各向异性弹性介质方向行波波场分离正演数值模拟

为了进一步提高对弹性波波场传播规律的认识,将波印廷矢量应用于多波多分量各向异性介质弹 性波波动方程方向行波波场分离正演数值模拟中。 根据弹性波波印廷矢量的波场数值特征,在多分量弹 性波正演数值模拟过程中,实现了上行波、下行波、左行波和右行波的方向行波波场分离。 以均匀各向异 性弹性介质模型、倾斜界面模型和 Marmousi 模型为例,开展了相应的方向行波波场分离数值模拟实验。 结果表明,这种方法计算量小,算法简单,能够准确实现波场快照和数值模拟记录的方向行波波场分离。 因此,在多波多分量弹性波资料的地震波场模拟分析和成像方面具有一定的应用价值。     

弹性波高斯束叠前深度偏移

本文提出一种新的多分量地震成像方法--弹性波高斯束偏移,同以往的弹性波偏移（Kirchhoff偏移,逆时偏移）方法相比,兼具较高的成像精度与计算效率。该方法通过局部倾斜叠加将多分量地震记录分解为不同波型、不同初始方向的局部平面波,并利用弹性动力学高斯束的走时、振幅以及极性信息进行矢量波场的延拓成像。本文以二维弹性波Kirchhoff-Helmholtz积分为基础,推导了基于高斯束表示的弹性波波场反向延拓公式,然后利用互相关成像条件求取反射波以及转换波的成像值。针对转换波成像剖面中的极性反转问题,本文根据反射界面处转换波的传播以及偏振特点,给出了一种校正方法。最后,通过数值模型试算,验证了该弹性波成像方法的正确性和有效性。     

多波深度域建模与成像一体化技术

在复杂油气藏勘探中,常规方法在处理多波数据时通常将纵波和转换横波分别做类纵波处理,忽略了地震波的弹性矢量波特征,并且成像精度严重依赖于波场分离的精度。针对这些问题,本文给出了解耦的高斯束弹性波波场反向延拓公式及多波成像公式以实现叠前深度偏移;然后建立了针对弹性多波建模的最小二乘反演方程,以实现基于高斯束角道集的反射层析建模。将深度偏移和反射层析联合在同一处理流程中,前者为后者提供建模角道集和成像质量监控,后者为前者提供成像速度场,两者交替迭代形成深度域建模与成像一体化技术。模型试算和实际资料处理结果验证了一体化技术的正确性和有效性。     

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。     

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。     

叠前深度偏移技术在东海地区的应用

叠前深度偏移是目前理论最先进、精度最高的地震波成像技术,它主要包括Kirchhoff积分法和波场外推法(也称波动方程法)。文章首先简要介绍了Kirchhoff叠前深度偏移的基本原理。然后从初始速度模型建立、粗网格叠前深度偏移与共成像点道集输出、基于共成像点道集的偏移速度分析与速度模型更新、最终精细成像处理等方面,详细讨论了Kirchhoff叠前深度偏移处理的实现流程。接着介绍了该技术对东海钱塘凹陷二维和西湖凹陷三维地震资料的成像效果,以及相对于叠前时间偏移在构造成像精度与振幅保持方面的优势。最后探讨了与该项技术实际应用有关的其他一些问题。     

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。     

各向异性弹性波高阶有限差分法叠前逆时深度偏移

采用高阶交错网格有限差分法算子构建了各向异性介质多分量弹性波动方程的高精度正演模拟和叠前逆时深度偏移的数值离散方程,在正演过程中采用最大绝对振幅能量法实现各向异性介质多分量初至旅行时的计算,并以此作为多分量双程弹性波叠前逆时成像条件,同时给出计算所需的稳定性条件、多分量叠前逆时成像的基本原理、吸收边界条件等,采用凹陷模型合成了共炮点道集,并进行多分量双程各向异性弹性波叠前逆时成像研究,并与对正演炮集进行多分量各向同性叠前逆时成像结果进行对比。计算结果表明,考虑了各向异性弹性波场的矢量特性,能够更为准确地实现叠前多分量弹性波场的成像问题,使地质层位中的断层、断点等复杂目标成像更加清晰准确,并且偏移成像精度较高,因此开展各向异性叠前逆时成像可为当前高精度岩性地震勘探提供方法指导。     

