采用非稳相偏振滤波的DAS-VSP数据P/S波分离方法及其应用

分布式光纤声学传感(DAS)因成本低、易布设以及高密度采样等优势正成为重要的地震观测技术,尤其是越来越多地与垂直地震剖面(VSP)结合,用于主动地震勘探或被动地震监测.DAS传感器通过感知弹性波场产生的轴向应变或应变速率来观测地震波场振动.然而,目前单分量DAS-VSP数据未完整地记录地下弹性波场的三维矢量振动信号,因此如何从中分离出P波或S波用于后续地震成像与参数反演是重要且很有挑战的课题.以弹性波传播理论为基础,本文根据P波和S波的频散关系估算接收点处各自的偏振方向,通过随频率和空间位置变化的偏振滤波实现DAS-VSP数据的P/S波分离.理论模型合成数据与东海实际DAS-VSP数据实验结果表明,该方法能有效地将P波和S波信号从单分量DAS-VSP数据中分离出来,可为后续纵横波速度反演、PP与PS波成像提供关键的数据预条件处理.

典型水深与海底介质条件下的OBC/OBN多分量地震数据波型特征

海底电缆或海底节点(OBC/OBN)多分量地震是开展海上复杂油气藏勘探的重要手段之一。由于地震波与自由表面及海底界面的互相作用,海底多分量地震记录中波型成分十分复杂。调查其中各类信号与噪声的形成机制及其影响,可为后续数据处理与解释提供关键依据。针对海底多分量地震观测条件下潜在的波场信号,按照不同水深与典型海底沉积物性质构建代表性的弹性参数模型,利用谱元法合成OBC/OBN多分量地震记录,分析各类波型成分的表现特征,揭示水深和海底介质特性对波场运动学及动力学特征的影响。通过与东海浅水区和南海深水区海底地震仪(OBS)采集的实际地震数据的对比分析,确认了水深与海底介质条件对表面多次波与海底界面波的调控机理,为海底多分量地震数据处理方法研究与技术应用提供有益的指导。

超深水区基准面延拓驱动的反射波形反演成像

远离大陆架的海洋油气勘探与开发具有高风险、高投入的特征,对构造成像和储层预测精度要求很高,传统的基于射线理论的速度建模方法难以满足精细成像的需求。超深水探区地震观测受巨厚水层的影响,导致记录时间较长、数据规模和模型空间巨大,因此难以大规模应用基于波动理论的速度建模方法。为此,提出基准面延拓驱动的反射波形反演成像技术。该技术利用基准面延拓剥离水层影响,消除地震波在水中的传播效应,降低数据规模、压缩模型空间、缓解速度—深度多解性,使全波形反演在深海区的实际应用成为可能。考虑到超深水探区有限炮检距难以记录到穿透较深的初至波,无法利用初至波进行波形反演更新速度,因此选用反射波形反演对延拓后数据进行速度建模,以便得到高精度速度模型和成像结果。理论模型合成数据和南海A区块实际数据处理结果表明,该技术能够大规模缩减数据量,并提高高精度速度建模的效率,可在超深水油气勘探中发挥积极作用。

超深层目标随钻测井引导的动态地震成像

超深层油气储层目标上覆巨厚的复杂介质,基于地面观测数据估计的地震波传播速度存在误差,将导致地震成像结果不准确,增加深井钻探风险或勘探成本.随钻测井提供的地层速度信息可用于提高偏移速度模型的精度,从而通过叠前深度偏移重处理减小井震闭合误差,及时地重新定位深层的钻探目标,并为钻井轨迹调整提供科学依据.为此,本文提出一种随钻测井引导的动态地震成像方法.它在相对地质年代信息约束下,将测井资料处理获得的层速度用于修正井孔周围一定范围内的偏移速度模型,结合波动方程基准面延拓实现局部三维叠前深度偏移处理,利用图形处理单元(GPU)加速以便更新钻头前方的地震图像.基于实际地震与测井资料的仿真试验表明该方法技术具有可行性,预期可为面向深储层的智能导向钻井提供有力支撑.

