磁场矢量及梯度偏移成像方法研究

针对目前二维磁场解释中仍然使用人机互动的半定量建模拟合问题,本文基于位场偏移成像理论,通过对镜像磁场源的向上延拓迭代,实现二维磁场及其梯度的正演模拟和偏移成像算法,编写了相关程序。模型计算表明,偏移成像算法得到的磁性体空间位置与模型位置吻合较好,横向分辨率高于纵向分辨率。在抗噪声研究中,给理论磁场数据中增加了多达50%的干扰信号,偏移成像结果依然清楚,表明该算法具有稳健的抗噪声能力。采用物理试验方法获得磁总场梯度实测数据,经偏移成像得到磁性体的位置与试验铁块位置一致,说明该算法能够反演解释野外生产中获得的磁场梯度数据。上述研究表明,二维磁场及其梯度偏移成像算法,性能稳定,抗干扰能力强,自动迭代实现反演成像,简单便捷。

基于照明分析和偏移成像实验的主动震源探测系统设计——以朱溪矿区为例

为了探讨利用绿色环保的非炸药主动震源技术勘查我国西部、南部复杂山地深部矿产资源的可行性,并提出可行的探测方案,以景德镇朱溪矿区为例开展了基于照明分析和叠前深度域偏移成像实验的主动源地震探测系统设计研究。在现场踏勘和充分收集地质、钻探成果的基础上,根据矿区42号线钻孔联合剖面和相应的岩石物性测量成果建立了地球物理模型。由于后续地震数据采集工作主要利用单分量纵波检波器开展,在地震波的数值模拟方面选用了粘声波方程;工区崎岖地表所带来的不规则自由表面问题则通过Acoustic-Elastic boundary Approach(AEA)方案解决。进行了震源-检波器组双向照明分析,以及高信噪比(20db)和低信噪比(6db)两种情况下的地震波叠前深度域逆时偏移成像实验。研究结果表明,通过合理布设较为密集的主动震源激发-接收系统,采用环境友好的非炸药主动震源技术可以查明目标区地下主要地层,和断层、逆掩推覆体等主要控矿构造的空间展布。后续实际的地震数据采集工作在本次研究的基础上开展,取得的朱溪矿区第一手非炸药震源绿色勘查成像剖面证明了本次研究所提出的探测方案是可行的和有效的。通过不断完善技术体系,非炸药主动震源技术有望为我国深部矿产资源勘探、隐伏断裂勘查、城市地下空间探测等研究领域提供一种环保、高效的技术手段。本次研究所采用的基于照明分析和偏移成像实验的复杂山地主动震源探测系统设计、论证方法值得进一步研究和推广。

基于声波逆时偏移成像的海上风电基础冲刷坑监测方法

海上风电基础冲刷是目前海上风电基础面临的普遍问题,冲刷坑的探测与监测对保障桩基安全十分重要。针对现有探测方法存在成本高、无法准确描述冲刷坑发展和形态等缺陷,提出一种基于声波逆时偏移的监测方法,首先采用有限差分方法求解声波方程模拟在海上风电桩基上布置震源的声波传播过程,分析冲刷坑界面反射波的波场特征;在此基础上,提出一种线性观测系统用于监测冲刷坑发展过程,并提出基于逆时偏移的冲刷坑表面成像方法,通过多组数值模拟试验验证该方法对不同规模和形态的冲刷坑都有良好的成像效果,最大冲刷深度误差均在10%以内。最后采用沙坑模型试验进一步证明提出冲刷坑监测方法的有效性。

曲面构件阵列超声频域逆时偏移成像方法研究

曲面构件因其独特的结构和力学特性,广泛应用于航空航天领域。然而,未知的曲面形状导致阵列超声检测时,声传播延时计算不准确,影响缺陷检测的精度。为解决这一问题,提出了一种不依赖声传播延时的适用于曲面构件的阵列超声频域逆时偏移成像方法。首先,利用阵列超声全聚焦方法对曲面构件表面进行成像;然后,对成像结果进行阈值分割和曲线拟合,重构构件表面形状并建立二维声学特性分布模型;最后,通过频域逆时偏移将来自超声波源的正向传播波场与缺陷反射体的反向传播波场进行互相关成像。实验结果表明,所提出的方法可以有效实现曲面构件内部缺陷成像,与传统的阵列超声全聚焦方法相比,缺陷的成像质量提升66%以上,缺陷定量平均误差降低37.04%以上。

