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。     

一阶速度—压力常分数阶黏滞声波方程及其数值模拟

与传统的整数阶黏滞波动方程相比,分数阶拉普拉斯算子黏滞方程能更准确地匹配目前广泛使用的常Q模型,而且分数阶黏滞波动方程中控制振幅衰减和相位变化的算子是显式分离的,这对于发展稳定的衰减补偿逆时偏移算法至关重要。首先基于时间域二阶位移形式的常分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程,推导了一阶速度-压力形式常分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程;为了模拟更加真实的振幅变化信息,在新的黏滞声波方程中考虑了密度空变的影响;为了避免由傅里叶变换的周期性而引入的虚假反射,提出了一种适用于分数阶黏滞声波方程的卷积型完全匹配层（CPML）吸收边界加载方法;最后采用交错网格伪谱法进行数值模拟。均匀介质中数值解与解析解的对比证实了该一阶速度-压力常分数阶黏滞声波方程能准确描述常Q模型,BP盐丘模型的地震波场模拟结果证实了其对复杂介质的适用性。     

应用正演模拟分析近地表黏弹性对深层缝洞储层地震波衰减及成像的影响

近地表沙层的黏弹特性引起的地震波能量及频率的吸收衰减不容忽视。本文基于黏弹性介质波动方程正演模拟技术,研究了近地表不同Q值情况下地震波穿过黏弹介质后的地震波场特征,通过波场频谱特征分析了影响地震波能量及频率吸收衰减的因素,即Q值越小、激发子波的主频越高、传播距离越远的地震波能量及主频吸收衰减越严重。在此基础上建立起伏地表沙层缝洞型模型,研究近地表沙层对中深部储层反射波的衰减及对缝洞型储层成像的影响,对实际地震资料的振幅、频率的恢复补偿以及提高分辨率具有一定意义。     

分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程的最小二乘逆时偏移

衰减补偿型逆时偏移方法能沿波的传播路径对地震波所经历的振幅衰减和相位畸变进行补偿,可提高成像精度和分辨率,但该方法需模拟呈指数增长的地震波场,存在数值不稳定问题。为此,在最小二乘反演理论框架下,基于分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程,推导其对应的Born正演模拟算子和伴随方程,利用反演思路逐步补偿地震波的吸收衰减,解决了传统衰减补偿型逆时偏移方法的不稳定问题。该最小二乘逆时偏移方法采用新颖的常分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程描述地震波的衰减和频散,与实际广泛使用的常Q模型匹配精度高;在反演算法方面,使用限域拟牛顿（L-BFGS）方法计算反射率模型的更新量。Marmousi模型数据和实际数据的偏移算例证实,所提黏滞声波最小二乘逆时偏移方法能稳定地补偿介质的黏滞性,获得高分辨率的地下反射率模型。     

黏声VTI介质正演模拟与照明分析

黏弹性和各向异性广泛地存在于地球介质中。因此,将黏声拟微分方程的衰减项扩展到VTI拟微分方程中,提出一种黏声VTI拟微分方程,该方程可以同时考虑黏弹性和VTI性质。使用有限差分法求解该方程,其中衰减项在波数域求解,而其他项是在时—空域求解。在此基础上,发展了黏声VTI介质双程波照明分析方法。均匀模型的正演数值试验证明,本文提出的黏声VTI拟微分方程可以准确地描述地震波在黏声VTI介质中传播的运动学和动力学特征;凹陷模型的正演模拟说明介质的VTI性质引起了走时和波形的差异,而黏弹性导致了振幅的衰减;从最终的照明分析结果可以看出黏弹性和VTI性质影响波场能量的分布。     

简化的三维TTI介质黏滞纯声波方程及其数值模拟

地球介质普遍具有非弹性和各向异性特征,因此在研究地震波在地下空间传播时应该同时考虑各向异性和黏滞性。在各向异性介质波场模拟、偏移成像和波形反演中,目前主要采用的是伪声波方程,该类方程是在直接将横波速度设置为0的基础上发展的,当介质参数不满足假设条件时容易产生伪横波数值干扰及模拟不稳定。考虑到伪声波方程存在的问题,文中应用泊松算子和有限差分相结合的策略求解高精度的三维TTI介质纯声波方程。同时,考虑到衰减介质对地震波振幅和相位的影响,在各向同性黏滞声波方程的基础上,推导了一种简化的三维TTI介质黏滞纯声波方程,该方程能够模拟纯声波的相位畸变和振幅衰减。应用三维层状模型、TTI楔状体模型和改进的Marmousi模型验证了方法的有效性和适用性。     

