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应用GPU的傅里叶有限差分逆时偏移

石油地球物理勘探 2020年第5期55卷 1039-1046,933页

作者：段心标同济大学海洋与地球科学学院波现象与智能反演成像研究组上海200092 中国石化石油物探技术研究院江苏南京211103

逆时偏移是针对复杂构造的主流叠前深度偏移成像技术,常规逆时偏移技术大多采用高阶有限差分和成像后滤波算法。由于实际偏移的计算网格较大造成空间频散现象和成像后的去低频噪声滤波会损害有效低频信息,因此成像频宽受到一定影响。为... 详细信息

逆时偏移是针对复杂构造的主流叠前深度偏移成像技术,常规逆时偏移技术大多采用高阶有限差分和成像后滤波算法。由于实际偏移的计算网格较大造成空间频散现象和成像后的去低频噪声滤波会损害有效低频信息,因此成像频宽受到一定影响。为此,提出基于GPU的傅里叶有限差分逆时偏移方法。即采用傅里叶有限差分算法进行波场传播计算,波场外推中直接在时间—波数域做显式波场分解和互相关成像;同时采用基于GPU的算法,显著提高了傅里叶有限差分逆时偏移的计算速度。实际资料应用结果表明,该技术能实现对高、低频有效信息的充分保护和利用,从而提高了地震成像分辨率。

关键词：逆时偏移傅里叶有限差分解析波场分解成像频带

起伏地表逆时偏移在复杂山前带地震成像中的应用

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石油地球物理勘探 2016年第2期51卷 315-324,207页

作者：刘定进蒋波李博段心标中国石化石油物探技术研究院江苏南京210013

针对山前带"复杂地表、复杂构造"双复杂地震地质条件造成的资料信噪比低、静校正问题严重、地震波场复杂等一系列地球物理难题,在"真地表"地震成像面的确定及高频静校正的基础上,以基于起伏地表的深度域速度分析与建模为重点,以起伏地... 详细信息

针对山前带"复杂地表、复杂构造"双复杂地震地质条件造成的资料信噪比低、静校正问题严重、地震波场复杂等一系列地球物理难题,在"真地表"地震成像面的确定及高频静校正的基础上,以基于起伏地表的深度域速度分析与建模为重点,以起伏地表逆时叠前深度偏移为核心建立了一套高精度地震成像处理流程,将长波长静校正问题隐含在偏移成像过程中,直接从起伏地表进行波场延拓和偏移成像,以便更好地应对复杂山前带的地震成像问题。针对性模型试算和实际资料处理表明,该技术在应对双复杂地震资料偏移成像时具有更高的精度,是复杂山前带资料高精度地震成像更理想的技术手段。

关键词：山前带静校正速度建模逆时偏移

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应用反射理论的最小二乘逆时偏移成像

石油地球物理勘探 2020年第6期55卷 1305-1311,1164-1165页

作者：段心标王华忠邓光校同济大学海洋与地球科学学院波现象与智能反演成像研究组中国石化石油物探技术研究院中国石化西北油田分公司

最小二乘偏移是在线性反演理论下求解模型空间的精确解,相对于常规偏移具有更高成像分辨率、保幅性,且可减少成像假象。经典最小二乘偏移以散射波线性化表达为基础,成像实质是估计介质的散射强度。由于地下实际地层以层状介质为主,反射... 详细信息

最小二乘偏移是在线性反演理论下求解模型空间的精确解,相对于常规偏移具有更高成像分辨率、保幅性,且可减少成像假象。经典最小二乘偏移以散射波线性化表达为基础,成像实质是估计介质的散射强度。由于地下实际地层以层状介质为主,反射成像是实际应用中最小二乘偏移技术的目标。文中重点讨论散射理论与反射理论两种线性化表达方法的不同,根据实际应用中偏移成像的需求,选择忽略角度信息的反射理论线性化表达反偏移方法,建立了一套估计平均反射系数的最小二乘逆时偏移流程。Sigsbee2a模型验证了最小二乘逆时偏移方法的成像效果;实际三维探区应用结果表明,与常规逆时偏移方法相比,该方法"串珠"成像收敛效果更好,对深层大断裂、层间小断层的刻画更清晰。

关键词：最小二乘偏移散射理论反射理论反射系数串珠成像

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三维平面波叠前时间偏移实用化研究

物探化探计算技术 2012年第3期34卷 267-271,238页

作者：段心标方伍宝中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院江苏南京210014

三维平面波叠前时间偏移技术实用性不强,浅层成像信噪比较低,在计算过程中内存开支大,并行节点有效利用率低,且不具有断点保护功能,无法适用于大规模叠前偏移成像处理。为了提高三维平面波叠前时间偏移的实用化水平,从平面波叠前时间偏... 详细信息