地震偏移中的时移成像条件

通过对成像点处的源点波场与接收波场匹配分析可实现基于单散射近似的地震成像。互相关是一种波场匹配分析的常用方法。经Kirchhoff积分法偏移或波动方程偏移后,地表地震数据成为关于空间和时间变量的深度域波场。简单的成像条件即利用零时间延迟的源点波场与接收波场互相关提取成像值。互相关成像条件可以在时间域和空间域实现应用。基于延迟波场的互相关成像可用于成像准确性分析以及实现角度域成像。介绍了一种时移(时延)波场的互相关成像条件。由该成像条件得到的成像结果是关于源点波场与接收波场之间时移量的函数,可用于积分法偏移、波动方程偏移或逆时偏移的时移道集和反射角度道集成像。利用模型数据数值试验展示该方法的主要特点。     

弹性多波高斯束逆时偏移方法

近年来,我国部分老油区勘探开发难度日益增大,勘探目标逐渐转向裂缝油气藏和岩性油气藏等,研究弹性多波理论下的叠前深度偏移算法至关重要。根据高斯束偏移的高效性和逆时偏移的高精度,将弹性多波逆时偏移的实现思想应用于高斯束叠前深度偏移中,研究了一种弹性多波高斯束逆时偏移方法。在射线中心坐标系下,以二维弹性波KirchhoffHelmholtz积分为基础,根据多分量地震数据的矢量地震波场传播特征,利用弹性动力学高斯束表征的格林张量推导了弹性波波场正、反向延拓公式和相应的成像公式,并针对转换波的极性反转问题,提出了一种根据入射波入射角的正、负引入符号函数的校正方法。模型和实际资料试算结果验证了该方法的正确性和适用性。     

矢量Radon变换波场分离方法研究现状与展望

保持地震波场矢量特征的波场分离是多分量地震数据处理的核心问题之一。为提高多分量波场分离精度,基于传统Radon变换的优势,探讨了矢量Radon变换保持波场特征的可行性。首先,在分析传统Radon变换基础上,阐述了基于组稀疏的矢量Radon变换实现保持矢量波场振幅特性的纵、横波分离方法,并将其应用于模型数据的纵、横波分离;其次,介绍了复矢量Radon变换压制多分量地震数据面波干扰的处理方法,并展望了复矢量Radon变换在多分量地震数据处理中纵、横波分离和快、慢横波分离的应用前景。模型数据应用结果表明,基于组稀疏的矢量Radon变换波场分离方法能够保持多分量地震数据的矢量特性,并能获得好于非矢量Radon变换的纵、横波分离结果。     

3D弹性叠前逆时深度偏移

本文将以前2D叠前弹性波偏移和3D叠前声波偏移结合起来,并加以推广后,提出了一种全3D弹性叠前深度偏移算法。首先用3D弹性有限差分法外推记录数据,然后用3D声波有限差分法计算3D数据体的各个点的成象时间。算法是在三分量矢量波场共炮点数据集上运行的结果得到了在三分量矢量反射系数的分布。用一次反射P波可实现P-S转换反射波的自动成象。由于使用了全波波动方程,该方法没有倾角限制。算法已应用于由三个模型产生的合成数据,即水平反射层,截断楔状倾斜层上覆有小平反射层,以及经典的French双丘及断层模型。     

逆时偏移技术发展现状与趋势

逆时偏移比单程波波动方程偏移和克希霍夫积分偏移更适于复杂构造成像。基于双程波波动方程进行波场逆时外推,并应用成像条件提取成像值,可以得到逆时偏移数据体。实例分析表明,逆时偏移对盐体侧翼及盐下构造的成像效果要优于单程波波动方程偏移。然而,由于采用有限差分算法以及需要保存大量的震源波场数据,因而逆时偏移的计算成本很高,使其无法适应大数据量的地震数据处理;而由互相关成像条件引入的低频噪声也是困扰逆时偏移实用化的一个问题。在总结和分析逆时偏移技术的进展以及国外地球物理公司关于逆时偏移技术发展策略的基础上,结合研究现状,阐明了逆时偏移未来的发展趋势和研究重点。分析认为,进一步提高逆时偏移的计算效率仍然是未来几年逆时偏移技术发展的重要方向,弹性波逆时偏移和各向异性逆时偏移将会越来越受到重视。     

弹性波各向异性高斯束逆时偏移

弹性波高斯束逆时偏移是一种兼具计算效率和成像精度的多分量地震成像算法,具有面向目标成像的能力,但目前研究主要集中在声波各向同性、各向异性和弹性波各向同性介质,有关弹性波各向异性介质的研究较少.首先,基于地震波矢量特性,在震源点和检波点分别采用P波和S波进行射线追踪,发展了一种基于相速度的各向异性弹性波射线追踪算法,该算...     

