虚谱法无反射速度-应力方程地震数值模拟

基于单程波波场廷拓算子的零偏移距地震数值模拟方法难以适应复杂地质条件下地震波速度的空间剧烈变化,且其最大成像角度有不同程度的限制.本文依据地震反射的形成机理,重置模型空问的密度分布,使得模型空间内纵波阻抗为常量以压制层间多次波;采用虚谱法可得到高精度的地震波场空间导数,因此可有效抑制空间数值频散,同时提高了数值模拟的垂向分辨率.数值模拟结果表明,得到的零偏移距地震记录绕射波场完整,偏移归位效果优于频率-波数域或频率-空间域的单程波模拟结果.无反射一阶应力-速度方程零偏移距数值模拟可有效压制多次反射波,在较大网格间距时,虚谱法仍可有效抑制数值频散.     

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.     

基于Born近似的角度域共成像点道集

偏移距域共成像道集和炮域共成像道集在复杂地区存在运动学和动力学假象,Born近似傅里叶偏移方法基于小扰动假设引入参考慢度可以适应横向变速.利用频率波数域与空间频率域混合域偏移算子和波场的窗口傅里叶框架展开与重构,提出了局部角度域共成像点道集方法,改善了局部成像质量,有效地消除了假象,为偏移速度分析和振幅随入射角的关系分析提供了有效的支持.     

在频率波数域实现三维叠前深度偏移

叠前深度偏移是理想的改善复杂地区和强横向速度变化的地震资料成像技术,对于复杂变速介质成像,常用的时间域成像方法已不能满足实际需要,必须借助于深度域成像方法,特别是三维地震叠前深度偏移方法.推导了三维叠前深度波场延拓算子公式,指出其实质含义,并通过模型测试进行了验证,介绍了一种三维叠前深度偏移的实现方法,最后进行了偏移算子的误差分析.理论分析与实例计算表明,该计算方法是合理和有效的.     

基于双平方根算子的保幅角度域成像

建立基于双平方根算子的保幅叠前深度偏移与地下人射角度的关系,应用单程波双平方根方程的保幅波动方程叠前深度偏移输出角度域共成像点道集及相应的成像结果,为后续的偏移速度分析和振幅分析提供可靠的数据.取代相对耗时的倾斜叠加法,应用基于精确投影的快速插值映射法抽取保幅角度域共成像道集.结果表明:基于双平方根求取偏移距域道集比基于单平方根方程更为方便直观,也更适合于角度域成像;保幅角度域偏移采用的成像条件不仅可以有效地补偿振幅和改善成像结果,而且克服传统炮域单程波保幅偏移中反褶积型成像条件的不稳定性.理论模型数据和实际资料试算结果进一步证明了所提角度域保幅偏移理论和算法的正确性和有效性.     

基于共聚焦点道集的叠前深度偏移及其应用

共聚焦点叠前深度偏移是一种基于等时原理、通过检波聚焦和激发聚焦的双聚焦 (共聚型 )偏移实现地震成像的方法 ,它的关键技术是聚焦算子的计算。考虑到计算效率、精度和稳定性 ,提出了利用适于任意矩形网格的有限差分法计算聚焦算子的方法。为了提高成像信噪比和分辨率的精度 ,采用变孔径扫描叠加法获取了共聚焦点道集和聚焦点响应 ,进行了共聚焦点叠加和实现叠前深度偏移成像。模型的试算结果表明 ,利用此方法 ,在宏观速度场正确的情况下 ,能够实现地下构造的准确成像 ,尤其是明显提高了深层的信噪比。对实际资料的试处理说明 ,共聚焦点偏移的效果基本达到了利用FFD法获得叠前深度偏移的效果 ,而其计算效率主要取决于偏移孔径和计算网格的大小。     

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。     

基于双平方根算子叠前深度偏移成像技术的结构损伤成像与探测

介绍一种基于双平方根算子的叠前深度偏移方法用于结构损伤探测.首先推导上行波传播时间(走时)的全微分表达式,推导在频率波数域和频率空间域中,用源点和接收点坐标表示的双平方根算子波动方程.然后,用频率空间域的有限差分法及混合法进行双平方根算子的波场外推,推导关于炮点和检波点的差分方程,以及双平方根算子混合法波场外推公式.最后,用Marmousi数据体对结构损伤进行偏移成像.根据双程波动方程分析该方法的数值频散性、奇异性以及波场、位移、振幅、能量、动应力集中系数等力学特征,计算得到波场快照图和剖面图,达到对结构损伤成像的目的.数值算例证明了这种方法的适用性.     

