基于归一化互相关成像条件的GPR逆时偏移成像

针对基于零时刻成像条件的探地雷达(GPR)逆时偏移精度低、难以对复杂结构进行高精度成像的缺点,将归一化互相关成像条件应用于GPR叠前逆时偏移成像。从二维GPR电磁波方程出发,采用基于完全匹配层(PML)边界条件的时域有限单元法(FETD)模拟电磁波正向和逆向传播,采用归一化互相关成像条件获取叠前逆时偏移的偏移结果,将空间高通滤波用于压制互相关过程中产生的低频噪声,然后编制相应的GPR叠前逆时偏移程序。在此基础上,建立2个复杂的GPR模型,利用基于归一化互相关成像条件的GPR逆时偏移程序进行计算,并与基于零时刻成像条件的GPR逆时偏移剖面进行对比。研究结果表明:与基于零时刻成像条件的GPR逆时偏移剖面相比,基于归一化互相关成像条件的GPR叠前逆时偏移剖面能更清晰地反映异常体空间形态和内部结构信息,其分辨率和成像精度更高。

基于归一化互相关成像条件的三维GPR叠前逆时偏移成像

探地雷达(GPR)逆时偏移能够实现绕射波归位和能量收敛,但在处理三维介质时,二维逆时偏移难以实现绕射波的准确归位和能量的完全收敛。为此,本文提出了一种适合多偏移距GPR数据的三维叠前逆时偏移成像算法。其中,空间8阶和时间2阶精度的高阶FDTD正演算法用于计算源点正传和接收点反传电磁波场,以提高GPR逆时偏移的计算精度;归一化互相关成像条件用于获取叠前逆时偏移剖面;拉普拉斯滤波用于压制互相关计算过程中产生的低频噪声。数值试验结果表明:三维逆时偏移可获得与真实模型相吻合的成像剖面;与二维逆时偏移剖面相比,三维GPR逆时偏移剖面能更清晰、准确地反映目标体的三维空间分布形态,成像结果的分辨率更好。实测GPR资料的应用进一步验证了本文提出的三维GPR叠前逆时偏移算法的有效性,其结果可更可靠地指导实测资料的解释。

波场分离互相关成像条件的叠前逆时偏移

对于陡倾角构造和复杂速度模型的成像,逆时偏移被认为是目前最好的偏移成像技术。然而,传统的互相关成像条件产生的低频率、强振幅的噪声严重地影响了有效信号的识别。为此,通过实现基于有限元法的声波方程的叠前逆时偏移,加载了完全匹配层吸收边界,压制了边界反射能量;并通过分析逆时偏移剖面低频噪声产的生原因,把震源波场和接收波场分离为单程波,然后对分解的波场选用有效分量进行互相关成像,以达到压制成像噪声的目的。通过数值模拟,并应用有效的波场成分进行互成像条件的处理,验证了该方法对压制成像剖面中的低频率、强振幅噪声的有效性。

逆时偏移中的归一化加权互相关成像条件及应用

成像条件是决定声波方程叠前逆时深度偏移效果的重要因素。常规的归一化互相关成像条件能补偿深部地层的反射波能量,但无法压制地震波逆时偏移过程中产生的偏移噪声。针对归一化互相关成像条件的主要缺陷,从二维声波方程出发,在交错网格空间中推导了声波方程逆时延拓的高阶有限差分格式和PML吸收边界条件,进而在对常规互相关成像条件分析的基础上对其进行改进,给出了一种加权互相关成像条件,即在成像过程中利用炮检波场的夹角进行加权校正,以实现只利用炮点下行波场与接收点上行波场进行成像的目标。模型数据和实测资料偏移结果表明,归一化加权互相关成像条件成像效果明显优于常规归一化互相关成像条件。

基于一阶弹性波方程的能量互相关成像条件

基于地震波场能量构建的能量互相关成像条件,具有易实现、物理意义明确及背向散射压制效果明显等优势.但是,目前构建的能量互相关成像条件仅适用于二阶弹性波方程,难以直接应用于一阶弹性波方程.为此,本文针对一阶弹性波方程,基于能量守恒定理及能量密度,构建以速度-应力为参数的能量范数以表征弹性波场能量,将速度-应力能量范数拓展为能量内积以提取弹性波场反射能量.震源端与检波端的基矢量正方向保持一致的基础上,构建得到可有效压制背向散射的弹性波能量成像条件.数值模拟结果表明:该成像条件可以得到背向散射压制、振幅有效保持的能量成像结果.