基于自适应衰减补偿模型的探地雷达偏移成像及应用研究

为提升隧道复杂围岩条件下雷达法的成像分辨率及检测精度,提出一种基于瞬时属性分析的探地雷达数据自适应衰减补偿模型及逆时偏移技术。通过迭代计算剖面数据中样本点的瞬时幅值,提取时间步的瞬时振幅谱特性及幅值属性,并将瞬时值随时间变化的特征函数作为信号衰减的规律表征,建立自适应指数-线性多项式拟合衰减特征,重构可解析的雷达信号衰减补偿模型;利用衰减补偿模型的逆时偏移成像,最大限度保留有耗媒质深部的异常特征细节信息,实现病害体的高保真成像。以仰拱支护结构的数值模型算例和隧底衬砌实测数据测试该方法的有效性和实用性。结果表明:1)瞬时幅值属性极值主要集中在绕射叠加区及多次反射区;2)多项指数自适应补偿能客观表征雷达数据的衰减特征,确保剖面的高保真特性;3)高信噪比数据可采用n≥5阶次补偿,低信噪比数据宜采用n≥9阶次补偿。

机载探地雷达数值模拟及逆时偏移成像

机载探地雷达可以用于人类无法到达的危险地区、植被严重覆盖的地下目标体探测,然而由于机载探地雷达的特殊性,影响机载探地雷达探测效果的因素包括天线的极化方向、天线的飞行高度以及地表粗糙度等.为了研究这些影响因素与探测效果之间的关系,用三维时间域有限差分模拟电磁波的传播过程,以沙漠地区地下空洞掩体的机载探地雷达探测为实例,分别模拟了不同天线极化方向、天线高度及地表粗糙度情况下的机载探地雷达剖面,分析了各因素对机载探地雷达探测地下空洞目标体的影响.天线极化方向与目标体走向垂直更有利于地下目标体探测;天线距离地表越近,可以获得更高分辨率的雷达剖面;沙漠地表起伏越大,雷达剖面中的散射杂波能量越强,浅部地下目标体信号容易被掩盖.为了消除起伏地形造成的散射杂波,提出用逆时偏移成像技术对共炮集机载探地雷达数据进行偏移成像,成像结果优于基尔霍夫偏移成像结果.

共反射角叠前偏移成像研究及应用

共偏移距道集已被广泛地应用于地震速度建模及振幅随偏移距变化(AVO)的研究中,但复杂构造及射线多路径产生的共偏移距道集不保幅性等一系列缺陷给AVO研究带来很大的困难.共反射角道集包含有能反映地下速度和岩性变化的信息,更有利于速度模型优化、地震振幅属性分析及地下岩性和断裂的研究.本文通过研究共反射角深度偏移方法和理论,完善了基于目标的共反射角深度偏移技术,提出了获得相对保幅共反射角道集方法.该方法克服了共偏移距域道集在复杂介质中遇到的困难,更能有效地反映波场和地质结构方面的信息.通过理论模型数据进行了试算,并采用实际地震数据对此方法进行了验证,在陡倾角成像方面取得较好效果.

多震源地震数据偏移成像方法

多震源地震技术是一种高效的地震数据采集方法技术,得到的地震记录是来自多个震源的混合地震数据.本文在多震源波场传播理论和地震波场满足线性叠加原理的基础上,提出了两种多震源地震数据的偏移成像方法.第一种方法是首先对多震源地震数据进行分离,得到各个单震源的地震数据,然后再利用常规的偏移成像方法进行处理;第二种方法是多震源地震数据的直接偏移成像.把本文提出的多震源偏移成像方法应用于数值模拟的多震源地震数据,验证了本文方法的正确性和有效性,直接偏移成像方法较分离后再偏移方法具有更高的计算效率.

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.

井间地震数据的波动方程偏移成像

针对井间地震数据成像技术的一些缺陷并根据井间地震数据的特点,利用井间上、下行反射波信息,提出了一种基于波动方程的井间地震反射波偏移成像技术,该技术既考虑了井间地震数据的运动学特征(时间信息),又考虑了动力学特征(振幅信息).以PC机集群为计算平台,Linux为操作系统,设计了井间地震炮域波动方程偏移成像并行计算流程,并且在64位联想机群上用井间模型数据和某油田的实际数据对该技术和计算流程进行了测试和试处理,试验结果表明成像方法和并行算法正确、实用且计算效率高.

有限差分法大地电磁多参数偏移成像

提出一种改进的有限差分法进行大地电磁场偏移成像 ,通过保留波数对水平方向的一阶导数项 ,使差分方程精度和成像分辨率得到了提高 ,并采用快速近似反演结果作为对背景电导率的客观估计 ,对两种极化模式联合成像以及多参数和再次成像进行了研究 ,通过模型试验和实例说明有限差分法大地电磁多参数成像技术解决复杂问题的能力 。

有限差分法探地雷达波动方程偏移成像

在探地雷达 (Ground- Penetrating Radar,简称 GPR)剖面中 ,由于绕射波的存在 ,使得资料的处理解释十分困难 ,其结果的准确性与真实度也会降低。针对这一问题 ,作者提出了探地雷达有限差分波动方程偏移法 ,首先进行了理论模型的实验分析 ,在此基础上我们对实测 GPR剖面资料进行分析处理 ,取得了较好的成果。

隧道反射地震超前探测偏移成像

在隧道、井巷反射地震超前探测(TRSP)观测系统的基础上,依据几何地震学原理,重点研究了隧道情况下,地震波的时距曲线关系,借助绕射叠加原理,实现了直接从时间域到空间域的深度偏移成像,分析了成像运算量的影响因素,并对速度分析和深度偏移成像计算分别采用不同精度的剖分网格,同时引入插值技术,通过模型和实际资料处理验证,在不影响成像精度的情况下,可大量节省运算时间,成像效果良好.