基于共聚焦点道集的叠前深度偏移及其应用

共聚焦点叠前深度偏移是一种基于等时原理、通过检波聚焦和激发聚焦的双聚焦(共聚型)偏移实现地震成像的方法，它的关键技术是聚焦算子的计算。考虑到计算效率、精度和稳定性，提出了利用适于任意矩形网格的有限差分法计算聚焦算子的方法。为了提高成像信噪比和分辨率的精度，采用变孔径扫描叠加法获取了共聚焦点道集和聚焦点响应，进行了共聚焦点叠加和实现叠前深度偏移成像。模型的试算结果表明，利用此方法，在宏观速度场正确的情况下，能够实现地下构造的准确成像，尤其是明显提高了深层的信噪比。对实际资料的试处理说明，共聚焦点偏移的效果基本达到了利用FFD法获得叠前深度偏移的效果，而其计算效率主要取决于偏移孔径和计算网格的大小。     

三维VSP波动方程保幅叠前深度偏移方法

VSP偏移成像技术在VSP资料处理中具有重要意义。为了对地下复杂构造进行精确成像,常要求对VSP数据进行三维叠前偏移处理。传统的单程波方程延拓计算时只能保证相位信息的正确性,没有对振幅做任何处理,仍存在保幅性较差的问题,不利于将其结果运用到岩性分析中去。本文以保幅型单程波偏移算子为基础,研究了三维VSP单程波动方程保幅偏移成像方法。并在实际资料中,采用了保幅型三维地震道插值方法,对非规则网格炮点采集的三维VSP数据进行插值,保证了波动方程保幅偏移的效果。     

基于Tesseral2D的水下砂体地震正演计算

基于水下砂层与围岩的波阻抗差异,应用地震波数值模拟软件Tesseral2D建立含有水、粉细砂、砾砂和砾岩的起伏地层模型,在不同的道间距、最小偏移距、子波频率以及不同岩体波速条件下分别对该模型进行正演计算。一般情况下,在震源频率为400 Hz、最小偏移距为5 m、道间距为1 m或2 m时,地震波响应明显、同相轴清晰、干扰波较少,水下地层界面反映良好。进一步结合南京长江第二大桥桥址区的地质资料,建立含有水、淤泥质粉质黏土、粉细砂、砾砂、砂砾卵石和砾岩的水下砂层模型,应用Tesseral2D软件对该模型进行正演研究。结果表明,在震源频率为400 Hz、道间距为2 m以及最小偏移距为5 m时,地震响应能很好地反映水下各岩层界面,特别是能较明显地圈定水下砂层的厚度和分布范围,为实际水下砂体的地震勘探提供理论依据。     

反射地震成像分辨率的理论分析

地震分辨率是地震数据处理和偏移成像中的重要问题.从Ricker开始研究地震分辨力至今已经50多年了,但是大部分的研究集中在原始地震观测道的垂向分辨力上.近年来开始讨论地震偏移成像的空间分辨力的概念.Beylcin,Wu和Toksz,Seggern,Vermmer,Chen和Schuster等人做过成像分辨力的研究,但都是根据定性分析或试验讨论影响地震成像分辨力的若干因素.据此在明确分辨力与分辨率的定义之后,从理论上对地震成像分辨率进行系统分析并给出了地震成像分辨率的定量计算式.影响地震成像空间分辨率在三维情况下有八项因素.它们分别为地震波的频率f、波的传播速度v、炮检距2h、炮检距中点M距成像点的地面位置(原点O)的水平距离L、中点M与原点O的连接线的方位角α、成像点深度z、计算成像分辨率的空间方向矢量的方位角θ(从x方向逆时针计算)和该矢量与正Z轴的夹角β.每个因素均有不同的作用,其中频率和速度可合并为波长λ.这些因素可分为三种类型:第一种是观测参数,如λ和h;第二种是成像孔径参数,如L和α;第三种为地质参数,如z,β和θ.通过地震成像分辨率定量分析获得以下几点重要认识:成像分辨率随波长的减小而提高;成像分辨率随成像点的深度增大而降低;成像孔径内的最大炮检距地震道应限定其空间分辨率大于等于1/2;最大分辨率的地震记录位于地面点(lm,θm)上,其中Lm=-ztanβ,θm是根据计算需要事先给定的,它对应地层的上倾方向.为了提高成像分辨率,应当将孔径中点放在(lm,θm)上,孔径大小由最远道的空间分辨率为1/2所限定.此外,还讨论了叠前偏移和叠后偏移的空间分辨率,并证明在讨论垂直成像分辨率(β=0)的情况下两者是相同的,否则二者是不相同的.     

