实用化的二维波动方程叠前深度偏移

实用化的波动方程叠前深度偏移技术正在进一步发展完善之中。本文仅比较了其中四种具有代表性的方法，即分步傅里叶法(SSF)、傅里叶有限差分法(FFD)、广义屏法(GSP)和空间一频率域有限差分法(XWFD)。这四种方法的基本思路是：将速度场分裂为背景场和扰动场；背景场的波场延拓采用相移法实现；扰动场的偏移成像采用不同的实现方式，从而构成各种方法的不同特点。文中对四种方法相应的脉冲响应进行了测试分析，同时用Marmousi模型数据和实测地震数据作了偏移成像处理，计算结果比较理想。还将波动方程偏移结果与克希霍夫积分法偏移结果进行了对比，分析表明波动方程偏移成像结果在分辨率和对弱信号的成像能力等方面明显优于克希霍夫积分法。     

矢量Kirchhoff叠前深度偏移

由于传统的Kirchhoff积分法偏移基于标量声学波动方程,没有考虑地震波场的矢量特性,偏移成像的精度较低、保幅性较差。因此,本文从多分量地震波矢量场的特征出发,基于均匀各向同性弹性波波动方程,推导了Kirchhoff积分法矢量偏移公式;利用弹性波波动方程的矢量特性,在偏移过程中将泄漏的地震波信息还原到PP波与PS波分量中,实现了偏移过程中的波场分离。二维理论模型与实际数据的应用结果表明,基于矢量数据的深度偏移方法能够有效消除多分量地震数据的波型泄漏现象,提高偏移成像的精度。     

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。     

խ��λ����˫ƽ��������ƫ��Ӧ���о�

双平方根（DSR）方程为波动方程偏移提供了一种新的理论框架。基于“沉降观测”概念的DSR方程叠前深度偏移已经成为了一类重要的地震波成像方法。与单程波方程偏移方法相比，其计算效率要高很多，便于输出角度域的共成像道集，有利于开展波动方程偏移速度分析。DSR方程全偏移方法对计算机条件要求太高，且对地震勘探中大量存在的窄方位三维地震数据不太适用。文章结合DSR方程叠前深度偏移的波场传播算子与成像条件，讨论了它在窄方位三维地震数据成像中的应用问题，对比分析了几种稳相近似DSR方程偏移方法的特点与适用条件。数值试例表明，基于DSR方程的窄（共）方位角叠前深度偏移方法对盐丘（或礁体）、古潜山等复杂构造具有很强的成像能力，值得在石油天然气勘探中推广应用。     

双程声波方程叠前逆时深度偏移的成像条件

 成像条件是决定波动方程叠前逆时深度偏移效果的重要因素之一。本文从构造成像角度研究了不同的成像条件计算方法在双程声波方程叠前逆时深度偏移中的应用效果。模型试验表明,不论采用何种成像条件,基于双程波方程的叠前逆时深度偏移均会产生较强的层间反射,该反射会恶化浅层成像结果。应用波场归一化互相关成像条件时,层间反射的影响相对较弱;基于波场互相关的逆时偏移成像条件对深部构造的成像能力总体上优于求解程函方程得到的成像条件;而归一化互相关成像条件能够在对地震波进行偏移成像的同时补偿深层能量,在相同条件下,它对深部地层的成像能力更强。     

波动方程叠前深度偏移方法综述

:对波动方程叠前深度偏移的基本概念、实现方法进行了分类和阐述。波动方程叠前深度偏移方法主要分为2类：一类是单平方根方程偏移,在偏移过程中,上、下行波分别向下延拓,并通过互相关成像条件来提取成像值；另一类是基于“沉降观测”概念的双平方根偏移,在偏移过程中,炮点和检波点同时向下外推,当两者重合时（零偏移距）,零时间的波场值就作为该空间点的成像值。对共炮真振幅偏移进行了阐述,并指出也可以在角度域道集实现该算法。理论模型的处理效果证明，波动方程叠前深度偏移成像技术是解决强横向变速情况下复杂构造成像的一种有效手段。     

