逆时偏移数据体低波数噪声相对保幅衰减技术及应用

逆时偏移成像过程中压制低波数噪声后的叠加剖面仍存在较强能量的低波数噪声，其掩盖了有效反射信号对地质目标细节的精细刻画，因此，相对保幅地恢复有效反射信号是实现逆时偏移技术实际应用的重要保障。为此，将热力学领域中三维扩散滤波方法引入到深度域逆时偏移低波数噪声压制中，并对含低波数噪声的三维逆时偏移成像数据体进行体迭代处理。通过优化迭代次数和扩散系数2个关键参数，实现了低波数噪声和有效反射信号的相对保幅分离，同时采用局部化数据体输入和临时输出存储的优化策略，突破了计算节点内存限制，构建了一种高效的、相对保幅的低波数噪声衰减技术。理论模型和实际地震数据应用结果均表明，该技术处理结果的保真保幅性明显优于国际上常用的拉普拉斯算子去噪方法，且对噪声的敏感性弱，可以在深度域数据体上有效恢复掩盖在低波数噪声能量之下的有效反射信号，实现复杂地质目标的地震精细刻画，且其处理效率能够满足实际生产周期的需求，这可为同类深度域含低波数噪声成像资料的地震精细刻画提供方法和技术参考。     

应用于叠前逆时偏移的拉普拉斯算子去噪法

基于双程波方程的叠前逆时偏移法是成像精度较高的偏移方法,但因受存储量大、计算量大等影响,工业化进程缓慢,其中低频噪声对构造解释精度影响很大.因此,采用高阶有限差分算法计算逆时偏移,着重研究了拉普拉斯算子滤波压制低频噪声方法.Marmousi模型的逆时偏移去噪测试结果表明,拉普拉斯算子去噪法在压制低频噪声方面比常规的高通滤波法更有效,既能保持有效信号的振幅、相位特性,又能明显改善剖面的成像效果.     

非局部平均滤波噪声压制方法及其在VSP资料逆时偏移中的应用

基于双程波的逆时偏移会产生低频成像噪声,在成像后运用拉普拉斯滤波法可以取得较好的压噪效果,但是,该方法严重依赖于角度参数,使得滤波后的成像剖面上常常存在同相轴不光滑和噪声压制不完全的情况。基于叠后地震资料同相轴结构的特点,为进一步提高逆时偏移叠加数据的信噪比,引入了非局部平均滤波法,针对拉普拉斯滤波后的成像数据进行进一步的压噪处理。非局部平均滤波法将输入的地震数据分解为不含噪声的地震数据和噪声数据两部分,利用不同成像点与其它成像点间的相似系数,实现滤波处理。二维复杂模型VSP正演模拟数据逆时偏移结果的试算表明,应用非局部平均滤波后的剖面信噪比得到进一步提高,同相轴的连续性明显增强。实际VSP资料逆时偏移低频噪声压制试处理也表明非局部平均滤波方法具有计算精度高、算法稳定性好和易于实现的特点。     

基于角度滤波成像的最小二乘逆时偏移

在前人研究的基础上,首先分析了逆时偏移（RTM）中低频噪声的产生原因,通过波场数据得到的反射角信息构建逆散射成像条件,并与最小二乘逆时偏移（LSRTM）结合,发展了一种基于角度滤波成像的最小二乘逆时偏移方法（ALSRTM）,从波动方程能量守恒方面分析了ALSRTM的可行性和保幅性。在实现算法的基础上,对SEG/EAGE二维盐丘模型的稀疏采集地震数据的成像结果表明：ALSRTM可彻底压制浅层构造的低频噪声,有效消除震源效应,在浅、中、深层均具有更好的保幅性。另外,相比常规LSRTM,ALSRTM对含有随机噪声的观测数据和含误差速度模型的适应性更强。     

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。     

基于拉普拉斯算子的叠前逆时噪声压制方法

低频噪声是叠前逆时偏移成像的主要问题。分析了叠前逆时噪声的产生机制和基于拉普拉斯算 子的图像去噪机理,采用拉普拉斯算子分别在叠加成像域、共成像点域和共炮点域分别进行了叠前逆时 噪声的压制处理试验,并与高通滤波压噪方法进行对比。数值实例研究表明,偏移速度的不准确是造成 叠前低频逆时噪声的主要原因,此外正演子波波形与数值模拟记录波形的不匹配和应用相关逆时成像条 件是引入低频成像噪声的次级成因。另外,在不同域的基于拉普拉斯算子的低频噪声压制效果均较为明 显,其中在共炮点域的去噪效果最佳,且其去噪效果要优于常规滤波方法,去噪后的剖面上地层细节特征 更加清晰,共成像点道集上的水平同相轴能准确地凸显出来。     

