三维各向异性TI介质中的P/S波快速解耦技术及在弹性波逆时偏移中的应用

随着多分量采集技术的发展,弹性波逆时偏移技术在三维各向异性介质复杂地质构造成像中得到了广泛的应用.然而耦合的P波场和S波场,会在传播过程中产生串扰噪声,降低弹性波逆时偏移的成像精度.为了解决这一问题,本研究针对具有倾斜各向异性对称轴的三维横向各向同性(Transverse Isotropy,TI)介质,提出了一种矢量弹性波场快速解耦方法,可以有效提高偏移剖面的成像质量.该方法首先通过坐标转换,将观测系统坐标系的垂直轴旋转到TI介质的对称轴方向,在新坐标系下,根据具有垂直对称轴的三维横向各向同性(Vertical Transverse Isotropy,VTI)介质中的分解算子,推导出三维TI介质解耦算子表达式.接着引入一种在空间域快速计算分解波场的方法,来实现空间域矢量P波场和S波场分离,极大地提高了计算效率.最后,通过点积成像条件,将提出的P/S波分解方法引入到三维TI介质弹性波逆时偏移中,得到高精度的PP和PS成像.与以往的波场分解方法相比,本文方法具有数值稳定和计算效率高的特点.数值算例表明,应用上述三维TI分解算子得到的偏移剖面有效压制了噪声,提高了成像质量.

基于测井修正的TTI伪弹性波逆时偏移优化方法

在各向异性介质中,地震波在不同传播方向上速度不同。利用各向同性波动方程不能准确描述地震波的传播,在成像时会导致深层同相轴位置不准确等问题。在TTI介质弹性波方程的基础上,一方面将横波速度设置为较小的数值并引入震源环消除伪横波假象,另一方面利用测井数据对偏移参数场进行约束与修正,以提高深层复杂构造的成像精度。逆时偏移方法在进行成像时,低频噪声会对成像产生影响。为此,以拉普拉斯滤波算子去噪为基础,通过提取角度域共成像点道集,采用分角度叠加成像压制由于参数不准确导致的强振幅低频噪声。实际数据在进行成像时计算量大,采用CPU与GPU协同运算对逆时偏移进行加速以提高计算效率。模型和实际资料处理结果表明,基于测井数据约束的TTI介质逆时偏移方法能够对深层复杂构造目标区域进行准确成像,证明了方法的可行性。

各向同性弹性波逆时偏移

为了得到物理意义明确、地质可解释的偏移成像结果,当前的弹性波逆时偏移方法需要在偏移过程中对外推的弹性波场进行P/S波分解,以消除物理上相互不匹配的波型在偏移成像结果中产生的交叉噪声.给定具有地震波运动学特征准确的地下介质光滑模型,本文首先给出了作为地震数据线性反演的偏移所对应的一般正演表达式;再利用各向同性弹性波方程,推导出了适合弹性介质光滑模型的P/S波解耦的弹性波方程,即纵波弹性波方程和横波弹性波方程;最后对各向同性弹性波逆时偏移提出了新方法和新认识.对于纯P(或S)波震源激发得到的地震数据的各向同性弹性波逆时偏移,提出了对外推的弹性波场无需进行P/S波分解,在偏移成像结果中也不会出现交叉噪声的新方法;对于P/S波复合震源激发得到的地震数据的各向同性弹性波逆时偏移,提出了即使对外推的弹性波场进行P/S波分解,在偏移成像结果中还会出现交叉噪声的新认识.

面向深部地热岩体的弹性波逆时偏移成像方法

地热能作为一种清洁能源正受到全世界的日益关注,因此对于深部地热岩体的高精度成像格外重要。传统的弹性波逆时偏移方法是利用耦合纵横波直接成像,从而得到耦合波场的成像结果;然而这种方法可能会出现串扰假象,导致成像结果不够清晰;为了解决这个问题,采用基于解耦的弹性波方程,实现纵横波场的分离;通过利用内积成像条件,对两个典型的干热岩模型进行数值测试。结果表明,相较于耦合波场成像结果,基于解耦方程分离得到的弹性波成像剖面具有更清晰的同相轴,深部能量更加均衡,该方法能够实现对深部地热岩体的高质量成像。

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.

角度域弹性波Kirchhoff叠前深度偏移速度分析方法

为提高地震成像结果的准确性并真实反映实际地震波场在介质中的传播特性,应该充分利用多分量地震数据的矢量特征进行弹性波成像,其中,最为棘手的问题是纵横波偏移速度场的确定,为此,本文提出了直接利用多分量地震数据进行弹性波角度域偏移速度分析的方法.基于空移成像条件的弹性波Kirchhoff偏移方程提取了弹性波局部偏移距域共成像点道集,通过Fourier域角度分解求得以纵波入射角为参数的弹性波角度域共成像点道集.利用提出的反射纵波和转换横波成像深度一致性准则,依据导出的弹性波角度域共成像点道集剩余时差方程分别对纵波、横波偏移速度进行了更新.在此基础上,实现了弹性波Kirchhoff叠前深度偏移速度分析.实例表明,本文提出的弹性波偏移速度分析方法具有可行性和可应用性.