基于时间窗互相关成像条件的GPR逆时偏移成像

针对基于互相关成像条件的探地雷达(GPR)逆时偏移在地下介质的非反射点处易产生强噪声的不足,根据偏移速度模型中每个成像点的主反射时间,设计一个时间窗函数以压制时间窗外的噪声干扰,提出了一种基于时间窗互相关成像条件的GPR逆时偏移算法。其中,时域有限差分法(FDTD)用于计算正传和反传电磁波场,时间窗内正传与反传电磁波场的归一化互相关计算结果作为权系数作用于基于归一化互相关成像条件的GPR逆时偏移剖面,拉普拉斯滤波用于压制低频噪声。在此基础上,编制了基于时间窗互相关成像条件的GPR逆时偏移程序,利用该程序对两个典型的GPR模型的正演数据和实测数据进行计算,结果表明:相比于归一化互相关成像条件的逆时偏移结果,基于时间窗互相关成像条件的GPR逆时偏移剖面的低频噪声更弱、杂波干扰更小、空间分辨率更高、成像精度更好。

基于互相关成像条件的声波逆时偏移

近年来随着复杂构造成像需求的增加,逆时偏移成像成为研究的热点。零延迟互相关成像条件因其成像条件稳定性高,简单易于实现成为应用最为广泛的成像条件,但是该成像条件存在深层照明不足且保幅较差的缺点。归一化互相关成像条件能够很好地修正上述缺点。基于各向同性假设,采用二维声波速度-应力方程进行波场的延拓和重构,推导了交错网格中声波方程的差分格式并给出了稳定性条件。分别采用零延迟互相关成像条件和归一化的互相关成像条件对模型数据进行成像,对不同成像条件得到的偏移剖面进行了分析。

基于激发振幅成像条件的探地雷达逆时偏移成像

针对基于互相关成像条件的探地雷达(GPR)逆时偏移计算效率低、存储量大及易产生低频假象的不足,本文将激发振幅成像条件应用于GPR逆时偏移成像中.通过在源点电磁波场正向传播过程计算每个网格点的能量密度,并保存最大能量密度的时刻和相应的电磁波场值;在接收点电磁波场逆向传播过程提取每个网格点最大能量密度时刻及对应的电磁波场值,并利用保存的最大能量源点电磁波场及走时做归一化,从而获得了依赖反射系数成像剖面,避免了源点正向传播电磁波场的存储和重建.此外,为了提高电磁波场的模拟精度,采用了基于三角形剖分的时间域有限单元法(FETD)计算电磁波正向和逆向传播过程.最后通过模型试算表明:激发振幅成像条件相比于归一化互相关成像条件,成像结果低频噪声更弱,空间分辨率更高,计算效率提高了近2倍.

基于逆散射成像条件的最小二乘逆时偏移

最小二乘逆时偏移(LSRTM)相对于常规逆时偏移(RTM)具有分辨率更高、振幅更准确、噪音更少等优势,可以对复杂的地质构造进行有效的成像.这种迭代更新反演成像方法十分依赖目标函数的梯度质量和计算效率.当地质模型中存在强反射界面或者记录中存在折射波时,基于常规互相关成像条件(CCC)的最小二乘逆时偏移梯度会包含很强的低频噪音,从而使反演的收敛速度和成像质量降低.为此,本文在最小二乘逆时偏移的梯度中引进了逆散射成像条件来压制这种低频噪音,并以此提出基于逆散射成像条件(ISC)的最小二乘逆时偏移方法.数值模拟结果表明,两者计算耗时基本一致,但逆散射成像条件能高效压制梯度中的低频噪音,从而使反演过程中收敛加速,成像质量得到显著提高.

