基于源波场照明的逆时偏移振幅补偿方法研究

逆时偏移作为一种先进的地震成像方法,能够适应横向变速和高陡倾角等复杂地质构造成像。但在对逆掩断层等复杂地质构造进行逆时偏移成像时,由于断层对地震波场的屏蔽效应,导致其下盘地质构造成像振幅很弱。一般采用单炮源波场照明除互相关成像来对深层构造弱振幅成像进行补偿,这种单炮源波场照明补偿方法虽然简单,但在地质构造特别复杂时会导致波场照明空间变化剧烈,从而影响成像振幅的补偿效果,加重了背景假像和噪音。为了克服这一问题,本文提出均炮源波场照明补偿方法,即用均炮源波场照明除互相关成像来进行弱振幅补偿,均炮源波场照明是指利用某一炮附近邻域内所有单炮源波场照明的均值来代替该炮源波场照明。对于复杂构造,由于均炮源波场照明空间变化较平缓,在进行逆时偏移成像振幅补偿时,背景假像和噪音也能得到很好地压制。根据实际地质构造设计了一个逆掩断层理论模型来验证均炮源波场照明振幅补偿的效果,并和单炮源波场照明振幅补偿进行了对比。     

各向异性介质一阶速度-应力方程平面波最小二乘逆时偏移

为满足各向异性储层精细勘探的需求,基于各向异性介质拟声波一阶速度-应力方程,首先推导适用于反演成像的偏移成像算子及线性正演算子,进而构建出泛函梯度及散射波场;其次从最小二乘反演框架出发,发展各向异性介质拟声波最小二乘逆时偏移成像方法;为了提高反演效率,进一步引入平面波编码技术,并结合预条件、正则化及GPU加速等措施,最终发展一种稳定高效的各向异性介质平面波最小二乘反演成像多级优化策略,并进行典型模型反演成像测试。结果表明:该方法能够对逆掩断层、高陡倾构造、崎岖浅表层等复杂构造进行相对保幅成像,成像效率较高,且迭代过程中自动压制交叉干扰和偏移噪音,进而提升剖面的整体成像质量。     

任意广角方程逆时偏移及其在煤田资料中的应用

利用任意广角方程逆时延拓的高阶有限差分格式实现了纵波资料的叠前逆时深度偏移,给出了稳定性条件及吸收边界条件;采用归一化互相关成像条件,在成像条件的计算中摒弃双程波方程,采用单程波方程对检波点逆时延拓波场和炮点正向延拓波场进行计算,得出了最佳归一化互相关成像条件.该算法在煤田资料偏移处理中,对较深处的构造清晰成像,取得了较好的应用效果.     

黏声TTI介质中纯qP波逆时偏移成像方法

地下介质广泛存在黏滞性及各向异性特征,使得地震波在传播过程中发生相位畸变和振幅衰减。若在偏移成像时不对这些黏滞性及各向异性影响进行校正,则会引入成像噪声而降低成像分辨率。针对上述问题,首先将黏滞性引入到TTI介质波动方程,得到一种黏声TTI介质纯qP波波动方程。然后,基于新推导的黏声TTI介质波动方程,发展相应的逆时偏移成像方法。由于黏滞性补偿过程中能量会被放大,波场中指数增加的高频噪声易造成波场传播不稳定。鉴于此,将正则化算子引入到逆时能量补偿过程,以压制波场中的高频噪声。结果表明：新提出的黏声TTI介质逆时偏移成像算法可校正相位畸变,补偿能量衰减,实现对含黏滞性及各向异性介质的高精度成像。     

非零井源距VSP多分量地震资料逆时偏移

上行波叠前深度偏移是提高非零井源距VSP地震资料成像精度的主要途径之一。从二维各向同性介质中的弹性波动方程出发,在交错网格空间中推导了弹性波场逆时延拓的高精度有限差分算子,给出了弹性波场逆时延拓的最佳匹配层吸收边界条件,从时间一致性准则出发,通过求解程函方程获取VSP地震资料逆时偏移的成像条件,在此基础上实现了非零井源距VSP多分量地震资料联合逆时深度偏移。理论模型与实际资料均得到了高质量的成像结果。     

基于CPU/GPU协同加速叠前逆时偏移方法研究

为了提高地震资料数据处理的计算效率与成像精度,对于逆时偏移算法,采用一阶速度-应力波动方程,使用交错网络高阶有限差分算法进行求解。利用随机边界条件和PML边界条件进行地震波场正向延拓,既减少波场存储量,又能保证波场数据准确性,同时,使用CPU/GPU协同并行计算技术来提高运算效率。实验结果表明,CPU/GPU协同并行加速计算效果明显,叠前逆时偏移算法可对大地层倾角和偏移孔径清晰成像,能够对复杂构造地质体精确成像。     

