基于广义Curvelet变换和相空间特征聚类的VSP波场分离方法

垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling,VSP)蕴含大量的地层地质信息,是连接地震反射数据与测井资料之间的桥梁.VSP数据分辨率高,资料丰富,包括上行波、下行波、转换波等多种类型的波场,常被用于地层反射界面标定、介质衰减参数反演等.其中,如何有效地分离波场是将VSP资料应用于油气勘探的关键之一.广义Curvelet变换是一种具有多尺度、多角度的相空间变换,能够进行相空间域波场特性的提取.本文聚焦于VSP波场的上下行波分离问题,提出一种基于广义Curvelet变换和相空间特征聚类方法.首先,采用广义Curvelet变换对VSP波场进行特征提取,构造融入相空间角度信息的特征数据集;然后,利用K-means聚类算法在相空间对波场特征进行分类;最后,对分类结果进行反变换,完成VSP上下行波波场的自适应分离.为了验证方法的有效性,本文将所提出的方法用于合成数据和实际VSP数据的波场分离,并与常用的基于F-K变换的波场分离方法进行对比.处理结果表明,本文方法角度分辨率高、抗噪能力强,波场分离结果的保真保幅性好,这为后续的成像与地层的特征分析提供了重要基础资料.

OBN数据波场分离技术在东海工区的应用

鬼波压制和拓频处理一直是东海工区高分辨率成像的重要研究内容。为获得高精度宽频地震数据,该文通过最新采集的海底节点(ocean bottom nodes,简称OBN)数据利用水检P分量和陆检Z分量检波器对地震波响应的极性差别,通过将P分量和Z分量数据相加(即双检合并)来实现接收点端鬼波压制。但由于检波器灵敏度和与海底耦合的差异,水检P分量和陆检Z分量在振幅、频率、相位等方面不一致,不能直接相加,因此有效的标定是波场分离的核心。该文利用交叉鬼波标定技术,分别将P分量的鬼波加入Z分量,将Z分量的鬼波加入P分量,从而对P、Z分量在振幅、频率及相位等方面进行有效标定。该方法拓宽了东海工区地震数据的频宽,提高了地震数据成像精度,可为圈闭描述和储层预测提供资料基础。

VSP处理中标量波场分离方法比较分析

本文详细阐述了wave-by-wave波场分离方法的原理及其适用条件,并对几种常用的波场分离方法:f-k滤波、中值滤波、均值滤波的原理和优缺点做了简单介绍。用这四种方法分别处理了地面近零井源距VSP数据、地面三维VSP和海上三维VSP数据,并做了比较分析。结果表明,wave-by-wave波场分离方法较其他方法处理效果最优。

弹性波交错网格高阶有限差分法波场分离数值模拟

地震波中的弹性波传播会产生纵波和横波,所以用完全弹性波波动方程进行弹性波波场数值模拟时,只能得到纵横波耦合的混合波场。本文从P波波场为无旋场,而S波波场为无散场的思路出发,推出满足此条件的一阶速度—应力弹性波波场分离方程,并利用交错网格高阶有限差分法对波场分离方程进行数值模拟。模拟实例表明,此方法不但成功地将P波波场和S波波场从混合波场中分离出来,而且这种方法的稳定性好、模拟精度高,可用于弹性波传播规律研究及地震资料处理。

压制面波的波场分离方法

面波是陆上地震勘探中的一种强干扰波，为了提高地震资料的信噪比和分辨率，必须在叠前对其予以压制。以往人们对面波压制方法的研究，基本上是依据面波的频率特性或视速度特性，并在实际应用中见到了一定的效果。但由于只侧重考虑面波的单一特性或在理论上基于某种数学假设，致使这些方法都会对有效波造成不同程度的损失。本文在用一定的数学方法对面波波场进行精确描述的基础上，提出了一种新的波场变换与分离方法，并成功地实现了面波波场与有效波波场的分离。该方法在压制面波的同时，可使有效波的能量（尤其是其低频能量）不受损失，有效地保持信号的频宽不变，提高记录的信噪比。实际资料的处理结果表明，本文方法是一种比较理想的叠前面波压制方法。

