TI介质中qP波方程逆时偏移技术的研究现状与展望

理论上说,TI介质逆时偏移技术更有利于解决各向异性介质的地震波成像问题,工业实践也证明了此项技术在解决复杂地层地震波成像问题方面的巨大潜力。总结了TI介质中qP波逆时偏移技术的研究现状,重点分析了qP波方程的建立、qP波方程的延拓算法和qP波成像方法这3个逆时偏移关键技术的实现思路和存在的主要问题,并在此基础上探讨了今后该领域的研究重点。分析认为,现有技术主要存在以下问题:①已有的TI介质qP波方程具有较高的运动学精度,但对方程的动力学精度缺乏深入研究;②qP波方程炮点波场重构中的随机边界技术存在不稳定隐患,业界在提升稳定性方面缺乏有效的解决方案;③二阶或高阶qP波方程难以准确求取qP波的坡印廷矢量,且现有的坡印廷矢量技术无法解决多组波场问题;④子波拉伸校正缺乏针对性技术等。因此,今后TI介质中qP波方程逆时偏移领域的研究重点应该包括qP波方程的动力学精度分析多参数随机边界设置技术和qP波传播方向的准确求取等方面。     

并行合成震源记录逆时深度偏移

 本文提出了一种基于双程无反射波动方程的合成震源记录逆时深度偏移方法,该方法利用波动方程算子的性质,合成炮震源和炮震源记录,有效地节省了计算时间。在叠前偏移中使用了考虑波传播方向的Pothyn矢量成像条件,能够有效消除逆时偏移中的浅层噪声。在此基础上又应用了MPI并行算法,进一步提高了此算法的计算效率。文中通过模型试算结果检验,说明了该方法的有效性和实用性。     

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。     

提高地震波照明均匀性的加密炮设计新方法

针对中国西部山前断裂带等近地表散射源较多地区的地震数据信噪比较低、地下目的层反射能量均匀性较差的问题,提出了基于震源组合、面向目标、增强目的层照明均匀性的炮点设计方法。首先,利用等炮间距的常规观测系统进行双程波波动方程地震照明模拟; 其次,在目的层照明阴影区激发地震波,当初至波传播至地表时,利用坡印廷矢量进行地表方向统计,确定震源组合主波束方向,同时进行地表能量统计,确定局部加密组合震源的位置。模型试验结果表明：局部加密组合震源可明显提高阴影区的照明能量和目的层照明的均匀性,对复杂地区针对特定勘探目标的观测系统优化设计具有一定的指导意义。     

VTI介质角度叠加逆时偏移

常规各向同性逆时偏移方法在处理各向异性问题时会导致层位成像不准确、同相轴能量不聚焦等问题,并且利用拉普拉斯滤波算子等简单滤波方法不能彻底去除成像结果中的强振幅低频噪声。针对这些问题,首先应用声波近似方程模拟qP波在各向异性VTI介质中的传播,在震源激发位置设定平滑的各向同性或椭圆各向异性震源环以压制qSV波的影响;在此基础上提出了VTI介质逆时偏移的角度叠加实现策略,利用角度域共成像点道集中不同角度成像结果的叠加压制低频噪声,提高成像精度。模型试算和应用实例偏移结果表明,该方法能够对高陡复杂构造准确成像,且能量均衡、低频噪声压制效果较好。     

声波和弹性波叠后逆时深度偏移

对比声波和弹性波叠后逆时深度偏移的成像效果,从计算波动理论出发,采用凹陷模型制作了基于爆炸反射界面原理的零偏移距剖面。并根据零时间逆时成像条件,制作了较高精度的声波、弹性波叠后逆时成像剖面。逆时延拓数值试算表明,采用两种方法均能恢复出准确的地质界面,其中声波在倾斜界面情况下与实际地质模型有所偏移,没有准确实现地震波场归位;而弹性波垂直分量得到了准确成像,倾斜界面清晰,而且垂直分量直接显示出断点和倾斜界面位置,弥补了声波深度成像的不足。图2参8     

起伏地表叠前逆时深度偏移与并行实现

本文系统讨论了逆时偏移中常用的波动方程求解方法,并简述了其各自的特点和优势。文中提出用逆时偏移实现基于起伏地表的波动方程叠前深度偏移,理论模型数据的试算结果与单程波方程和Kirchhoff积分方法结果进行对比,展示了逆时偏移的优越性。自行研发的基于CPU/GPU平台的并行软件,推动了逆时偏移算法实用化的运行,在应用中取得了良好效果。     

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.     