子波延迟对逆时偏移成像精度的影响

共炮集数据叠前逆时偏移成像需要在深度方向对震源波场和接收波场分别进行正向和反向延拓,对于成像值的提取,传统的做法是两种波场延拓到所有时间相同时刻都要进行互相关,不同时刻互相关值叠加在一起就是所提取的成像值。通常假设下行波是脉冲波或最小相位子波时,都能得到准确的成像,但是对于实际地震资料,同相轴的拾取一般都追踪子波波峰,它相对于初始时间有一个短延续长度,因此采用互相关成像条件的叠前逆时偏移,其成像位置有一定误差。为此,利用有限元法波动方程叠前逆时偏移程序模拟地震记录并进行逆时偏移,讨论震源波场及接收波场中子波延迟对成像精度的影响。数值模拟试验表明,子波对成像位置误差与2种波场中子波相对延迟时间长短和反射点周围速度大小及子渡延续长度有关。     

VSP数据波动方程叠前深度偏移成像及立体地震成像

本文从三维声波方程出发,通过引入参考速度,推导出折射项和绕射项方程,并对绕射项进行优化展开,得到适应任意变速情况下的VSP数据波动方程叠前深度偏移方程及其差分格式;讨论了有限差分法的误差补偿、波场成像条件;基于波场传播的线性叠加原理,在一定成像条件下,提出了把地面地震记录、VSP记录及井间地震记录偏移到同一成像空间的完整的地震地像方法--立体地震成像。立体地震成像实质是：地面地震数据、VSP数据及井中反射地震数据的成像过程可以统一成一个波动方程叠前深度偏移过程,同时,每种数据的成像结果也可以单独输出。模型试算结果表明,在立体地震成像过程中,每一种观测方式对目标地质体的照明范围不同,它们对目标地质体的成像互为补充与加强,使得目标地质体的成像更加精细。     

格林函数高斯束逆时偏移

本文以Kirchhoff积分法偏移为基础,采用高斯束叠加积分表示的格林函数表示正反向延拓波场,并利用正反向延拓波场互相关成像条件得到地下成像结果。模型试算和实际资料处理结果表明：高斯束逆时偏移方法结合了射线类偏移方法的高计算效率和逆时波动方程偏移的高精度,能很好地处理焦散点、大倾角等成像问题,并且具有面向目标成像的能力。     

基于能量范数成像条件的一阶方程弹性波逆时偏移

弹性波逆时偏移能够充分利用地震记录数据,更接近于波传播规律,得到的多分量偏移成像结果能提供更准确、丰富的地下地质信息,但由于偏移过程中正反传波场各种分量混杂,基于逆时偏移框架直接采用常规互相关成像条件会造成偏移结果中干扰噪声较多。为此,提出了用一阶速度应力弹性波方程能量范数成像条件逆时偏移方法压制成像噪声。分析了能量范数成像条件噪声压制原理。数值求解时,方程其它变量求解过程不变,引入中间应变分量,构造应变时间偏导项,应变分量与其它分量同步更新,实现能量范数成像条件偏移。多个模型数据测试结果验证了该方法压制背向散射噪声的有效性。复杂模型试算结果表明:本文方法对比垂直、水平分量互相关成像条件偏移低频噪声得到压制,对比纵横波波场分离偏移则无需考虑转换波极性反转问题。     

基于波动方程偏移的地震数据地层成像

地层成像是对地下地层物性空间变化的近似反演,对于岩性油气藏和非常规油气藏的勘探开发具有重要价值。文中根据波动方程偏移的思想提出了一种有关反射体波阻抗相对扰动的地层成像方法。基于地震波运动学特征准确的地下介质光滑模型,应用地震波传播理论推导了基于反射体波阻抗相对扰动的地震数据线性正演表达式;然后结合线性反演理论,利用地震数据近似反演波阻抗相对扰动,构建了基于波动方程偏移的以波阻抗变化为主要目标的地震数据地层成像方法。在地层成像中,如果对波场做角度分解,则可得到地层成像的角度域共成像点道集,如果对波场不做角度分解,则可快捷地得到角度域平均的地层成像结果。对于声波方程描述的地震数据,利用该地层成像方法可获得地层的声波阻抗相对扰动成像;对于标量波方程描述的地震数据,利用该成像方法可获得地层的速度相对扰动成像。该地层成像方法与地震数据逆时偏移方法的计算过程相同、计算量相当,合成地震数据试验取得了理想的地层成像效果。     

