联合结构张量与运动学反偏移的立体层析数据空间提取与反演策略研究Ⅰ:理论

提出了一种联合结构张量与运动学反偏移的立体层析数据空间提取与反演策略。首先在数据域搜索得到初始数据空间,可获得初始反演结果与初始成像数据体,然后基于初始成像数据体内的共偏移距成像剖面人工拾取出比较可靠的数据点位置,在这些位置搜索构造倾角与剩余曲率,最后利用运动学反偏移将上述成像域运动学信息反偏移到数据空间并实施校正,获得更为可靠与均匀的立体层析数据空间。无论是第一步的数据域搜索还是第二步的成像域搜索都是基于高效率、高精度的结构张量算法的实现,可认为是一种联合结构张量与运动学反偏移的两步法立体层析数据空间提取与反演策略。同时还探讨了当射线参数水平分量信息引入层析反演的数据空间后,实施反演算法的各种可能性。理论数据证实了上述策略的可靠性,为后续的实践奠定了理论基础。     

二维VTI介质qP波斜率层析方法

斜率层析属于立体层析的一种特殊情况,在通过运动学反偏移重建立体层析数据空间的过程中,会出现炮检点位置和旅行时信息已经匹配而地表射线参数水平分量(以下简称地表p_x参数)无法匹配的情况,这时可利用p_x残差完成对速度模型和反射点坐标的更新。将各向同性介质中的斜率层析方法推广到二维VTI介质qP波情形,利用地表p_x参数关于三个各向异性参数的偏导数建立了二维VTI介质qP波斜率层析线性方程组,基于该线性方程组和典型理论数据实施了二维VTI介质qP波斜率层析反演。研究结果表明,VTI介质中的运动学偏移/反偏移与二维VTI介质qP波斜率层析线性方程组相结合,可以实现二维VTI介质的各向异性参数重建,为VTI介质的参数建模提供了一条新的途径。     

基于立体层析反演的偏移速度建模应用研究

立体层析反演方法是一种可以同时反演反射点深度、反射层局部倾角与速度结构的层析反演方法。该方法在实践中最大的特色是数据空间的分布可以是稀疏的、不连续的,因此完全克服了传统反射层析中数据空间拾取困难这一问题。该方法重新定义了层析反演的数据分量和模型分量,使得数据的提取不再需要沿着连续的层位进行。除地震波走时之外,炮、检点位置与炮、检点处射线的局部传播方向也被用来约束速度模型。将该方法应用于南海某二维深水地震数据,基于倾斜叠加能量谱对炮、检点处的局部传播方向实施交互拾取获得了可靠的立体层析数据空间,将其输入立体层析反演算法获得了可靠的偏移速度模型,证明了立体层析反演方法的稳定性和可靠性。     

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.     

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。     

起伏地表波动方程叠前深度偏移技术——以川东复杂地区应用为例

在我国西部或南方地区的山地、山前带地震勘探中,起伏地表是影响复杂构造成像的重要因素。为此,开展了直接从起伏地表进行波场延拓与成像的波动方程叠前深度偏移方法研究。包括：基于Reshef提出的“逐步-累加延拓”思想,采用带误差补偿的频率-空间域有限差分单程波延拓算子实现单炮记录的波场延拓;基于时间一致性成像原理提取地下反射界面的成像值;利用层析反演技术和剥层技术建立起伏地表深度域层速度场。理论模型和实际资料的偏移结果表明,该方法能够对复杂近地表和复杂地下地质构造很好地成像。     

复杂近地表层析反演与波场延拓联合基准面校正

在复杂近地表条件下采集的地震资料，由于地形起伏剧烈，低、降速带变化大，采用传统的垂向时移静校正方法会使地震波场发生扭曲，降低速度分析精度，影响资料的最终成像质量。近地表层析反演与波场延拓联合基准面校正的方法有利于解决复杂近地表条件下地震资料的静校正问题。其应用思路是先采用折射波层析反演得到近地表模型，再根据修正后的近地表速度模型分别对检波点和炮点进行波场延拓。具体实现步骤是：将水平基准面置于地形之上，根据惠更斯-菲涅尔原理和波场互易原理以及炮、检点的空间分布位置，以地表接收到的地震数据为二次震源，将检波点和炮点分别先向下、后向上延拓到水平基准面上，从而实现复杂近地表地区地震数据处理的层析反演与波场延拓联合基准面校正。     

自动拾取的成像空间域走时层析速度反演

本文研究了一种成像空间域走时层析速度反演方法,利用波动方程双平方根算子叠前深度偏移提取的角度域共成像点道集(ADCIGs)作为速度分析道集,并基于剩余曲率自动拟合策略获取高精度的走时差。文中不仅给出ADCIGs道集剩余曲率自动拟合拾取的主要思路,而且给出成像空间域层析反演的实现。模型和实际资料试算验证了该方法具有较高的反演精度和计算效率。     

