一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移

地下介质通常具有黏滞性,地震波在地下介质的传播过程中将不可避免地伴随着振幅衰减和速度频散,进而影响地震成像的准确性和分辨率.基于黏滞介质的衰减补偿逆时偏移能沿地震波的传播路径恢复其所经历的振幅衰减和相位畸变,有效提升成像效果.然而,由于地层对地震波的吸收衰减效应呈指数变化,衰减补偿过程中高低频分量的非同步增长易导致补偿算法数值不稳定.为此,本文提出了一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移方法.该方法基于解耦的常Q分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程描述地震波在地下介质中的传播效应,将振幅正则化因子引入该方程的时间-波数域的解析解中,以确保在补偿过程中地震波场能稳定延拓.二维、三维合成数据以及实际资料的偏移算例均证实了该方法的可行性和有效性,所提出的方法能有效地处理衰减补偿中的不稳定问题,明显提升地震资料的偏移成像质量.     

衰减补偿的黏弹性最小二乘逆时偏移

地震勘探是发现和认识油气藏的重要方法,随着国内油气勘探领域、勘探对象的日趋复杂化,油气勘探迫切需求地震成像的精准度、分辨率和保真度的大幅度提升.相比于常规逆时偏移方法,最小二乘逆时偏移成像有较少的伪像,成像振幅均衡,成像分辨率高.目前常用弹性最小二乘逆时偏移方法来对地下介质进行成像.但由于地下介质通常表现出黏弹性性质,在含油气地层中表现尤为明显,若忽略地下介质的吸收衰减作用,地震波传播中的振幅衰减和频散累积将会影响成像的振幅和相位,进而降低成像分辨率,致使地下构造定位不准.本文基于标准线性体模型的黏弹性波动方程,提出一种衰减补偿的黏弹性最小二乘逆时偏移成像方法,推导了准确的黏弹性最小二乘理论框架下的偏移算子、反偏移算子、步长,并给出了算法的数值实现流程.通过对层状模型和Marmousi模型进行测试,得到本文提出的黏弹性波最小二乘逆时偏移方法的成像结果和收敛速度,并与其他方法的测试效果进行了对比.结果表明,黏弹性最小二乘逆时偏移方法能够准确地归位包含强衰减的多分量地震记录,能够有效避免弹性波最小二乘逆时偏移成像错误的反射层位置,压制成像噪声,收敛速度快,成像精度高.     

基于吸收衰减补偿的多分量高斯束逆时偏移

高斯束逆时偏移结合了射线类偏移的高计算效率和波动方程逆时偏移的高精度,能很好地处理焦散点、大倾角成像问题,并且具有面向目标成像的能力.多分量地震资料的偏移技术可以对地下复杂构造进行更准确的成像,由于实际地下介质具有黏滞性,研究黏弹性叠前逆时偏移具有一定的现实意义.本文采用高斯束逆时偏移方法对多分量地震数据进行吸收衰减补偿,首先分别给出纵波和转换波共炮域高斯束叠前逆时偏移方法原理,在此基础上推导补偿吸收衰减的表达式,校正Q引起的振幅衰减和相位畸变,实现基于吸收衰减补偿的多分量高斯束叠前逆时偏移.数值模型的测试结果显示,在考虑地下介质的黏滞性时,本文方法具有更高的成像分辨率.     

基于两种波场分离方法的弹性波逆时偏移对比研究

弹性波逆时偏移是一种以矢量波理论为基础的深度域偏移算法,该算法在波场传播过程中能够正确处理波形能量的转换,保持地震波的动力学和运动学特征.然而,传统弹性波逆时偏移由于成像时纵横波未分离,导致串扰噪声的产生,降低成像精度.为压制弹性波逆时偏移成像串扰噪声,本文对基于Helmholtz分解的波场分离与基于解耦方程的波场分离方法进行研究和分析,并测试对比相应的弹性波逆时偏移成像效果.均匀各向同性介质波场分离测试表明,基于Helmholtz分解分离波场的振幅与相位均发生改变,需要额外校正;而基于解耦方程的波场分离方法可以保持原始波场相位与振幅特征不变.Marmousi截断模型测试表明,基于Helmholtz分解分离波场的弹性波逆时偏移成像振幅与相位发生改变,且存在极性反转现象;基于解耦方程波场分离方法的弹性波逆时偏移成像保持原始波场矢量特征,无极性反转现象,成像效果较为理想.     