无反射递推算法叠后逆时偏移的研究与应用

偏移成像是地震数据处理的重要环节之一,传统的偏移方法主要有基于克希霍夫积分法和基于波动方程两种。克希霍夫积分法射线追踪困难,复杂介质中存在焦散、多重路径的缺陷以及高倾角构造成像精度低的问题。传统的偏移方法都是按深度外推计算的,而逆时偏移则是在时间轴上实现外推,可以看作反时间方向的正演模拟过程。传统的基于波动方程的偏移成像方法都是基于单程波实现的,而逆时偏移则基于全波(双程波)方程。逆时偏移结果是上行波传播时间等于零时的空间域地震波场,相当于在地下的地层界面上进行观测的结果。逆时偏移不存在倾角限制问题,理论上可以适用于速度任意变化的模型。本文从叠后逆时偏移出发,对无反射递推算法叠后逆时偏移技术做了较深入的探讨,并将该技术应用于模型数据处理和实际资料处理中,均取得了很好的效果。     

基于起伏地表的合成平面波叠前深度偏移

实践表明,波场延拓叠前深度偏移比Kirchhoff积分法成像精度高,但计算量大;而平面波叠前深度偏移比炮域叠前深度偏移运算效率高,且成像精度相当,但只适应水平地表.为此,介绍了一种适应起伏地表的合成平面波叠前深度偏移方法,其基本思路是:以地震排列的最高点所在平面为波场延拓起始面,将起伏地表的地震排列观测数据(检波点或炮点)向下延拓到地表最低点所在的水平基准面,实现波动方程基准面校正;在此平面上应用p变换将全部炮点合成为平面波震源,从而使全部炮记录分解成平面波记录;运用下行波方程、上行波方程分别将平面波震源波场、平面波记录波场沿深度方向外推,在每个深度进行波场相关并累加,获得该深度的成像波场值,得到共分角度的平面波偏移道集;将所有不同共分角度的平面波偏移道集按坐标叠加,得到基于起伏地表的合成平面波叠前深度偏移成像结果.四川龙驹坝地质模型的理论试算及四川实际山地资料HNT12线的处理结果表明:基于起伏地表的合成平面波叠前深度偏移成像结果的质量与传统炮域叠前深度偏移的结果相当,但运算效率显著提高,且适应起伏地表.     

复杂条件下的深度成像技术

基于波动方程的叠前深度偏移方法能在复杂介质条件下精确描述波场,且能高精度成像。此方法包括波场向上和向下延拓进行基准面校正、基于深度域共成像道集的成像点速度模型修正技术和应用成像条件前后作偏移数据内插的偏移反假频技术等核心技术。经实际应用,基于波动方程的叠前深度偏移技术在波组的分辨率、断层的清晰度、深部目的层的成像精度以及振幅的保持等方面都明显优于传统方法。     

VTI介质FFD叠前深度偏移成像方法

从波动方程出发,借助声学近似假设得到VTI介质中qP波的频散关系方程并进行有理化近似,推导出不同精度的FFD(Fourier finite-difference)波场延拓算子(由频率—波数域的相移项、频率—空间域的时移项及有限差分补偿项三部分组成),基于互相关成像条件实现了VTI介质FFD叠前深度偏移成像。该偏移方法具有单程波偏移的高效性,适用于介质强横向变速情形,且考虑了介质各向异性对地震波传播的影响。在实现上述算法的基础上,通过误差分析、脉冲响应和SEG/EAGE岩丘模型成像测试验证了方法的有效性,其成像精度也比常规各向同性成像方法有明显提高。     