高斯束层析偏移速度建模方法及应用

常规地震层析反演分为射线层析和波动方程层析两类,基于射线类的常规层析方法由于理论假设的限制难以对复杂地区进行准确的速度建模;波动方程层析需要建立高精度的初始模型,其应用受到实际资料品质的限制。为此,开展了高斯束层析偏移速度建模方法研究,利用高斯束核函数构建病态性更小的灵敏度矩阵以提高层析反演的稳定性;采用高斯束叠前深度偏移进行高陡构造成像,并直接提取高分辨率的角度域共成像点道集(ADCIGs)用于高斯束层析反演,进而获得精确的偏移速度模型。为了避免在高陡构造地区人工拾取的繁杂,采用自动拾取技术获取反射点坐标与地层局部构造倾角。模型测试和实际资料应用结果显示,该方法具有较高的反演精度和稳定性。     

Walkaway VSP自由表面多次波叠前深度偏移成像

通常Walkaway VSP、3D VSP利用上行反射纵波成像研究井旁构造、储层特征,而将自由表面多次波作为干扰波压制。与上行反射相比,自由表面多次波具有易识别、照明宽、反射角小、传播路径长的特点。为此,研究了Walkaway VSP自由表面多次波叠前深度偏移成像。主要技术思路为:将Walkaway VSP共炮点z分量道集排成共检波点道集,根据炮、检互易原理,采用ω-x域显式单程波算子将震源子波从检波点延拓至自由表面,然后从自由表面分别延拓共检波点波场、震源波场,利用相关成像条件提取成像值,实现叠前深度偏移。模型及实例测试结果表明:①按照自由表面多次波传播路径进行单程波叠前深度偏移,成像结果与地震剖面波组吻合较好,思路简单、易于编程;②与一次反射波相比,自由表面多次波成像的纵、横向照明范围更大,可以实现检波器上方成像,但其频率偏低。     

基于局部运动学属性参数的窄方位角三维多域插值算法研究与应用

基于局部运动学属性参数的三维多域插值算法在实际地震数据处理中具有广阔的应用前景。但这种算法通常仅适用于宽方位角三维地震数据,而海洋三维地震数据往往是窄方位角的,这就给传统算法的实现带来了一定的难度。为此,提出了一种适应于窄方位角三维地震数据的三维多域插值与规则化新算法,并设计了相应的实现流程。其策略是通过零偏移距三维频率-波数(F-K)域时间偏移与反偏移,结合零偏移距三维输出道成像方式的共反射面元成像算法(CRS-OIS),获得高信噪比的叠后模型道数据;再通过反叠加生成三维叠前CMP模型道道集,提取其运动学属性参数,基于这些运动学属性参数拟合原始三维叠前数据,从而获得信噪比向模型道逼近的优化后叠前数据体。南海深水区某三维窄方位角地震数据的试应用结果表明,新的算法完全适应窄方位角三维地震数据的特点,有效提高了数据的信噪比和规则化程度,证明了新算法的稳定性和可靠性。     

复杂地表有限差分波动方程向上基准面校正

对于地表高程变化剧烈、近地表速度很高的山地地震数据，采用常规高程静校正已不能满足基准面校正处理的要求，而波动方程基准面校正则可以实现准确的基准面校正。波动方程基准面校正采用两步法来实现，即先在共炮点道集上将检波点延拓到基准面，然后在共检波点道集上将炮点延拓到基准面。给出了非水平地表速度模型和模拟西部某地区复杂地表速度模型的2个算例，应用频率空间域有限差分算子进行了波场延拓。非水平地表速度模型的波场延拓结果表明，算法是可行的；复杂地表速度模型的计算结果表明，向上波动方程基准面校正方法能够正确地消除复杂近地表结构对数据的影响。分别对向上波动方程基准面校正和常规高程静校正后的数据进行了叠加处理和叠后深度偏移处理，结果表明，经过向上波动方程基准面校正后的成像结果较之常规高程静校正结果更为精确。     

单程波外推高陡倾角反射成像技术的应用研究

基于单程波外推方法的二次反射波成像技术基本原理是：在将地震波场进行炮点下行波和检波点上行波常规波场延拓的基础上,进一步对检波点波场进行下行波延拓,对延拓的3个波场通过上、下行波两两交叉相关,进行上行和下行波场成像,该技术具有类似于逆时偏移的功能。以一个垂直构造模型为例,简要分析了高陡构造的波场特征;基于一个二维和一个三维高陡构造模型数据,进行了偏移成像处理试验,结果表明,可以对倾角大于90°的高陡构造精确成像。将该技术应用于某山前带实际地震资料的偏移处理,获得了较好的效果,常规偏移剖面中成像模糊的层位边界在该偏移剖面上成像清晰。     

