OBN地震数据成像处理基本逻辑与关键方法技术

海洋油气勘探逐渐进入深水深层勘探领域,地下地质构造复杂(横向变速剧烈)、目标油藏复杂(由以构造油气藏为主转向构造与地层岩性油气藏并重),同时还可能伴随海底地形及附近岩性的复杂变化,所有因素促使海洋油气地震勘探技术不断变革。提高海洋油气勘探效益的首要问题是发展尽可能满足高精度地震波成像需求的地震数据采集技术及对应的高精度地震波成像技术。当前,无论海上和陆上油气地震勘探,“两宽一高”地震数据采集技术和全波形反演(FWI)/最小二乘逆时偏移(LS_RTM)为代表的地震波成像技术是标志性的领先技术。海上油气地震勘探中,海底节点(OBN)地震数据采集是目前业界公认的、最有可能真正实现“两宽一高”地震数据采集的技术。与拖缆数据采集相比,OBN数据采集具有宽方位照明、数据信噪比高、无检端鬼波、存在实测的(至少一阶自由表面相关)下行波场、四分量观测等优点。尤其是宽方位照明和存在至少一阶自由表面下行波场的特点,使得OBN数据具备了对中深层复杂构造和近海底介质进行高精度成像的能力。着重讨论了高精度地震波成像对地震数据采集的要求,指出OBN数据采集在海洋油气勘探中的必要性;分析了OBN数据采集的地震波场的特点,据此提出OBN数据地震波成像处理的基本逻辑及相应的关键技术;认为海洋油气勘探中地震波成像处理的特殊问题主要由特征反射层引起,海水面、海底面和地下介质中若干强反射层构成了这些特征反射层,提出了模型驱动波动理论特征反射层相关多次波预测与压制的技术路线,并对比了几种代表性的多次波预测的基础理论;指出对应当前的线性化偏移成像算子叠前数据域与叠前成像域是等价的,据此以成像道集后处理为中心,给出期望成像道集的定义,将弱旁瓣、定量的反射系数作为保真高分辨地震波成像的目标,在两个域中尽可能完美实现地下同一反(绕/散)射点、不同炮检距反(绕/散)射子波的同相位叠加,尽可能好地实现保真高分辨带限反射系数的成像;提出最好把带限反射系数成像推进到宽带波阻抗成像的技术路线;结合OBN数据的特点,给出了OBN数据地震波成像处理的基本技术流程,指出各环节的关键方法技术。最后,针对OBN数据四分量观测的特点,指出是实际观测的多波地震波场中的波现象(主要是P_SV波)与地震波传播及模拟理论不匹配导致了当前多波成像结果达不到预期,建议重点研究实际观测的多波地震波场中的波现象与地震波传播及模拟理论不匹配的物理根源,而不是发展更高端的矢量波成像算法。期望本文的思想观点对OBN地震勘探在海洋油气勘探中的进一步应用产生积极的促进作用。

深度域保真与高分辨期望成像子波

地震分辨率在地震数据采集、地震波成像处理和地震地质解释各阶段都具有非常重要的指导性意义。以地震子波主频、优势频带甚至倍频程为标志的地震分辨率描述方法已经不能满足当前及今后以岩性储层描述为目标的地震勘探需求,需要给地震分辨率赋予新的内涵。根据地震波反演成像理论,指出决定成像结果分辨能力的是Hessian算子(或成像子波),而决定Hessian算子的因素包括激发和接收地震子波、采集孔径(宽方位和长偏移距)、偏移速度场和偏移算子。认为成像子波完整的振幅谱形态决定了它的分辨能力。从成像分辨率定义切入,讨论了地震分辨率的内涵及其影响因素,将地震分辨能力归结为成像剖面上成像子波的分辨能力,进一步分析认为拥有低中频占优的宽带振幅谱的成像子波具有更强的分辨能力。根据深度域保真与高分辨成像子波的物理含义及给定目标层位保真分辨的需求,提出了期望成像子波的概念,给出了当前成像子波的旁瓣不畸变相邻地层反射子波的主瓣幅值是保真分辨的定义,保真分辨是高精度宽带弹性参数(宽带波阻抗)重构的必要条件。上述与成像分辨率相关的新概念对以宽方位、宽频带、高密度和高信噪比地震数据采集技术+FWI反演成像技术为代表的新时期的实际地震数据的采集、成像处理和地震地质解释具有更明确的指导意义。

