起伏地表无网格井中地震 Q 补偿逆时偏移成像方法

井中地震震源能量弱,地层吸收衰减效应的影响更强;复杂地表及复杂构造对井周精细成像影响巨大,需要发展针对性的井中地震起伏地表衰减补偿偏移成像方法。在径向基函数有限差分方法原理基础上,通过引入混合高斯立方基函数并设计起伏地表节点剖分策略,提出一种高精度的无网格径向基函数起伏地表黏声波数值模拟方法;将该方法应用至改进的基于Kelvin-Voigt模型的黏声波方程,实现高效稳定的井中地震起伏地表无网格Q补偿逆时偏移成像。结果表明,提出的井中地震Q补偿逆时偏移成像方法可以实现高精度的起伏地表井中地震衰减补偿成像,有效恢复剖面能量、校正相位畸变,均衡剖面中的能量分布,提高成像质量。

起伏地表QR径向基函数有限差分及其在弹性波逆时偏移中的应用

弹性波逆时偏移不受倾角和偏移孔径的限制,能够实现任意复杂构造的高精度多波成像,是目前最精确的多分量资料偏移成像方法之一.逆时偏移算法的核心是波场延拓,传统波场延拓以水平基准面为边界条件,基于固定采样步长进行规则网格剖分,采用阶梯近似法处理起伏地表和复杂构造界面时会产生台阶散射,严重影响起伏地表复杂构造的成像精度.基于无网格节点模型,定量分析了弹性波模拟中径向基函数有限差分法的频散关系和稳定性条件.基于此,提出一种基于QR径向基函数的高精度有限差分方法,并提出一种优化的起伏地表自适应节点剖分方法,推导了精确的无网格自由边界条件和弹性波无网格混合吸收边界条件,形成了新的基于无网格的起伏地表弹性波数值模拟方法.此外,本文将此无网格径向基函数有限差分方法应用于精确的纵横波场矢量分解公式,实现了起伏地表弹性波逆时偏移成像.通过对高斯山丘模型,起伏凹陷模型和起伏地表Marmousi-2模型进行数值试算,验证了本文方法的有效性和可行性.

基于广义坐标变换的起伏地表频率域波动方程正演模拟与逆时偏移

高效精确的波动方程正演模拟是地震偏移成像和参数反演的核心,频率域的有限差分方法在正演模拟具备一定优势,包括能够在多震源模拟中计算效率更高,在选择网格间距时更具有灵活性等.然而,这种方法在处理起伏地表问题上较为困难.为了解决起伏地表情况下的频率域波动方程正演模拟与逆时偏移问题,我们提出通过建立广义坐标系,利用传统笛卡尔坐标系到起伏地表坐标系的映射关系,在起伏地表条件下高精度地模拟地震波传播波场.在此基础上,进一步讨论了实现频率域逆时偏移的可行性.并使用均匀模型和Foothills模型的数值测试来验证本文方法基本流程的有效性和计算效率.结果表明,在进行复杂地表场景的频率域地震成像和反演时,本文方法具有作为正演建模求解器的潜力.

起伏地表条件下基于无网格有限差分方法的频率域声波波动方程数值模拟

随着地震勘探对象日趋复杂,能精确描绘起伏地表、复杂地质构造的数值模拟方法显得十分重要。本文将基于无网格有限差分方法发展至起伏地表条件下频率域数值模拟中:无网格节点理论上能够适应任意地表和地质构造;有限差分方法具有计算效率高、内存占用小、模拟精度较高等优点。因此基于无网格的有限差分方法既保证了高效率又适用于不规则地表。此外,本文将完全匹配层(PML)吸收边界条件引入基于无网格有限差分频率域数值模拟中以压制边界反射,并对比了简化PML、经典PML以及复频移PML方法压制边界反射的效果;随后将起伏地表条件下压制边界反射效果较好的复频移PML方法应用到基于无网格与规则网格数值模拟的对比中,其中波场快照、地震记录以及地震子波波形对比结果都验证了基于无网格有限差分方法数值模拟的有效性。最后,将本文数值模拟方法应用到起伏地表的Marmousi模型与实际资料中,进一步验证了该方法的有效性与应用性。