起伏地形下地下间断面被动源叠前逆时偏移成像

为了在起伏自由边界条件下应用逆时偏移成像, 提出一种边界元与有限差分混合的方法来计算地震波场的逆时传播。首先, 使用边界元法反传地表台阵数据, 可以得到地下一水平界面上的波场位移数据; 然后, 将此水平面作为有限差分方法的边界, 并反传此水平面处的波形数据, 获得此水平面下空间的地震波场。为了应用成像条件, 利用地震波的性质, 将地震波场分离为矢量P波和S波成分, 对分离出的P波和S波分量, 应用互相关成像条件可获得地下界面。通过对理论数据的测试, 验证了方法的有效性。     

隧道反射波超前探测有限差分正演模拟与偏移处理

针对地下工程领域隧道不良地质灾害超前探测问题,构建断层、倾斜软弱夹层等地质灾害体的隧道介质模型,研究隧道反射波超前探测的波场传播机理与偏移成像问题。利用一阶速度-应力弹性波方程和高阶交错网格差分计算方法,导出隧道工程反射波探测数值模拟的差分计算格式、数值稳定性条件以及边界条件,对上述模型进行正演模拟,得到相应模型不同时刻的波场快照与地震合成记录;通过对这些模拟结果进行分析,验证高阶交错网格差分法在隧道波场正演中的有效性。在导出弹性波方程逆时延拓交错网格差分计算格式基础上,通过求解程函数方程,获取激发时间成像条件,进而得到隧道全波场逆时偏移算法及偏移处理程序,并应用于隧道波场偏移成像中。研究结果表明:采用高阶交错网格有限差分逆时偏移算法能使反射波归位,绕射波收敛,从而大大提高了隧道工程反射波探测的分辨率,为隧道超前探测资料的解释提供理论依据。     

交错网格Lowrank有限差分及其在逆时偏移中的应用

研究交错网格Lowrank有限差分方法,分析该方法的精度和频散关系,并将其用于逆时偏移成像。交错网格Lowrank有限差分法通过在交错网格上匹配波场延拓算子的谱响应得到优化的差分系数。将交错网格Lowrank有限差分法用于构建地震波场,处理PML边界条件,给出用其实现逆时偏移的步骤,通过复杂模型试算验证方法的有效性。平面波理论频散分析表明,该方法能在较宽的波数范围内精确拟合频散关系,具有精度高、稳定性条件相对较宽等优点。数值结果表明,交错网格Lowrank有限差分逆时偏移能够对复杂构造进行准确成像,在保证成像精度的前提下节省计算量,具有较好的应用价值。     

基于矢量波场分离弹性波逆时偏移成像

在传统的弹性波逆时偏移中,通过Helmholtz分解获取的横波的极性随入射方向改变,导致转换波的成像值也随入射方向发生极性变化(极性反转),多炮叠加后转换波成像同相轴将受到破坏。在传统波场分离基础上,对标量势(纵波)与矢量势(横波)分别进行梯度和旋度处理,得到矢量纵波与矢量横波。针对矢量纵横波波场,引入内积成像条件进行偏移成像,通过这种成像方法无需对转换波成像进行极性校正。波场分析结果表明,该方法既适用于同类波高精度成像,也适用于转换波成像。模型实验结果表明了本文方法的正确性和适应性。     

基于Seislet分数阶阈值算法约束的平面波最小二乘逆时偏移

基于平面波编码的平面波最小二乘逆时偏移存在两个问题,即炮数据混叠引入串扰噪音以及平面波道集数目过多又会降低计算效率。针对上述问题,将适用于地震数据的Seislet变换和应用Riemann-Liouville分数阶积分理论的分数阶阈值函数相结合,并将其引入到平面波编码的最小二乘逆时偏移中,实现基于Seislet分数阶阈值算法约束的平面波最小二乘逆时偏移。在实现该方法的基础上,对简单层状模型和复杂模型进行成像测试。结果表明,地震数据在Seislet域中具有较好的稀疏性,且基于Seislet分数阶阈值算法约束的平面波最小二乘逆时偏移能够有效地压制炮数据混叠引起的串扰噪音,同时能够用较少的平面波道集得到与普通方法相同的成像效果,提高了计算效率。     

高陡起伏地形GPR偏移的波场延拓及精度分析

基于高陡起伏地形对探地雷达波场的成像精度产生影响,将传统的单微分算子改进为交叉微分算子(CDO);基于交叉微分算子的差分逆时偏移改变传统差分偏移算法的波场延拓方向,给出无近似的波场延拓差分公式、上行波边界条件和实现过程,得到能适应于高陡起伏地形的探地雷达偏移算法,然后以横向速度差异较大的高陡起伏反射模型为例,从波场延拓精度与解析结果、振幅保真加权值、高陡界面能量归位能力、成像剖面4方面分析交叉微分算子偏移法与传统方法的成像精度。研究结果表明:基于交叉微分算子的探地雷达偏移算法能够实现高陡界面的正确归位。     

湘中坳陷托山煤矿测水煤系滑脱构造转型

通过对湘中坳陷托山煤矿进行野外地质调查、地质构造研究及矿井内巷道的小断层分析,探讨了逆冲、滑脱构造的特征、形成机理和演化过程.研究结果表明:托山矿区下石炭统测水煤系5煤层具备发育顺层构造的物质条件,属托山煤矿推覆构造潜在主滑面,矿区重力滑覆与挤压推覆并存.滑覆和推覆构造形成于不同时期、不同构造环境中,具有各自的组合形态及演化历史.构造反演显示托山矿区的滑脱构造历经早期逆掩、中期逆冲、晚期反向重力滑脱转型3个不同阶段.     