井间地震反射波场分离及应用研究

井间地震反射波场分离可以看成是VSP波场分离的一种延伸。与VSP不同,井间地震波场较为复杂,分离的难度较大。借鉴VSP波场分离技术与常规地面地震处理技术,系统论述了实际井间地震反射波场分离的过程:①建立井间地震反射波场分离的工作流程;②进行井间地震初至波(直达P波)的切除;③运用多域多道滤波技术分离出上、下行一次反射波;④运用VSP-CDP成像技术与初步叠加技术获得类似于地面地震资料的井间地震反射波初叠剖面。实际资料处理表明,运用多域多道滤波技术可以较好地实现井间地震波场的分离。

VSP各向异性矢量波场分离方法研究及其应用

本文介绍了一种基于各向异性(TI)介质假设的非零井源距三维三分量VSP矢量波场分离方法。该方法将经过一次旋转的共炮点数据,使用非线性约束SQP算法反演求得检波点附近的各向异性Thomsen参数,根据介质的各向异性性质,计算每个波场(上、下行纵波和上、下行横波)的传播角度、慢度和极化矢量。在频率域使用正则化的最小广义逆算法求出每种波的傅里叶振幅分量,再反变换到时间域得到分离后的各种波场。通过对非零井源距三分量VSP模型试算、实际资料处理以及与各向同性参数反演矢量法结果对比分析,验证了该方法的可行性和优越性。

基于局部斜率属性的VSP波场分离研究

基于垂直地震剖面(VSP)资料中上、下行波视速度的差异,利用地震剖面同相轴局部斜率属性参数,提出了一种分离上、下行波场的新方法.首先利用Fourier变换初步分离上、下行波场,然后利用平面波分解滤波器(Plane Wave Destruction(PWD)Filter)技术估计初始分离波场的同相轴局部斜率属性参数,在此基础上对VSP原始资料波场分离.该方法是一种时间域最小平方优化分离波场的方法,不存在其他滤波方法阈值滤波器边界的影响,减少了因镶边问题带来的假象.模拟和实际资料处理结果表明,该方法与传统方法相比,分离出的上、下行波噪声假象少,振幅保持好,更好地消除了上、下行波的相互影响.

地震反射波与散射波波场分离方法初探

与地震反射波相比,地震散射波具有更好的刻画地层细节特征的能力,为此开展了地震反射波和散射波波场分离方法的探索性研究。从理论上探讨了地震反射波和散射波之间的共性和差异,并根据热传导的相关理论,提出了采用基于热传导方程的扩散滤波方法进行地震反射波和散射波波场多尺度分离的思路和方法。以实际三维地震工区叠前偏移数据为例,开展了地震反射波和散射波的波场分离数值实验。结果表明:该方法可以相对地分离地震反射波和散射波能量,且能够分别反映出地层的宏观特征和微观特征,其中分离出的反射波剖面信噪比得到了明显提高,而散射波剖面信噪比较低,但却能够反映出地层的裂缝分布和非均匀地质体的边缘特征,可以更加有效地刻画掩盖在常规地震反射波能量之下的微观地层细节特征,对于实际地震资料数字处理具有重要的参考价值。

小波变换在位场资料去噪和位场分离中的应用

根据小波变换的原理,研究了小波阙值去噪方法和位场分离方法在某实测布格重力异常的应用及效果。多矩形棱柱体模型试验表明:选取合适的小波基和小波参数,可以更好地提取出重力异常中的有用信息,为下一步在实测重力数据中的应用提供理论基础。实测布格重力资料处理结果表明:基于小波变换的去噪方法和位场分离方法,能够较好地去除随机噪声,更好地区别出局部异常和区域异常,提高数据处理与解释中有用信号识别的精度。

基于波场分离理论的逆时偏移成像条件研究及应用

逆时偏移成像方法与其它算法的成像方法相比,由于算法不受地层倾角的限制,因此针对陡倾角构造和复杂地质模型地区的成像有着无可比拟的优越性,特别是在盐丘发育的地区优势更加明显.实际应用过程中,逆时偏移通常是应用互相关成像条件构建成像,然而,这种成像条件会产生低频、强振幅的噪音,如果不能彻底消除这些噪音,那它就会严重影响甚至淹没有效信号,特别是在浅层的强反射界面上方往往会出现大量的低频噪音,从而使得浅层构造基本无法识别.基于传统互相关成像条件的这一局限,本文提供了一个新的成像条件,它能在有效成像的同时消除这些低频、强振幅的干扰噪音;其具体实现思路就是将炮点及检波点波场分离成它们的单程波传播分量,然后采用互相关成像条件对分离后的波场进行成像,从而实现逆时偏移成像.通过对模型数据和实际野外数据的实测,证明了该方法的有效性和适用性.