基于SEG起伏地表模型数据的偏移方法比较

介绍了SEG起伏地表逆掩断层模型的特点,并以该模型数据为试验的原始地震数据,在理论模型速度和通过道集速度分析得到的速度2种条件下,分析对比了常规叠后时间偏移、水平地表叠前时间偏移、起伏地表叠前时间偏移和起伏地表叠前深度偏移的结果。

起伏地表叠前逆时偏移理论及GPU加速技术

从起伏地表直接进行叠前逆时偏移是解决地表起伏大并且地下构造复杂这种双复杂结构地区成像问题的有力工具.本文给出了起伏地表直接进行叠前逆时偏移的实现过程,针对有限差分方法处理起伏地表自由边界条件的复杂性,采用了一种简化的自由边界条件,避免了大量的逻辑判断,在此基础上,采用图形处理器(GraphicProcessing Unit,简称GPU)将算法加速,比传统的CPU计算速度提高了一个数量级.文中对理论模型进行了计算,并与起伏地表直接进行单程波叠前偏移方法做比较,结果表明:起伏地表叠前逆时偏移有效突破了成像倾角限制,对起伏地表浅层构造以及地下高陡构造成像效果显著提高.关于逆时偏移成像噪音去除以及存储量等问题,笔者已有文章介绍,本文将不再涉及.

起伏地表直接叠前时间偏移

针对起伏地表直接进行叠前时间偏移是目前复杂山地地震资料叠前成像处理的方向。如今研究的侧重点是通过参考面计算起伏地表条件下的地震波走时,进而进行叠前时间偏移,但是这一过程存在两个问题:其一是参考面选择不当会因高差和替换速度的不准确而带来走时计算误差;其二是地震数据经常规处理返回到采集地表面时可能破坏高频静校正效果。基于此,本文提出了以共成像孔径面为参考面且在共反射点道集上进行剩余时差校正的起伏地表叠前时间偏移的方法。文中分别应用简单模型、SEG起伏地表模型以及实际资料对该处理方法进行了测试,表明该方法是有效的。

贴体网格各向异性对坐标变换法求解起伏地表下地震初至波走时的影响

笛卡尔坐标系中的经典程函方程在静校正、叠前偏移、走时反演、地震定位、层析成像等很多地球物理工作中都有应用,然而用其计算起伏地表的地震波走时却比较困难.本文通过把曲线坐标系中的矩形网格映射到笛卡尔坐标系的贴体网格,推导出曲线坐标中的程函方程,而后,用Lax-Friedrichs快速扫描算法求解曲线坐标系的程函方程.研究表明本文方法能有效处理地表起伏的情况,得到准确稳定的计算结果.由于地表起伏,导致与之拟合的贴体网格在空间上的展布呈各向异性,且这种各向异性的强弱对坐标变换法求解地震初至波的走时具有重要影响.本文研究表明,随着贴体网格的各向异性增强,用坐标变换法求解地表起伏区域的走时计算误差增大,且计算效率降低,这在实际应用具有指导意义.

VTI介质起伏地表地震波场模拟

起伏地表下地震波场模拟有助于解释主动源和被动源地震探测中穿过山脉和盆地的测线所获得的资料.然而传统的有限差分法处理起伏的自由边界比较困难,为了克服这一困难,我们将笛卡尔坐标系的各向异性介质弹性波方程和自由边界条件变换到曲线坐标系中,采用一种稳定的、显式的二阶精度有限差分方法离散(曲线坐标系)VTI介质中的弹性波方程;对地表自由边界条件处理时采用了一种修饰的差分算子来计算弹性波方程中的混合导数项在自由边界上的法向导数.兰姆问题的解析解与本文的数值解对比结果表明该方法可以有效地处理自由地表边界条件.模拟实例表明:起伏地表对地震波场有重要影响,各向异性导致弹性波波前形状复杂且具有明显的方向性.