波动方程保幅叠前深度偏移与AVO响应

从全声波方程出发,基于严格的解耦理论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单程波动方程;按照叠前深度偏移方法中的波场双重向下延拓理论实现共炮域公式到CMP(共中心点)域公式的转换,推导出由双平方根方程定义的保幅单程波动方程,从而将振幅误差补偿作为偏移的一部分在偏移过程中实现,使得地震成像在给出正确位置的同时也给出真实振幅.在此基础上获得的CRP(共反射点)道集在保证真实振幅的前提下,有效解决了绕射波干涉、反射点弥散、与倾角有关的NMO等问题,使AVO响应更加清晰,提高了AVO资料的分析精度.     

基于时频误差分析法的随机介质波场特征分析

设计了含裂缝的随机介质模型和含随机介质的复杂盐丘构造模型,基于声波方程有限差分法,进行了波场快照及共炮点地震记录模拟;利用连续小波变换的时频误差分析方法,分析了与所给模型相同构造的各向同性介质模型的地震记录的时频振幅误差;统计分析了各道地震记录的时频特性,所得结果与利用连续小波变换的时频误差分析法吻合较好.表明时频误差分析法能为研究随机介质波场特征提供一种可行的思路.     

波动方程双程地下方向照明分析

根据地震数据采集系统，对炮点和检波点位置上的波场分别应用波动方程波场传播和波场局部角度域分解方法得到角度域波场，提出一种在角度域进行双程地下方向照明分析的定量方法，并把它应用于SEG（Society of Explomtion Geophysicists）-EAGE（European Association of Geoscientists ＆ Engineers）二维盐丘模型．地下方向照明的定量信息是入射和反射地震波能量在地下各种构造倾角方向上分布的反映．通过这些信息不仅能评价采集系统对地下目标体的效率，而且还能分析地下结构对地震波传播路径的影响，并可对波动方程叠前深度偏移成像效果进行综合评价．     

多次波信息偏移成像技术在火山机构精准刻画中的应用

为提高渤海M油田小尺度火成岩的成像质量,对基于单程波理论的多次波偏移方法进行研究。多次波偏移方法采用地震波场一次波与多次波的全波场信息,利用单程波理论对多次波进行互相关成像,能够提高火成岩的照明度及成像分辨率,同时提高了计算效率。由火成岩模型测试及实际数据应用证明,该方法能够改善火山通道的成像质量,提高小尺度火成岩的信噪比和分辨率,使火成岩同相轴刻画得更为清晰。利用该成像结果进行精细地震资料解释能够大幅度提高解释精度。     

利用成像测井资料解剖石炭系内幕构造

针对新疆准噶尔盆地西北缘石炭系地震反射杂乱,采用地震手段进行内幕构造解剖难度大的问题,开展了基于成像测井解释的石炭系火山岩内幕构造解剖研究。以盆地西北缘克拉玛依油田三区石炭系油藏为例,采用成像测井资料识别地层产状、单井成像测井构造解释及多井地层产状组合断层解释等,对该区石炭系火山岩地层内幕构造进行解剖,识别出石炭系内部2条逆断层。部署检查井证实解释的合理性,验证了成像测井解剖复杂火山岩内幕构造方法的适用性,为准噶尔盆地西北缘火山岩复杂地层构造解剖及油藏优化部署提供新的方法。     

时移成像条件下的波动方程叠前深度偏移

为提高炮域叠前深度偏移的计算效率,引入时移成像条件进行叠前深度偏移.基于频率空间域有限差分波场延拓算子进行延拓,采用时移成像条件来求取大延拓步长间的层位成像值,成像条件虽然增加一次逆傅里叶变换,但对计算时间的影响却不大.脉冲响应和Marmousi模型的测试结果表明,所提出的方法在得到与小步长效果相当的成像结果的同时,又可以成倍地提高计算效率.     

淮南煤田潘二井田13-1煤层地质构造特征

矿井地质构造是影响煤矿建设与生产的主要因素之一,为查明潘二井田13-1煤层的地质构造特征,以便对未采掘区的构造进行预测预报,以大量构造统计资料为依据,运用数理统计和趋势面分析的方法对采区的构造进行统计分析,研究潘二矿矿井构造特征.结果表明:潘二矿小断层走向以近EW向为主,倾向主要以NEE为主,且80％以上为正断层;不同区域、不同煤层之间断层发育存在较大差异,潘二矿矿区的构造样式是多期次构造运动的叠加.落差较大的断层均为逆断层,建议在开采生产过程中引以注意.