奇异值分解技术在绕射波分离成像中的应用研究

实现绕射波分离成像,要利用反射波和绕射波的特征差异,不同方法所利用的特征差异不尽相同。在地下反射层位水平连续的假设条件下,基于反射波和绕射波在相干性方面的差异,提出一种基于奇异值分解的绕射波分离成像方法。首先通过炮域动校正拉平反射波,使其相干性增强,而绕射波呈现非线性形态,相干性较弱,两者在相干性方面差异明显。基于此,再利用奇异值分解重构出反射波,并将其从地震数据中减去,从而分离出绕射波。为了在有效压制反射波的同时,尽可能地保护绕射波能量,在重构反射波时采用了一种迭代的方式。最后对数据进行反动校,得到绕射波单炮记录,继而实现绕射波成像。数值模型和实际资料应用结果表明,该方法能够有效压制强反射,提高小尺度非均质体的识别精度,有良好的应用价值。     

奇异值谱分析在绕射波分离及成像中的应用

地层中的断层、裂隙(缝)和孔洞等小尺度地质目标体是常见的油气运移通道和储集体,对油气勘探具有重要意义。这些地质目标体的地震响应为弱能量的绕射波,在偏移成像前进行反射波和绕射波的分离,然后实现绕射波成像,有利于识别这些目标体。常规绕射波分离方法主要基于反射波与绕射波的运动学特征差异。频率-空间域的奇异值谱分析方法同时利用反射波与绕射波的运动学和动力学特征差异,压制共偏移距道集中具有强能量和线性特征的反射波场,突出并分离绕射波场,进而实现绕射体的目标成像。模型数据和实际地震资料的测试结果表明,奇异值谱分析绕射波分离方法可有效改善断层及其它小尺度地质体的成像质量。     

倾角域逆时偏移绕射波成像方法

地下缝洞型储层及非规则矿体的地震响应表现为绕射波,在成像域倾角道集中进行反射波压制,有利于这些目标体绕射波成像。利用逆时偏移（Reverse Time Migration,RTM）和Kirchhoff积分偏移分别进行倾角道集的提取,在倾角域分析两种典型成像方法对绕射波的成像能力。研究表明,在倾角域RTM比Kirchhoff积分偏移算子具有更强的反射波聚焦能力,有利于成像过程中对反射波的压制。具体而言,采用波印廷矢量方法在RTM过程中进行倾角道集输出;在RTM提取的倾角道集中反射波能量聚焦为孤立的“噪点”,绕射波则表现为一条拉平的直线。基于两者形态的差异,在倾角域进行中值滤波能有效分离绕射波与反射波,进而实现RTM绕射波成像。数值实验结果验证了文中方法的正确性和有效性。     

全方位倾角道集反射波场分离及成像技术的应用

随着“两宽一高”采集、处理技术的普及,局部角度域叠前深度偏移产生的全方位倾角道集中保留了反射波、绕射波、回折波等波场的倾角和方位角信息,且在全方位倾角道集中不同地震波场更易于识别和区分,为叠前反射波场分离和成像提供了基础。根据理论模型正演的全方位倾角道集中反射波能量明显强于其他波场能量的特性,以及反射波与绕射波等其他波场走时上的特征差异,制定了从实际数据的叠前全方位倾角道集中分离反射波场的流程,将波场分离后的叠前全方位倾角道集叠加成像,提高了目标区的成像质量。将该技术应用于哈萨克斯坦M工区三维实际数据,结果表明,应用全方位倾角道集叠前反射波场分离和成像技术之后,探区西部破碎带的断层成像更清晰,明显提高了成像质量,为该区精细构造解释及地质研究奠定了基础。     

绕射波叠前共虚震源道集分离方法

绕射波携带了地下小尺度非均质体的高分辨率信息，对岩溶体储层等的识别具有重要意义。能量较弱的绕射波易被反射波场掩盖，导致偏移成像不清、小尺度异常体精细识别与刻画难度大等。传统的绕射波分离方法存在深层绕射波能量损失严重、绕射波与反射波场相交或相切时难以分离的问题。为此，提出一种叠前绕射波分离方法：首先通过共虚震源变换将共炮点道集转换成共虚震源道集，然后在共虚震源道集中进行偏移—反射波去除—反偏移，最后通过共虚震源反变换得到共炮点道集绕射波场。数值模型和实测资料的应用表明，该方法能有效地压制反射波，同时较完整地保留绕射波能量，提升成像剖面上小尺度地质体的识别精度。     

绕射波成像技术在河道砂体储层预测中的应用

河道砂体是东部油田主要油气储集体类型。提高河道、岩性尖灭体等小尺度储集体的预测与识别精度,是东部油田进一步挖掘潜在储量的关键所在。地震勘探中接收到的记录中除了反射波还蕴含小尺度不连续地质体产生的丰富的绕射波信息,通过对绕射波进行分离和成像,能提高地下小尺度不连续地质体的地震识别能力。通过应用平面波域反射波与绕射波波场分离技术,从地震记录中将绕射波分离出来,再通过基于共散射点道集的等效偏移距叠前时间偏移完成绕射波成像。该技术在胜利油田的实际应用,显著提高了河道砂体的识别精度和浅层河道含气检测能力。     