起伏浅表层稳定的频率域黏声逆时偏移方法

地震波在地下传播时能量呈指数衰减，因此常规黏声逆时偏移（Q-RTM）的解析解随频率呈指数增长，造成频率域波场补偿不稳定，甚至使有效波场被高频噪声覆盖，导致偏移失败。为此，基于前人认识，提出了起伏地表频率域稳定Q-RTM方法。通过对频率域波动方程增加一个稳定因子，推导了稳定的频率域Q-RTM波动方程，其中稳定因子只改变有效频带外高频的计算符号，不增加额外的计算量。具体实现流程为：①生成贴体网格以及建立物理空间与计算空间的映射关系；②在计算空间计算频率域黏声正、反向传播波场，利用反傅里叶变换（IFFT）得到相应的时间域波场；③利用建立的映射关系的逆映射得到物理空间正、反向传播波场；④利用互相关成像条件对时间域波场成像，并输出成像结果。模型测试和实际资料应用表明，所提方法能补偿由衰减引起的振幅和高频成分损失，从而显著提高地震分辨率，改善浅表层的成像品质。     

共炮域波动方程叠前深度偏移技术在委内瑞拉探区的应用

委内瑞拉探区为盐丘、刺穿、逆冲构造发育的复杂构造区，共炮域波动方程叠前深度偏移技术被认为是复杂构造区地震偏移成像的一个重要而有效的工具，该技术主要分为两步：第一步利用单程波波动方程，分别从炮点和检波点对波场进行向下延拓；第二步为成像调整，即在每一个成像点上，对延拓得到的连续的检波点和炮点波场进行相关处理。共炮域波动方程叠前深度偏移技术的不足之处是高频成分损失较多，造成剖面的相干性较强。偏移背景较差。本文分析了共炮域波动方程叠前深度偏移技术的参数试验及存在的问题，认为强相干背景、CPU计算能力、对地震资料的振幅补偿精度要求更高等因素影响该技术的推广使用。文中认为可在偏移耗时可以接受的条件下，尽可能地选择较大输入频率范围，能够改善偏移背景。实例分析表明，在构造复杂地区。叠前。深度偏移成像效果要好于叠前时间偏移，共炮域波动方程叠前深度偏移成像效果要好于Kirchhoff叠前深度偏移。     

地震成像中的Born近似与Rytov近似比较

地震波散射理论中的Born近似和Rytov近似是目前地震数据波动方程叠前深度偏移成像技术和波场模拟技术中最为常用的两种近似。利用波场传播散射理论中的局部Born近似和局部Rytov近似,分别导出了单程波方程的稳定的Born近似波场传播算子和稳定的Rytov近似波场传播算子,然后从理论和实践上比较了它们在地震数据波动方程叠前深度偏移成像中的应用效果。基于相位扰动的稳定的Rytov近似波场传播算子对速度变化引起的波场相位变化的适应性要比基于波场扰动的稳定的Born近似波场传播算子好，稳定的Born近似波场传播算子可视为稳定的Rytov近似波场传播算子的一阶近似,因此,对于主要基于地震数据相位信息的地震数据构造偏移成像, Rytov近似在理论上要优于Born近似。此外,还用国际标准模型--Marmousi模型地震数据的偏移成像,从实践上证明了Rytov近似要优于Born近似。     

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。     

基于双平方根方程的双域保幅地震偏移方法

从全声波方程出发,基于严格的解耦理论进行单程波保幅分解,得到保幅的单程波动方程;然后按照叠前深度偏移中的波场双重向下延拓理论实现共炮域公式到CMP域公式的转换,推导出由双平方根方程定义的保幅单程波动方程;基于反问题求解中常用的摄动理论,把速度场分裂为层内常速背景和变速扰动,分别在频率波数域和频率空间域求得波场深度延拓的偏移时移量及振幅校正系数,得到最终的双域保幅波场延拓算子。理论模型试算和实际资料处理表明,该方法不但具有较高成像精度,而且可以为后续的地震属性分析提供更真实的振幅信息。