各向异性介质弹性波高斯束偏移方法

弹性波高斯束偏移是一种兼顾成像精度与计算效率的多分量地震成像方法,但当前的研究多集中在各向同性介质声波、弹性波成像和各向异性介质声波成像,针对各向异性介质弹性波偏移的文献相对较少。为此,在前人的研究基础上,发展了各向异性介质弹性波射线追踪方程,以二维各向异性弹性波Kirchhoff-Helmholtz积分为基础,利用弹性动力学表征的格林张量推导了各向异性介质中弹性波波场正、反向延拓公式,提出了一种针对各向异性介质多分量地震数据的成像方法。通过在成像公式中引入权函数,很好地压制各向异性介质成像中不同波型引起的串扰。通过引入符号函数,解决了转换波成像过程中的极性反转问题。TTI介质洼陷模型和TTI介质多层构造模型试算结果表明：与各向同性介质弹性波高斯束偏移方法相比,各向异性介质弹性波高斯束偏移成像结果的信噪比较高、同相轴连续性较好、构造位置更准确;使用多分量地震记录,利用纵、横波波场信息成像,有效提高了成像分辨率;与传统的基于标量波场的成像方法相比,所提方法的适应性更好。     

三维TI介质中多波走时层析成像

传统的各向异性层析成像是在弱各向异性假设下,主要利用走时信息进行线性反演,忽略了介质横向变化,反演结果可信度不高。为此,研究了三维TI介质中多波走时层析成像技术。将各向同性介质中的分区多步不规则最短路径算法推广至三维TI介质中,实现多次透射、反射以及转换波的追踪计算,采用各向同性地震多震相走时层析成像技术,结合有关群速度、相速度偏导数计算,通过联合多波走时同时反演5个各向异性弹性参数。无论是射线路径和走时的追踪计算,还是反演方程的建立,或是雅克比矩阵的计算,该方法都未假设介质为弱各向异性,并且每次迭代都重新追踪射线路径和走时,并计算雅克比矩阵元素。因此,适用于TI介质多波走时层析成像。数值模拟结果表明,多波走时资料的联合反演可有效提高成像的空间分辨率。     

一般TI介质中多震相旅行时层析成像——以井间成像为例

传统的各向异性介质中的正、反演研究大多基于弱各向异性假设下的VTI介质,且主要是有关初至波的射线追踪和相应的旅行时反演。然而,随着勘探精度要求的不断提高,一般普适的(含强)TI介质中的多震相射线正、反演方法,则成为急需解决的问题。鉴于此,本文将基于各向同性介质多震相分区多步最短路径射线追踪算法推广到一般各向异性TI介质,结合相、群速度导数的一阶旅行时扰动方程,采用共轭梯度求解带约束的阻尼最小二乘问题,进而提出了一种利用多震相旅行时进行一般TI介质弹性参数反演的方法。井间地震数值实验结果表明,多震相旅行时联合反演可有效提高成像分辨率,验证了方法的有效性和正确性。     

倾斜TI介质以下的成像构造

在倾斜页岩中,地震各向异性引起下覆构造成像和定位问题。我们为相对层面法向具有倾斜对称轴的横向各向同性介质(TI)P波地震数据开发出一种各向异性深度偏移方法。对深度成像速度模型输入各向异性和倾角参数,并用叠前深度偏移成像道验证拾取的各向异性速度模型。倾斜各向异性覆盖层以下的构造在各向同性和各向异性偏移中位置发生了显著变化。通过对TI介质倾斜对称轴旅行时的计算,2D叠前基尔霍夫深度偏移射线追踪法得到修正。各向异性深度偏移算法应用于物理模型和加拿大落基山逆断层及褶趋带的野外地震数据中,极大地改善了各向同性算法得到的地震数据定位和反射层连续性     

TI介质带限射线束传播及偏移方法

地震数据是典型的带限信号，这限制了传统高频射线理论在其偏移处理中的应用。本文构建了一种适用于横向各向同性（TI）介质的带限射线束传播算子，并应用于射线束偏移。在局部平面波近似下构建了带限射线追踪算法，并将该算法扩展到TI介质。在带限中心射线基础上引入旁轴近似展开，构建适用于TI介质的带限射线束传播算子，将该带限射线束传播算子应用于各向异性介质射线束偏移。该传播算子在保持射线类方法高效灵活优点的基础上，兼具波动类波传播算子能够描述带限波场传播的特性。数值实验表明，各向异性带限射线束改善了盐丘等复杂构造与各向异性区域的照明，提高了偏移成像剖面和角度域共成像点道集的质量。     