利用最小平方基准面延拓压制自由表面多次波II:海洋拖缆观测数据

压制自由表面多次波一直是海洋拖缆地震数据处理中非常关键的环节.浅水等复杂条件下的多次波压制给现有方法构成了严峻的挑战.本文姊妹篇基于卷积型互易定理建立了地下基准面上的虚拟观测信号与实际观测地震数据之间的转化方程,进而借助约束优化反演理论提出最小平方基准面延拓(LSR)方法,用于消除海底观测地震数据中的表面多次波.本文遵循相同的原理,分别针对双检波器同时记录声压场和质点垂直速度信号、单检波器仅记录声压场信号两种拖缆采集方式,探讨基于LSR的表面多次波压制方法及其影响因素.理论模型合成数据实验展示了方法特点与有效性,南黄海浅水拖缆双检地震数据处理结果表明方法具有良好的应用前景.

地面多分量地震数据P/S波分离的深度学习方法

多分量地震记录P/S波分离是多波地震数据处理的关键技术环节.常规方法大多依据两种波模式视速度或偏振特征的差异,基于信号分析或偏振投影实现模式解耦.在许多实际的地震-地质条件下,这些基于信号特征假设或表层参数模型的P/S波分离方法往往不太有效.为此,本文将各向同性介质条件下的地面多分量地震数据P/S波分离视为非线性的逐点预测问题,借助深度神经网络强大的特征提取能力进行求解.以国际标准模型为基础,提出了创建弹性参数样本库和P/S波分离标签数据集的有效方法.实验表明,丰富的训练样本保证了深度神经网络的泛化性能,在测试数据体上取得了明显优于经典的偏振投影分离方法的处理效果,而且摆脱了对表层介质参数的依赖性,为多分量地震数据反射PP波和PS波成像提供了有效的技术支撑.

结合Marchenko聚焦的非线性最小平方基准面延拓方法

基准面延拓旨在通过模型驱动或数据驱动的方法消除上覆介质对地震信号造成的畸变或影响,进而重构基准面上的虚拟观测数据.针对非线性波场效应(如层间多次波),模型驱动的基准面延拓方法对地下速度模型精度提出严苛的要求,实用性较差.如果检波器布设面与基准面恰好重合,数据驱动的虚源法能够自适应干涉消除波场在上覆介质中的非线性传播效应.然而,由于反射地震观测系统不够完备,通常会在重构数据中引入串扰噪声.针对上覆介质具有强非线性波场效应、基准面位于观测面与目的层之间任意深度的一般情况,本文将Marchenko方法和最小平方基准面延拓(LSR)相结合,先估算地表到基准面的上、下行格林函数,而后利用稀疏约束LSR方法克服观测系统和上覆地层的影响,在压制层间多次波的同时高精度重构基准面上的虚拟观测数据.层状模型合成数据实验展示了非线性波路径的干涉抵消机制,透镜体模型合成数据实验检验了该方法在压制上覆异常体多次散射效应、校正深部反射信号畸变的有效性.

频率-空间域有限差分法叠前深度偏移

为了处理横向强变速介质中的深度成像问题 ,本文提出一种基于共炮道集的优化系数的傍轴近似方程叠前深度偏移算子 ,并在基于反射系数估算的成像条件下 ,可实现叠前深度偏移成像 .该算子具有方程阶数低且能对陡倾角成像的特征 ,并采用有限差分法波场延拓 ,能适应速度场的任意变化 .当在频率 -空间域进行计算时 ,相对于纯粹的时间 -空间域有限差分算法有计算效率高、成像方便的优点 .脉冲响应测试和对Marmousi模型进行的叠前深度偏移结果表明 。

山前带复杂构造成像方法研究

以波动理论为基础的表层波场校正与叠前深度偏移技术是提高山前带复杂构造成像精度的有效手段。本文介绍了基于广角隐式有限差分单程波传播算子的起伏地表叠前深度偏移方法,并对SEG山前带推覆构造模型进行了检验。结果表明:起伏地表波动方程叠前深度偏移照明加权成像结果与理论模型构造形态非常吻合。在此基础上,将此法用于玉门油田窟窿山模型合成数据体,分别进行了静校正与波动方程基准面延拓、叠后深度偏移与叠前深度偏移、Kirchhoff偏移与波动方程偏移的处理结果对比,得出了如下结论:①在地表起伏剧烈、表层速度横向变化大、高速地层直接出露地区,常规时移静校正误差远远大于波动方程基准面校正的误差;②在波动方程基准面校正的基础上,波动方程叠前深度偏移的精度明显高于Kirchhoff偏移法的精度;③起伏地表波动方程叠前深度一步法偏移还能合理地描述地表附近反射面的形态。