基于绕射波成像的储集层砂体精细识别方法

在倾角域共成像点道集中,绕射波和反射波的同相轴形态具有显著差异：反射波同相轴为具有稳相顶点的凹形曲线,绕射波响应表现为拟线性同相轴。有鉴于此,提出了基于反射波能量预测的倾角域绕射波分离与成像方法,对Sigsbee2a模型进行了绕射波成像。结果表明,该方法能有效压制镜面反射,改善绕射目标成像分辨率,提高识别精度。将其应用于某探区储集层砂体模型,证实该方法对复杂储集层砂体模型具有较好的适应性。     

全波场地震勘探技术

反射波地震采集设计基于层状介质假设,信号分析过程压制了绕射波、散射波等弱信号,反射波地震成像处理后频带狭窄,这些均限制了原始宽频数据的充分利用。从均衡利用反射波、绕射波、散射波信息入手,重新定义全波场地震勘探的内涵,明确其特点和适应条件,提出一套适用于全波场地震勘探的关键技术。在地震采集阶段,需要采用多套观测系统或一次性部署分期采集设计,即要在常规观测系统中镶嵌小面元、小偏移距、小道间距数据,利用共中心点道集离散化、小偏移距高覆盖等方法,增强原始地震数据中绕射波、散射波等弱信号的能量。在地震处理过程中,原始地震数据中的信号与噪音需要重新定义,通过多观测系统数据融合处理,实现地震数据有效信号的增强;通过不同面元、不同排列方式数据的差异化应用,使不同态式地震波能被有效分解和分别成像。在地震解释过程中,充分利用全波场地震资料,依靠多尺度、多维度井-震标定,实现多态式、多域地震属性解释,揭示复杂岩性体的内幕结构,提高非层状储集层横向分辨能力。     

VSP数据波动方程叠前深度偏移成像及立体地震成像

本文从三维声波方程出发,通过引入参考速度,推导出折射项和绕射项方程,并对绕射项进行优化展开,得到适应任意变速情况下的VSP数据波动方程叠前深度偏移方程及其差分格式;讨论了有限差分法的误差补偿、波场成像条件;基于波场传播的线性叠加原理,在一定成像条件下,提出了把地面地震记录、VSP记录及井间地震记录偏移到同一成像空间的完整的地震地像方法--立体地震成像。立体地震成像实质是：地面地震数据、VSP数据及井中反射地震数据的成像过程可以统一成一个波动方程叠前深度偏移过程,同时,每种数据的成像结果也可以单独输出。模型试算结果表明,在立体地震成像过程中,每一种观测方式对目标地质体的照明范围不同,它们对目标地质体的成像互为补充与加强,使得目标地质体的成像更加精细。     

基于平面波记录的绕射目标成像方法研究

断层、盐丘、溶洞、裂缝等非均质构造已成为现阶段碳酸盐岩高精度成像、构造及岩性解释的主要目标。然而,常规地震数据处理通常将这些非均质地质体引起的绕射波作为噪声而进行压制,即使偏移成像可以收敛归位绕射波,也因绕射波的弱振幅值和能量的快速衰减而湮没在反射能量中,因而未被有效地利用。本文根据绕射波和反射波在平面波记录上的时距曲线差异,利用平面波解构滤波方法压制平滑连续的拟线性反射波,保护和突出曲率较大、连续性较差的拟双曲绕射波,从而提高非均质绕射目标体的成像分辨率。通过对断陷模型和2DSEG/EAGE盐丘模型的试算,表明该方法可以有效改善盐丘、断层及其他小尺度非均质构造的成像质量,提高地震资料解释的精度。     

应用GPU的傅里叶有限差分逆时偏移

逆时偏移是针对复杂构造的主流叠前深度偏移成像技术,常规逆时偏移技术大多采用高阶有限差分和成像后滤波算法。由于实际偏移的计算网格较大造成空间频散现象和成像后的去低频噪声滤波会损害有效低频信息,因此成像频宽受到一定影响。为此,提出基于GPU的傅里叶有限差分逆时偏移方法。即采用傅里叶有限差分算法进行波场传播计算,波场外推中直接在时间—波数域做显式波场分解和互相关成像;同时采用基于GPU的算法,显著提高了傅里叶有限差分逆时偏移的计算速度。实际资料应用结果表明,该技术能实现对高、低频有效信息的充分保护和利用,从而提高了地震成像分辨率。     