基于分数阶拉普拉斯算子解耦的黏声介质地震正演模拟与逆时偏移

时间域常Q黏声波方程,由于含分数阶时间导数项,数值求解需要大量内存,计算效率低,不利于地震偏移的实施.通过一系列近似,可将该方程简化为介质频散效应和衰减效应解耦的分数阶拉普拉斯算子黏声波方程,数值求解内存需求少,计算效率高.本文采用交错网格有限差分逼近时间导数,改进的伪谱法计算空间导数,PML吸收边界去除边界反射,对该方程进行数值离散和地震正演模拟,开展地震数据的黏声介质逆时偏移,实现波场逆时延拓过程中同时完成频散校正和衰减补偿.改善深层构造的成像精度,数值结果表明,基于分数阶拉普拉斯算子解耦的黏声介质地震正演模拟与逆时偏移可大幅度提高地震模拟计算效率,偏移剖面明显优于常规声波偏移剖面,极大改善深层构造的成像品质.     

基于平面波加速的VTI介质最小二乘逆时偏移

地震各向异性集中表现为速度各向异性,势必影响地震波运动学特征.传统声波逆时偏移(RTM)和最小二乘逆时偏移(LSRTM)没有考虑介质各向异性特征,导致反射波不能正确归位、同相轴出现扭曲及寻优速度慢或不收敛等,VTI介质逆时偏移(VTI-RTM)矫正了声波成像的不足,但仍存在低频干扰严重、中深部成像不佳、振幅保持差等缺陷.为此,本文首先实现了VTI介质最小二乘逆时偏移(VTI-LSRTM)方法,为了节省I/O及内存需求并提高效率,进一步引入平面波编码技术,提出了一种基于平面波加速的VTI介质最小二乘逆时偏移(VTI-PLSRTM)策略.在此基础上开展了简单模型及复杂Marmousi模型成像试验,并与标准逆时偏移剖面对比表明:本方法能够校正各向异性造成的相位畸变,且在迭代中自动压制串扰及低频噪声、补偿中深部能量,是一种兼具质量与效率的保幅成像策略;对速度误差的敏感性测试说明该方法需要相对正确的偏移速度及Thomsen参数模型.     

黏性逆时偏移成像研究进展

逆时偏移已成为复杂陡倾角构造成像的标准工具.当地下构造含有强衰减体时会强烈的吸收高频能量,导致地震波的振幅减弱和相位失真,常规的逆时偏移技术难以获得较高的成像分辨率.因此,如何在逆时偏移中进行Q补偿(Q-Compensated Reverse Time Migration,Q-RTM),包括幅值补偿和相位矫正,是有效地提高含强衰减特征的复杂地质构造的成像分辨率,并使反射界面在正确位置成像的热门研究方向.但是,在Q-RTM的波场延拓中同时补偿幅值和矫正相位并不那么容易实现,而且在地震波能量补偿过程中放大的高频噪声会引起稳定性问题,这些都是Q-RTM当前需要解决的主要问题.因此,本文首先回顾了Q-RTM近年来的发展现状,介绍了Q-RTM的基本原理和成像条件,分析了当前存在的主要问题及其解决方法,并展望了Q-RTM的未来发展方向.     

基于优化时空域高阶有限差分方法的粘滞声波叠前逆时偏移(英文)

叠前逆时偏移是对地下介质进行精确成像的方法之一。由于实际地下介质具有粘滞性,研究粘滞声波叠前逆时偏移具有一定的现实意义。逆时偏移的步骤之一是求解波动方程,对地震波场进行正向和反向外推,因此,精确、高效地求解波动方程对逆时偏移的成像效果和计算效率具有重要影响。本文中,我们利用基于优化时空域频散关系的高阶有限差分方法求解粘滞声波方程。频散分析和数值模拟的结果证明了优化时空域有限差分方法具有较高的精度,可以很好地压制数值频散。利用混合吸收边界条件处理边界反射,然后利用震源归一化互相关成像条件进行成像,并利用拉普拉斯滤波方法去除低频噪音。数值模型的测试结果显示,在考虑地下介质的粘滞性时,粘滞声波方程逆时偏移比声波方程逆时偏移具有更高的成像分辨率。另外,在进行波场外推的时候,采用自适应变长度的有限差分算子计算空间导数,在不影响求解精度的情况下,有效地提高了计算效率。     

基于黏声介质的角度域高斯束逆时偏移方法研究

高斯束逆时偏移是一种兼具计算效率和成像精度的深度域成像方法,能够面向目标成像.地下介质中黏滞性普遍存在,利用传统各向同性或完全弹性的成像方法处理黏滞性探区的数据会降低分辨率,并导致成像位置不准确和振幅欠估计等问题.本文在高斯束逆时偏移的基础上,通过对震源点和检波点处的波场进行衰减补偿,并结合高斯束求解时的角度信息,实现了黏声介质角度域高斯束逆时偏移方法.最后通过模型和实际资料试算对本文方法的正确性和适用性进行了验证.试算结果表明:相比于声波高斯束逆时偏移,本文方法能够对黏滞性引起的吸收衰减进行有效补偿,同时提取的角度域共成像点道集(ADCIGs)不仅可以用于分角度叠加成像压制成像噪声,而且能够为后续的偏移速度分析提供支撑.     

