逆时偏移中一个特有的问题

本文讨论了通常采用的逆时偏移(RTM)算法中存在的一个特有问题,以及如何解决该问题的方法。通过将RTM应用于合成数据集和野外数据集,以证明该问题。当偏移速度模型具有速度梯度强或反射界面复杂的特点时,偏移结果中就会出现错误成像。研究发现,错误成像是由作为在实际波传播时间方面具有相同旅行时的转向射线或反射射线形成的。为了消除偏移结果中的这种错误成像,首先将震源和接收器波场中的上行波和下行波分离,然后将偏移成像条件应用于分离的波中。可以开发一种有效消除RTM中的这种错误成像的计算方法。     

一次波和层间多次波联合成像方法

地下强反射界面产生的层间多次波传播路径复杂，压制难度大而且成本高，一直以来都是困扰油气勘探的棘手难题。考虑到层间多次波也是来自地下界面的真实反射，同时逆时偏移可以实现多次波的正确归位，因此，从节省计算成本和提高成像精度的角度出发，开展了一次波和层间多次波联合成像方法研究。首先，通过分析联合成像过程，引入了基于上、下行波场分离的成像条件以提高成像精度；然后，重点针对联合成像过程中引入的串扰假象，分析了其产生机制，提出了基于缺失边界匹配补偿的解决策略，通过将震源正向延拓上边界与实际地震资料进行匹配求取匹配因子，并将其作用于缺失边界的正演数据，从而实现保真逆时延拓，有效避免串扰假象的产生；最后，应用数值试算验证了方法的可行性、有效性和适用性。     

逆时偏移剖面假象产生机制及其消除方法

逆时偏移是实现地震偏移成像的有效手段,逆时偏移采用双程波方程,允许波沿各个方向传播,对地下介质没有倾角限制,偏移精度较高,适用于速度任意变化的模型。可是在逆时偏移过程中,会受到各种因素的影响,导致成像剖面中存在着一些偏移假象,因此分析这些假象产生的机制和研究其消除方法是逆时偏移成像的关键问题。从偏移假象产生的机制出发,重点分析了逆时偏移假象产生的各种原因,主要包括直达波的影响、边界反射的影响,并针对这些原因提出了解决的方法;特别针对成像条件引入的低频噪声,采用了拉普拉斯滤波算法消除噪声。应用结果表明,该算法有高通滤波的功能,但比高通滤波更平滑,效果较好。     

非正交系偏移方法综述

逆时偏移求解全波方程能模拟波场在地下传播的真实情况,但其计算成本太高。目前,正交坐标系单程波下行延拓以其计算效率、精确性、稳定性和处理高速变化速度模型的能力,成为工业界普遍采用的复杂介质成像方法。但是当构造存在陡倾角或波场中存在回转波时,其成像精度不足。非正交系单程波延拓能提高陡倾角和回转波的成像精度。从倾斜坐标系、曲线坐标系和椭圆坐标系3个方面详细阐述了非正交系单程波偏移方法。     

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。     

基于复数域波场分解的保幅逆时偏移成像方法

逆时偏移(RTM)采用双程波方程与相关成像条件会产生低频成像噪声,通过叠后Laplace滤波可以压制低频成像噪声,但会损失有效的低频成像信息,在实际资料处理中表现为低频高陡断面波成像受到严重影响。反射角道集切除的方法理论上能有效压制低频噪声,但不能保证低频信号不受损失,而且需要进行逆时偏移角度道集的提取,计算成本和周期大幅增加,同时传播角度的精度对成像效果影响较大,低频噪声残留问题突出。为此,提出一种基于复数域波场(或复数波场)分解的保幅成像方法,通过复数波场运算实现上下行波和左右行波的分解和成像,理论上能够避免低频噪声的产生。针对复数域波场分解在实现过程中需要进行高维希尔伯特变换、计算量和存储量成倍增加的问题,采用复数波场空间域褶积的方法避免了高维傅里叶变换与反变换的运算,在GPU上实现了高效成像,效果与效率得到兼顾。模型和实际数据的应用结果表明,该方法能够在计算量和存储量增加不超过20%的条件下,实现波场分解与逆时偏移,成像剖面保幅性高,噪声剖面无有效反射同相轴,低频高陡构造的成像效果优于传统的RTM成像方法,对于深部断层成像和落实有利圈闭具有实用价值。     