基于波前构建法的TTI介质射线追踪

射线(群速度)方向与旅行时梯度(相速度)方向不一致,使得TTI介质的射线追踪变得非常困难。传统的以弹性参数表示的各向异性射线追踪系统比各向同性条件下要复杂得多,而且在每一步都要求通过解特征值问题来计算极化矢量,使得整个射线追踪过程相当耗时。鉴于此,本文引入一种用相速度和群速度重构的射线追踪系统,该射线追踪系统与各向同性条件下的完全相似,从而简化了TTI介质的射线追踪问题。在综合考虑多种走时计算方法的优劣后,选择波前构建法进行射线追踪和波前传播的计算。将简化的射线追踪系统与波前构建法的优势相结合,得到了简单、高效的TTI介质射线追踪方法,并通过模型试算验证了此法的可行性。     

弹性介质中谱元法叠后逆时偏移方法研究

偏移成像是地震资料处理的关键技术之一,而偏移的精度和效率是偏移方法研究的重点和难点。开展了基于高精度和适应性强的谱元法叠后逆时偏移研究。应用波动方程数值模拟得到等价叠加地震资料,利用界面点法最小走时射线追踪技术得到地下介质各点的走时,以此作为成像条件,基于爆炸源成像原理实现叠后逆时偏移。设计了层状和界面起伏两个地质模型,分别在各向异性介质和各向同性介质条件下对正演模拟结果进行了谱元法叠后逆时偏移。结果表明,各向同性和各向异性介质条件下的偏移结果都与初始模型相吻合。     

各向异性介质中转换波和非转换波的克希霍夫偏移与速度分析

我们导出实现各向异性介质克希霍夫偏移的渐近表达式并概述了工序。这种技术基于利用对射线振幅和旅行时的解析式获得的方位各向同性介质的新的格林张量表达。由于在实际应用中,一般各向同性在偏移方法中的运用会受所考虑速度模型的可得性和可靠的限制,我们研制的一种新的各向异性速度分析方案来产生方位各向同性介质中偏移非转换波和转换 qP-qSV 波的仿真各向异性模型。这种速度分析方法各向同性的五个弹性常数给出的非双曲线时距显式。成象技术用于非转换波和转换波地面地震数据,在这两种情况下该法提供地下界面的精确图象。证明了即使弱的至中等的各向异性,用各向同性偏移算法也不能使地下界面成象。本文提供了各向异性介质速度分析和偏移的新的非常规技术,并证明了利用转换波和非转换波的可行性。     

含裂隙介质中地震波运动学问题的正演模拟

碳酸岩油气藏与裂隙分布有关。在含有定向分布的裂隙介质中,地震波的传播呈现各向异性的特征。本文通过对定向分布裂隙介质中的弹性参数的研究,发现裂隙介质具有横向各向同性介质的特性,而且裂隙内含有液体,对波速的各向异性影响更甚。文中介绍了各向异性介质中地震波的射线解,并利用运动学射线追踪方程计算了裂隙介质中波的射线轨迹及走时曲线,求出似 P波、似 SH 波和似 SV 波的波速。由于介质的各向异性,似 SH 波和似 SV 波的走时曲线表现不一致,这说明各向异性介质中 S 波存在分裂现象。此种 S 波分裂现象可以用于研究介质中的裂隙分布和指示裂隙油气藏。     

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。     

各向异性介质中转换波和非转换波的克希霍夫偏移与速度分析

我们导出实现各向异性介质克希霍夫偏移的渐近表达式并概述了工序。这种技术基于利用对射线振幅和旅行时的解析式获得的方位各向同性介质的新的格林张量表达。由于在实际应用中，一般各向同性在偏移方法中的运用会受所考虑速度模型的可得性和可靠的限制，我们研制的一种新的各向异性速度分析方案来产生方位各向同性介质中偏移非转换波和转换ｑＰ－ｑＳＶ波的仿真各向异性模型。这种速度分析方法各向同性的五个弹性常数给出的非双曲线     