复杂地表探区地震勘探的认识及地震数据成像处理的观点

油气地震勘探已经进入了复杂地表、复杂构造、复杂储层和深层目标勘探的阶段,“两宽一高”地震数据采集也已经成为业界的共识。我国西部各油气盆地的山前带/前山带探区已经成为我国油气资源的战略接替区域,并取得了不错的勘探效果。但是,这并不说明我们已经完全解决了“双复杂”探区地震勘探的核心技术问题。首先,界定山前带地震数据成像处理的根本问题在于基于剧变道间时差和低信噪比数据如何建立满足偏移成像要求的速度模型,从勘探地震介质系统的线性性及地震波成像本质是实现地下同一反射点处不同偏移距反射子波的同相位叠加的角度、从道间时差破坏局部线性同相轴线性相位特征的角度、从时间域成像处理与深度域成像处理的分界点在于基于风化层底面之上的速度模型进行静校正后CMP道集中同相轴是否满足双曲时距关系的假设的角度、从当前线性化的层析速度反演仅能估计背景光滑速度的角度、从线性化的偏移成像仅仅依赖于背景光滑速度模型的角度,全面分析了解决山前带地震数据成像处理问题的根本逻辑和方法技术流程,指出以道间时差消除为中心的数据预处理+小平滑基准面+全深度域地震波成像是解决山前带地震数据成像处理问题的正确技术路线。

针对岩性储层的定量地震波成像

油气地震勘探目标越来越复杂。碎屑岩储层、火山岩储层、碳酸盐岩储层、非常规储层都已成为油气勘探的目标。地震波成像技术由定性的、带限反射系数为成像目标转为定量的、宽带波阻抗为成像目标,这是面对复杂储层勘探时的必然选择。带限反射系数定性地刻画深度域三维空间地下介质几何结构;宽带波阻抗定量地描述深度域三维空间地下介质岩性变化。后者更适于复杂岩性储层的描述。无论是定性的带限反射系数为目标的地震波成像还是定量的宽带波阻抗为目标的地震波成像都是信息不足情形下的参数估计问题。无论叠前地震数据或是与待估计参数有关的先验信息,在复杂构造和(或)复杂岩性变化情形下,都不满足高精度成像的要求。在大数据和机器学习技术已经普及的情况下,定量的、信息融合理念下的地震波成像技术路线也是不可回避的。为此提出了一条针对岩性储层的定量地震波成像技术路线:特征波反演成像(characteristic wave inversion,CWI)+信息融合宽带波阻抗建模(wide band impedance modeling,WBIM)方法技术系列。本质上,它是将FWI宽带波阻抗反演分解成背景速度建模、背景密度建模、线性化的宽带反射系数估计这三个凸性更好的反问题进行求解。关键是我们并没有将宽带波阻抗估计提成一个非线性的反演问题来求解,而是转化成一个信息融合问题,把已有的、认为最好的背景速度建模、背景密度建模、线性化的宽带反射系数估计结果,通过提出和求解一个约束非线性优化问题,重构出宽带波阻抗模型。这样做完全避开了反演求解宽带波阻抗时的不稳定、不收敛问题,同时在此过程中还可以进一步引入其他先验信息,通过将这些先验信息合理地融入到当前已有的反演成像算法中,在信息融合这一步继续提升宽带阻抗建模的精度。这是不同于目前常规波阻抗反演的一种新的宽带波阻抗建模方法技术,建模结果稳定,地质含义更清楚。宽带波阻抗模型各波数带的信息来源清楚,低频(低波数)来自背景波阻抗,高频(高波数)来自高分辨带限反射系数成像。中频成分的补充依赖于背景速度建模和构造成像精度的提高,也依赖于带限反射系数成像包含更充分的低中频信息(期望的带限反射系数是Gauss型的反射系数)。首先分析了定量地震波成像的理论基础;在此基础上,针对面向岩性油藏的定量地震波成像问题提出了定量地震波成像的技术路线(CWI+WBIM);把宽带波阻抗分为低波数带、中波数段、高波数带和超高波数带,分析了不同波数带波阻抗成分(包括背景阻抗和四种类型的带限反射系数(脉冲型反射系数、Gauss型反射系数、期望子波型反射系数、Ricker子波型反射系数)对宽带波阻抗建模的影响,形成了宽带波阻抗建模的技术流程。指出了定量地震波成像的核心不在于低波数背景阻抗建模结果的定量化,而是宽带反射系数成像结果的定量化。实际数据情况下,定量的宽带反射系数的获取首先依赖于保真的地震成像,然后是保真成像结果的频带展宽,最后是用测井反射系数标定地震反射系数的量级。理论数据和实际数据的测试结果证明了所提出的针对岩性储层的定量地震波成像技术的可行性、有效性和实用性。