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。     

面向高陡构造的黏声棱柱波逆时偏移

由于棱柱波往往包含了很多从一次波中无法获取的高陡构造信息,因此人们利用棱柱波改善高陡构造的照明和成像效果。但地下介质的黏弹性导致地震波能量衰减,引起地下反射界面的弱振幅成像和错位,严重影响棱柱波成像精度。为此,提出了一种面向高陡构造的黏声棱柱波RTM方法,推导了Q补偿的棱柱波正向延拓算子与逆时延拓的伴随算子,并沿着棱柱波的传播方向对Q衰减进行补偿。通过两个典型高陡构造模型试算证明：①黏声棱柱波RTM对高陡构造的成像精度高于黏声RTM、声波棱柱波RTM,成像结果的能量更均衡、分辨率更高,但会牺牲低角度构造的成像分辨率,因此需要联合黏声RTM和声波棱柱波RTM成像结果分析与解释地下构造;②黏声棱柱波RTM的计算时间约为黏声RTM的两倍,且因无法同时重构多个波场值,因此保存波场值需要大量的内存。     

平面波射线追踪与面炮波场时间滞后深度成像

面炮(Arealshot)偏移技术是对实际炮集数据按照不同方向传播的平面波进行时间延迟分解并合成组合炮记录,分别进行组合震源下行波的向下波场外推和组合记录上行波的向下波场延拓,在相遇深度得到该方向平面波的反射波成像。本文基于面炮深度偏移技术,充分利用射线追踪计算量小和波动方程波场延拓的良好振幅特性,提出了用平面波射线追踪法计算平面波组合震源下行波前走时和面炮波场滞后时间成像的深度偏移方法,并着重讨论了程函方程有限差分法计算平面波传播时间和组合记录上行波场时间滞后的深度成像方法。通过对Marmousi模型数据的成像检验,表明该法要比积分法偏移效果优越。     

双检数据上下行波场分离技术研究进展

随着海洋油气勘探开发技术的发展，水、陆双检海底接收的应用日趋广泛，上下行波场分离作为双检数据处理的关键技术，决定了资料处理品质及应用效果。在双检数据上下行波场分离技术的发展过程中，国内外学者提出了许多切实可行的技术方案。本文通过系统调研国内外相关文献，对上下行波场分离方法和技术进行了归纳和总结。首先基于波动理论，把双检数据与上下行波场联系起来，建立了双检数据标定和上下行波场分离的理论基础：水、陆检数据接收的波场分别为压力波场和质点垂直速度波场，可以分解为上行压力波场和下行压力波场及上行质点垂直速度波场和下行质点垂直速度波场；下行压力波场与下行质点速度波场振幅成正比，且极性相同，上行压力波场与上行质点速度波场振幅成正比，且极性相反。然后针对海底电缆/海底节点（OBC/OBN）水、陆检数据，建立了基于消除海水鸣震的双检数据处理技术。最后，总结出7种双检数据上下行波分离方法，包括：常数标定因子分离、频率—波数域分离、镜像分离、去虚反射分离、最优去虚反射分离、检波器脉冲响应分离和τ-p域分离等方法。双检数据上下行波场分离之前，首先要进行检波器脉冲响应校正；然后进行双检数据匹配和标定处理等，使水检数据中上下行压力波场与陆检数据中上下行质点垂直速度波场振幅和频率趋于一致，且由于下行压力和质点垂直速度波场极性相同、上行压力和质点垂直速度波场极性相反，陷波问题得到补偿，检波点端虚反射得到合理压制；最后实现最佳的上下行波场分离处理。     

