本原理是:首先基于横向均匀介质中的反射时距关系,利用改进的两点射线追踪算法建立走时和反射张角的数值表;然后在偏移过程中利用该数值表得到成像孔径内各反射路径对应的双程走时与入射角信息;进而通过脉冲响应叠加方法得到角度域共成像点道集和偏移成像剖面.由于加权函数部分考虑了射线弯曲效应的影响,因此更有利于振幅的相对保真.角度域共成像点道集波形拉伸效应的时不变特征也有利于后续的波形恢复处理.理论模型和实际地震资料验证了该方法的可行性.     

波动方程偏移角度域共成像道集

对于复杂介质，炮域共成像道集和偏移距域共成像道集遇到了麻烦：对于相同到达旅行时和相同的水平慢度，反射同相轴可能来自地下界面不同的点，即地下界面的点存在多解性。对于地下界面的每一点，角度域共成像道集却惟一地定义了射线对，因此，数据体中的每一个同相轴只对应地下界面一个点。利用波动方程偏移能够生成可以用于偏移速度分析和振幅随入射角变化分析的角度域共成像道集。     

TI介质角度域高斯束逆时偏移方法

高斯束逆时偏移兼具高斯束偏移灵活、高效和逆时偏移高精度的优势,具有面向目标成像的能力。本文将基于相速度的各向异性射线追踪算法引入高斯束逆时偏移中,并结合高斯束计算时的传播角度信息,实现了一种更为高效的TI介质角度域高斯束逆时偏移方法。模型试算表明：同传统基于弹性参数的各向异性算法相比,在保证成像精度的前提下,本文方法具有更高的计算效率,同时提取的角度域共成像点道集（Angle Domain Common Imaging Gather,ADCIG）不仅能够为后续偏移速度分析提供支撑,而且可以用于分角度叠加成像,压制成像噪声、提高成像质量。     

角度域共成像点道集的提取与叠加成像

基于共成像点道集的速度分析是速度分析方法中常用的一种方法。共成像点道集有偏移距域共成像点道集、炮域共成像点道集和角度域共成像点道集等。在复杂地区，偏移距域共成像点道集和炮域共成像点道集存在运动学和动力学假象，而角度域共成像点道集则有效地克服了这个问题。首先分析了角度域共成像点道集的特性，讨论了如何较准确地提取角度域共成像点道集；然后分别利用单平方根算子和双平方根算子波动方程偏移方法提取了偏移距域共成像点道集；接下来应用插值法将偏移距域共成像点道集投影到角度域，生成角度域共成像点道集；最后进行了角度域叠加成像。模型试算结果表明：与常规波动方程偏移方法相比，角度域叠加成像能够改善局部成像质量。     

声波各向异性时间域高斯束叠前深度偏移

作为一种改进的射线类偏移方法,高斯束偏移不仅具备射线类偏移灵活、高效的特性,而且还拥有接近波动类偏移的成像精度。与传统频率域高斯束偏移相比,时间域高斯束偏移通过调整成像公式,把频率域积分转换为成像时刻的函数,提升了计算效率。随着地震采集方位角的变宽和观测排列的加长,各向异性对地震偏移成像的影响变得不容忽略。文中将基于相速度的各向异性射线追踪算法应用于时间域高斯束偏移,并对动力学射线追踪相关系数进行优化,形成一种更高效的各向异性声波时间域高斯束偏移方法。模型试算表明,相比于其他各向异性算法,在保证成像精度前提下,所提方法具有更高计算效率和更强适用性,尤其适用于各向异性复杂构造成像。     

数据驱动的控制束偏移方法

射线束偏移虽是一类灵活、高效且精度较高的叠前深度偏移成像方法，可实现陡倾地层和多波至成像，但传统的高斯束偏移将所有反射能量沿等时面投影到地下空间，对τ-p域中的所有同相轴进行偏移成像，带来巨大计算量、偏移噪声及偏移假象。作为高斯束偏移的一种改进，控制束偏移在τ-p域选取优势能量同相轴做偏移，能显著提高计算效率，降低偏移噪声；然而控制束偏移方法大多只利用了检波点处的水平慢度信息。为此，本文提出一种充分利用炮点和检波点水平慢度信息的数据驱动控制束偏移方法。即首先分别对局部共检波点道集和共炮点道集进行倾斜叠加，再利用相干分析拾取炮点和检波点水平慢度信息，然后依据设计的偏移质量指示因子筛选拾取的同相轴，最后对所选取同相轴进行成像。与传统高斯束偏移方法相比，数据驱动的控制束偏移方法对偏移噪声和偏移假象的压制更彻底，对低信噪比数据成像具有显著优势。模型数据和实际数据测试验证了该方法的可行性、有效性和适用性。     