各向异性弹性波叠后逆时深度偏移

大量数据表明地下岩层的地震各向异性是普遍存在的。然而在常规偏移中，通常视地下介质为各向同性介质，这必然导致一定的误差。研究了各向异性弹性波的有限元逆时延拓算法及有关人工吸收边界条件等问题，实现了各向异性弹性波有限元逆时深度偏移系统。2个理论模型的自激自收资料实算表明，该系统能够清晰准确地进行偏移成像。另外，对这两个模型资料的各向同性移证实，常规各向同性偏移剖面上存在较大误差。     

VTI介质高斯束叠前深度偏移

本文基于各向异性运动学射线追踪和动力学射线追踪,在各向同性高斯束叠前深度偏移算法的基础上,给出了各向异性高斯束叠前偏移方法原理,提出了一种适用于VTI介质的P波高斯束叠前深度偏移方法。针对水平层状VTI介质模型,分析了各向异性参数ε和δ对高斯束叠前深度偏移的影响。对多层页岩模型和SEG/Hess模型偏移试算结果表明,本文方法是一种准确有效的VTI介质叠前深度偏移方法。     

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。     

倾斜TI介质以下的成像构造

在斜页岩中,地震各向异性引起下覆构造成像定位问题,我们为相对层面法向具有倾斜对称轴的横向各向同性介质（ＴＩ）Ｐ波地震数据开发了一种各向生深度偏移方法。对深度成像速度模型输入各向异笥和倾角参数,并用叠前深度偏移成像道验证拾取的各向异性速度模型。倾斜各向 性覆盖层以下的构造在和向同性和各向异性偏移中位置发生了显著变化。通过对ＴＩ介质倾斜对称加旅行时的计算,２Ｄ叠前基尔霍夫深度偏移射线追踪地得到修正。各     

多分量波场的矢量法叠前深度偏移技术

本文研究了二维各向同性介质中两分量记录的矢量法叠前深度偏移方法———叠前逆时深度偏移方法。首先从弹性波波动方程出发,在交错网格空间中推导了各向同性介质中弹性波逆时延拓的高阶有限差分格式;然后从程函方程出发,采用逆时差分格式求解地下各点的地震波走时。为确保算法满足地震波传播的因果性条件及其对复杂模型的适应性,用扩展波阵面算法追踪波前并搜索全局极小,以上述方法的计算结果作为弹性波逆时偏移的成像条件,实现二维多分量资料的叠前逆时深度偏移。模型试算和实际单炮记录试验表明,叠前逆时深度偏移方法考虑了地震波的矢量特征,是一种有效的矢量波场处理技术。     

横向各向同性介质中纵波和转换横波的快速射线追踪方法

首先根据横向各向同性介质中群速度与相速度的关系,以及横向各向同性介质中射线参数的表达式,推导出适用于做射线追踪的射线参数解析表达式。在介质的对称平面内,利用逐段迭代的射线追踪方法导出了任意形态光滑界面反射点和透射点的一阶修正量公式,可适用于纵波、转换横波的射线路径及旅行时的计算。公式推导未做弱各向异性的假设,对任意强度的各向异性介质都适用。通过用水平界面各向异性介质时距曲线公式（Ｔｓｖａｎｋｉｎ     

复杂各向异性介质初至波射线追踪

准确求取各向异性初至波走时与射线路径对偏移成像及层析反演具有重要意义,目前基于图论的最短路径方法虽然能同时得到走时与射线路径且无条件稳定,但仅适用于弱各向异性介质。利用牛顿下山法求解群相关系方程,由群角得到较为精确的相角,进而求得较为精确的群速度和走时,使得最短路径射线追踪方法可以适用于复杂各向异性介质。将此射线追踪方法应用于均匀各向异性介质及层状介质模型,并将试算结果分别与理论走时和弹性波动方程有限差分结果进行比较,验证了方法的准确性;通过复杂各向异性介质模型试算,验证了方法对复杂介质的适用性。     

各向异性介质中高斯射束深度偏移

目前使用的高斯射束偏移(GBM)法,在处理各向同性非均匀介质问题时是有效的 该法以求解射线中心坐标波动方程为基础。本文将该法推广应用于求解各向异性非均匀介质的2D偏移问题,将高斯一射束法由各向同性介质推广到各向异性介质时,需要修改射线追踪的运动学特性。当各向异性介质中的旁轴展开的精度与各向同性介质中的旁轴展开相当时,其射线追踪要比在各向同性介质中慢得     

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。