基于保幅延拓算子的共成像点道集敏感性分析

波动方程叠前深度偏移是解决复杂构造成像问题的有效手段。偏移速度分析和AVA/AVO分析都需要在共成像点道集完成,而共成像点道集对偏移速度的敏感性又直接决定了偏移速度分析的可行性,也影响到偏移速度迭代收敛的次数。利用双平方根保幅偏移算子,在波场延拓过程中抽取共成像点道集,保持了振幅的能量特征,有利于AVA/AVO分析。偏移距域和射线参数域共成像点道集对偏移速度较敏感,能够满足偏移速度分析的需要,两者联合应用有利于提高偏移速度分析的精度。     

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。     

复杂地表条件下的地震波场模拟方法研究

克服常规非零炮检距地震波场模拟只能采用双程波动方程的限制,以等时叠加原理为基础,提出了一种新的适用于复杂地表条件的基于单程波动方程的频率域地震波场模拟方法.该方法采用频率域单程波动方程延拓算子进行波场延拓,利用等时叠加原理进行波场成像,不仅具有很快的计算速度,而且可以得到高信噪比的模拟记录,仅包含一次反射波和不规则点的绕射波,不包含直达波、多次波等干扰波.实际模型的正演数值模拟和叠前偏移结果都证明了该方法的正确性和有效性.     

频率-空间域波场自适应插值法深度偏移

通过延拓层内频率-空间域波场自适应插值,实现了复杂构造快速准确的深度偏移成像.自适应插值法深度偏移可根据速度模型的复杂程度,自动优化选取参考速度的数量,在保证精确成像基础上减少计算耗时.通过对SEG/EAGE二维盐丘模型数据进行深度偏移试处理,证明偏移算法运行稳定,计算效率高,能很好地处理速度场横向变化,适用于复杂地区地震资料深度偏移,是一种有实用推广价值的深度偏移成像方法.     

混合法炮集三维叠前深度偏移

混合法深度偏移是一种精度较高的偏移方法,它在频率空间域和频率波数域交替实现波场外推,具有适应横向变速和陡倾角的优点.Fourier有限差分法(FFD)是一种典型的混合法,但计算表明,该方法用于三维SEG/EAEG模型的叠前深度偏移时,由于速度的剧变,波场外推会产生不稳定现象,文中提出了一种新的三维混合法偏移,计算表明,该方法比Fourier有限差分法更加适应横向剧烈变速情况,没有不稳定现象.用该方法对SEG/EAEG模型的炮集数据进行了三维叠前深度偏移,取得了较精确的成像效果,该方法具有较大的实用价值.     

频率域弹性波场模拟中高阶有限差分法的精度对比与改进策略

推导基于二维交错网格的二阶和四阶频率域弹性波有限差分算子,并结合最优化差分系数和质量加权平均方法压制数值各向异性。基于均匀各向同性介质比较不同差分算子的模拟精度和频散关系,并详细比较二阶算子和四阶算子的精度和误差量级。结果表明,当采用交错网格最优化四阶差分算子,单位横波波长内含3个及以上网格点时,可将模拟误差控制在2%以内。同时,相对于常规网格,基于交错网格的差分算子可用于对含流体介质模型的模拟。     

地震道差值方法研究

在地震数据处理中,地震道缺失和空间采样不足是常见的,其表现为死道或由于含有强烈的噪声而在预处理过程中被剔除的道记录。道内插是地震资料常规处理中不可缺少的步骤,其目的是在偏移之前加密空间方向（特别是三维横线方向）的采样,防止因采样过疏、在偏移过程中产生空间假频,从而提高小构造的成像精度。     

有空间假频时多道信号的一种插值方法

针对存在空间假频时多道信号的插值同题,基于对模型数据的二维谱特征分析.通过在频率--波数域进行简单的除法运算构造内插算子,本文给出了一种频率--波数域空间内插方法,实现去假频插值.利用编写的程序对模型数据进行试验,取得了满意的效果.由于不需要求解线性方程组.可使用快速傅里叶变换,这种方法的特点是简单、快速.