基于归一化波场拆分互相关成像条件的叠前逆时偏移方法

本文基于高阶精度有限差分算法实现了声波方程叠前逆时偏移,并引入完全匹配层吸收边界来消除边界反射能量。基于模拟数据,通过对波场拆分互相关成像条件与震源能量归一化互相关成像条件进行分析,尝试结合两者分别在噪声消除以及改善成像振幅方面的优势对现有成像条件做进一步改进。通过模拟数据和实际资料的试处理,表明改进后的成像条件有效地消除了偏移噪声,同时获取的成像振幅能够提供相对于常规方法更为准确的界面反射系数信息。     

几种叠前逆时偏移成像条件的比较

叠前逆时偏移常用的成像条件主要有初至时成像条件、最大振幅到达时成像条件和互相关成像条件。初至时成像条件以成像网格点初至波的到达时间作为成像时间,计算速度快,适用于介质相对简单的情况。最大振幅到达时成像条件以成像网格点出现最大入射振幅的时间作为成像时间,选取能量最强的绕射波聚焦成像,提高了成像质量。互相关成像条件利用的是入射波和反射波的互相关,偏移前需要模拟整个放炮过程,计算量和存储量都很大,但能够充分利用全波场信息,可使各成像网格点多次成像,从而有效压制成像噪声。Marmousi模型叠前逆时偏移成像结果表明,互相关成像条件的抗噪性能优于初至时成像条件和最大振幅到达时成像条件,当偏移速度场足够准确时,互相关成像条件可以实现多次波成像。     

弹性波波场分离方法对比及其在逆时偏移成像中的应用

弹性波波场分离是弹性波逆时偏移成像中的关键技术,主要基于Helmholtz分解原理。本文对弹性波波场分离法进行系统分析和总结,并将其归纳为直接分离法和间接分离法两类。前者直接对矢量波场进行散度和旋度计算,得到纵波和横波波场,包括空间域方法和波数域方法;后者利用以前时刻分离的纵、横波波场递推得到下一时刻纵、横波波场。文中选择介绍了三种空间域方法、一种波数域方法和一种间接分离法的基本原理,针对均匀介质模型、层状介质模型及Marmousi模型,对这五种方法波场分离的效果和效率进行分析和对比。认识到这些方法各自的优缺点：两种常规空间域方法计算量最小,但分离结果保幅性差;间接分离法效果较好,计算量适中,但在速度突变界面处存在能量异常;改进的空间域方法分离效果最好、计算量最大;波数域方法效果次之、计算量也次之。最后,利用模型数据测试了这五种方法对弹性波逆时偏移成像的影响,表明改进的空间域方法和波数域方法的成像效果最好。     

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。     

弹性波联合叠前逆时偏移数值试验

与常规纵波地震资料相比,多波多分量地震资料含有更为丰富的弹性波场信息,因此,研究多波多分量弹性波场的逆时成像方法可以更好地挖掘其潜在的应用价值。从非均匀各向异性介质弹性波波动方程出发,尝试从弹性波正演过程来计算纵波/准纵波初至走时,并以此走时作为弹性波联合叠前逆时成像值的筛选条件;同时给出了具体的逆时成像原理和计算步骤,并引入基于散度和旋度的纯纵、横波的波场分离算子,最终实现了弹性波波场中混合波场、纯纵波和纯横波(转换波)波场的联合逆时成像。均匀弹性介质模型算例验证了所提出的走时计算方法的准确性和有效性;各向异性弹性介质模型的数值模拟试验结果表明,所给出的弹性波联合叠前逆时成像方法能够考虑介质岩性和构造特征的复杂变化,获得符合理论和实际地质情况的成像结果。     

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。     

基于多卡GPU集群的多次波逆时偏移成像技术

相对于常规逆时偏移,多次波逆时偏移成像技术具有更高的成像精度。在分析多次波逆时偏移成像原理和条件的基础上,对多次波逆时偏移成像中的多次波预测、波场延拓等步骤的实现过程进行了研究。在此基础上,利用Sigsbee2B地质模型,应用基于反馈环理论的自由界面多次波衰减方法预测得到纯多次波炮集,实现了基于多卡GPU集群的多次波逆时偏移成像处理。处理结果显示,多次波逆时偏移的中浅层成像清晰,构造的成像精度明显高于常规逆时偏移。多卡GPU集群的应用可显著提高多次波逆时偏移的计算速度和效率,使得基于地震大数据体进行多次波逆时偏移成像处理成为可能。     