基于改进CGAN算法的工控系统入侵检测方法

文章提出一种改进的CGAN算法,利用Wasserstein距离衡量合成样本与真实样本之间的距离,解决了忽略CGAN中两类样本重叠导致生成器梯度消失的不稳定问题,并在具有不平衡率的UCI数据集上验证了算法的有效性。文章还构建了WCGAN-SVM工控系统入侵检测模型,并在工控数据集SWaT上进行验证。实验结果表明,与SVM相比,该方法检测攻击样本的准确率提高了3.51%,漏报率和误报率分别降低2.29%和2.19%。

基于单频走时敏感度核函数的三维波动方程初至层析

地震波走时层析是主要的近地表速度建模技术.对于变速模型,尤其是复杂近地表模型,波动方程能够更加精确地描述地震波的一阶绕射效应,理论上反演精度高于射线(束)类层析.然而,波动方程的数值求解的计算量较射线理论增加了几个数量级,严重制约了波动方程走时层析技术的三维实用化.为解决波动方程走时层析中遇到的计算和存储问题,本文通过引入随机边界条件以及离散Fourier积分,提出了基于单频梯度反演策略的实用化三维波动方程初至层析方法.本文方法的优势在于:在计算和存储方面,相比于基于波场重构算法(需要三次波传播)的梯度计算策略,本文提出的单频梯度计算方法对内存需求极低(相对于波动方程正演,仅需要增加两个单频波场以及一个成像体),且计算量至少减少1/3(仅需要两次波传播且无需处理数值吸收边界).此外,随机边界的引入使得正演算法大幅简化因而更适用于GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器)加速.在理论层面,由于影响地震波一阶散射效应的主要区域集中在连接炮检的中心射线邻域的第一菲涅尔带内,随机边界条件的引入降低了随机边界内产生的散射波的空间相关性,使得第一菲涅尔带内的单频梯度相干加强;同时,地震观测系统的多次覆盖特性有助于第一菲涅尔带外的高波数振荡相互干涉.数值实验表明,光滑处理后的单频梯度仍然保留了非常可观的低波数成分,有助于实现背景速度反演.此外,三维复杂模型反演结果验证了本文方法能够较为准确地反演近地表速度结构.相对于传统的波动方程走时层析实现方案,本文方法在显著降低内存需求的同时进一步提高了计算效率,有望将波动方程初至层析技术推向三维实用化.

标量声波方程前向散射场的保相位理论及其线性化近似

传统的波动方程线性化近似理论,如一阶Born近似或Rytov近似等,均隐含“弱散射”假设,因此仅适用于弱扰动模型.为克服“弱散射”假设的制约并将波动方程线性化近似理论推广至强扰动模型中,提出了适用于预测前向散射波相位扰动的保相位理论.通过将标量声波方程Rytov变换得到的非线性Ricatti方程中关于未知解(即散射场复相位)的积分,在Wentzel-Kramers-Brillouin-Jeffreys(WKBJ)近似下转化为对散射角和模型扰动的积分,给出了前向散射场相位扰动的显式积分表达.理论推导表明:对于一维波传播问题,保相位理论可以精确预测任意速度扰动模型中前向散射波的相位扰动.对于小角度前向散射,保相位理论可以进行线性化近似,得到广义Rytov近似.数值实验表明,对于高维问题,相比于一阶Rytov近似,广义Rytov近似可以更好地预测前向小角度散射场的相位扰动,且适用于强速度扰动模型.广义Rytov近似拓展了Rytov近似的成立条件和适用范围,可以直接应用于地震层析成像及医学超声透射成像中,从而降低层析反问题对初始模型的依赖性并加速反演收敛.