逆时偏移拉普拉斯算子滤波改进算法

本文在分析拉普拉斯滤波方法的基本原理及其存在问题的基础上,提出了四阶拉普拉斯滤波算法,有效地解决了逆时偏移去噪中遇到的压制噪声不彻底及子波振幅和相位发生明显变化的问题,也就是说,此法可以在更好地消除成像噪声的同时,保持有效信号的振幅和相位特性。简单和复杂模型数据的测试表明,改进的拉普拉斯算子滤波算法效果明显。     

三维扩散滤波方法地震数据处理模块的开发与应用

将扩散滤波方法引入地震数据处理领域,给出了三维各向同性和各向异性两种扩散滤波方法的基本原理。开发了相应的地震数据处理模块:Ckydiffusion,详细分析了该模块的设计思路,指出了模块中的关键参数。在实际三维地震资料数字处理(如随机噪声压制、低频逆时噪声压制等)中取得了较好的应用效果。     

扩散滤波方法在地震资料处理中的应用研究

从各向异性扩散滤波方程出发,给出了其对应的数值离散公式及其最简单的各向同性扩散滤波离 散计算公式,开展了扩散滤波方法在低频逆时偏移噪音的多尺度分离、地震反射波和散射波波场的相对 分离、保断层边缘的随机噪音压制以及地震数据插值处理等 4 个方面的应用,并给出了其对应的应用假 设条件。 计算结果表明,扩散滤波方法可在不同应用假设条件下取得较好的处理效果。 该方法可指导实 际地震资料数字处理。     

地震波叠前逆时偏移脉冲响应研究与应用

为了更好地应用地震波叠前逆时偏移成像技术,开展了逆时偏移脉冲响应研究.从有偏移距层状介质模型的脉冲响应出发,首先探讨了常规相关法逆时成像条件低频逆时噪声的成因机理,分析了上、下行波分离逆时成像条件在低频噪声压制中的优势,对比了两种逆时成像条件在偏移速度平滑条件下的脉冲响应特征;同时分析了不同偏移网格参数、速度分布等情况下地震波数值频散对逆时偏移脉冲响应精度的影响.计算结果表明,地震波波场延拓过程中相对波阻抗差界面的上行反射波场是逆时背景噪声的主要成因;速度平滑能够有效降低低频背景噪声,但以牺牲成像位置准确性为代价;地震波数值频散是影响逆时成像精度的一个重要因素,逆时偏移参数的选择必须严格依据数值频散关系.与此同时,还通过模型验证了逆时偏移中震源和检波点位置具有可互换性,为共检波点道集的逆时偏移处理提供了方法指导.通过逆时偏移参数的优选,在实际陆上地震资料叠前逆时偏移中取得了较好的成像效果.     

正演子波响应特征及逆时成像分析

采用一阶形式和二阶形式的地震波动方程,开展了二维地震子波正演响应理论研究,并以二维均匀介质速度模型为例,将不同相位的 Ricker子波作为输入子波,进行了数值模拟。结果表明,一阶形式的子波响应与输入子波波形差异较大,且存在较大的相位移,同时,其比值 谱与频率呈线性正比关系;而二阶形式的子波响应与输入子波波形差异较小,相位移较小,其比值谱几乎不随频率变化。因此二阶形式的波动 方程具有更好的保形特征,可以实现任意期望子波波形的正演数值模拟。在上述研究的基础上,讨论了逆时子波波场响应特征,并以一维层状 介质反射系数模型为例,进行了一阶形式和二阶形式波动方程的相关型和反射率型逆时偏移成像试验,结果表明,当震源波场与接收波场的子 波波形相一致时,低频逆时噪声能量最弱,成像效果最佳;反之,成像剖面中的反射界面与真实的地层界面位置会存在时差,同时,低频逆时 噪声能量较强。因此,保持子波波形的一致性是实现高精度相关型、反射率型逆时偏移成像的前提。     