几种叠前逆时偏移成像条件的比较

叠前逆时偏移常用的成像条件主要有初至时成像条件、最大振幅到达时成像条件和互相关成像条件。初至时成像条件以成像网格点初至波的到达时间作为成像时间,计算速度快,适用于介质相对简单的情况。最大振幅到达时成像条件以成像网格点出现最大入射振幅的时间作为成像时间,选取能量最强的绕射波聚焦成像,提高了成像质量。互相关成像条件利用的是入射波和反射波的互相关,偏移前需要模拟整个放炮过程,计算量和存储量都很大,但能够充分利用全波场信息,可使各成像网格点多次成像,从而有效压制成像噪声。Marmousi模型叠前逆时偏移成像结果表明,互相关成像条件的抗噪性能优于初至时成像条件和最大振幅到达时成像条件,当偏移速度场足够准确时,互相关成像条件可以实现多次波成像。

基于Hilbert变换的全波场分离逆时偏移成像

逆时偏移方法利用双程波算子模拟波场的正向和反向传播,通常采用互相关成像条件获得偏移剖面,是一种高精度的成像方法.但是传统的互相关成像条件会在偏移结果中产生低频噪声;此外,如果偏移速度中存在剧烈速度变化还可能进一步产生偏移假象.为了提高逆时偏移的成像质量,可在成像过程中先对震源波场和检波点波场分别进行波场分离,然后选择合适的波场成分进行互相关成像.本文基于Hilbert变换,推导了可在偏移过程中进行上下行和左右行波场分离的高效波场分离公式以及相应的成像条件,结合Sigsbee 2B合成数据,给出了不同波场成分的互相关成像结果.数值算例结果表明,采用本文提出的高效波场分离算法以及合理的波场成分互相关成像条件可以获得高信噪比的成像结果.

子波延迟对逆时偏移成像精度的影响

共炮集数据叠前逆时偏移成像需要在深度方向对震源波场和接收波场分别进行正向和反向延拓,对于成像值的提取,传统的做法是两种波场延拓到所有时间相同时刻都要进行互相关,不同时刻互相关值叠加在一起就是所提取的成像值。通常假设下行波是脉冲波或最小相位子波时,都能得到准确的成像,但是对于实际地震资料,同相轴的拾取一般都追踪子波波峰,它相对于初始时间有一个短延续长度,因此采用互相关成像条件的叠前逆时偏移,其成像位置有一定误差。为此,利用有限元法波动方程叠前逆时偏移程序模拟地震记录并进行逆时偏移,讨论震源波场及接收波场中子波延迟对成像精度的影响。数值模拟试验表明,子波对成像位置误差与2种波场中子波相对延迟时间长短和反射点周围速度大小及子波延续长度有关。

逆时偏移在声反射成像测井中的应用方法研究

声反射成像测井中常用的基于射线理论的Kirchhoff积分偏移算法和基于单程波理论的F-K偏移算法均可实现井旁缝洞反射体的快速偏移成像,但其仅适用于地层垂向变化较弱的速度场和高陡角裂缝的偏移成像,无法实现低角度反射体的准确偏移归位,产生偏移假象误导测井解释.逆时偏移基于全波动方程,可适应强垂向变化速度场,实现近似水平反射体的偏移成像.本文详细分析了将逆时偏移应用于声反射成像测井时存在的数据准备、时间采样间隔匹配和成像条件改进等若干问题,通过设置多组理论模型来说明算法对井旁不同反射体的识别能力.模拟资料和实际资料处理结果证实,较F-K偏移算法,逆时偏移算法成像精度更高、收敛性更好,可有效实现近似水平构造偏移归位.改进的归一化互相关成像条件可解决深部地层的远井壁成像衰减问题,降低测井解释的多解性.逆时偏移将成为声反射成像测井高精度偏移技术的发展方向.