双平方根方程三维叠前深度偏移

从双平方根 (DSR)形式的波动方程出发 ,基于沉降观测概念和地震波扰动理论 ,介绍了深度域的DSR全偏移算子及共成像道集的生成方法 .根据三维地震数据的方位角特征 ,通过对全偏移算子的稳相近似 ,依次导出了适应于零方位角道集、Cross line共偏移距道集以及共偏移距矢量道集的偏移算子 .理论分析与合成数据的数值试验表明 ,DSR全偏移算子、共方位角偏移算子对介质速度变化的适应性很强 ,而其余两种偏移算子仅适用于缓变速情况 .

各向异性介质qP波传播描述Ⅰ:伪纯模式波动方程

地球介质相对于地震波波长尺度的定向非均匀性会导致波速的各向异性,进而影响地震波场的运动学与动力学特征.各向异性弹性波动方程是描述该类介质波场传播的基本工具,在正演模拟、偏移成像与参数反演中起着关键作用.为了面向实际应用构建灵活、简便的各向异性波场传播算子,人们一直在寻求简化的各向异性波动方程.本文借鉴各向异性弹性波波型分离思想,通过对平面波形式的弹性波方程(即Christoffel方程)实施一种代表向波矢量方向投影的相似变换,推导出了一种适应任意各向异性介质、运动学上与原始弹性波方程完全等价,在动力学上突出qP波的新方程,即qP波伪纯模式波动方程.文中以横向各向同性(TI)介质为例,给出了相应的qP波伪纯模式波动方程及其声学与各向同性近似,并在此基础上开展了正演模拟和逆时偏移试验,展示了这种描述各向异性波场传播的新方程的特点与优势.

窄方位地震数据双平方根方程偏移方法探讨

简单回顾双平方根(DSR)方程偏移一般理论之后,介绍了适应偏移速度分析的角度域成像快速算法.针对地震勘探中窄方位三维地震数据成像问题,探讨了限定输入数据体或限定波场传播方向的DSR方程偏移方法.数值试验表明,共方位角偏移等DSR方程叠前深度偏移方法在盐体或礁体、古潜山等强横向变速地区具有很好的应用前景.

带误差补偿的有限差分叠前深度偏移方法

基于波动方程有限差分法深度偏移对介质速度纵横向变化的强适应性，本文介绍了一种优化 系数的单程波方程叠前深度偏移算子。它在有限差分波场延拓计算的基础上，增加了针对算子误差的补偿校正，从而提高了算子的成像精度；同时也可以基本消除差分频散，提高成像 剖面信噪比。该算子具有方程阶数低且能对陡倾角成像的特点，能适应速度场的任意变化。 文中一切计算均在频率域进行，与时间域有限差分算法相比，具有计算效率高、成像方便的 优点。脉冲响应测试和对Marmousi模型进行的叠前深度偏移结果表明，该偏移方法是强横向 变速情况下“三高”(高分辨率、高信噪比和高保真)数据处理的有效手段。

表驱三维角度域Kirchhoff叠前时间偏移成像方法

针对传统 Kirchhoff 叠前时间偏移方法的一些不足,以及振幅随入射角、方位角变化(AVA/AVAZ)分析的需要,本文提出一种基于射线理论的三维叠前时间偏移角度域成像方法.它通过横向均匀介质中稳健的射线追踪建立单程波走时和传播角度的数值表.然后在此基础上估算反射波双程走时以及在界面处传播的方位角和入射角,最后基于脉冲响应叠加原理获得三维构造图像和方位-角度域共成像点道集.与传统方法不同之处在于,上述过程均考虑了地震波在垂向变速介质中的射线弯曲效应和三维传播特征.有利于准确提取随入射角和方位角变化的振幅和时差信息.理论模型合成数据和实际地震资料测试结果展示了方法的优越性与实用性.