三维平面波叠前时间偏移技术实用性不强,浅层成像信噪比较低,在计算过程中内存开支大,并行节点有效利用率低,且不具有断点保护功能,无法适用于大规模叠前偏移成像处理。为了提高三维平面波叠前时间偏移的实用化水平,从平面波叠前时间偏移原理和实现方案出发,针对存在的问题,提出了相应的解决方案,包括通过倾角滤波方法压制浅层的偏移成像噪声,提高浅层成像信噪比;采用分层成像方案,减小计算过程中的内存开支,提高并行节点的有效利用率;开发断点保护功能,考虑了长时间偏移计算中的断点风险。在应用于某工区实例资料处理后表明,经优化后的平面波叠前时间偏移技术较原平面波偏移具有更好的成像精度,并且具备了大规模数据处理能力。

关键词：三维平面波叠前时间偏移倾角滤波分层成像断点保护

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最小二乘逆时偏移成像方法的实现与应用研究

石油物探 2015年第3期54卷 301-308页

作者：郭书娟马方正段心标王丽中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院江苏南京211103 同济大学海洋与地球科学学院上海200092 中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司物探技术研究院江苏南京210046

复杂岩性油气藏勘探开发需要高保真的地震成像资料。与常规偏移方法相比,最小二乘逆时偏移(LSRTM)成像基于反演理论,可为岩性储层估计提供更加保真的高分辨率反射系数成像剖面,成为当前成像方法的研究热点和发展趋势。通过对误差泛函建... 详细信息

复杂岩性油气藏勘探开发需要高保真的地震成像资料。与常规偏移方法相比,最小二乘逆时偏移(LSRTM)成像基于反演理论,可为岩性储层估计提供更加保真的高分辨率反射系数成像剖面,成为当前成像方法的研究热点和发展趋势。通过对误差泛函建立、逆时反偏移数据重构算法、Hessian逆预条件梯度计算及基于高斯-牛顿法的反演迭代更新方法等关键技术研究,实现了迭代最小二乘逆时偏移成像。为了使该偏移成像方法能够应用于实际资料,研究了针对性的数据预处理技术和最小平方匹配滤波模拟数据校正处理技术,探索建立了面向实际资料的最小二乘逆时偏移实现流程。某探区实际二维地震资料的最小二乘逆时偏移成像结果表明,相比传统的逆时偏移成像技术,最小二乘逆时偏移在成像分辨率和保幅性方面具有一定的优势。

关键词：最小二乘逆时偏移逆时反偏移 Hessian逆预条件梯度高斯-牛顿法预处理匹配滤波

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井间地震层析成像初始速度模型

地球物理学进展 2007年第6期22卷 1831-1835页

作者：段心标金维浚中国科学院地质与地球物理研究所

地震直达波走时层析成像可归结为求解一个大型的、稀疏的、常常是病态的线性方程组.求解方程组常用的迭代法,需要一个比较合理的初始猜测解,也即是初始速度模型.初始模型关系到反演的效率甚至成像的正确性.本文在前人研究基础上提出一... 详细信息

地震直达波走时层析成像可归结为求解一个大型的、稀疏的、常常是病态的线性方程组.求解方程组常用的迭代法,需要一个比较合理的初始猜测解,也即是初始速度模型.初始模型关系到反演的效率甚至成像的正确性.本文在前人研究基础上提出一种生成模型网格节点初始速度方法,假定震源到检波点路径为直线,记录每条射线穿过的单元和统计每个网格单元穿过的射线数目、自动拾取网格节点所在单元的数目等.实例中,由原始数学模型的正演旅行时资料生成节点初始速度模型,效果可以.最后,分别采用均匀模型和本文方法生成的初始模型进行迭代反演,通过比较,证实该自动生成节点初始模型的可行性和可靠性,并对存在的问题进行讨论和解释.

关键词：走时层析成像网格节点初始速度模型

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最小二乘偏移研究现状及发展趋势

石油物探 2018年第6期57卷 795-802页

作者：杨勤勇段心标中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院江苏南京211103

地震勘探的核心目标是尽可能定量地、精确地描述油气藏,地震波成像由定位反射(散射)点位置发展到当前的估计(角度)反射系数是地震勘探的核心需求。一般地,逆时偏移是复杂介质成像最精确的方法,最小二乘偏移成像是估计(角度)反射系数的... 详细信息