外源钙缓解小麦幼苗盐胁迫的作用机制

【目的】探究自噬参与调控外源钙维持盐胁迫下小麦幼苗稳态的机制,为进一步揭示植物盐胁迫应答机制提供分子证据。【方法】以小麦品种河农6425为材料,通过水培培养小麦幼苗,利用叶绿素荧光、组织原位染色、荧光定量PCR、激光共聚焦显微镜等生理及分子生物学技术开展研究。【结果】150 mmol/L NaCl胁迫显著抑制小麦幼苗生长,导致光系统II(photosystem II, PSII)受损,抗氧化能力减弱,细胞活力降低,自噬活性升高。随着NaCl处理时间的延长,小麦幼苗根和叶片中的自噬小体显著增多,细胞程序性死亡(programmed cell death, PCD)水平升高。正常条件下,外源施加Ca^(2+)对小麦幼苗根和叶片中自噬小体数量没有明显影响。而在NaCl胁迫下,外源Ca^(2+)处理能够在一定时间内维持NaCl胁迫诱导的自噬维持在促存活的水平,减少PCD。【结论】Ca^(2+)通过调控小麦幼苗根和叶片的自噬水平限制PCD的规模,缓解NaCl胁迫对小麦幼苗的损伤。

基于ISSA-LightGBM的工控入侵检测研究

提出了一种结合改进的麻雀搜索算法(ISSA)和轻量级梯度提升机(LightGBM)的工控入侵检测模型,它可以在不牺牲检测性能的情况下具有高速处理大量工业数据的能力。本文采用改进的ISSA算法解决LightGBM超参数调整困难的问题,首先引入离散解码策略,避免整形超参数出现小数;其次,优化了初始种群的生成方式,提高了种群多样性;最后,改进了算法的位置更新函数,使算法具有更优的全局搜索能力。将ISSA运用到LightGBM入侵检测模型进行参数寻优,针对海量标准工控网络数据集的研究结果表明,该方法具有更高的检测精度和时间效率,特别适合处理大量工业数据。

小麦烯醇化酶基因ENO2的可变翻译分析和原核表达

【目的】鉴定重要农作物小麦(Triticum aestivum L.)上参与糖酵解的烯醇化酶家族成员ENO2编码基因TaENO2,分析TaENO2的可变翻译特征及产物蛋白的烯醇化酶活性。【方法】采用生物信息学方法鉴定小麦基因组中的TaENO2基因;选择1个TaENO2为代表,以原生质体为受体通过外源表达方法分析该基因的可变翻译产物,通过原核表达和亲和层析过程纯化该基因的重组蛋白产物并测定其烯醇化酶活性。【结果】小麦的六倍体基因组中含有3个部分同源的TaENO2基因,3个基因的产物蛋白含有保守的烯醇化酶活性中心,编码烯醇化酶蛋白序列第94位甲硫氨酸残基(M94)的ATG密码子(ATG^(M94))是潜在的内部可变翻译起始位点。在原生质体中,外源导入的TaENO2表达出定位于细胞质和细胞核的全长产物烯醇化酶和定位于细胞核的N端截短产物转录抑制因子TaMBP-1两种蛋白,而外源导入的突变ATG^(M94)后的TaENO2基因只表达全长产物烯醇化酶。获得了纯度较高的可溶性重组蛋白GST-TaENO2,该重组蛋白在体外能够催化由2-磷酸-甘油酸(2-PGA)向磷酸烯醇丙酮酸(PEP)转变的烯醇化酶反应。【结论】小麦基因组含有3个烯醇化酶ENO2编码基因TaENO2。在外源表达的情况下,TaENO2表现可变翻译特征,可分别从第一起始密码子和内部ATG^(M94)密码子处起始表达出全长形式的烯醇化酶蛋白和N端截短形式的TaMBP-1蛋白。原核表达的重组蛋白GST-TaENO2具有体外烯醇化酶活性。