山前带地震数据的波动方程叠前深度偏移方法

作为复杂介质中最精确的地震波成像技术,波动方程叠前深度偏移在山前带复杂构造成像中大有可为,但该方法对速度误差非常敏感,抗噪能力较差,其成败取决于叠前去噪、表层速度结构反演和偏移速度分析的有效性,要使山前带地震勘探取得更大突破,就需改善单程波动方程深度偏移对高陡、倒转界面的成像精度,研究出可提高初至层析分辨率的新方法以及自地表开始的偏移速度建模方法。基于广角隐式有限差分单程波传播算子与波场“逐步累加”技术,研制了直接自起伏地表进行波场延拓与成像的叠前深度偏移算法。SEG山前逆掩推覆构造模型偏移试验表明,该算法具有很高的精度;川西龙门山实际宽线地震资料成像的试处理结果,也展示了该方法相对于叠后深度偏移的优势。研究还表明,面向地质目标优化地震波照明与接收效果也是需要重视的问题。

各向异性介质qP波传播描述Ⅱ:分离纯模式标量波

在各向异性地震波场中,qP波与qS波常常是耦合在一起的.多分量地震数据处理中一个关键环节就是波型分离(即模式解耦),以纵波成分为主的常规单分量地震数据的成像则需要合理描述标量qP波的传播算子.本文作者曾构建了在运动学上同弹性波动方程等价,动力学上突出标量qP波的伪纯模式波动方程.为了彻底消除qS波残余,本文根据波矢量与qP波偏振矢量之间的偏差,提出从伪纯模式波场提取纯模式标量qP波的方法.数值分析展示了投影偏差算子在波数域和空间域的特征.基于不同复杂程度理论模型的试验结果表明,联合"伪纯模式传播算子"与"投影偏差校正"可为各向异性介质分离模式波场传播过程提供一种简便的描述工具.

波动方程共炮检距道集叠前深度偏移

程玖兵 ,王华忠 ,于富文 ,马在田 .波动方程共炮检距道集叠前深度偏移 .石油地球物理勘探 ,2 0 0 1,36 (5 ) :5 2 6～ 5 32 目前所用的几种波场外推算法 (分步傅里叶、傅里叶有限差分、广义屏和频率—空间域有限差分 )可以在共炮道集上获得较好的成像效果。在上述算法中 ,共炮道集为了兼顾各种波传播角 ,每炮偏移都要考虑相当多的边道 ,并且炮点和检波点要分别向下外推 ,因而计算量很大。针对上述问题 ,本文提出了基于双平方根算子的波动方程共炮检距道集的深度偏移方法 ,它适用于二维和三维叠前深度成像 ,其步骤为 :1在高频假设条件下 ,把共炮检距道集波场延拓公式中的积分运算进行稳相近似 ,得到波场延拓的相移公式 ;2把速度场分裂为层内常速背景和变速扰动 ,可求得整个均匀层波场深度延拓的偏移时移量、各层的偏移时移量及振幅校正系数 ,进而可得到最终波场延拓值。脉冲响应测试和理论模型试算表明 ,该方法具有较高的计算效率和成像精度 。

波动方程共方位角三维叠前偏移方法

本文针对双平方根(DSR)单程波动方程全三维偏移方法在地震波成像实际应用中面临的计算量大,对覆盖次数很低的窄方位三维地震资料会产生很强的相干噪声,影响成像效果等难题,结合Crossline共炮检距偏移理论,首先推导出了基于双域传播算子的共方位角叠前深度偏移公式,然后通过坐标变换提出了沿双程垂直走时方向进行递归波场延拓的共方位角叠前偏移新方法。通过对SEG/EAGE盐丘模型合成数据偏移试验,证实了共方位角叠前偏移深度域和时间域成像方法的有效性。将该法和常用的Kirchhoff叠前偏移法同时用于实际地震资料偏移处理对比,展示出该法在成像精度与分辨率方面具有明显的优势。

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.

针对目标的方位保真局部角度域成像方法

本文基于对地震波局部方向特征的分析,讨论了适用于各向同性与各向异性介质的方位保真局部角度域叠前偏移成像原理及其应用方法。理论模型合成数据与实际资料试验展示了该方法的特点与优势,以及在复杂地质体多视角描述、AVA分析/反演、方位各向异性分析等方面的应用潜力。随着多方位或宽方位地震采集技术的广泛应用以及高性能计算技术与平台的飞速发展,方位保真局部角度域成像技术预计将在储层成像与油气预测领域发挥重要作用。