AVO分析中的剩余时差校正

在进行AVO分析时,由于速度误差的影响,CDP道集的反射波经动校正后的同相轴仍有扭曲现象,即存在着剩余时差,对AVO分析有很大影响。为此,本文采用地震资料处理中的统计方法,分层位开时窗,分别统计各层各道的剩余静校正量,然后再作纵向内插,进行变时、空静校正处理,消除了这种剩余时差。算例表明,经剩余时差校正处理后的CDP道集,可提高AVO分析的精度。     

基于匹配滤波的保幅动校拉伸校正方法

动校拉伸现象会影响地震资料的分辨率和AVO分析,而常规的动校拉伸校正方法会破坏原始地震资料的振幅变化信息,破坏AVO效应。本文利用匹配滤波算法,可以有效消除动校正拉伸现象,使同相轴更连续,消除常规NMO引起的频率降低现象,提高地震资料的分辨率,而且可以有效保留原始地震资料的振幅随炮检距的变化信息。该算法不需要已知地震子波,适合任何炮检距的地震资料。     

地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟与逆时成像

为了进一步提高对地震波传播规律的认识,将波印廷矢量引入到二维地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟中。 根据地震波波印廷矢量的波场数值特征,实现了对全地震波场中左行波、右行波、上行波和下行波波场的自动识别与分离。以均匀介质模型、倾斜界面模型以及 Marmousi 模型为例,开展了相应的数值模拟实验与逆时成像处理。 计算结果表明,该方法准确有效,能够实现任意时刻波场快照中方向行波的波场分离,并合成分别由左行波、右行波、上行波和下行波形成的波场快照与数值模拟记录。该方法简单易行,计算量较小,对实际地震资料中方向行波波场的识别、分离、成像及验证具有一定的应用价值。     

VSP逆时偏移处理

VSP逆时偏移处理是一种适用性很强的波动方程偏移方法。其控制方程既能描述波的全方向传播,又能消除层间多次反射波。本文通过推广Claerbout成像原理确定出成像条件,以实际VSP数据求出边界条件,按时间逆的次序求解双程无反射波动方程。在每一步外推中,利用成像条件求得相应成像点的偏移值。当逆时外推至最小成像时间时,就能得到整个剖面的偏移结果。理论与实际资料处理表明,该方法能适应各种速度的变化,使偏移后的剖面具有较高的分辨率和信噪比,而且处理效率极高。     

VSP资料的叠前波动方程逆时偏移

从波动方程出发,利用有限差分法导出波场外推公式,由此可以进行波场正演计算和偏移。用 P 波方程编制的偏移程序 VSP MIG 既可用于地面资料的偏移,也可用于井中资料的偏移;既可用于 P 波偏移,也可用于 P-SV 波偏移,但需相应的变化速度模型。对于 P 波和 P-SV 波,偏移的成像时间也是完全一样的。分别偏移分离后的上行 P 波和上行 P-SV 波,可以得到纵波和横波两张偏移剖面,这样比纵、横波资料的联合一次偏移可以得到更多的信息。     

VSP的双程无反射波动方程逆时偏移

VSP 资料通常为共炮点道集,因所含数据量较少,采用常规偏移方法,难以获得良好的偏移结果。而用双程无反射波动方程作逆时偏移,可以剔除内部界面反射波和层间多次波,同时使用 Clayton 的吸收边界条件,还可以消除VSP 中的边界反射波。可见采用这种逆时偏移方法能够较好地改善偏移效果。其成像条件仍由Claerbout 成像原理推广,求解镜像方程得到,此法是一种适用性很强的波动方程偏移方法,既适用叠前 VSP 记录,又适用常规多偏移距的炮点道集,还可用于 VSP 和地面资料的联合偏移,并能适应各种速度的变化。此法用于实际 VSP 资料处理时,要预先切除初至波,剪接边道或设置边道阻尼,并要作空间插值补道、频率滤波等项处理,否则将影响 VSP 偏移剖面的质量。     

hartley变换法弹性波逆时偏移

利用快速Ｈａｒｔｌｅｙ变换较快速傅氏变换有更高的计算效益这一特点，本文给出了一种基于Ｈａｒｔｌｅｙ变换的弹性波逆时偏移算法。该方法与其它逆时偏移算法相比，具有速度快、省内存等优点，并在对位移场（ｕ）成像的同时，能方便地给出体变系数（θ）及协变系数（ｓ）的成像结果。模型试算的结果表明，该方法是可行的。     

各向异性弹性波叠后逆时深度偏移

大量数据表明地下岩层的地震各向异性是普遍存在的。然而在常规偏移中，通常视地下介质为各向同性介质，这必然导致一定的误差。研究了各向异性弹性波的有限元逆时延拓算法及有关人工吸收边界条件等问题，实现了各向异性弹性波有限元逆时深度偏移系统。2个理论模型的自激自收资料实算表明，该系统能够清晰准确地进行偏移成像。另外，对这两个模型资料的各向同性移证实，常规各向同性偏移剖面上存在较大误差。     

逆时偏移的方向导数算法

本文从实用观点出发,在延时坐标下提出了一种新的逆时偏移算法。该算法运用方向导数,把二维标量波动方程变换成形式上与Claerbout的15°方程形式完全相同的方程,从而很容易在计算机上求解。该算法无倾角限制,计算区域与15°方程的要求相同,因而计算量也基本相当。