通过补偿吸收与波散进行叠前深度偏移

到目前为止,用显式外推算子进行叠前深度偏移时,地震波的衰减和波散都是忽略不计的。本文介 绍一种在深度偏移方法中加入吸收和波散效应的方法。补偿吸收和波散的外推算子是用最优化算法设计的。设计的准则为算子的波放响应必须与实际外     

稳定的反Q偏移方法研究

与常规反Q滤波方法相比,反Q偏移理论上可实现严格按波场传播路径对介质非弹性吸收频散效应予以补偿与校正。控制高频振幅补偿不稳定性的方法有两种——增益截频法和稳定因子法。结合增益截频法和稳定因子法,并考虑到偏移假频压制问题,提出了一种新的振幅增益控制方法,即利用稳定因子计算增益截频,并在波场深度延拓过程中利用计算出的增益截频来保证振幅控制的合理性。讨论了叠后偏移、双平方根算子和单平方根算子叠前偏移中吸收衰减和频散补偿的实现方法。数值试验结果证明了所提方法的有效性。     

对地震波的吸收和弥散效应进行补偿的叠前深度偏移

至今，在使用显式外推算子的叠前深度偏移中都忽略了地震波的衰减和弥散，本文介绍了一种在深度偏移方案中考虑吸收和弥散效应的方法。用一种最优化算法来设计补偿吸收和弥散的外推算子，设计的原则是算子的波数响应应该等于思想的外推算子，在波场外推中间时使用相速度和吸收宏观模型，在有中等－一强吸收性的介质模型中，使用该方法所得到的图像要好于那些没有补偿吸收的外推算子得到的图像。     

黏滞声学介质地震波吸收补偿叠前时间偏移方法

为了在叠前偏移中沿波场传播路径补偿黏滞性介质的吸收衰减效应,提高地震分辨率,首先导出黏滞声学介质条件下的波场频散关系,引入等效Q值实现频率域波场延拓,基于稳相原理求出波场延拓的渐近解,利用反褶积成像条件得到成像结果,并给出了偏移算法稳定性和数据高频折叠的处理方法,研制出工业化应用软件,完成多个三维工区的地震数据处理。另外,根据VSP资料,正演分析了松辽盆地的地层吸收对地震波场传播的衰减效应。与现有常规叠前时间偏移结果相比,黏滞声学介质吸收补偿地震叠前时间偏移在保护地震低频成分的前提下展宽频带15Hz左右,大幅提高了地震成像分辨率。     

TTI介质qP波方程频率—空间域加权平均有限差分算子

 波动方程有限差分方法能够较精确地模拟任意非均匀介质中的地震波场，但它本身存在着数值频散问题。在具有倾斜对称轴的横向各向同性介质(TTI介质)地震波正演模拟中，为了解决常规有限差分算子的数值频散问题，本文构造了频率—空间域qP波方程加权平均有限差分算子，求取了归一化相速度，并根据最优化理论中的高斯—牛顿法确定了加权平均差分算子的最优加权系数。利用常规差分算子和加权平均差分算子对归一化相速度进行了频散分析，并对均匀TTI介质(包括各向同性介质和椭圆各向异性介质)中的qP波地震波场进行了有限差分数值模拟。结果表明：加权平均有限差分算子具有较高的数值精度，能有效地压制常规有限差分算子的数值频散，为TTI介质频率—空间域qP波正演模拟奠定了基础。     

起伏地表的自由基准面波场成像方法研究

基于波动方程基准面延拓的偏移方法理论,从地震波场正演模拟的角度出发,提出了一种新的适用于起伏地形的地震叠后正演方法。该方法综合利用了"地形淹没"和"零速层偏移"的思想,通过基准面变换和设置零波场传播层,将原始模型的地表作为新模型的一部分,有效地消除了起伏地形的影响,并采用常规的波场延拓算子进行波场延拓与波场成像计算,实现了起伏地表模型的地震叠后数值模拟。基于该方法理论,还发展了一套完整的自由基准面波场延拓流程,可以将地表观测的地震波场延拓至任意的基准面之上,对研究野外地震波的传播规律、后续的偏移处理以及地震资料的解释具有非常重要的意义。仿真实验的结果均验证了地震正演模拟方法和自由基准面波场延拓流程的正确性和有效性。     