基于波印廷矢量的地震波场行波分离数值模拟与逆时成像

地震波正演数值模拟及逆时成像是研究复杂地震波场传播规律并提高复杂构造成像精度的基础.以复杂构造理论模型为例,开展了基于波印廷矢量的地震波场行波分离数值模拟与逆时成像方法研究.研究表明:将波印廷矢量引入到复杂地震波场数值模拟与逆时成像中,对地震波正向延拓和逆时延拓的全波场均进行上行波、下行波的方向行波波场分离处理,通过基于方向行波分离的地震波数值模拟和优化地震逆时成像条件可显著改善含倾角复杂构造逆时成像效果,在成像过程中引入角度域衰减法可进一步提高成像精度.引入波印廷矢量后的逆时成像效果显著降低了成像噪声,计算过程简单、易实现,计算量小,可为复杂构造区高精度逆时成像提供技术参考.     

多分量地震数据处理技术研究现状

多波多分量地震勘探技术综合利用纵波和横波信号进行勘探.多分量地震资料处理技术以弹性波理论为基础,依据资料处理流程不同,可以将其分为两类:①基于标量波波场理论的波场分离多分量处理技术,该技术已经形成了较完善的处理流程并进入实用阶段,其中主要包括波场分离、横波静校正、转换横波速度分析及转换横波偏移成像等核心技术.②基于矢量波波场理论的多波联合处理技术,该技术具有较好的理论基础,能够更好地保持地震数据的原始信息,但目前尚处于研究和实验阶段,与其相配套的相关技术仍不完善,对于多分量地震实际资料的处理没有形成完整的处理流程.多波多分量技术是解决目前复杂油气藏勘探的有效手段,是地震勘探发展的必然趋势.参67     

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。     

TTI各向异性逆时偏移技术及应用

地下介质广泛存在各向异性,传统各向同性地震偏移成像技术往往会导致成像精度不高甚至深度偏差问题,宽方位采集技术和高精度逆时偏移(RTM)成像技术的应用更是突显了各向异性的影响。从弱各向异性弹性波波动方程出发,首先采用拟声波近似得到VTI各向异性伪声波控制方程,然后引入交叉导数项进行坐标旋转得到TTI各向异性伪声波控制方程,再由高阶有限差分方法得到TTI-RTM偏移算子,最后采用波场校正消除横波分量影响,提高各向异性偏移算子的精度。模型试算和实际资料处理结果表明,该技术在处理各向异性介质地震资料时具有更高的精度,是高精度地震成像理想的技术手段。     

基于FCT校正的OBN资料弹性波逆时偏移

OBN多分量地震勘探资料具有频带宽和矢量保真性高等特点,现有的弹性波逆时偏移技术难以解决OBN宽频多分量数据的纵横波偏移成像问题。以实现OBN宽频地震勘探资料的纵横波高精度成像为目标,研究一阶速度-胀缩-旋转弹性波方程逆时偏移中的数值频散压制方法,实现了基于FCT校正的OBN资料弹性波逆时偏移。在炮、检波场延拓过程中,依据相邻两个时刻的波场以及漫射因子和反漫射因子构建漫射通量和反漫射通量,并对每一时刻含数值频散的波场进行校正,实现了对由差分离散造成的数值频散的压制,消除了纵横波成像误差。模型测试与实测资料处理试验表明,本文方法能够消除由数值频散造成的偏移剖面同相轴错断或虚假同相轴等现象,可以获取高精度的深度域纵横波成像结果。     

双复杂条件下弹性波非倾斜叠加精确束偏移方法研究

目前,随着勘探开发逐渐转向地表和地下双复杂区域,非分离多波多分量数据的偏移成像成为地震数据处理的一个难题。为此,基于前人的研究成果,发展了一种双复杂条件下的弹性波非倾斜叠加精确束偏移方法。首先,基于地表倾角信息和非倾斜叠加地震数据,直接在接收点处出射弹性动力学高斯束并计算解耦的反向延拓矢量波场;其次,根据互相关成像条件以及纵、横波的偏振特性,进行P波和转换S波高斯束偏移成像,并对转换S波成像进行极性校正。典型双复杂构造模型的偏移试算和角道集提取分析结果以及与常规方法成像结果的对比表明,弹性波精确高斯束偏移方法消除了常规方法由于束中心位置与接收点位置之间距离较大所致的振幅误差,验证了弹性波非倾斜叠加精确束偏移方法的正确性和有效性。