利用矩阵分解理论的双程波方程叠前深度偏移方法

叠前深度偏移理论及方法一直是地震数据成像中研究的热点问题.业界对单程波叠前深度偏移方法和逆时深度偏移开展了深入的研究,但对双程波方程波场深度延拓理论及成像方法的研究还鲜有报道.本文以地表记录的波场值为基础,利用单程波传播算子估计波场对深度的偏导数,为在深度域求解双程波方程提供充分的边界条件,并提出利用矩阵分解理论实现双程波方程的波场深度外推.通过对强速度变化介质中传播波场的计算,与传统的单程波偏移方法相比,本文提出的偏移方法计算的波场与常规有限差分技术计算的波场相一致,证明了本方法计算的准确性.通过对SEAM模型的成像,在相同的成像参数下,与传统的单程波偏移算法和逆时深度偏移算法方法相比,本文提出的偏移方法能够提供更少的虚假成像和更清晰的成像结果.本文所提偏移算法具有深度偏移和双程波偏移的双重特色,推动和发展了双程波叠前深度偏移的理论和实践.

     

双复杂条件下的波动方程叠前深度偏移

复杂地表条件下的地震勘探越来越被人们所关注.双复杂条件下的叠前深度偏移方法是解决复杂地表条件和复杂地质构造成像的有效手段."波场上延"法能实现由非水平观测界面开始的偏移过程,解决复杂地表对地下构造成像的影响.复杂理论模型的试算以及实际资料处理表明,"波场上延"方法较好地克服了起伏地形对地下构造成像的影响,取得了令人满意的效果,实现了波动方程基准面校正和深度成像的有机结合.     

VTI介质中准P波方程叠前逆时深度偏移

根据具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质中的一阶准P波方程,导出了该方程在交错网格中逆时延拓的高阶有限差分格式,给出了其稳定性条件,采用完全匹配层吸收边界条件解决边界反射问题,分别应用下行波最大能量法和归一化互相关成像条件, 实现了VTI介质中准P波方程的叠前逆时深度偏移．各向异性Marmousi模型的试算结果表明,VTI介质准P波方程叠前逆时深度偏移算法不受地下构造倾角和介质横向速度变化的限制,对复杂模型具有良好的成像能力;应用归一化互相关成像条件能得到更好的成像效果．对比该模型的各向异性和各向同性逆时偏移剖面表明,在各向异性地区采集的纵波数据用各向异性偏移算法理论上能得到更好的成像结果．      

三维各向异性介质中的波动方程叠前深度偏移方法

基于三维VTI各向异性介质的频散关系,构建波数项和空间项分离的单程波算子表达式,以优化算法,确定算子的待定系数,实现广角逼近三维VTI介质的广义相移算子,发展了可灵活处理强或弱各向异性介质的波动方程叠前深度偏移方法.文中同时也针对其工业应用建议了三维VTI各向异性介质中可提高计算效率的频率相关变步长波场深度延拓算法及稀疏采样情况下可实现陡倾角构造正确成像的反假频波场延拓算法.SEG二维Hess VTI各向异性介质理论模型数据及野外数据集观测系统下的三维脉冲响应计算表明,本文提出了一种具有工业应用潜力的三维各向异性波动方程叠前深度方法.     

螺旋坐标下的因子分解合成炮叠前深度偏移

在合成炮叠前深度偏移的基础上，提出了一种高效的合成炮叠前深度偏移方法，即在螺旋坐标下用因子分解进行波场外推的混合法. 用因子分解进行波场外推分为因果过程和反因果过程两个显式求解过程. 这种螺旋坐标下的显式求解过程,提高了波场外推的效率. 根据相位编码原理,对多个射线参数的合成波场进行了编码叠加,基于射线参数实现了MPI并行计算,进一步提高了计算效率. 在推导了有关公式并进行定量分析之后,对Marmousi复杂模型进行了计算,并作了比较,结果表明本文方法具有精度高和速度快的特点,可用于实际资料的计算.     

基于解析时间波场外推与波场分解的逆时偏移方法研究

双程波方程逆时深度偏移是复杂介质高精度成像的有效技术, 但其结果中通常包含成像方法引起的噪音和假象, 一般的滤波方法会破坏成像剖面上的振幅, 其中的假象也会给后续地质解释带来困扰.将波场进行方向分解然后实现入射波与反射波的相关成像能够有效地消除这类成像噪音, 并提高逆时偏移成像质量.波传播方向的分解通常在频率波数域实现, 它会占用大量的存储和计算资源, 不便于在沿时间外推的逆时深度偏移中应用.本文提出解析时间波场外推方法, 可以在时间外推的每个时间片上实现波传播方向的显式分解, 逆时深度偏移中利用分解后的炮检波场进行对应的相关运算, 实现成像噪音和成像信号的分离.在模型和实际数据上的测试表明, 相比于常规互相关逆时偏移成像结果, 本文方法能够有效地消除低频成像噪音和特殊地质构造导致的成像假象.     