地震勘探的核心目标是尽可能定量地、精确地描述油气藏,地震波成像由定位反射(散射)点位置发展到当前的估计(角度)反射系数是地震勘探的核心需求。一般地,逆时偏移是复杂介质成像最精确的方法,最小二乘偏移成像是估计(角度)反射系数的理想选择。最小二乘偏移成像基于线性反演理论框架,理论上能够消除采集照明不佳的影响、均衡成像振幅以及提高成像分辨率。然而,该理论优势并没有被转化成预期的实用效果,最小二乘偏移技术的生产应用仍然处于试验探索阶段,不能大规模推广应用。在对国内外最小二乘偏移成像技术进行全面调研的基础上,介绍了该技术的方法原理,指明了该技术的理论优势,分析了数据域迭代反演算法和成像域非迭代反演算法两种最小二乘偏移成像技术的特点,认为最小二乘偏移成像技术至今尚未规模化应用于生产的原因在于:(1)背景速度的精度不能满足线性反演成像问题的假设条件;(2)Born近似正演算子不能很好地模拟实际观测数据中的一次反(散)射波;(3)噪声不满足高斯假设条件;(4)子波未知增加了模拟数据的误差;(5)计算量大等。最后指出,合理的数据匹配技巧、合适的正则化技术及近似计算Hessian逆矩阵是未来最小二乘偏移技术应用研究的方向,长期看应该将最小二乘偏移成像融入到全波形反演(FWI)中。

关键词：线性化反演最小二乘偏移反演成像研究现状应用瓶颈

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逆时偏移技术发展现状与趋势

石油物探 2010年第1期49卷 92-98页

作者：杨勤勇段心标中国石化石油物探研究院江苏南京210014

逆时偏移比单程波波动方程偏移和克希霍夫积分偏移更适于复杂构造成像。基于双程波波动方程进行波场逆时外推,并应用成像条件提取成像值,可以得到逆时偏移数据体。实例分析表明,逆时偏移对盐体侧翼及盐下构造的成像效果要优于单程波波... 详细信息

逆时偏移比单程波波动方程偏移和克希霍夫积分偏移更适于复杂构造成像。基于双程波波动方程进行波场逆时外推,并应用成像条件提取成像值,可以得到逆时偏移数据体。实例分析表明,逆时偏移对盐体侧翼及盐下构造的成像效果要优于单程波波动方程偏移。然而,由于采用有限差分算法以及需要保存大量的震源波场数据,因而逆时偏移的计算成本很高,使其无法适应大数据量的地震数据处理;而由互相关成像条件引入的低频噪声也是困扰逆时偏移实用化的一个问题。在总结和分析逆时偏移技术的进展以及国外地球物理公司关于逆时偏移技术发展策略的基础上,结合研究现状,阐明了逆时偏移未来的发展趋势和研究重点。分析认为,进一步提高逆时偏移的计算效率仍然是未来几年逆时偏移技术发展的重要方向,弹性波逆时偏移和各向异性逆时偏移将会越来越受到重视。

关键词：逆时偏移计算效率计算成本低频噪声实用化技术进展发展趋势

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三维数据域最小二乘逆时偏移技术研究

石油物探 2019年第6期58卷 890-897页

作者：刘定进张永升段心标陶永慧中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院江苏南京211103 中国石油化工股份有限公司西北油田分公司新疆乌鲁木齐830011

最小二乘偏移理论上能够消除采集照明不佳的影响,减少成像假象、均衡成像振幅、提高成像分辨率,然而,受实际观测炮集数据与模拟炮集数据不易匹配、迭代反演计算量过大等因素影响,三维数据域最小二乘偏移的规模化应用受到制约。为此,提... 详细信息

最小二乘偏移理论上能够消除采集照明不佳的影响,减少成像假象、均衡成像振幅、提高成像分辨率,然而,受实际观测炮集数据与模拟炮集数据不易匹配、迭代反演计算量过大等因素影响,三维数据域最小二乘偏移的规模化应用受到制约。为此,提出了基于双程波傅里叶有限差分反偏移方法、共轭梯度反演步长三点抛物搜索寻优方法和GPU加速偏移/反偏移核函数计算方法的三维数据域最小二乘逆时偏移技术。通过有效压制反偏移正演模拟的数值频散,提高反偏移模拟数据与观测数据匹配的一致性,采用计算量更少的迭代寻优方法和GPU算法,实现了迭代反演效率的大幅提升,在此基础上形成了一套具有实际处理能力的三维数据域最小二乘逆时偏移技术方案。将该技术应用于西部和南方两个工区的实际地震资料处理,提高了地震成像分辨率,改善了同相轴的连续性,整体成像效果优于逆时偏移,验证了该技术方案的有效性。

关键词：最小二乘逆时偏移反偏移傅里叶有限差分共轭梯度法 GPU加速数据匹配计算效率