渤海湾海陆过渡带Q叠前深度偏移方法

渤海湾盆地南堡凹陷海陆过渡带的地下构造复杂,由于地表及地下黏弹介质吸收,导致地震波能量衰减严重,造成地震信号强度和频带宽度的损失,为了提高成像精度,需要补偿地震波能量在地层中的衰减。反Q滤波和时频分析方法没有考虑地震波的传播路径,然而实际地震波的能量衰减是与传播路径密切相关的。为此,采用基于Kirchhoff叠前深度偏移的地震成像方法,在偏移过程中考虑了沿不同路径传播的地震波能量衰减,从能量归位和衰减补偿两方面提高偏移成像质量。应用Q叠前深度偏移,利用Q层析方法获得了Q模型,基于Q模型进行Kirchohoff叠前深度偏移成像,有效补偿了振幅、校正了相位畸变,提高了深部数据的信噪比、保真度及构造解释精度,为叠前反演、岩性识别和流体检测提供了可靠依据。     

正则化形式的稳定粘声逆时偏移成像方法

在粘声介质逆时偏移成像方法中,只要改变振幅衰减项的符号就可以从理论上进行衰减补偿,但是由于振幅补偿时间算子的补偿比例随着波数增加而呈自然指数级增长,因而使得高频成分伴随高频噪声被过度补偿,影响了最终成像结果的精度。基于预测校正策略,提出了一种正则化形式的稳定传播的粘声逆时偏移成像方法,推导出了一阶形式的稳定粘声补偿波动方程,用于震源波场与检波点波场的补偿延拓,该方程同时考虑了因地层吸收而导致的振幅衰减与相位频散的特性。分别利用水平层状模型以及局部Marmousi模型进行了方法测试,结果表明,提出的方法不仅可以有效补偿因地层吸收而衰减的能量,对成像结果的频带特征也有良好的展宽与恢复。相对于不考虑粘性特征的逆时偏移结果,该方法的成像结果中深层构造的刻画更加清晰;与采用仅考虑振幅衰减补偿方程的成像结果相比,该方法的成像结果中同相轴的位置更加准确,其深层构造的分辨率与可信度也有了进一步提升。     

积分法Q成像技术的应用研究

浅层"气云"区或泥浆带等黏弹性因素对地震波能量的吸收衰减严重,导致采集的地震信号往往具有能量弱、频率低、子波形状严重畸变等特点,影响深层成像效果。为了进一步改善由吸收因素带来的成像影响,开展了基于Q成像的积分法偏移应用研究。Q偏移的成像过程是严格按波场的传播路径对介质的非弹性吸收效应予以补偿与校正,从而达到振幅补偿和相位校正的目的,与传统的一维反Q滤波相比,补偿更为准确。这种偏移方法的实现,可有效提高深层地震信号的分辨率和保真度,满足叠前反演和储层预测的要求。实际应用结果表明,Q成像技术较常规成像技术能显著改善深层的振幅关系,使频带得到有效拓宽,提高了地震资料的分辨率。     

角度域黏声介质高斯束叠前深度偏移方法

高斯束偏移方法作为一种改进的射线类偏移方法,兼具成像精度和计算效率高的优点。在传统高斯束叠前深度偏移方法的基础上,通过校正黏声介质对高斯束格林函数复值振幅及复值走时的影响,并结合高斯束传播过程中的角度信息,发展了适用于黏声介质的角度域高斯束叠前深度偏移方法,并给出了详细的实现流程。在实现算法的基础上,通过两个典型模型对本文方法进行测试,成像结果表明角度域黏声介质高斯束偏移方法可有效补偿黏声介质的吸收衰减作用,一定程度上提高了地震成像分辨率。     