叠前弹性波逆时深度偏移及波场分离技术探讨

这里探讨了Sun和McMechan提出的叠前弹性波标量逆时深度偏移方法,即在地表附近,对地表接收到的弹性波波场分量进行波场逆时延拓,然后分别对在波场延拓过程中通过波场分离得到的纯纵、横波反射波场进行偏移。在模型中,每个网格点的纵、横波成像时间,为震源到该网格点的纵波初至时间。利用纵波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对反射纵波进行逆时延拓和成像,利用横波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对转换横波进行逆时延拓和成像,并在偏移前进行极性校正。然后,在Sun和McMechan偏移成像方法的基础上,提出了直接偏移成像方法,即对地表接收到的弹性波波场分量在整个模型范围内进行波场逆时延拓。在波场延拓过程中,对符合成像条件的网格点进行波场分离、偏移成像和转换波极性校正。最后,通过数值模拟对二种偏移成像方法的结果进行了比较。

地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟与逆时成像

为了进一步提高对地震波传播规律的认识,将波印廷矢量引入到二维地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟中。根据地震波波印廷矢量的波场数值特征,实现了对全地震波场中左行波、右行波、上行波和下行波波场的自动识别与分离。以均匀介质模型、倾斜界面模型以及Marmousi模型为例,开展了相应的数值模拟实验与逆时成像处理。计算结果表明,该方法准确有效,能够实现任意时刻波场快照中方向行波的波场分离,并合成分别由左行波、右行波、上行波和下行波形成的波场快照与数值模拟记录。该方法简单易行,计算量较小,对实际地震资料中方向行波波场的识别、分离、成像及验证具有一定的应用价值。

Curvelet域垂直地震剖面波场分离

针对垂直地震剖面(VSP)资料处理中上下行波重叠难以分离的问题,提出了一种基于奇异值分解(SVD)和Curvelet变换相结合的分离上下波方法.首先基于数据中随机噪声是统计平稳的假设,在Curvelet域通过分尺度选取阈值压制随机噪声,再利用奇异值分解方法滤除部分下行波能量,最后根据VSP资料中上下行波在Curvelet域分布区域不同,进行上下行波场分离.合成和实际资料处理结果表明,该方法与f-k滤波方法和SVD方法相比,不仅提高了信噪比,而且减弱了边界上的波形畸变,得到了更好的分离效果.

基于两步SVD变换的零偏VSP资料上下行波场分离方法

垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling,VSP)资料处理中波场分离是关键问题之一.随着属性提取技术的发展,新的属性参数(例如Q值)提取技术对波场分离的保真性要求越来越高.本文改进了传统奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)法,给出了一种对波场的动力学特征具有更好的保真性,可以作为Q值提取的预处理步骤的零偏VSP资料上下行波场分离方法.该方法通过两步奇异值分解变换实现:第一步,排齐下行波同相轴,利用SVD变换压制部分下行波能量;第二步,在剩余波场中排齐上行波同相轴,使用SVD变换提取上行波场.在该方法的实现过程中,压制部分下行波能量后的剩余波场中仍然存在较强的下行波干扰,使得上行波同相轴的排齐比较困难.本文给出了一种通过极大化多道数据线性相关程度(Maximize Coherence,MC)排齐同相轴的算法,在一定程度上解决了低信噪比下排齐同相轴的问题.将本文提出的方法用于合成数据和实际资料的处理,并与传统SVD法的处理结果进行对比,结果表明本文提出的波场分离方法具有良好的保真性,得到波场的质量明显优于传统SVD法.通过对本文方法和传统SVD法处理合成数据得到的下行波场提取Q值,然后进行对比可知,本文方法可以有效提高所提取Q值的准确性,适合作为Q值提取的预处理步骤.