基于电磁波衰减补偿的探地雷达三维逆时偏移成像

常规探地雷达(GPR)逆时偏移大都未考虑高频电磁波在地下高电导率介质中传播的强衰减特性,致使高衰减区域的成像质量低;实际地下结构呈三维空间分布,二维GPR逆时偏移难以将反射波准确归位和绕射波完全收敛于真实位置.为此,本文构建了一种基于电磁波衰减补偿的三维GPR逆时偏移算法.该算法采用三维时域有限差分法计算正传和反传电磁波场,并通过改变反传电磁波方程中包含电导率的衰减项的正负号,人为保持反传时的时间对称性和反转不变性,以补偿正传时衰减的能量;零时刻成像条件用于获取地下三维结构的成像结果.数值试验结果表明:相比于常规GPR逆时偏移算法,基于电磁波衰减补偿的三维GPR逆时偏移可精确补偿电磁波在地下高电导率介质中正传衰减的能量,高电导率区域的成像精度更高,分辨率更好,抗干扰能力更强,其结果更有利于指导后续雷达剖面的解译.     

黏声方程Q值反射波反演

地震波在非弹性介质中的衰减效应常用品质因子Q度量.相对准确的Q模型对提高强衰减介质中地震波成像的质量至关重要.本文提出了黏声介质反射波形反演(QRWI)方法来重建地下宏观Q模型.在缺乏大偏移距和低频地震数据时,该方法以黏声波方程为波场传播引擎,利用反射波核函数对模型中深部的敏感性去提取背景Q值.当速度高、低波数成分均已知时,基于波形拟合的QRWI可以获得较高分辨率的反演结果.由于地下介质速度的高波数扰动很难准确估计,本文通过引入峰值频移目标函数,极大地降低了QRWI对速度高波数成分的依赖.理论合成数据实验结果表明,本文方法反演得到的宏观Q模型可以满足衰减补偿逆时偏移成像的要求.     

矢量黏弹性衰减补偿高斯束偏移

基于弹性波动理论的多波多分量高斯束偏移具有计算效率高和成像准确等优点.但是目前此方法没有考虑实际地下介质的黏弹性对地震波传播的影响,从而无法补偿能量衰减和校正相位畸变,这使得该方法对一些含高黏弹性地层的成像效果不佳.针对衰减区域的成像问题,本文提出一种黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法,该方法以多波多分量矢量波场弹性高斯束偏移方法为基础,在偏移过程中沿射线路径通过引入品质因子Q来考虑黏弹性影响并进行衰减补偿.该方法能够在偏移过程中实现PP波和PS波的自动分离及分别成像.同时,本文给出了在矢量波场偏移过程中提取角度域共成像点道集的方法,以便用于成像质量控制,并为后续速度和黏弹性参数反演提供所需的数据.本文利用2D层状模型和洼陷模型进行了方法测试,其成像结果验证了本文所提出的黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法的可行性和有效性.     

基于GSLS模型TI介质衰减拟声波方程

随着计算机硬件技术的发展以及高分辨率勘探需求的增加,我们希望能够更准确地模拟地下介质,得到更丰富的地层信息.然而,传统的声学假设并不能描述实际地层所存在各向异性和黏滞性,使得成像分辨率较低.为了实现深部储层的高精度成像,本文同时考虑了介质的各向异性和黏滞性,从TI介质弹性波的基本理论出发,结合各向异性GSLS理论,并通过声学近似方法导出基于GSLS模型的各向异性衰减拟声波方程.数值模拟表明该方程既能准确地描述各向异性介质下的准P波运动学规律,又能体现地层的吸收衰减效应;模型逆时偏移结果表明,在实现成像过程中考虑各向异性和黏滞性的影响,能对高陡构造清晰成像,且剖面振幅相对均衡,分辨率较高.     

Lg波Q值随震源深度的变化作为地壳本征衰减深度的判据

Lg波的Q_Lg值是描述区域地壳结构及介质衰减特性的重要参数之一,Q_Lg层析成像被广泛应用于地壳衰减结构横向不均匀性的研究中.但是,对Q_Lg在垂直方向上的不均匀性的研究较少.当发现一个地区发生Q_Lg值低时,我们希望进一步了解这种介质衰减深度.本文通过数值模拟合成地震图的方法,通过分析不同震源深度和介质模型计算Q_Lg,判断Lg波发生主要衰减的深度.研究结果显示：（1）当震源深度浅时,上地壳介质衰减对于Lg波Q值的影响明显比下地壳的影响更大.而震源深度深时,两者贡献基本相当;（2）如果上地壳介质衰减强,则随着震源深度的增加,η值逐渐减小;如果下地壳介质衰减强,η值先增大后减小;但如果下地壳存在低速层,则η值持续增大;（3）如果上地壳介质衰减强,则随着震源深度的增加,Q₀逐渐增大;反之如果下地壳介质衰减强,则Q₀逐渐减小.因此,我们可以通过调查某一区域不同深度地震的Lg波衰减规律,来判断这一地区的地壳介质衰减情况.     