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。     

基于波场分离的逆时偏移成像条件研究及在准噶尔盆地的应用

与传统深度偏移成像方法相比,基于双程波的逆时偏移方法针对地下陡倾角地区和复杂地下地质条件地区的成像有着无可比拟的优势。逆时偏移方法的实现通常有3个步骤:①在时间域实现震源波场的正向外推;②在时间域实现检波点波场的反向外推;③应用合理的成像条件构建成像结果。在实际应用过程中,通常是采用互相关成像条件来构建成像,然而,互相关成像条件构建的逆时偏移成像结果会产生强振幅的低频噪音,这些噪音会极大地降低资料的信噪比,容易导致浅层构造被噪音掩盖而无法识别,仅采用单纯的带通滤波并不能很好地滤除这种噪音。提供了一种新的基于波场分离理论的逆时偏移成像条件,此方法能有效地消除这些特定的噪音,其核心思路就是将震源及检波点波场分离成它们的单程波传播分量,然后仅在反射点处利用互相关的成像条件构建成像结果,从而实现逆时偏移成像。Marm-ousi模型数据验证了该方法的准确性;同时,采用文中提到的成像条件在准噶尔盆地百口泉地区进行了逆时偏移测试,测试结果充分证明新成像条件对野外资料的适应性。     

地震波叠前逆时偏移脉冲响应研究与应用

为了更好地应用地震波叠前逆时偏移成像技术,开展了逆时偏移脉冲响应研究.从有偏移距层状介质模型的脉冲响应出发,首先探讨了常规相关法逆时成像条件低频逆时噪声的成因机理,分析了上、下行波分离逆时成像条件在低频噪声压制中的优势,对比了两种逆时成像条件在偏移速度平滑条件下的脉冲响应特征;同时分析了不同偏移网格参数、速度分布等情况下地震波数值频散对逆时偏移脉冲响应精度的影响.计算结果表明,地震波波场延拓过程中相对波阻抗差界面的上行反射波场是逆时背景噪声的主要成因;速度平滑能够有效降低低频背景噪声,但以牺牲成像位置准确性为代价;地震波数值频散是影响逆时成像精度的一个重要因素,逆时偏移参数的选择必须严格依据数值频散关系.与此同时,还通过模型验证了逆时偏移中震源和检波点位置具有可互换性,为共检波点道集的逆时偏移处理提供了方法指导.通过逆时偏移参数的优选,在实际陆上地震资料叠前逆时偏移中取得了较好的成像效果.     

多次波对逆时偏移构造成像的影响

从理论上来说,逆时偏移能够对多次波进行成像,然而在实际生产中多次波还是被当作噪声从地震记录中衰减掉。为此,通过分析多次波在逆时偏移中的外推过程,提出将逆时偏移成像条件分为三部分：1真实构造处的反射成像;2非构造处低频噪声;3构造假象。应用三个简单模型的试算验证了逆时偏移可以对层间多次波成像,也可以对地表相关多次波成像,但在实际地震资料处理中,为防止多次波产生偏移假象,需要先衰减多次波再进行逆时偏移。     

基于起伏地表的叠前逆时偏移成像

中国西部地区复杂地表条件对准确地震成像提出了挑战。通过对起伏地表模型的数值模拟和处理分析,探讨了起伏地表条件下地震成像存在的问题和解决方法,实现了基于起伏地表的叠前逆时偏移,并用来对模型数据进行处理。与常规处理方法和基于浮动基准面的叠前深度偏移相比,该方法在地形复杂的陕北地区取得了良好的效果。     