利用自适应迭代多级中值滤波法分离海上多震源混合波场

多震源激发技术可提高海上地震勘探作业效率,但其混合波场的分离是影响成像的关键因素。伪分离记录中次震源波场在共炮集域之外的其他时域中呈现与主震源波场不同的随机分布特征。本文采用自适应迭代多级中值滤波去噪法以实现海上多震源混合波场的分离,迭代过程中通过自适应减小中值滤波窗口逐步提取波场细节信息。海上实际多震源采集混合炮集记录的波场分离结果表明,分离后的各震源单炮记录清晰,频谱特征相近,证实本文方法具有很好的实际应用价值。

三维三分量VSP多种波场分离方法对比

本文就VSP波场分离的有效手段问题进行了讨论,其中对比了f-k滤波、逐波分离迭代优化和局部参数反演等三种波场分离方法。传统的f-k滤波要求空间采样间隔足够密,而逐波迭代优化法弥补了传统的f-k滤波的不足,解决了实际资料存在的空间采样不规则、子波变化等问题,该方法是一个时间域迭代的整体非线性优化方法,但其缺点是需要手工拾取各同相轴的时间。局部参数反演方法是将波场视为矢量,结合三个分量进行反演的矢量波场分离方法。本文通过对速度和偏振角度施加约束条件达到方法优化的目的,实现了上、下行纵横波快速有效反演,得到了与真实波场较好近似的波场信息。通过对A地区的实际资料进行波场分离及VSP-CDP叠加处理,表明局部参数反演的矢量波场分离是一种实用、可靠的波场分离方法。

基于散度和旋度的弹性波波场分离数值模拟方法

弹性波波场分离数值模拟方法是研究混合波场中纯纵波和纯横波波场传播规律的一种重要手段,通常采用算子分裂来实现,这不但增加了计算量,而且还浪费了大量计算时间。因此提出了基于散度和旋度的弹性波波场分离数值模拟新方法,仅依赖于交错网格来计算出散度场(纯纵波)和旋度场(纯横波),从而提高计算效率。在人工截断边界处采用完全匹配层吸收边界条件(PML)。数值模拟结果表明,该方法能够从混合波场中准确地分离出纯纵横波波场,且精度高,边界吸收效果好,计算速度快,计算过程稳定,可用于指导实际多波多分量地震资料处理,同时指出本文算法对相互耦合的波型(如面波)无法实现准确分离。

优化近似解析离散化方法的二维弹性波波场分离模拟

近似解析离散化方法是近年来出现的一种数值模拟方法,其特点是在高阶有限差分中引入了位移梯度,与四阶Lax-Wendroff修正格式数值模拟方法相比,该方法能够在大网格条件下有效地压制频散、提高计算效率和精度。本文首次将优化的近似解析离散化方法应用于弹性波场纵横波分离模拟,建立了波场分离的差分格式。通过模型试算分离出来的纵横波特征更加清晰,说明了该方法的有效性和实用性,对于认识地震波在复杂介质中的传播规律有着重要的意义。

基于高分辨率Radon变换的VSP波场分离方法

讨论了时间域线性Radon变换、频率域最小平方Radon变换和频率域高分辨率Radon变换等方法的基本原理。Radon变换在频率域通常采用最小平方反演的方式来实现,但由于最小平方法对于不同的p值(视慢度)范围采用相同的阻尼因子,得到的解不够精确。高分辨率Radon变换对这一缺陷进行了改进,即通过对不同的p值范围采用不同的加权值来提高解的稀疏性和精确性。具体方法是:在反演迭代过程中,根据前一次迭代的结果,通过Bayes原理将加权矩阵与前一次迭代的结果联系起来,得到新的加权矩阵;然后求解这个加权矩阵方程,得到频率域的稀疏解。设计了一个3层水平地层的地质模型,利用高分辨率Radon变换进行了VSP波场分离。τ-p域的结果表明,能量得到了很好的收敛。在分离出来的上、下行波波场记录上,波形恢复得很好,上、下行波波场的相互干扰被完全消除。