Implementation aspects of attenuation compensation in reverse‐time migration

Attenuation compensation in reverse‐time migration has been shown to improve the resolution of the seismic image. In this paper, three essential aspects of implementing attenuation compensation in reverse‐time migration are studied: the physical justification of attenuation compensation, the choice of imaging condition, and the choice of a low‐pass filter. The physical illustration of attenuation compensation supports the mathematical implementation by reversing the sign of the absorption operator and leaving the sign of the dispersion operator unchanged in the decoupled viscoacoustic wave equation. Further theoretical analysis shows that attenuation compensation in reverse‐time migration using the two imaging conditions (cross‐correlation and source‐normalized cross‐correlation) is able to effectively mitigate attenuation effects. In numerical experiments using a simple‐layered model, the source‐normalized cross‐correlation imaging condition may be preferable based on the criteria of amplitude corrections. The amplitude and phase recovery to some degree depend on the choice of a low‐pass filter. In an application to a realistic Marmousi model with added Q, high‐resolution seismic images with correct amplitude and kinematic phase are obtained by compensating for both absorption and dispersion effects. Compensating for absorption only can amplify the image amplitude but with a shifted phase.     

常Q滞弹性介质地震波动数值模拟——时域本构优化逼近

在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但计算量及计算存储将成倍增长.目前尚未有普适的标准线性体个数优化取值方案.本文基于广义标准线性体参数的非线性优化拟合方法,详细分析了时域本构逼近误差的影响因素,清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度,与频带上下限取值无关这一特性,阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性.论证了波形模拟精度主要取决于波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值.综合考虑上述两个控制因素,结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则,对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表.进一步,本文提出采用不同个数标准线性体以近似不同Q值的阻尼介质时域本构,解决了以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题,并基于数值实验验证了这一方法的精度.本文工作对推进滞弹性介质波动数值模拟及其在全波形反演问题中的应用具有理论价值和实践意义.     

黏声介质平面波有限差分叠前深度偏移及在莺歌海盆地的应用

莺琼盆地诸探区中存在底劈现象,深层气源产生的气体沿底劈产生的裂隙通道向上漫溢.漫溢过程中,一是充填在遇到的砂体中形成气藏;二是弥漫在上溢通道中,使得通道中的纵波速度发生变化,进而纵波波阻抗差异变小,反射变弱.另外,通道中气体的存在,会加强地层的吸收衰减,使得地震波振幅变弱、高频成分损失导致同相轴分辨率降低.利用OBC数据进行多波地震勘探和利用黏声介质的叠前深度偏移都是改善模糊区成像质量的重要方法技术.为此,本文提出用黏声介质平面波有限差分法叠前深度偏移成像方法改善气体充填区域的成像质量.黏声介质成像目的是补偿地震波的吸收衰减;平面波偏移成像目的是适应海上单炮数量巨大,提高波动方程叠前深度偏移成像的效率;有限差分法叠前偏移的目的是适应该区浅层气分布局域性极强、Q值的空间变化大的情况.在莺歌海某探区的实际数据上的黏声介质平面波有限差分叠前深度偏移试验证明,本方法是改善模糊区成像质量的较为有效的途径.     

基于多射线联合反演的速度无关叠前地震数据Q值估计

描述地震波衰减特征的品质因子Q对地震数据处理和油藏描述非常重要,在地震勘探领域,Q值一般通过垂直地震剖面(VSP)数据或地面地震数据得到.由于叠前地面地震数据具有复杂的射线路径且存在噪声、调谐干涉效应等影响,从叠前地震数据中准确估计Q值相对困难.本文以地震波射线传播为基础,根据同相轴局部斜率和射线参数的映射关系,将多射线波形频谱同时带入谱比法联合反演估计Q值,提出了基于多射线联合反演的速度无关叠前Q值估计方法.该方法通过局部斜率属性避开了速度对Q值估计的影响,局部斜率携带地震波传播的速度信息,具有相同局部斜率的地震反射波具有相同的传播射线参数.同相轴局部斜率是地震数据域的属性,而速度是模型域的参数,在估计Q值中采用数据域的属性参数可以直接应用于数据的联合反演,而不需要通过速度对其做进一步的转化,从而提高了Q值估计的精度.同时,本方法采用预测映射(predictive mapping)技术将非零炮检距反射信息映射到零炮检距处,从而获得零偏移距走时对应的Q值.模拟和实际算例验证了本文方法的有效性.