水陆检数据上下行波场分离方法

上下行波场分离是水陆检数据处理技术的关键步骤。针对常规方法分离出来的上行波场中包含下行波场、下行波场中包含上行波场,即不能实现上行波场与下行波场完全分离的缺陷,文中引入（水陆检数据、上行波场中下行波场及下行波场中上行波场等）三个能量匹配因子和（水检数据上行波场及下行波场、陆检数据上行波场及下行波场等）四个波场分离贡献因子,并建立上、下行波场分离方程;采用迭代方法计算确定最佳水陆检数据上、下行波场能量匹配因子;然后直接计算波场分离贡献因子,实现水陆检数据上下行波场完全分离处理。分离后的上行波场数据,既消除了虚反射多次波干扰,还提高了地震数据信噪比和分辨率,为后续联合反褶积和偏移成像等处理提供了高保真的上行波场和下行波场数据。合成数据和实例数据说明了所提方法的有效性和实用性。     

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。     

VSP波形反演品质因子方法及应用

提出了利用上、下行波旅行时联合反演地层层速度,并记录波的传播路径及传播时间,然后根据波场传播理论,利用VSP上、下行波波形反演品质因子(Q)的方法.该方法不仅符合波场衰减理论,同时解决了利用单一下行波或上行波反演Q值的算法不稳定、精度不高、信息量不足的问题,得到了稳定、可靠的Q值.数值模拟和实际资料处理结果均表明,文中方法可以有效、稳定地估计Q值,提高地震资料的分辨率,得到主频更高、频带更宽的地震资料,可更加清楚地识别不整合面、小断裂等地质特征及其接触关系,对油气预测和储层反演具有现实意义.     

VSP多波旅行时反演

本文基于几何地震学原理,分别利用VSP直达波、反射纵波及上行转换横波旅行时反演层速度。直达波旅行时反演只能获得检波点所在井段地层的速度;上行纵波旅行时反演能获得最深检波器以下地层的速度,即井底以下地层的速度;上行转换横波旅行时反演则能获得横波速度。本文主要研究利用VSP直达波和上行反射波求取井段及井底以下地层的速度,最终根据三维VSP资料获取三维速度体。     

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。     

转换波速度分析方法

对P-SV转换波作动校正叠加需要纵波速度和横波速度以及转换点的位置信息,而转换点位置则与纵横波速度及其比值有关,这种相互依存的关系给速度分析带来困难。从另一方面看,转换波由下行纵波与上行横波组成,纵波速度信息包含在下行纵波半支曲线里,横波速度信息包含在上行横波半支曲线里,通过纵横波速度确定转换点位置,根据纵横波速度与转换点位置计算两个半支曲线的传播时间之和。因此,转换波速度分析迭代循环过程归结为:转换波时间-纵横波速度-转换点位置—转换波时间。本文阐述两种能直接从转换波数据里求取纵波和横波速度的方法:其一是纵横波速度谱迭代方法;其二是纵横波速度联合扫描方法。它们在求取纵横波速度的同时,可动态地确定转换点位置。借助于零炮检距纵波反射时间tPP0和零炮检距转换波反射时间tPS0这两个时间尺度及其转换关系,可实现纵波与转换波在相同时间尺度下的动校正叠加,再通过速度分析自然地解决纵横波层位标定问题。     

基于数据分段互双谱的海水深度计算方法

海水深度数据是开展OBC水、陆检资料合并处理的基础。结合时间序列高阶统计量提出了一种基于数据分段互双谱法的海水深度反演方法。通过对分段后的数据计算上、下行波场数据自双谱和互双谱,再计算相干互双谱和互相关谱,最后计算海水深度。水陆检数据分段计算,利用了叠加特性,增加了方法抗高斯噪声的能力。高阶统计量的互双谱和相干互双谱,具有压制高斯与非高斯有色噪声的优点。利用本文方法对OBC数据进行海水深度计算,结果与实测海水深度较吻合。计算的海水深度用于双检数据合并,压制海水鸣震干扰效果明显,为后续速度模型建立和偏移成像处理奠定了良好的基础。