数据驱动的控制束偏移方法

射线束偏移虽是一类灵活、高效且精度较高的叠前深度偏移成像方法，可实现陡倾地层和多波至成像，但传统的高斯束偏移将所有反射能量沿等时面投影到地下空间，对τ-p域中的所有同相轴进行偏移成像，带来巨大计算量、偏移噪声及偏移假象。作为高斯束偏移的一种改进，控制束偏移在τ-p域选取优势能量同相轴做偏移，能显著提高计算效率，降低偏移噪声；然而控制束偏移方法大多只利用了检波点处的水平慢度信息。为此，本文提出一种充分利用炮点和检波点水平慢度信息的数据驱动控制束偏移方法。即首先分别对局部共检波点道集和共炮点道集进行倾斜叠加，再利用相干分析拾取炮点和检波点水平慢度信息，然后依据设计的偏移质量指示因子筛选拾取的同相轴，最后对所选取同相轴进行成像。与传统高斯束偏移方法相比，数据驱动的控制束偏移方法对偏移噪声和偏移假象的压制更彻底，对低信噪比数据成像具有显著优势。模型数据和实际数据测试验证了该方法的可行性、有效性和适用性。     

复杂地表的叠前时间偏移技术

针对山地地震勘探中地表相对高差大的复杂地表,研究提出了基于地表的叠前时间偏移积分算法以及建立基于地表的叠前时间偏移速度场技术。该偏移算法应用波动方程Kirchhoff积分解,直接从地表炮点和检波点位置出发计算旅行时,获取地下反射点的成像。克服了常规地震资料成像软件对地表相对高差大的山地地震资料叠前时间偏移成像先高程校正,后偏移成像的缺点,从而获得较为精确的偏移成像。实际资料处理中见到了明显效果。     

双平方根算子波场延拓道集速度分析

在中心点一半偏移距域，利用波动方程的叠前双平方根算子．实现炮点及检波点波场向下延拓。通过速度扫描，在波场延拓后的深度域共中心点道集和经分选后的共成像点道集上，分析速度变化对成像点道集的影响。利用分偏移距成像，修正速度场，以达到提高成像精度的目的。     

波动方程叠前深度偏移角度道集求取方法

针对常规直接转换法和直射线叠前时间偏移(PSTM)法提取的角度道集无法满足地质构造复杂地区的AVA分析与反演精度的问题,研究基于共炮检距道集波动方程保幅叠前深度偏移方法,提取角度域共成像点道集。首先,对地震数据进行叠前深度偏移得到炮检距域共成像点道集;其次,在频率-波数域对炮检距域共成像点道集利用快速插值映射法抽取角度域共成像点道集。通过与直接转换法和直射线PSTM法提取的角度道集比较,分析不同方法求得的角度道集信息的准确性和AVA特征。数值试算和实际资料处理结果表明:共炮检距道集波动方程保幅叠前深度偏移方法求取的角度道集的振幅相对保真,角度范围更广,更适用于AVA分析。     

波动方程共炮检距道集叠前深度偏移

目前所用的几种波场外推算法（分步傅里叶、傅里叶有限差分、广义屏和频率--空间域有限差分）可以在共炮道集上获得较好的成像效果。在上述算法中,共炮道集为了兼顾各种波传播角,每炮偏移都要考虑相当多的边道,并且炮点和检波点要分别向下外推,因而计算量很大。针对上述问题,本文提出了基于双平方根算子的波动方程共炮检距道集的深度偏移方法,它适用于二维和三维叠前深度成像,其步骤为：①在高频假设条件下,把共炮检距道集波场延拓公式中的积分运算进行稳相近似,得到波场延拓的相移公式;②把速度场分裂为层内常速背景和变速扰动,可求得整个均匀层波场深度延拓的偏移时移量、各层的偏移时移量及振幅校正系数,进而可得到最终波场延拓值。脉冲响应测试和理论模型试算表明,该方法具有较高的计算效率和成像精度,可适用于复杂地质体成像。     

高精度深度域层析速度反演方法

深度域层速度场是叠前深度偏移最重要的参数,直接决定了偏移成像的精度。传统层析速度建模方法由三部分组成,首先利用Dix公式或基于层位约束的Dix公式生成初始层速度模型,然后利用炮检距域道集对初始速度模型进行层析迭代,最后利用网格层析方法局部修饰速度模型。本文改进了传统层析速度建模流程：首先利用炮域波动方程相干反演方法建立初始速度模型,再利用角度域共成像点道集进行层析迭代,最后利用基于层位约束的网格层析方法局部修饰速度模型。渤海M区块三维实际数据试算证明本文对层析速度建模流程的改进是有效的,改进后的新流程可以大幅提高层速度场的精度。     

复杂近地表波动方程波场延拓静校正

当地形起伏剧烈、地表高程差较大时，采用传统的垂直静校正方法会使地震波场发生扭曲。基于单平方根算子的波动方程基准面静校正方法，将起伏地表的叠前数据通过波场外推到高于地形线的某一基准面上，在基准面与地形线之间填充一套新地层，填充层的速度选为接近于直达波；从地形线以下的某深度出发，在共炮点集中，根据菲涅尔原理以及检波点的空间位置，以检波点接收的地震数据为二次震源，通过上行波正向外推将检波点延拓到基准面上；再根据炮点、检波点互易原理，通过下行波反向外推将炮点延拓到基准面上。数值模拟结果证明，该方法正确有效，有利于后续的常规处理和叠前成像。