沿射线路径的波动方程延拓吸收与衰减补偿方法

地层的吸收与衰减效应使地震波的振幅被衰减，相位被改变。在地震资料处理流程中，反褶积处理假设地震信号是平稳的，即地震子波的波形不随时间变化（或变化较小），这时用地震道自相关函数代替子波自相关函数才比较可靠；而地震成像也要求炮集与炮集之间、道与道之间的地震波能量一致，否则成像结果不保幅，因此必须对地震波进行吸收与衰减补偿。但是，对地震波吸收与衰减的补偿通常是针对自激自收单道记录的。事实上，地层对地震波的吸收与衰减是沿着波的传播路径发生的，因此，补偿应该与叠前深度偏移成像一样在反向波传播过程中进行。为此，提出了一种沿射线路径波动方程延拓的吸收与衰减补偿（Q值）方法。其基本原理是：用非递归波场延拓代替递归波场延拓，用等效Q值代替分层Q值，用平面波传播思想实现对叠前数据沿波传播路径的吸收与衰减（Q值）补偿。这种方法适合于局部水平层状介质假设的情况。数值试验表明该方法是有效的，补偿后子波波形的一致性得到了改善，衰减的振幅得到了恢复。     

近似解析离散化方法的粘弹声波方程数值模拟及波场特征分析

地层的粘弹性对地震波产生的吸收和衰减规律非常复杂,所以研究地震波在粘弹性介质中的传播规律对地震勘探有着重要的意义。近似解析离散化方法是近年来出现的一种有限差分数值模拟方法,籍此探讨了几种近似解析离散化方法的原理和过程。通过与一维粘弹声波方程解析解的对比,认为改进的近似解析离散化方法(INAD)的精度、稳定性和计算效率更具优势,并将其首次应用于二维粘弹声波方程数值模拟。通过数值模拟,重点分析了声波振幅、频率、频带宽度随品质因子及传播距离的衰减规律,粘弹介质中的地震波不仅因波前扩散导致振幅衰减,还因吸收作用导致振幅和频率同时衰减,利用其衰减特征可以指导含油气储层的预测。     

基于粘声衰减补偿的最小二乘逆时偏移

实际地下介质普遍存在粘滞性,地震波在介质中传播时存在衰减现象。为了减弱这种透射损失,补偿深层衰减的能量,改善成像效果,实现深层保幅偏移成像,基于标准线性固体粘弹性机制,在粘声介质逆时偏移的基础上,引入最小二乘的思想,实现了基于粘声衰减补偿的最小二乘逆时偏移(LSRTM)。同时,将该方法应用于层状模型与Marmousi模型试算,验证了方法的正确性及有效性。研究结果表明,该方法能够有效补偿吸收衰减作用损失的能量,实现高分辨率地震保幅成像。     

黏声波介质傅里叶有限差分法正演模拟

 大地吸收效应主要由地球介质本身的黏滞性所致,黏滞性会影响波场的所有频率成分，且对高频成分的影响更大，从而导致地震垂向分辨率的降低。本文将完全弹性介质中的傅里叶有限差分法推广到黏声波介质的正演领域，该法是一种频率域的单程波方法，较双程波法具有计算效率上的优势，较时间域法更容易模拟衰减和频散效应。文中对Marmousi模型进行了黏声波介质的正演模拟,数值算例表明:①黏声波介质和完全弹性介质的振幅和相位特征只有在传播时间短且距炮点近的部位才较吻合，表明黏滞吸收作用对地震波波形、频带以及振幅等产生很大影响;②随着传播距离(时间)的增加，波场的高频成分明显衰减，波形逐渐变宽，能量逐渐变弱。文中方法适应强空间变速介质的正演模拟，且具有较高的计算效率，为深入研究大地吸收效应进而提高地震分辨率奠定了基础。     

双相黏弹VTI介质一阶速度—应力方程正演模拟及双程波照明研究

地层岩石具有各向异性、黏弹性及双相性等特性,因此建立更加精确的地下介质模型,研究地震波传播规律,对认识复杂介质中地震波的传播特征和实际资料的解释有着重要的实际意义。为此,基于黏弹性广义标准线性体（GSLS）模型,首先推导了双相黏弹VTI介质的一阶速度—应力方程并进行正演模拟,与单相弹性各向同性介质相比,双相黏弹VTI介质中地震波能量明显衰减,波前面变成椭圆,且出现慢纵波。对二维双相黏弹VTI介质进行地震双程波照明分析,结果表明介质的黏弹性使地震波能量衰减,且介质各向异性导致地震波的传播速度随方向变化,双相介质慢纵波的出现使地震波能量分布复杂化。最后,根据照明结果对观测系统进行了优化。     