角度域黏声介质高斯束叠前深度偏移方法

高斯束偏移方法作为一种改进的射线类偏移方法,兼具成像精度和计算效率高的优点。在传统高斯束叠前深度偏移方法的基础上,通过校正黏声介质对高斯束格林函数复值振幅及复值走时的影响,并结合高斯束传播过程中的角度信息,发展了适用于黏声介质的角度域高斯束叠前深度偏移方法,并给出了详细的实现流程。在实现算法的基础上,通过两个典型模型对本文方法进行测试,成像结果表明角度域黏声介质高斯束偏移方法可有效补偿黏声介质的吸收衰减作用,一定程度上提高了地震成像分辨率。     

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。     

高斯射线束偏移技术在渤海LD16-17区的应用

高斯射线束偏移技术是近几年来国外广泛应用的一种新的偏移处理技术,它克服了常规克希霍夫偏移技术在焦散面附近振幅急剧、不固定变化的缺点,在复杂速度构造区域也能保证正常响应.高斯射线束叠前深度偏移技术在渤海LD16-17区取得了很好的应用效果,有效改善了高陡构造和复杂断裂的成像效果,提高了中深层地震资料的信噪比.该项技术在渤海地区有广阔的应用前景.     

各向异性介质共炮域高斯束偏移

在Zhu等提出的基于相速度的各向异性高斯束偏移方法的基础上,修改了运动学和动力学射线追踪方程,并且通过对射线追踪方程中的系数进行近似,简化了动力学射线追踪方程,实现了基于相速度的各向异性介质共炮域高斯束叠前深度偏移成像。通过各向异性水平层状模型分析了各向异性参数对本文研究方法的影响,证明各向异性介质偏移成像需要获得准确的速度场和各向异性参数场,这是实现各向异性偏移成像的关键。二维Hess VTI模型试算结果表明,本文方法能够对复杂的各向异性地质构造进行有效成像,充分证明了方法的有效性。与传统的基于弹性参数的各向异性介质高斯束偏移成像方法相比,本文方法在计算效率和适应性方面具有更多优势,更适合处理实际地震资料。     

高斯束深度偏移的实现与应用研究

高斯射线束(高斯束)的本质是利用傍轴近似方程在射线中心坐标系中描述波传播。高斯束偏移包括单个高斯束的求解及所有高斯束叠加成像两步骤。单个高斯束分两步求得,即通过运动学射线追踪求取中心射线的路径及走时;通过动力学射线追踪获取中心射线附近的高频能量分布。利用相互独立的高斯束描述波传播,既保持了射线方法的高效性和灵活性,又考虑了波场的动力学特征。高斯束偏移利用相互独立的高斯束叠加成像,解决了射线类方法中的多路径问题,兼具了初至波到达时Kirchhoff积分偏移的灵活性和波动方程偏移的精确性。高斯束偏移方法没有成像倾角限制,并且只需在射线追踪时引进高程管理即可将其应用至起伏地表情况,避免了复杂区的静校正问题,提高了起伏地表地震数据的成像精度。理论数据和实际数据的试验结果证明了该技术的有效性与优越性。     

逆时偏移角道集构建及速度分析方法

速度模型精度问题已经成为制约逆时偏移实际应用效果的瓶颈,尤其是在复杂构造区,受制于目前积分法偏移速度分析固有的多路径问题缺陷,得到的成像道集质量和偏移速度模型精度往往难以满足逆时偏移的成像要求。基于此,开展逆时偏移角道集构建及速度分析方法的研究。首先,开展了波前矢量逆时偏移角度域共成像点道集构建方法的研究,该方法物理意义明确,计算效率较高。与传统偏移距域及炮域成像道集相比,逆时偏移角道集能够有效解决多路径问题,减少偏移假象,提高道集成像质量;其次,推导了新的纵波角度域速度更新公式,并且实现了逆时偏移角度域速度分析方法,模型数据的数值实验结果表明了该方法的正确性和有效性。