基于波场分离的逆时偏移成像条件研究及在准噶尔盆地的应用

与传统深度偏移成像方法相比,基于双程波的逆时偏移方法针对地下陡倾角地区和复杂地下地质条件地区的成像有着无可比拟的优势。逆时偏移方法的实现通常有3个步骤:①在时间域实现震源波场的正向外推;②在时间域实现检波点波场的反向外推;③应用合理的成像条件构建成像结果。在实际应用过程中,通常是采用互相关成像条件来构建成像,然而,互相关成像条件构建的逆时偏移成像结果会产生强振幅的低频噪音,这些噪音会极大地降低资料的信噪比,容易导致浅层构造被噪音掩盖而无法识别,仅采用单纯的带通滤波并不能很好地滤除这种噪音。提供了一种新的基于波场分离理论的逆时偏移成像条件,此方法能有效地消除这些特定的噪音,其核心思路就是将震源及检波点波场分离成它们的单程波传播分量,然后仅在反射点处利用互相关的成像条件构建成像结果,从而实现逆时偏移成像。Marm-ousi模型数据验证了该方法的准确性;同时,采用文中提到的成像条件在准噶尔盆地百口泉地区进行了逆时偏移测试,测试结果充分证明新成像条件对野外资料的适应性。     

叠前逆时深度偏移成像的实现与应用

介绍了高阶有限差分求解双程波动方程和完全匹配层吸收边界条件的基本理论原理.根据逆时偏移实用化所面临的技术瓶颈,提出了GPU/CPU异构协同并行方案和震源波场重构存储策略,有效解决了逆时偏移对海量计算和存储的需求.从逆时偏移成像噪声的产生机理出发,根据噪声的传播方向一致特性、大角度特性和低频特性,采用组合压噪流程,建立针对复杂构造成像的实用化叠前逆时深度偏移技术,最大程度地压制偏移噪声、保留有效信号.理论模型测试和实际资料处理表明,该技术能够有效解决复杂地质条件下的地震成像问题,尤其是对盐丘边界和盐下等特殊构造的刻画均有显著效果.     

几种地震观测方式的逆时成像分析

研究并分析了地震波叠前逆时偏移技术对地面地震、井中地震及井间地震这 3 种地震观测方式采集的数据进行偏移成像的适用性。以含不同倾角的速度模型和 Marmousi 速度模型为例,合成了对应观测方式的若干共炮点道集,并进行了逆时偏移数值实验。 结果表明：逆时偏移方法适用于这 3 种地震观测方式,且均能获得较好的成像效果,通过低频噪声压制处理可进一步提高信噪比。 其中,地面地震观测方式须对直达波和折射波波场进行精细切除,井中地震和井间地震观测方式则须保留初至波波场（下行直达波）,才能不破坏反射和透射这种波场之间的能量转换关系,并最大程度地刻画地质构造的细节特征。     

基于多窗口相干性的倾角导向主分量滤波

为了在压制地震数据噪声的同时保持反射结构边缘信息和有效频率成分,研制了基于多窗口相干性的倾角导向主分量滤波方法,该法结合边缘保持滤波,可实现多窗口边界保持和主分量滤波。将此法用于多道地震记录提取有效信号的特征值重构信号,可以提高地震记录的信噪比。利用多窗口相干性扫描和二次曲线/面拟合计算二维/三维地层的精确视倾角,以相干值最大时的倾角导向窗口内的地震道数据作为主分量滤波的输入,实现输入主分量滤波器的子体数据的自动选择。实际资料的应用和分析表明,基于多窗口相干性的倾角导向主分量滤波方法在增强同相轴连续性的同时,也加强了有用的不连续性信息（如断层）,避免了由于滤波作用而引起的地震图像边缘模糊,可清晰地刻画地层的几何形态和展布特征,且能够较好地保持原始地震数据体的有效频率成分和地震纵向分辨率。     

瞬变电磁场拟波动方程偏移成像

本文提出了一种新的瞬变电磁场偏移成像方法。该方法满足扩散方程的低频电磁场,并可由积分变换转换为满足波动方程的波场,然后直接利用地震偏移成像技术,求取介质的几何参数。     

孔洞型碳酸盐岩储层地震正演及叠前深度偏移

塔里木盆地孔洞型碳酸盐岩储层具有尺度小、埋藏深、非均质性极强的特征,严重制约油气的勘探开发。针对碳酸盐岩储层的复杂性和特殊性,有必要开展地震正演模拟和叠前深度偏移方法优选研究。基于PML边界的变网格高阶有限差分算法可对小型非均质地质体进行精确地震模拟,既保证了模拟精度,又提高了计算效率,为理论研究提供模拟数据。采用克希霍夫积分法、单程波、逆时偏移对模拟数据进行偏移成像。结果表明,在速度准确情况下,波动方程方法成像效果优于积分法成像,实际资料也验证了这一点;从保幅角度来看,单程波偏移方法的振幅相对保持能力最佳,优于积分法和逆时偏移。综合上述3种偏移方法的成像效果、计算效率和振幅保持能力,单程波叠前深度偏移更适合孔洞型碳酸盐岩储层的成像。