二维时间域黏声波全波形反演

实际地下介质具有黏滞性,因此在全波形反演中必须考虑吸收衰减效应。本文从基于广义标准线性固体（GSLS）模型的黏弹性波动方程出发,得到一阶速度-应力黏声波方程,并推导出相应的纵波速度梯度计算公式;再采用高阶交错网格有限差分法和共轭梯度法,实现了基于一阶速度-应力黏声波方程的二维时间域黏声波全波形反演方法。模型测试结果表明：与未考虑吸收衰减效应的纵波速度反演结果相比,采用本文方法能得到更准确的纵波速度反演结果。     

黏弹性介质多波振幅补偿情形下AVO反演的敏感性分析

黏弹性介质中多波AVO反演之前，必须作一系列的振幅补偿处理，其中波前扩散和介质吸收是振幅补偿的两个主要因素。为此，本文利用黏弹性层状介质中的多波波前扩散及介质吸收校正公式，确定出频率域一个黏弹性介质的半反射界面上的多波映射矩阵，进而定量地分析了映射矩阵特征值问题的敏感性。研究结果表明，在振幅补偿情形下，利用AVO反演可以确定两个最佳线性组合，并且多波AVO中包含了衰减参数的信息，但多波AVO反演对衰减参数的敏感性较小。     

波动方程保幅地震偏移成像方法

地震数据中饱含有丰富的旅行时信息和振幅信息。传统的波动方程地震偏移成像方法忽略了介质参数变化对地震波振幅的改造,不能准确描述地震渡传播的动力学特征。为此,基于严格的解耦理论,从全声波方程出发,进行单程波保幅分解,得到直观、高效率的的单程波动方程,直接面对地震波传播波场的压力分量进行延拓,从而将振幅误差补偿作为偏移的一部分在偏移过程中进行,实现地震偏移成像在获取正确位置的同时也获取真实振幅的信息。数值试算表明,该方法可使散射能量聚焦、归位,提高成像精度;可输出正确反映地下反射系数的振幅信息。     

波动方程保幅地震偏移成像方法

地震数据中饱含有丰富的旅行时信息和振幅信息。传统的波动方程地震偏移成像方法忽略了介质参数变化对地震波振幅的改造,不能准确描述地震渡传播的动力学特征。为此,基于严格的解耦理论,从全声波方程出发,进行单程波保幅分解,得到直观、高效率的的单程波动方程,直接面对地震波传播波场的压力分量进行延拓,从而将振幅误差补偿作为偏移的一部分在偏移过程中进行,实现地震偏移成像在获取正确位置的同时也获取真实振幅的信息。数值试算表明,该方法可使散射能量聚焦、归位,提高成像精度;可输出正确反映地下反射系数的振幅信息。     

强衰减介质中地震波场的频率—空间域特征

强衰减模型,是应用Biot理论的基本思想通过运动方程描述介质吸收衰减特征的黏弹性介质模型。相对于传统的黏弹性模型和黏弹孔隙介质模型,可以简便且精准地刻画稠油储层、近地表松散沉积层等的强衰减性。为此,利用优化的25点频率—空间域有限差分算法,模拟了强衰减模型介质中的波场特征,并根据近地表低速层介质的实际情况,研究了孔隙度、流体黏度和介质黏弹性三种物理因素的衰减机理。结果表明：孔隙度、流体黏度和介质黏弹性都是影响地震波强衰减和高频散特征的重要因素,而且对横波衰减的影响都明显强于纵波。其中,介质黏弹性是造成地震波高频衰减的关键,其他因素均能影响地震波有效频率范围内能量的衰减,尤其介质孔隙度的增大引起地震波的衰减最强。通过对比完全弹性、一般黏弹性和强衰减理论下的模拟波场,研究了浅、表层强衰减介质对深层波场信息的影响。结果表明,强衰减模型刻画近地表介质更符合实际,能为涉及不同衰减机制的强衰减介质的研究和强衰减补偿理论的建立奠定基础。