起伏地表叠前时间偏移处理流程及其应用研究

复杂山地地表高程变化剧烈,影响速度分析和速度建模,造成偏移归位不准确。为消除山地地震资料偏移处理因高程变化大引起成像聚焦变差的问题,有效避开低信噪比下的深度域速度建模,提出了一套基于起伏地表叠前时间偏移的处理流程,主要处理步骤包括成像基准面构建、基于成像基准面的速度模型更新和起伏地表叠前时间偏移。构建成像基准面的目的是使获得的速度模型与实际速度模型最大程度相吻合;基于成像基准面的速度模型更新能使速度模型更有效地收敛;还原实际炮、检点关系的起伏地表叠前时间偏移提高了时间偏移的聚焦能力。西部某山区实际资料的处理结果表明,采用该处理流程得到的剖面品质高、分辨率显著提升、断点清晰、断面刻画明显,为后续解释工作提供了很好的资料。

起伏地表条件下的合成平面波偏移及其并行实现

基于波动方程的延拓方法保持了波场的动力学和运动学特征,能很好地克服时移静校正法(使波场产生畸变)的不足,消除地表起伏的影响,将非水平观测界面记录改造为水平观测界面(新基准面)记录。在重建的水平基准面上进行平面波源和平面波源记录的合成,可克服以往由于地形起伏而无法进行平面波源和平面波源记录合成的问题,完成起伏地表条件下的平面波偏移。为了进一步提高运算效率,可按照将平面波的不同入射角、不同频率范围分配到各个节点的原则,进行MPI并行计算,可成倍地提高计算效率。具体步骤如下:①将共炮集数据延拓至最低起伏面以下的新基准面;②从延拓后的共炮集数据中抽出共接收点道集;③将共接收点道集延拓至最低起伏面以下的新基准面;④从延拓至新基准面的接收点道集中抽出共炮集数据。上述整个过程相当于将观测系统下移至新的基准面。模型试算及实际资料处理结果表明,基准面重建后的并行平面波深度偏移结果与基于原始炮记录应用波场直接下延法得到的深度偏移数据的效果相当,但是前者的计算效率随着应用节点数的增多而成倍地提高。

基于有效邻域波场近似的起伏地表保幅高斯束偏移

随着我国陆上地震勘探向复杂地表探区的转移,高精度、适应性强的地震成像方法在地震资料的处理、解释及后续属性分析、储层预测中具有重要意义.本文基于有效邻域波场近似理论发展了一种成像精度更高且适用于复杂起伏地表条件的叠前保幅高斯束偏移方法.在传统水平地表高斯束偏移的基础上,本文根据中心射线附近有效邻域内高斯束表征的近似波场,导出了起伏地表条件下具有相对振幅保持的高斯束偏移公式,并给出了一种精度更高的旁轴射线传播角度计算方法.同现有的高斯束偏移方法相比,本文方法不仅考虑了起伏地表对高斯束走时的线性影响,而且首次引入了由地表高程差异和近地表速度变化引起的二次时差校正项和振幅校正项,使得成像结果更加准确可靠.两个典型模型算例验证了本文方法的正确性和有效性.

起伏地表弹性波传播的间断Galerkin有限元数值模拟方法

间断Galerkin有限元法(DG-FEM)作为一种有效的高阶有限元法受到了国内外学者的广泛关注.本文基于任意高阶间断Galerkin有限元法对弹性波方程进行空间离散,并将离散后所得的非齐次线性常微分方程系统齐次化,最后结合针对齐次问题的强稳定性保持龙格库塔(SSP Runge-Kutta)算法,将DG-FEM推广至时间任意高阶精度.另外,借鉴近最佳匹配层(NPML)的思想,基于复频移(CFS)拉伸坐标变换推导了一种新的PML吸收边界条件(简称为CFS-NPML),该CFS-NPML能够与DG-FEM算法很好地结合,形成有效的起伏地表地震波传播数值模拟技术.数值试验结果表明,DG-FEM具有高阶精度,可以适应任意复杂起伏地表和复杂构造情况下的弹性波传播数值模拟.同时,CFS-NPML对包括面波等震相的人为边界反射都具有良好的吸收效果.

2维和2.5维起伏地表直流电法有限差分数值模拟

起伏地表直流电场数值模拟现多采用有限元法,主要是因为其有灵活的处理曲边界的能力,然而有限元法比有限差分法要复杂,如果让有限差分法也同样具有较好的处理曲边界的能力,那数值模拟将变得更为简单.本文通过在非正则内点处采用不等距差分,在起伏地表点处直接实现边界条件,克服转移法人为改变地表形状的弊端,使得基于笛卡尔网格的有限差分法有了较强的处理曲边界的能力.通过2维和2.5维的水平地表数值解和解析解的对比,以及2维起伏地表情况下数值解和保角变换理论解的对比,均说明该方法的有效性.最后例举了一些数值计算实例.