Bayes决策理论下的速度谱智能化解释及建模方法

高精度的速度建模作为强非线性问题,需要一个比较正确的初始速度模型,而基于CMP道集的初始背景速度扫描估计是最稳健的方法。面对规模巨大的CMP道集,研究智能化的初始背景速度扫描估计方法是有必要的,其核心是合理的速度谱解释。这可以看作是基于速度谱解释人员的先验知识和层位约束信息,在Bayes决策意义下,在高维速度谱数据体中,以风险决策函数值最小为原则、挑选最合理的时间—速度(TV)对。为此,提出了一套以人工交互拾取速度谱逻辑思想为指导的决策框架。首先生成速度谱数据体及类叠加剖面,通过计算相干属性从类叠加剖面提取层位结构;再依据结构信息对速度谱能量团进行K均值聚类,对于每个类别以先验信息和数据空间分析的统计信息为约束,自动迭代搜寻使代价函数最小的TV对;最后通过插值平滑生成速度场,且经过基于统计量约束的质量控制降低了横向不连续性。该方法将层位信息的利用贯穿到从聚类到自动拾取的整个过程,并且将解释人员的先验认识及邻域拾取结果量化为自动拾取时的约束量,体现了速度谱解释的智能化,缩短了速度建模周期。

Gabor框架下的各向异性介质扰动高斯波包模拟与成像方法

地球介质广泛存在波动各向异性,为研究地球内部结构、组分提供了新的信息.现今,考虑介质的各向异性在地震波传播、成像以及反演中的作用越来越重要.高斯波包/束类正反演方法因其具有高效、简便等特点,近年来在地震背景速度建模和成像方面取得了较大进展.因此,在拟声学近似下,本文发展了基于Gabor框架的各向异性介质扰动高斯波包模拟与成像方法.与传统的网格化参数扰动方式不同,本文用空间分布的局部化Gabor基函数特征表达地下介质的参数扰动,建立了模型域Gabor函数与数据域高斯波包的映射关系.该方法继承了各向同性高斯波包的优势和特点,例如(1)基于Gabor框架的扰动高斯波包模拟具有计算效率高、内存占用量小的特点;(2)可以处理多波至,能应用于复杂构造(盐丘、气云边界)和中深层构造的成像;(3)利用Gabor函数可以稀疏表达地下的构造,适合目标导向的灵活成像;而且,(4)相较于各向同性高斯波包成像方法,考虑介质的各向异性后,本文的模拟结果更加准确,成像剖面同向轴能量更加聚焦.通过数值实验对本文方法进行测试,实验结果证实了该方法的有效性、高效性和灵活性.

基于相对熵准则的CMP道集Q扫描

地下介质的大地滤波效应(主要包括薄层叠合效应、散射效应和非弹性效应等)使地震信号振幅变小、频带变窄、主频降低、相位畸变,这可用等效Q值引起的效应表示。合理估计等效Q值并进行相应的Q值补偿对提高地震资料的分辨率十分重要。吸收衰减是一个累积效应,当地层Q值一定时,地震子波的衰减现象随传播距离/时间的增加和频率的增大而愈明显,即深层、远炮检距反射子波的能量和高频成分衰减更严重。为此,假设地层为水平层状、反射同相轴满足双曲线规律,已知地下均方根速度模型,利用CMP道集,沿双曲线轨迹开时窗以提取单个衰减子波;然后选取一组Q值,在频率域对衰减子波振幅谱做Q值补偿处理,依据不同炮检距处补偿后地震子波振幅谱一致性最佳原则估计水平地层的等效Q值。该方法需要一个合适的度量准则,因此对比、分析了相似系数、质心频率和KL散度、JS散度等准则。实验表明,在选取合适频带范围(如0~60 Hz)后,JS散度准则对规范化后的振幅谱一致性度量的敏感性更高,抗噪能力更强;在合适的信噪比条件下,基于相对熵准则的CMP道集扫描估计品质因子方法可以得到比较稳定的等效Q值估计结果。