波动方程有限元叠前逆时偏移

 为研究起伏地表、复杂构造以及复杂速度分布条件下地震数据的精确成像方法，本文采用有限元法完成观测波场的声波方程逆时外推，并提出了以节点波场最大振幅出现时间作为成像时间的最大振幅成像条件。该成像条件不同于激发时间成像条件，它基于波动理论而不是射线理论，可使能量更好地聚焦。有限元法采用六节点三角形单元，对单元内的场和速度均作二次插值以提高模拟精度；用对角化的集中质量矩阵代替协调质量矩阵，避免了矩阵求逆，提高了计算效率。通过对带地形的凹陷模型、Mormousi模型及带地形的Mormousi模型等三个理论模型的计算，结果表明该方法能够有效处理复杂地质条件下的地震成像问题，对于复杂地质体中的断层、断块、背斜构造、高速体和目标体成像都比较清晰，位置准确。尤其对于基于起伏地表直接进行偏移的模型数据也得到了较好的成像结果。     

将逆时偏移应用于复杂成像问题

标准的以炮点为基础的单程波场外推（WE）叠前深度偏移技术通过向下延伸震源和检波器波场对每个炮点进行地下成像。通过把这两个波场在每一深度交叉关联而形成成像条件，然后把来自孔径中的所有炮点的贡献相加以形成图像。     

两种叠前逆时成像条件的比较

研究不同逆时成像条件是实现准确偏移成像的前提。分析了两种叠前逆时成像条件：基于初至走时的叠前逆时成像条件和相关型叠前逆时成像条件。从理论分析和数值试验角度,综合对比了两者在成像机理、计算效率、临时盘数据存储量、抗干扰能力、成像精度等方面的差异。分析结果表明,两种叠前逆时成像条件对应的偏移剖面上均存在较强能量的低频逆时噪声,且相关型叠前逆时成像剖面在信噪比和对复杂陡构造区域的成像效果等方面均优于基于初至走时的叠前逆时成像剖面,但存储量和计算量相对较大。     

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。     

声反射成像测井波场分离方法概述

声反射成像测井是一种利用反射波探测地质构造的方法,是近几年新发展起来的测井技术.声反射成像测井中,波场分离方法是提取反射波的主要手段.目前国内存在的波场分离方法包括Radon变换法、f-k滤波、中值滤波、时间慢度相关法等.本文首先阐述了上述几种方法的基本原理和国内现状,其中高分辨率Radon变换和基于小波变换或线性预测...     

VSP波场分离

视速度和偏振是地震波的两个重要特性。根据P波和S波运两个特性的差异,就可以分离VSP波场。本文所用的VSP波场分离方法综合考虑了视速度特性和偏振特性。在三分量VSP资料（H₁、H₂、Z）中,可将其两个水平分量H₁、H₂按矢量合成方法求出总水平分量H,再根据地震波的视速度特性,将H和Z分量经τ-p正变换得到τ-p谱U_H和U_Z;然后根据地震波的偏振特性,在τ-p域由U_H和U_Z得到U_P和U_SV,即P波和SV波的τ-p谱。最后,再将U_PU_SV经τ-p逆变换得到P波和SV波。用这种方法对理论模型和野外实测三分量VSP资料进行了处理,效果良好。     

结合泊松算法和波场分解成像条件的各向异性优化纯声波方程逆时偏移

常规各向异性逆时偏移主要采用伪声波方程,该类方程容易引起成像剖面上的伪横波干扰及数值不稳定,发展各向异性纯声波方程能够较好地解决上述问题。为此,首先回顾了TTI介质中两种常用的伪声波方程;再采用最小二乘方法获得了优化的纯声波频散关系;在此基础上,结合泊松算法和有限差分求解高精度纯声波方程。在传统互相关成像条件中,全波场信息均参与其中,容易引起较强的低频噪声干扰。鉴于此,将基于Hilbert变换的复数波场分解成像条件推广至各向异性介质,对获得的TTI纯声波沿不同方向分解,选取传播方向相反的波场分量参与最终成像。理论和模型算例表明,将优化纯声波和波场分解成像条件结合能够有效压制各向异性逆时偏移中的伪横波干扰及低频噪声,获得高质量的成像剖面。