基于P/S波解耦和上下行波分离的二维VTI介质弹性波逆时偏移

VTI介质弹性逆时偏移可以有效地揭示地下地层结构,是当前流行的成像方法之一。首先构建VTI介质下的Christoffel方程,对该方程进行特征分析得到VTI介质下P波和S波的极化方向向量。根据Helmholtz分解原理,将各向异性弹性波场投影到P/S波极化方向矢量上,得到VTI介质下向量P/S波波场分离公式。然后通过一阶泰勒展开式对P/S波分离公式中的归一化项进行近似,得到一种高效且适用于任意复杂介质的各向异性P/S波解耦方法,并应用于弹性波逆时偏移。此外,低频噪声和成像假象严重干扰了逆时偏移的成像质量,前者由同路径波场成像造成,后者由于炮点上行波与检波点下行波相关形成。为此,将上下行波分离成像条件引入VTI弹性波逆时偏移成像,提出一套结合各向异性P/S波模式分离技术和上下行波分离的成像流程,有效地压制了成像中的低频噪声和串扰假象,提高了成像质量。最后,简单和复杂模型的成像结果均验证了方法的有效性。

隧道三维Kirchhoff偏移成像影响因素分析

Kirchhoff偏移成像法是目前最灵活、高效的三维叠前偏移方法,其不受观测系统的限制,计算效率高,不需要很精确的速度模型也能得到较精确的偏移成像结果。在这里采用有限差分法实现了三维复杂介质弹性波场数值模拟,设计有效的三维观测系统并生成模拟数据,进行偏移成像计算,并系统分析了速度模型、走时计算、数据主频、干扰噪声、地质体形态等因素,对偏移成像精度的影响情况。其分析对比结果,对隧道三维Kirchhoff偏移成像算法优化与外业施工具有指导意义,有利于提高三维地震反射波法超前地质预报的精度与准确度。

盾构注浆荷载作用下带榫管片水平轴线偏移量计算方法研究

为探明隧道盾构注浆荷载作用引起带榫管片水平轴线偏移规律,以小曲率半径盾构隧道为例,分析壁后注浆引起管片上浮的诱因,考虑管片环“椭圆化”变形、纵向连接螺栓预应力、环缝影响范围和横向刚度等综合因素的影响,建立榫杆连接条件下带榫环缝的管片单元纵向等效抗弯刚度有效率计算式,并通过计算盾构注浆荷载作用下带榫管片的静态和动态上浮力,构建盾构注浆荷载作用下带榫管片上浮力计算表达式,由此分析小曲率半径隧道盾构注浆荷载作用下带榫管片受力情况及其在文克尔弹性地基梁假定条件下受上浮力作用的挠曲变形规律,建立盾构注浆荷载作用下带榫管片水平轴线偏移量计算方法,并依托实际工程加以验证。结果表明:该文理论值与模拟值和监测值均拟合良好,该文计算方法具有良好的工程适用性,可为盾构隧道工程及其类似工程中注浆荷载作用下管片偏移及错台问题提供有效的理论指导。

具对数非线性项的Kirchhoff型黏弹性波动方程解的爆破性质

考虑一类具有变指数的对数非线性项的Kirchhoff型黏弹性波动方程.首先,给出该问题的能量恒等式;其次,通过构造辅助函数并利用H9lder不等式和Gagliardo-Nirenberg不等式,在对数非线性项中含有变指数的情形下,得到方程解在有限时间内爆破的结果.

弹性波Kirchhoff叠前深度偏移速度分析

本文提出的弹性波偏移速度分析方法是基于Kirchhoff叠前深度偏移形成纵波和转换波炮检距域共成像点道集拉平准则,分别对纵波和横波偏移速度进行更新。当两分量地震数据成像深度不一致时,通过调整横波偏移速度进行深度匹配,完成高精度的弹性波场偏移速度分析。文中分别给出速度更新及深度匹配方法。模型数据和实际资料试算结果表明了该方法的可行性和有效性。

中国东北地区地幔转换带接收函数三维Kirchhoff偏移成像研究

中国东北地区地幔转换带结构对于研究新生代板内火山深部成因及板片俯冲作用具有重要意义.本文利用东北地区密集流动台阵记录提取到的约60,000接收函数,采用三维Kirchhoff偏移成像方法得到了研究区410-km和660-km界面埋深以及转换带厚度分布图像.成像结果显示:长白山火山下方410-km和660-km界面均出现下沉,且660-km下沉的幅度较410-km更大,在25 km以上,认为与太平洋俯冲板片在转换带的停滞有关.长白山及龙岗火山以西过渡带厚度呈现小幅度减薄的特征,暗示俯冲板片在660 km深度附近可能发生撕裂.板片撕裂引起的热物质上涌和俯冲板片脱水共同为长白山火山提供了深部热源.五大连池火山下方观测到410-km界面抬升,而660-km界面下沉的现象,认为410-km界面的抬升可能与岩石圈拆沉有关,拆沉引起的局部对流可能为五大连池火山提供热源,而660-km界面的下沉可能反映存在残留的太平洋俯冲板片.