逆时深度偏移中的子波拉伸校正

文中提出一种在逆时偏移的波场延拓后、应用成像条件前对地震数据进行子波拉伸校正的方法,在延拓过程中分别提取各网格点震源波场和接收点波场在成像时刻的地震子波,对其进行压缩处理,再应用归一化波场分离互相关成像条件,得到拉伸校正后的成像结果。该方法不改变成像结果的振幅与相位。其中,子波压缩计算需要的各网格点的反射角和局部地层倾角由地震波场的坡印廷矢量(Poynting vector)计算得到。数值算例表明,该方法能够校正由于反射角增大引起的子波拉伸效应,提高逆时偏移的成像品质,为AVA/AVO分析提供高精度的输入道集。     

复杂TTI介质稳定的纯qP波波场模拟方法

作为各向异性逆时偏移技术的基础,复杂各向异性介质情况下精确而稳定的波场模拟至关重要。本文给出一种针对复杂倾斜横向各向同性（tilted transversely isotropic,TTI）介质的稳定的纯qP波波场模拟方法。该方法基于Xu提出的伪微分算子分解思路,通过分析新算子的频散特性,引入旋转坐标系下的自共轭算子以保证稳定性,导出新的TTI介质一阶纯qP波控制方程;在Lebedev交错网格框架下推导了新方程的高阶有限差分形式,给出2次计算波场梯度的数值算法实施策略,以进一步保证波场模拟精度。均匀各向异性介质及复杂TTI介质模型的数值试算结果表明：新控制方程不受伪横波影响;相对于有限横波qP波波场模拟等算法,新算法可得到更稳定的各向异性纯qP波波场,即能更适应各向异性对称轴参数的空间变化,可应用于高精度纯qP波逆时偏移,改善对各向异性介质的成像质量。     

结合泊松算法和波场分解成像条件的各向异性优化纯声波方程逆时偏移

常规各向异性逆时偏移主要采用伪声波方程,该类方程容易引起成像剖面上的伪横波干扰及数值不稳定,发展各向异性纯声波方程能够较好地解决上述问题。为此,首先回顾了TTI介质中两种常用的伪声波方程;再采用最小二乘方法获得了优化的纯声波频散关系;在此基础上,结合泊松算法和有限差分求解高精度纯声波方程。在传统互相关成像条件中,全波场信息均参与其中,容易引起较强的低频噪声干扰。鉴于此,将基于Hilbert变换的复数波场分解成像条件推广至各向异性介质,对获得的TTI纯声波沿不同方向分解,选取传播方向相反的波场分量参与最终成像。理论和模型算例表明,将优化纯声波和波场分解成像条件结合能够有效压制各向异性逆时偏移中的伪横波干扰及低频噪声,获得高质量的成像剖面。     

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。     

弹性波波场分离方法对比及其在逆时偏移成像中的应用

弹性波波场分离是弹性波逆时偏移成像中的关键技术,主要基于Helmholtz分解原理。本文对弹性波波场分离法进行系统分析和总结,并将其归纳为直接分离法和间接分离法两类。前者直接对矢量波场进行散度和旋度计算,得到纵波和横波波场,包括空间域方法和波数域方法;后者利用以前时刻分离的纵、横波波场递推得到下一时刻纵、横波波场。文中选择介绍了三种空间域方法、一种波数域方法和一种间接分离法的基本原理,针对均匀介质模型、层状介质模型及Marmousi模型,对这五种方法波场分离的效果和效率进行分析和对比。认识到这些方法各自的优缺点：两种常规空间域方法计算量最小,但分离结果保幅性差;间接分离法效果较好,计算量适中,但在速度突变界面处存在能量异常;改进的空间域方法分离效果最好、计算量最大;波数域方法效果次之、计算量也次之。最后,利用模型数据测试了这五种方法对弹性波逆时偏移成像的影响,表明改进的空间域方法和波数域方法的成像效果最好。     

双平方根算子波场外推叠前偏移速度分析

基于波场外推的叠前偏移具有较好的成像精度，但其成像精度又建立在精确的速度模型之上，利用叠前偏移对速度的敏感性来建立较好的速度模型是精确成像的重要保证。基于双平方根算子的波场外推，探讨了一种新的适应横向变速的叠前偏移速度分析方法。该方法首先在共中心点一半偏移距域中进行波场外推，然后根据波场外推的结果建立速度能量图并拾取速度信息，这个过程可根据需要作若干次迭代。对该方法的计算公式进行了推导，并设计了点散射体的常速模型和变速模型，进行了计算，计算结果表明了方法的正确性。该方法具有适应横向变速和倾角变化及计算量小的特点。     

反射地震成像的波场变换方法

遵循反射地震数据叠前偏移可分步描述的思想,即动校正＋叠加＋叠后偏移,根据叠前观测波场、零炮检距波场和叠前时间偏移波场之间的坐标位置关系,通过波场变换实现了偏移到零炮检距地震剖面和叠前时间偏移。计算实现简单,只是空间方向的Fourier正反变换与时间方向的积分,并且偏移到零炮检距地震剖面与叠前时间偏移计算量基本相当,计算没有任何关于小炮检距近似或小反射倾角近似假设。最后讨论了这种方法在研究保幅成像、地震道插值等方面的应用可能以及处理实际地震数据可能面临的问题。