分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程的最小二乘逆时偏移

衰减补偿型逆时偏移方法能沿波的传播路径对地震波所经历的振幅衰减和相位畸变进行补偿,可提高成像精度和分辨率,但该方法需模拟呈指数增长的地震波场,存在数值不稳定问题。为此,在最小二乘反演理论框架下,基于分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程,推导其对应的Born正演模拟算子和伴随方程,利用反演思路逐步补偿地震波的吸收衰减,解决了传统衰减补偿型逆时偏移方法的不稳定问题。该最小二乘逆时偏移方法采用新颖的常分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程描述地震波的衰减和频散,与实际广泛使用的常Q模型匹配精度高;在反演算法方面,使用限域拟牛顿（L-BFGS）方法计算反射率模型的更新量。Marmousi模型数据和实际数据的偏移算例证实,所提黏滞声波最小二乘逆时偏移方法能稳定地补偿介质的黏滞性,获得高分辨率的地下反射率模型。     

沿射线路径的波动方程延拓吸收与衰减补偿方法

地层的吸收与衰减效应使地震波的振幅被衰减，相位被改变。在地震资料处理流程中，反褶积处理假设地震信号是平稳的，即地震子波的波形不随时间变化（或变化较小），这时用地震道自相关函数代替子波自相关函数才比较可靠；而地震成像也要求炮集与炮集之间、道与道之间的地震波能量一致，否则成像结果不保幅，因此必须对地震波进行吸收与衰减补偿。但是，对地震波吸收与衰减的补偿通常是针对自激自收单道记录的。事实上，地层对地震波的吸收与衰减是沿着波的传播路径发生的，因此，补偿应该与叠前深度偏移成像一样在反向波传播过程中进行。为此，提出了一种沿射线路径波动方程延拓的吸收与衰减补偿（Q值）方法。其基本原理是：用非递归波场延拓代替递归波场延拓，用等效Q值代替分层Q值，用平面波传播思想实现对叠前数据沿波传播路径的吸收与衰减（Q值）补偿。这种方法适合于局部水平层状介质假设的情况。数值试验表明该方法是有效的，补偿后子波波形的一致性得到了改善，衰减的振幅得到了恢复。     

三维波动方程深度偏移和模型正演

构造复杂区的勘探和油田开发对三维地震工作提出了更高的精度要求。三维波动方程深度偏移是解决复杂构造、适度变化(纵、横向)剧烈地区地震波正确归位的唯一手段,它能够提供油气藏圈闭在三维空间的准确分布。利用三维波动方程模拟正演可以对地下地质模型进行数值模拟,为油藏描述提供有效的信息。本文运用分裂算法,将频率(ω)-空间(x)域的精度高、频散低、边界无反射的二维深度波场延拓法推广到三维波场延拓。在每一延拓深度步长内,分别用二维算子对CMP方向(x方向)和测线方向(y方向)依次进行延拓。由于采用了一步法波场延拓,所以这是一种适于速度纵、横向变化的三维叠后波场延拓的准确算法。它既可以用于三维模型的正演,也可用于构造的反演。     