单程波叠前深度偏移中的界面深度问题研究

单程波深度偏移计算中,两条主要因素影响到反射层的正确定位,一是算子带来的子波相位变化,二是炮点子波脉冲延迟.本文首先r推导了单程波算子导致的相位变化,并且介绍了一种比水平反射层模型偏移验证方法更简单的脉冲叠加验证方法,并用该方法用脉冲试验对比了单程波偏移相位的变化和改正后的结果,子波延迟导致的反射层深度的变化和改正后结...     

双平方根单程波动方程叠前τ偏移方法

本文将常规双平方根（DSR）单程波动方程从深度域变换到双程垂直走时（τ）域,由此推导出可从数学上实现“沉降观测”的单程波DSR传播算子. 其递归波场延拓算法包含波数域针对常速背景的相移处理和空间域针对横向速度扰动的相位校正,可以应对上覆地层速度横向变化对构造成像的影响. 结合零炮检距、零时间成像条件,提出了在τ域进行波场延拓与成像的DSR方程叠前偏移新方法. 为了克服其全三维偏移算法在实际应用中可能面临的困难,本文采用稳相近似,在crossline常炮检距偏移理论基础上推导了实用的共方位角叠前τ偏移方法. 数值试验表明,DSR方程叠前τ偏移在强横向非均匀介质中的成像精度与分辨率优于传统的时间域成像技术.     

波动方程深度偏移的频率相关变步长延拓方法

发展了波动方程深度延拓的频率相关变步长深度延拓方法和表驱动的单点波场插值技术.前者通过减少深度延拓的次数减少了波动方程深度偏移的计算量,而后者用很少的计算量实现了等间距、理想采样的深度成像.就同一偏移方法,采用频率相关变步长深度延拓加单点插值,其计算量大约是常规的等间距采样延拓方法的三分之一,但两者的成像效果基本相同.文中以最优分裂Fourier方法为例,用二维理论数据（Marmousi模型）和三维实际地震资料验证了这一方法,但这一方法可适用于各类频率域波动方程深度偏移方法.     

叠前地震数据特征波场分解、偏移成像与层析反演

本文提出了一套叠前地震数据稀疏表达(特征波场合成)、深度偏移成像和层析成像的处理流程.不同于传统的变换域中的数据稀疏表达理论, 本文利用局部平面波的传播方向(慢度矢量), 在中心炮检点处同时进行波束合成, 从而将地震数据投影到局部平面波域(高维空间)中.由于波束合成后的地震数据描述了局部平面波的方向特征, 因此称之为特征波场.然而波束合成算法需要估计局部平面波的慢度矢量.当地震数据受噪声干扰时, 难以在常规τ-p谱中自动估计局部平面波的射线参数(慢度矢量).本文提出了基于反演理论的特征波场合成方法, 可以同时反演局部平面波及其传播方向, 从而提高特征波合成的自动化程度并保持方法的稳健性.通过特征波场合成, 可以将地震数据分解为单独的震相(波形).这样的数据可以直接用来成像及反演.在局部平面波域中, 由于局部平面波的入射与出射射线参数已知, 传统的Kirchhoff叠前深度偏移(PSDM)和高斯束/控制束PSDM可以实现从"沿等时面的画弧"到"向反射点(段)的直接投影"的转变, 叠前偏移的效率以及成像质量可以同时提高.此外, 特征波场与地下反射点(段)的一对一映射关系使得叠前深度偏移与层析成像融为一体, 可以极大地提高速度反演的效率.数值试验证明了特征波场合成、叠前深度成像以及层析反演的有效性.     

双平方根单程波动方程叠前τ偏移方法

本文将常规双平方根（DSR）单程波动方程从深度域变换到双程垂直走时（τ）域，由此推导出可从数学上实现“沉降观测”的单程波DSR传播算子. 其递归波场延拓算法包含波数域针对常速背景的相移处理和空间域针对横向速度扰动的相位校正，可以应对上覆地层速度横向变化对构造成像的影响. 结合零炮检距、零时间成像条件，提出了在τ域进行波场延拓与成像的DSR方程叠前偏移新方法. 为了克服其全三维偏移算法在实际应用中可能面临的困难，本文采用稳相近似，在crossline常炮检距偏移理论基础上推导了实用的共方位角叠前τ偏移方法. 数值试验表明，DSR方程叠前τ偏移在强横向非均匀介质中的成像精度与分辨率优于传统的时间域成像技术.     