山前带地震勘探策略与成像处理方法

山前带地震资料信噪比低和道间时差剧变是引起此类地区成像困难的主要原因。本文从宏观速度估计的角度,分析了山前带勘探中野外数据采集、资料低信噪比和道间时差剧变等因素与后续成像处理的关系,认为速度建模是山前带成像处理的关键问题,山前带地震数据采集要以有利于近地表浅层速度建模和中深层宏观速度估计为目标。为此,本文提出了一套以宏观速度建模为核心的成像处理流程。在该流程中首先利用基于叠前深度偏移(PSDM)的扫描速度分析方法得到初始宏观速度场;再利用非水平地表射线束PSDM技术高效生成深度域成像道集;最后进行角度道集层析速度估计,为射线束PSDM提供更精细速度模型。压噪和消除道间时差是该流程的两个关键环节。本文强调尽可能用同相叠加方法压制噪声,通过选取合适成像基准面以消除或减弱高波数道间时差对叠前成像的影响;中低波数道间时差由后续速度分析及成像消除,将静校正问题置于速度建模过程中加以解决。理论模型和实际资料成像结果验证了本文思路的正确性及方法的有效性。

利用SRAP与SSR标记分析不同类型甜菜的遗传多样性

为选育优质甜菜新品种,指导种质资源引进和利用,为进行分子标记辅助选择育种提供科学依据,采用SRAP和SSR两种分子标记方法相结合,对甜菜单胚雄性不育系及保持系等49份材料进行遗传多样性分析。利用4个表型差异显著的甜菜品系对SRAP的64对引物组合及SSR的11对引物组合进行扩增,分别筛选出有效引物组合11对和9对。SRAP的11对引物组合共产生199条扩增带,其中有86条多态性带,多态性带的比率平均为43.7%。SSR的9对引物共产生35条扩增带,多态性比率为100%。全部材料的平均遗传距离为0.3860,平均遗传相似系数为0.6795,大约30%的材料遗传距离或遗传相似系数具显著或极显著差异。遗传相似系数平均值比较,多胚四倍体品系0.7264>单胚杂交组合0.7243>国外品种0.7060>多胚二倍体品系0.6908>单胚品系0.6837。在遗传距离0.20处,将49个甜菜材料划分为A、B、C、D4个类群,D类群又分为4个亚类,较好地显示了甜菜材料丰富的遗传多样性。表明不同甜菜品种具有相当高的异质性,国外与国内材料的遗传基础存在一定差异,但生产应用的甜菜品种间存在亲缘关系较近、遗传基础较窄的倾向。

地震波反演成像方法与技术核心问题分析

常规的地震反演成像分为偏移速度分析与层析成像、叠前深度偏移(角度道集产生)和AVA分析/反演3个重要环节,其中的关键技术是当前勘探地震学中的核心技术。全波形反演(FWI)是理论意义下十分完善的地震波反演成像理论框架。原则上,FWI可以把上述3项常规的反演方法技术合为一体,给出比较理想的反演成像结果。但是,由于叠前地震数据的不完备、地震波正演模拟方法不能很好地模拟实测地震波场、初始模型不够精确、地震子波的未知和空变,使得严格意义下的FWI方法尚不能很好地解决实际问题。通过叠前地震数据和地下介质模型的特征表达,提出把经典的FWI分成透射波层析成像、最小二乘叠前深度偏移成像和反射波层析成像3个线性化反演方法的串联,构成FWI反演成像的实用化流程。针对我国陆上地震数据的特点,指出做好浅层速度模型建立、背景速度模型建立、成像道集层析速度模型建立、最小二乘叠前深度偏移成像、张角及界面倾角道集的产生以及小角度成像道集波阻抗反演,是当前推进FWI反演成像方法技术应用与发展的关键所在。