基于Low-rank一步法波场延拓的黏声各向异性介质纯qP波正演模拟

各向异性介质纯qP波正演模拟及逆时偏移近年受到广泛关注,但它虽考虑了地下介质的各向异性特征,却忽略了黏滞性特征,使得最终偏移结果中噪声增加、分辨率降低。常规拟声波方程存在伪横波干扰、受模型参数限制（ε≥δ）、传播不稳定等因素影响,极大地限制了其应用。为此,引入一步法波场延拓方法,推导了黏声介质方程在空间—波数域的表达形式;结合空间—波数域各向异性介质延拓算子,构建一种适用于黏声各向异性介质的空间—波数域纯qP波波场延拓算子;引入Low-rank分解算法,实现基于Low-rank一步法波场延拓的黏声各向异性介质纯qP波正演模拟。数值模拟结果表明：①地震波场能同时表现出各向异性特征和黏滞性特征,更符合实际地下介质情况;②该方法克服了拟声波方程的局限性,消除了伪横波干扰,不受模型参数限制且地震波场能稳定传播;③在适当增大时间步长情形下无数值频散现象,所提算法能同时兼顾计算效率和计算精度,是一种稳定、高效的正演模拟方法,为基于Q补偿的各向异性介质逆时偏移提供了理论依据。     

基于优化系数的混合域Fourier有限差分叠前深度偏移

为了提高复杂高陡构造区成像精度,提出了基于系数优化的混合域Fourier有限差分叠前深度偏移方法,该方法利用padé近似的有理函数对波场外推算子进行展开,然后利用切比雪夫多项式优化展开式系数,推导得到新的波场外推算子,降低了与波动方程精确波场外推算子的相对误差,提高了对波场外推算子的逼近程度,且在保证计算效率的同时提高了高陡构造区地震偏移成像的精度。对比改进后的混合域Fourier有限差分偏移方法与常规的傅里叶有限差分偏移方法(FFD)对Marmousi模型偏移剖面的成像效果,系数优化后的混合域Fourier有限差分偏移方法具有更高的成像精度。     

波动方程混合法真振幅偏移

本文从三维不均匀介质中的波动方程外推算子分解出发，得到了用于真振幅偏移的单程波方程；再经过一系列数学变换，推导出裂步傅里叶法真振幅偏移和傅里叶有限差分法真振幅偏移的波场外推方程。文中还给出了其具体的实现过程，并采用Marmousi模型的数值计算结果进行验证，表明此方法在总体上与相应的常规偏移结果相当，在某些局部处理效果有较大改善。     

快速三维相位移加插值偏移

本文采用相位移加插值的方法实现了三维一步法偏移.在三维偏移计算中,对向下延拓的其子进行了变形,故允许使用大延拓步长向下延拓,允许成像过程中使用FFT方法.此法可根据地层的变化情况自动调整连续延拓的步长,提高了计算效率.相移插值方法用于三维一步法偏移不存在偏移算子在x,y方向分裂引起的三维偏移归位误差问题,且无频散现象,能适用于纵横向变速情况.实例表明,本方法是一种适合陡倾角、复杂地质构造归位的三维一步法偏移成像技术.     

复杂构造叠后逆时深度偏移

本文从三维波动方程出发，导出了用于三维叠后逆时偏移的无层间反 波动方程，并给出了其数虎法和稳定性条件。     

波动方程最优分裂步相移(OSP)偏移方法研究及应用

波动方程叠前深度偏移是复杂构造准确成像的最有效手段,它用可描述波在复杂介质中传播过程的算子来实现波场外推,更适用于复杂介质中波的成像,此外,它还具有保振幅性的优点。波动方程叠前深度偏移的核心问题就是波场外推算子,一般要求算子能适应陡倾角反射的成像和较剧烈的横向速度变化,同时还要有较高的计算效率。介绍了OSP算子的基本原理及特点,并与其他几种偏移方法进行了比较;同时用OSP方法研制的软件在大庆油田进行了实际应用,取得较好的效果,表明该方法具有良好的应用前景。     