共炮检距道集波动方程保幅叠前深度偏移方法

本文提出了一种基于双平方根算子的共炮检距道集波动方程保幅叠前深度偏移方法,将振幅误差补偿作为偏移的一部分与“运动学偏移”一起在偏移过程中实现.其基本内容包括：(1)从保幅的单平方根算子方程出发,推导出由双平方根算子定义的保幅单程波方程;(2)根据地震波摄动理论把速度场分裂为层内常速背景和变速扰动,分别在频率－波数域和频率－空间域求得波场深度延拓的偏移时移量及振幅校正系数,从而得到最终的DSR保幅波场延拓算子;(3)在高频假设条件下,把DSR保幅波场延拓公式中的积分运算进行稳相近似,得到保幅波场延拓的相移公式.理论分析和模型数值试验表明,该方法不但可以使散射能量聚焦、归位,提高成像精度;而且可以输出正确反映地下反射系数的振幅信息,为后续的地震属性分析（如AVO/AVA）提供更真实的地震信息.     

波动方程的高阶广义屏叠前深度偏移

不同于常规广义屏传播算子的推导中使用散射理论,本文利用单平方根算子的渐近展开,推导出了单程波方程广义屏传播算子的高阶表达式.高阶广义屏传播算子不仅可提高常规广义屏传播算子的计算精度,而且还能改善广义屏传播算子对速度强横向变化介质的适应性.把高阶广义屏传播算子应用于波动方程叠前深度偏移,可得到比常规广义屏传播算子更好的效果.高阶广义屏传播算子的阶数越高,计算精度越高,但计算量也越多.以SEG-EAGE二维盐丘模型数据的波动方程叠前深度偏移为例,二阶广义屏传播算子相对于常规（一阶）广义屏传播算子增加了30%的计算量.高阶广义屏传播算子是常规广义屏传播算子理论的发展和完善.     

多波多分量高斯束叠前深度偏移

本文对基于弹性波动理论的多波多分量高斯束偏移进行了完整且详细的分析和公式推导,实现了3D空间多分量(矢量)波场的直接成像.由于当前多数基于弹性波动方程的偏移方法只是假设应力边界条件为自由地表边界条件,这种假设不符合垂直地震剖面(VSP)和海底电缆(OBC)等地震数据.为此本文详细分析了实际应用中常见的三种弹性各向同性介质模型的应力边界条件:自由空间、海底和自由地表模型.在上行传播假设情况下,获得了应力边界条件与位移边界条件的关系式.在此基础上,准确推导了3D多波多分量高斯束波场延拓和偏移成像公式,并在偏移过程中实现了完整的多波型自动分离.由于常规的互相关成像条件不适用于矢量波场成像,本文引用了散度/旋度互相关成像条件.通过约定PS转换波的正向旋转方向解决了3D空间PS成像极性翻转问题.利用2D和3D模型数据偏移成像验证了我们所提出的多波多分量高斯束偏移方法的可行性.     

傅里叶有限差分法保幅叠前深度偏移方法

地震数据中饱含有丰富的走时信息和振幅信息. 为解决传统偏移方法中几何扩散和入射角变化引起的振幅误差问题,本文提出了一种实用的波动方程保幅地震偏移方法. 该方法从全声波方程出发进行单程波保幅分解,得到直观、高效率的直接面对地震波传播波场的压力分量进行延拓的保幅偏移单程波方程,进而推导出一个含有6项的傅里叶有限差分法保幅偏移的算子方程;修改边界条件和成像条件,使修改后的边界条件和成像方程中考虑振幅补偿,从而从三方面补偿几何扩散损失和入射角变化对振幅的影响. 脉冲响应测试、单炮记录的数值试验以及SEG/EAGE盐丘模型的叠前偏移结果表明,该方法不但可以使散射能量聚焦、归位,提高成像精度;而且可以输出正确反映地下反射系数的振幅信息,为后续的地震属性分析(如AVO/AVA)提供更真实的地震信息.     

稀疏采样下陡角度构造的波动方程深度偏移成像

针对稀疏采样,特别是crossline方向稀疏采样的三维地震数据,提出了一个基于波动方程方法的陡角度构造深度偏移成像方法.文中针对一类混合域（空间和波数）的波动方程偏移方法展开研究.通过建立反假频的单程波算子和通过（形式上）填充空道重建理想采样的地震数据,有效地实现了陡倾角地层的准确成像.这一算法策略解决了波动方程偏移方法在实际应用中的一个关键问题,从而更好地发挥了波动方程偏移方法在复杂构造成像上的优势.二维理论数据（Marmousi模型）和三维实际地震资料成像结果表明本文方法是有效的.这一方法对现行的三维地震数据处理有重要的现实意义.