叠前逆时深度偏移低频噪声压制策略研究

低波数噪音严重影响了逆时偏移的成像质量,选择合适的低波数噪音压制方法是进行逆时偏移时必然涉及到的一个重要方面.本文首先详细分析了逆时偏移中低波数噪音产生的本质原因,然后根据噪音的产生机制对目前各类低波数噪音压制方法进行了分析和归类:第一类低波数噪音压制策略的核心是在构建波场中避免发生背向反射;第二类低波数噪音压制策略的核心是进行选择性成像.最后通过对压噪方法进行合理的选择和搭配,构建了在不同实现条件和成像需求情况下逆时偏移去噪方法的最佳抉择策略.结合数值算例对几种压噪方案进行了测试和比较,实例表明了对噪音压制方法进行合理的搭配可以获得高信噪比逆时偏移成像结果.

逆时偏移随机噪声影响分析

逆时偏移作为一种先进的地震偏移成像方法,一般采用互相关成像条件.首先将源波场沿时间进行正传,然后将接收波场沿时间进行反传,最后将所有时刻可能相遇的源波场和接收波场相乘叠加,从而得到最终的偏移成像结果.源波场正传和接收波场反传都是采用同一个波动方程,这里采用波动方程一阶应力-速度形式,数值计算方法采用交错网格有限差分方法.采用振幅补偿拉普拉斯滤波方法压制逆时偏移成像中的低频噪声.采用三次样条插值方法解决逆时偏移成像中的波形不光滑问题.在源波场进行正传时,需要给定震源子波作为初值条件.而在接收波场进行反传时,需要将地震记录作为边界条件.一般地震记录都会存在各种噪声,这些噪声随着接收波场逆传被带到最终地震偏移成像结果中.地震记录噪声类型非常多,一些属于规则的线性和非线性干扰,可以通过一些特定的方法进行压制;还有一些属于不规则的干扰,随机噪声就是其中一种最常见的类型.通常在偏移成像前对地震记录进行去噪处理,在一定程度上可以压制噪声,但去噪常常会破坏有效信号的特征.如果不去噪的话,对偏移成像结果到底有多大的影响呢?为了简便,本文基于不同信噪比地震记录,分析了不同程度随机噪声对逆时偏移成像结果的影响,并和单程波波动方程偏移成像进行了对比分析.本文研究结果对逆时偏移成像技术在实践中的应用具有一定的参考价值.

逆时偏移震源子波影响分析

逆时偏移作为一种先进的地震偏移成像方法,其成像结果的好坏取决于很多因素,其中成像条件是关键的一个因素.成像条件一般采用互相关成像条件,它是将源波场沿时间进行正推,接收波场沿时间进行逆推,然后将源波场和接收波场进行互相关,从而得到偏移成像结果.源波场正推和接收波场逆推都是采用同一个波动方程,这里采用波动方程一阶应力-速度形式,数值计算方法采用交错网格有限差分方法.采用振幅补偿拉普拉斯滤波方法压制逆时偏移成像中的低频噪声.采用三次样条插值方法解决逆时偏移成像中的波形不光滑问题.在接收波场逆推过程中,是将地震记录作为边界条件.而在源波场正推过程中,需要给定震源子波作为初值条件.理论上来讲,震源子波为脉冲时是最佳的,但在实际当中难以实现.在源波场正推时,一般采用子波函数.子波函数形式非常多,最常用的是雷克子波.不同主频震源子波产生的源波场频率也不同,从而导致逆时偏移互相关成像效果也不同.那么震源子波主频对逆时偏移成像影响到底有多大呢?为了简便,本文基于不同主频雷克子波,初步分析了相应的逆时偏移成像效果,同时对速度模型存在不同误差时的情形也进行了试验分析.结果表明:在不同速度误差情况下,震源子波主频越低,成像同相轴连续性越好,散射点聚焦能量越强;震源子波主频越高,虽然分辨率提高,但成像同相轴连续性变差,散射点聚焦能量变弱,同时背景噪声增强.本文研究结果对逆时偏移成像技术在实践中的应用具有一定的参考价值.