适于大规模数据的三维Kirchhoff积分法体偏移实现方案

为适应实际生产中对大规模三维工区数据处理的效果及效率的要求,提出了按三维成像体输出成像结果的3D Kirchhoff积分法偏移实现方案.将地震数据按共偏移距道集形式排放,每个共偏移距数据的偏移类似于一个3D叠后Kirchhoff积分偏移,极大地降低了对计算机内存和局部盘及I/O通讯率的要求.每个地震道的成像(输出等时面)在由炮检点连线定义的旋转坐标系中进行,更好地考虑了偏移孔径计算及反假频处理.同时兼顾了超大规模地震数据PSTM成像处理中内存需求量、I/O通讯问题、并行处理方案及效率优化的细节问题.并行计算用偏移距号和每个共偏移距数据体中的线号作为一级和二级索引进行任务分解,更适应当前计算机集群中计算节点比较多的情况.最后考虑了在基本不影响效率的前提下的断点保护处理方案.理论及实际数据测试结果说明了该方案的可行性,与商业软件的对比验证了该方案的优越性.在此较完善的实现方案基础上,可以容易地把更优越的积分类偏移方法迅速推向实用化.

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.

压缩感知及其在地震勘探中的应用

压缩感知思想在油气勘探领域已经受到了充分的关注。主要体现在两个方面,一个是与随机采样有关的随机地震数据采集系统的设计与评价、同时源激发的混叠数据分离、空间非规则数据的规则化、地震数据的去噪和地震数据压缩(传输)等;另一方面是地震数据的特征表达、模型参数(如速度模型参数)的特征表达、模型特征表达情况下的地震波正演模拟以及对应的稀疏反演方法(包括多尺度反演方法)。前者可以直接借鉴信号和图像处理领域发展的各种方法;后者需要勘探地球物理学家及相关领域研究人员提出合适的思想和方法。来自以沉积地层为主的地下介质中的反射(绕射)波场是有特征的或可压缩的;以层状地层为主的模型参数也是可压缩的。这是压缩感知方法能用于地震勘探的基础。首先简述了压缩感知的基本思想,指出它是一套随机采样理论。然后阐述了无论是叠前地震数据或是叠前偏移成像结果都是可以稀疏表达的,压缩感知理论可以在地震勘探中得到有效应用。接着从随机采样、同时源激发的混叠数据的分离、高维数据规则化方面展示了压缩感知思想的应用。关于随机采样,指出当前地震数据采集的技术重点应该是更高效地实现"两宽一高"的数据采集。最后列举了压缩感知思想在特征数据提取、编码炮集成像和特征波场成像中的应用。

特征波反演成像理论框架

地震波反演成像的核心问题是将解一个非线性(较)强的反问题转化为提一个更凸的反问题并进行求解。存在强非线性性的主要原因是实测数据与要反演的模型参数之间的关系远非线性,其次是由于包含模型参数的控制方程不能很好地预测实际数据。因此,提出了特征波反演(characteristic wave inversion,CWI)成像的理论框架,基本思想是:不追求对实测波场全部波现象的模拟,而是模拟其中的部分特征波场;不一定追求波形逼近,但要尽可能利用到达时(相位)的逼近。相对于全波形反演(full waveform inversion,FWI),特征波反演由四个基本步骤组成:1特征波场(characteristic wave field,CWF)的提取;2波动理论的透射波层析成像;3波动理论的一次反射波层析成像;4最小二乘叠前深度偏移成像。特征波场提取是其中重要的环节,包含三重含义:1波现象的分解(譬如,矢量波分解成标量波以及一次波和多次波分解);2时空局部的、单震相的、带方向的带限波场的分解;3同相轴上地震子波的分解(譬如,提取子波的达到时、相位等)。特征波场提取基于压缩感知的框架进行,其它三个线性化的参数反演环节,首先考虑的是针对地下介质参数层状分布时的反射波反演成像,然后再考虑针对散射和绕射波的反演成像。数据域特征波反演在估计低波数速度信息时仅依赖同相轴上子波的到达时或/和相位信息,需尽量排除振幅对到达时和相位估计的影响。像域中的背景速度反演仅适宜基于到达时的反演,基于像的幅值的反演在理论上是不合理的。高波数参数估计时,首先进行方位角度反射系数的估计,在此基础上进行散射强度的估计。CWI技术系列是推进经典FWI走向实用化的正确途径,初步数值试验结果证明了上述判断。