瞬变电磁场拟波动方程偏移成像

本文提出了一种新的瞬变电磁场偏移成像方法。该方法满足扩散方程的低频电磁场，并可由积分变换转换为满足波动方程的波场，然后直接利用地震偏移成像技术，求取介质的几何参数。文中针对有源二维地电模型，推导出了与瞬变电磁场定解问题相对应的变换波场的定解问题方程，并采用有限差分逆时深度偏移方法，成功地对有源二维瞬变电磁场进行了偏移成像处理，得到了清晰的、与理论模型吻合很好的偏移断面图像。

共聚焦点偏移成像方法研究

共聚焦点 (CFP)偏移 (激发聚焦和检波聚焦的双聚焦偏移 )是一基于等时原理的地震成像方法。通过时空域的零走时成像原理 (CFP偏移的共聚型 )和拉冬域的零截距时间成像原理 (CFP偏移的双聚型 )分别实现构造成像 (角平均的标量成像 )和岩性成像 (考虑AVO的矢量成像 )。通过模型试算了CFP偏移的共聚型成像 。

基于GPU并行加速的逆时偏移成像方法

现今逆时偏移的应用面临海量数据存储及计算量巨大的问题。本文应用震源重构方法解决了逆时偏移互相关成像条件需要的海量存储问题,引入GPU Kernel解决逆时偏移计算效率低的问题。在此基础上,本文建立了一套基于GPU加速的叠前逆时偏移成像方法,并成功地应用于四川盆地A复杂区块。

三维VSP数据的波动方程偏移成像

常规的三维VSP地震数据偏移成像大都使用基于射线理论的Kirchhoff积分方法在共炮点道集中进行,因此对地下速度横向变化大的复杂构造区适应性差、效率很低。基于三维VSP地面激发井中接收观测系统的特殊性,利用地震波场的互易性原理,提出了一种在共接收点道集中进行三维VSP地震数据波动方程偏移成像的方法,不仅极大地提高了三维VSP偏移成像的计算效率,而且还适用于速度横向变化大的复杂构造区。为了利用时间域偏移成像方法对速度模型的相对不敏感特性,在三维VSP偏移成像中,借助于波动方程叠前深度偏移成像算法的概念,还提出了一种可以满足时间域速度模型横向变化要求的波动方程叠前时间偏移成像方法,拓展了波动方程叠前时间偏移成像的应用范围。

角度域叠前偏移成像研究及应用

共炮检距道集在复杂介质中因地震波传播的多路径而存在地下反射位置不准确的问题。共反射角道集由于克服了上述缺陷可在复杂区精确成像,而且能用于AVA分析及保幅偏移成像研究,特别是在大反射角、甚至具有多波至复杂构造区,反射同相轴的振幅和相位得到有效保护。本文以共反射角偏移方法为基础,研究共反射角道集构建、旅行时计算及几何扩散因子获取及偏移拉伸对共反射角道集的影响。运用理论模型数据进行了试算,并以二维实际地震数据对此方法进行了验证,在陡倾角成像方面取得较好效果。研究结果表明角度域共反射角道集更有利于速度建模优化及AVA分析。

波动方程叠前深度偏移成像软件系统的研制及应用

基于波动方程的叠前深度偏移成像技术可以将叠前深度偏移技术的应用领域从复杂构造成像扩大到复杂地质条件下的岩性地层成像。研制开发了波动方程叠前深度偏移成像软件系统,该系统包含工区管理、数据管理、偏移速度分析、构造建模、2D/3D地震速度建模、地震偏移成像、三维可视化、辅助计算等一系列功能模块;具有独特的速度建模、叠前深度偏移成像、高效并行计算、三维可视化和性能优化等特色技术。对该软件系统进行了SEG/EAGE3D盐丘模型数据测试,在所获得的成像剖面上盐丘边界和断层清晰。将该软件应用于实际地震资料的处理,河南油田泌阳凹陷的高陡构造、胜利油田的古潜山内幕都得到了很好的成像。

面向起伏地表偏移成像的表层静校正方法

静校正量可以分为高频校正量与低频校正量。在缺乏精确的全深度速度模型的前提下,为了进行起伏地表偏移成像,需要首先确定一平滑起伏基准面进行表层高频量校正,再进行自起伏基准面的速度分析与偏移成像。为此,提出了基于层析模型的表层高频校正量提取方法及相应的平滑基准面确定方法。在理论模型与实际资料应用中与传统方法进行了对比,证实了高频静校正与起伏基准面偏移成像相结合可以取得较好的效果。