三维起伏地表条件下地震波走时计算的不等距迎风差分法

三维起伏地表条件下的地震波走时计算技术是研究三维起伏地表地区很多地震数据处理技术的基础性工具.为了获得适应于任意三维起伏地表且计算精度高的走时算法,提出三维不等距迎风差分法.该方法采用不等距网格剖分三维起伏地表模型,通过在迎风差分格式中引入不等距差分格式、Huygens原理及Fermat原理来建立地表附近的局部走时计算公式,并通过在窄带技术中设定新的网格节点类型来获得三维起伏地表条件下算法的整体实现步骤.精度及算例分析表明:三维不等距迎风差分法具有很高的计算精度且能够适应于任意三维起伏地表模型.

起伏地表复杂介质波动方程有限元数值模拟方法

波动方程数值模拟是深入研究地震波传播规律的有效方法.有限差分法因其方法简单、精度高而得到了广泛的应用.但其缺点是不能准确模拟具有复杂几何形态的物性界面.因而当遇到起伏地表或复杂构造时,求解精度低.为了准确模拟起伏地形、复杂构造和复杂介质条件下的地震波场,本文采用有限元法模拟二维声波方程.用三角形单元模拟地形和速度界面;把单元内的场和波速均看作单元上的线性函数,以适应复杂介质压制边角散射;采用吸收边界条件去除来自截断边界上的反射;采用集中质量矩阵和集中阻尼矩阵使得显式时间递推无需对矩阵求逆,提高了计算效率.对模型的计算表明该方法正确有效.

起伏地表条件下的波场上延法叠前深度偏移

直接从起伏地表开始的叠前深度偏移方法是分析复杂地表和复杂地质体成像的有效手段。借鉴Beasley和Lynn提出的“零速层”的概念与Reshef提出的“逐步累加”法的思路,根据地震波在真实介质中的传播特性及波的可叠加性,利用“波场上延”法,实现基于相移(时间域)法上延和频率空间域有限差分(深度域)法(ω-xFD)上延的波动方程法叠前深度偏移成像。理论分析和模型试算结果表明,深度域“波场上延”法是解决起伏地表和地下复杂构造双重成像的一种有效方法,实现了波动方程基准面校正和深度域成像的有机结合,其有效性和准确性使该方法可用于实际资料的处理,有较好的应用前景。

Lebedev网格黏弹性介质起伏地表正演模拟

在前人研究的基础上,采用一种新的交错网格(Lebedev网格)进行曲坐标系下的黏弹性介质正演模拟,避免了标准交错网格在处理曲坐标系方程时进行波场插值而引入的数值误差,从而提高了模拟精度。在正演模拟的过程中,首先基于广义标准线性固体,推导了曲坐标系下黏弹性介质的波动方程,随后利用在各向异性介质中使用的Lebedev网格有限差分方法对波动方程进行了离散化,在地表附近采用牵引力镜像法来实施自由表面条件,其他三个边界引进多轴卷积完全匹配层技术提高吸收效果,最后通过模型试算分析了黏滞性的引入以及地形起伏对波场的双重影响,并验证了引入的边界条件具有较好的吸收效果。模型试算结果表明,由于黏弹性介质中吸收衰减的影响导致地震波能量降低且主频向低频端移动,同时由于速度频散导致走时差异及波形变化。

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。

起伏地表组合震源地震波场定向方法

多个震源组合激发通过改变激发延时,可以得到沿某方向传播的地震波场,即定向地震波场激发技术,它可用于特定目标体的照明与探测之中.本文以水平地表的组合震源定向激发原理为基础,推导了倾斜地表情况下的组合震源定向激发公式,并计算绘制了其理论方向图.另外本文将组合震源波场定向方法推广至任意起伏地表,根据惠更斯菲涅尔原理,提出了旋转坐标方法,即将水平坐标旋转至定向波场传播方向法向的倾斜坐标,可方便地计算震源传播至定向波场波前面的走时,作为组合震源的激发延时.根据本文提出的方法,我们分别计算了倾斜地表条件与复杂地表条件定向地震波场的组合震源延时参数,通过波动方程数值模拟技术得到的波场快照验证了本文方法的有效性.