应用阈值控制的弹性波高斯束偏移方法

高斯束偏移方法具有较高的计算效率与成像精度,以其灵活性和高效性被广泛应用。但当地震数据的信噪比较低时,采用常规弹性波高斯束方法易受噪声干扰,导致最终成像结果不理想。针对此问题,文中提出一种基于阈值控制的弹性波高斯束偏移的优化方法。通过设置阈值函数,并将其应用于Tau⁃p变换,得到基于阈值控制的倾斜叠加公式;然后利用互相关成像条件,得到基于阈值控制的弹性波高斯束偏移成像公式。模型试算的结果表明,采用基于阈值控制的弹性波偏移高斯束成像方法,可有效压制成像噪声,提高成像信噪比,显著改善偏移成像质量。

基于逆散射成像条件的转换波弹性波动方程自动偏移速度分析

在地震偏移成像过程中,成像精度依赖于速度模型,因此偏移速度分析对高精度叠前偏移成像至关重要。基于高频近似下的逆散射成像条件,提出了基于剩余曲率分析的转换波弹性波动方程偏移速度分析方法。首先基于高频近似下的逆散射成像条件,采用逆时偏移近似估计转换S波散射位,然后结合入射P波和转换S波散射位,重构得到上行转换S波,最后利用伴随状态法导出剩余时差关于波速的梯度。基于逆散射成像条件,有效保证了弹性波动方程偏移速度分析中梯度的稳定求解。数值实验表明该方法导出了高质量的梯度。初步测试表明反演的速度模型有效地校平了共成像点道集,改善了成像质量。此外,剩余时差曲率智能识别等技术简化了中间处理流程,构建的智能化速度分析框架有望提升计算效率。

基于F-K和Kirchhoff法的隧道衬砌双层钢筋偏移成像研究

针对隧道衬砌结构钢筋数量缺失与布置间距不合理等质量问题,基于探地雷达正演模拟试验,对隧道衬砌双层正对钢筋进行探测研究,分别采用F-K法和Kirchhoff法对钢筋检测图像进行偏移归位处理,探究钢筋回波信号偏移归位效果,比较两种偏移方法的优劣。结果表明:理想无噪声条件下,F-K法和Kirchhoff法能获取相同的偏移速度,并使衬砌双层钢筋回波信号准确归位,但由F-K偏移法得到的偏移图像信息熵更小,偏移效果更精确。含噪声情况下,F-K偏移法具有更强的抗噪性,能获取稳定有效的偏移速度,偏移处理后钢筋信号能量集中且易于识别。

基于双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法

随着地震勘探的发展,以单相介质模型为基础的声波逆时偏移和弹性波逆时偏移很难比较精确地描述地下介质和满足复杂的工程要求,尤其是在处理地下含流体多孔介质时,所以需要引入双相介质模型。首先基于Biot理论双相介质一阶速度-应力弹性波方程,利用散度场和旋度场的波场分离理论将固相和流相中的纵横波场解耦分离,并由波场快照图得出固相与流相中的纵波波场与横波波场均完成分离,而快纵波与慢纵波相互耦合均存在于纵波波场中。采用高阶交错网格有限差分方法,结合PML吸收边界条件,推导了具有波场分离的双相介质弹性波正传与反传的偏移延拓算子,结合互相关成像条件,可以得到双相介质弹性波固相与流相中的各分量偏移成像剖面。最后对模型使用该双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法进行偏移成像试算并取得成功,效果较常规双相介质弹性波逆时偏移成像效果有了明显提升。

基于非局部弹性理论的分数阶粘弹性纳米板的振动

本文基于Kirchhoff板理论,同时考虑了非局部弹性理论和分数阶Kelvin-Voigt粘弹性本构关系,利用Hamilton原理建立了粘弹性纳米板的控制方程。通过给出解的形式,利用拉普拉斯变换及其逆变换对问题就进行求解,在得到数值解后并分析了分数阶导数的阶数、非局部参数以及粘弹性系数对纳米板的振动影响。

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.

Kirchhoff积分时间偏移的两种走时计算及并行算法

走时计算的可行性在很大程度上决定了Kirchhoff积分法偏移的效果,而基于PC-Cluster的并行计算是实施叠前偏移数据计算量大的基本工具.本文针对这两个问题的研究,阐明两种旨在提高复杂情况叠前时间偏移聚焦能力的弯曲射线对称走时及非对称走时的计算方法,以及旨在提高叠前偏移计算效率的“数据并行”和“成像点并行”策略,并分别对其结果进行了对比分析.

利用叠前Kirchhoff积分偏移识别小断裂与低幅度构造

利用常规地震剖面精细解释小断层和低幅度构造存在较大困难.本文利用纵波和横波速度模型对采集得到的二维地震数据进行叠前Kirchhoff积分偏移得到纵波和转换横波深度和时间剖面,根据不同分量的深度和时间剖面联合解释小断层与低构造.深度剖面克服了时间剖面受地层厚度和地层速度共同制约的缺点,有利于识别低幅度构造.纵波(P)剖面与转换横波(PS)剖面相比有利于识别层间小断裂.我们对准噶尔盆地实际地震资料的处理和解释证实了这些优点.