三维时变倾斜时差校正的探讨

在中国东部的复式油气区,为了准确地确定断块和断层位置,唯有采用三维地震勘探,使用三维叠前偏移技术。鉴于叠前偏移处理的工作量太大,采用三维DMO技术是切实可行的。本文从理论上说明时空域的三维DMO算子和二维DMO算子是等价的。在CMP域作三维DMO是比较容易实现的。只需对每个CMP面元,按各自的炮检距方向,用二维DMO算法把校正数据送到附近有关的CMP道集面元中去。也就是说可用叠后偏移技术(零炮检距偏移)作叠前积分法的部分偏移,偏移速度为x/T_N(适用于均匀恒速介质)或为kx/T_N(适用于速度呈垂向变化地区);然后将每个面元内相同炮检距资料求和,即可作为DMO校正的结果。这种叠前部分偏移的DMO校正可以在动校正之后进行,也可在动校正之前进行。本文还按曲射线原理对动校前TVDMO的偏移速度系数_k值进行了理论计算,导出用多项式拟合的经验公式,从而进一步完善了TVDMO方法。     

聚焦点控制照明波动方程叠前深度偏移初探

波动方程法叠前深度偏移能够较为精确地对地质体成像, 然而波场外推的数据量过于巨大, 影响了计算的效率。面炮组合和控制照明结合的叠前深度偏移通过对震源波场的控制以及高效的面炮偏移能够得到高质量的成像结果。进行控制照明叠前深度偏移的关键是合成算子的选择, 笔者基于有限差分的走时计算方法合成了逆时聚焦算子, 基于该合成算子利用傅里叶有限差分法进行了聚焦点控制照明叠前深度偏移, 针对M armou si 模型的试算结果表明了该方法的有效性及其在提高计算效率方面的巨大优势。     

基于改进的时移成像条件的保幅叠前深度偏移研究

为了实现保幅叠前深度偏移,在波动方程保幅偏移方程的基础上详细推导了傅里叶有限差分波动方程延拓算子。由于波动方程叠前深度偏移技术的应用受计算效率的制约,因而,提出了利用大延拓步长进行波场延拓,在延拓层位,利用相关成像条件进行成像。对延拓步长层间的层位,结合含有绕射聚焦项的时移映射函数,对延拓层位上未基于频率叠加的上、下波场的互相关值进行傅里叶逆变换,并结合零时刻成像原理求出延拓层间的成像值。脉冲响应测试和Marmousi模型试算表明该方法可以实现保幅叠前深度偏移,并可以大幅度提高偏移成像效率。     

不同介质模型的双聚焦计算方法

双聚焦计算方法模拟了两个三维波场响应过程:一是三维波场正演过程;二是三维波场叠前偏移过程,因此双聚焦算法的关键在于波场外推。不同介质模型采用不同的波场外推方法:直接外推法适用于最简单的均匀介质模型;大步长逐层递推法适用于层状均匀介质模型;小步长三维网格递推法适用于复杂介质模型。实际应用表明:针对复杂地质目标的双聚焦成像空间分辨率和照明强度预测,对于优化三维观测系统设计和提高地震成像质量具有重要作用。考虑到三维正、反向波场递推的计算量极大,建议在多节点的并行机上进行复杂介质双聚焦方法的软件开发。     

双平方根叠前深度偏移的广义高阶屏方法

叠前深度偏移技术既可在炮点-接收点域实现,也可在共中心点一炮检距域实现。前人将裂步延拓算子推广到共中心点一炮检距域相移法双平方根叠前偏移中。在波场向下延拓的每一步长内,仅通过一次时移量来校正常速相移延拓产生的误差,得出了简单、高效的裂步双平方根叠前深度偏移方法,但精度较低。本文基于波场延拓的非稳态相移公式,通过引入参考速度,并对双平方根项中的两个平方根项作泰勒级数展开,经过适当的数学推导,得出了共中心点-炮检距域波场延拓的双平方根非稳态相移新的高阶屏近似公式。该公式可直接在共中心点-炮检距域高效地延拓叠前波场。通过增加屏的阶数,提高了剧烈横向变速条件下叠前深度偏移的精度。它是裂步双平方根叠前深度偏移方法的推广。理论模型和实际资料的试算结果表明,本文方法是有效而实用的。