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基于Shearlet变换的多震源数据最小二乘逆时偏移

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基于Shearlet变换的多震源数据最小二乘逆时偏移

作者：英卡尔·那比吉林大学

学位级别：硕士

多震源地震数据采集技术的进步为地震勘探带来了新的机遇与挑战。传统的单一震源激发方式受到了采集效率和成本的限制,而多震源的地震数据采集技术可同时或在极短时间内激发多个震源,从而提高采集效率并降低成本。然而,在多震源地震数... 详细信息

多震源地震数据采集技术的进步为地震勘探带来了新的机遇与挑战。传统的单一震源激发方式受到了采集效率和成本的限制,而多震源的地震数据采集技术可同时或在极短时间内激发多个震源,从而提高采集效率并降低成本。然而,在多震源地震数据处理过程中,常受串扰噪声的影响,这给地下结构的准确描述带来了挑战。基于此,本文在现有研究的基础上提出了一种改进的成像方法,采用最小二乘逆时偏移原理结合Shearlet变换和自适应阈值算子,实现稀疏促进并压制串扰噪声,提高多震源地震数据成像质量。在多震源地震采集数据中,不同震源的响应在时域上重叠,使得成像剖面出现严重的串扰噪声,增加了数据处理难度。研究者们发现通过震源编码技术可以将串扰噪声在成像域内转化为随机噪声来进行压制。通过理论研究和数值计算可以验证,采用震源激发时移和震源极性组合的编码策略超越了单一编码策略的效果,并且在迭代成像过程中采用炮集动态编码具有更强的优势。最小二乘逆时偏移(LSRTM)通过最小化成像残差的二范数来压制伪影,旨在优化地下结构的成像效果,并提高地震剖面的分辨率,能较好应对多震源地震数据处理要求,目前已成为多震源地震数据直接成像的主流方法。LSRTM与大多数地球物理反问题一样,是典型的不适定问题,尤其在多震源地震数据导致的波场混叠情况下,非线性程度进一步增加,因此研究者们通常采用正则化方法来确保求解过程的稳定性。通常,研究者们采用L1或L2范数正则化来约束LSRTM,以稳定求解过程,同时压制部分串扰噪声。然而,本文的模型测试表明,有限的迭代次数通常不足以获得良好的成像结果。为了保证反演的稳定性并改善反演结果,本文提出了基于Shearlet变换的稀疏促进最小二乘逆时偏移方法。作为一种多尺度和多方向的变换方法,Shearlet变换,具有显著的稀疏特性,能够更好地捕捉地震数据的局部特征。通过引入基于Shearlet变换的稀疏约束,使稀疏反演更加高效,从而提高成像的准确性和效率。同时,自适应阈值算子可根据数据局部特征对阈值进行动态调整,精确地去除串扰噪声,保留地下结构的真实信息。最后,模型测试验证了本文提出的方法收敛迅速,串扰噪声压制效果好,成像分辨率高。

关键词：多震源地震最小二乘逆时偏移串扰噪声 Shearlet变换

最小二乘逆时偏移中黏弹性和各向异性的校正:以渤海湾地区地震数据为例

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地球物理学报 2019年第6期62卷 2203-2216页

作者：曲英铭李金丽王云超李振春孙文之孙军治中国石油大学(华东)地球科学与技术学院地球物理系山东青岛266580 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所河北廊坊065000 国家现代地质勘查技术研究中心河北廊坊065000 中国石油东方地球物理公司研究院库尔勒分院新疆库尔勒841001

地下介质中存在黏弹性和各向异性,在应用最小二乘逆时偏移时,如果没有对黏弹性和各向异性的影响进行校正,在观测数据和模拟数据的匹配过程中就会发生错误,最终使得最小二乘逆时偏移无法得到准确的成像结果.因此,本论文首先对最小二乘逆... 详细信息

地下介质中存在黏弹性和各向异性,在应用最小二乘逆时偏移时,如果没有对黏弹性和各向异性的影响进行校正,在观测数据和模拟数据的匹配过程中就会发生错误,最终使得最小二乘逆时偏移无法得到准确的成像结果.因此,本论文首先对最小二乘逆时偏移的黏弹性和各向异性进行分别校正,然后对两种影响进行同时校正.在实际资料试算部分,通过对渤海湾数据进行测试,分别采用常规声波最小二乘逆时偏移、补偿黏弹性的最小二乘逆时偏移、校正各向异性的最小二乘逆时偏移及同时校正两种性质的最小二乘逆时偏移进行比较测试,证明了在同时校正了黏弹性和各向异性影响之后,最小二乘逆时偏移得到了更高质量的成像结果,具体表现在低频噪音压制、震源效应压制、深部能量改善、分辨率提升、目的层刻画等方面都明显优于其他三种最小二乘逆时偏移的成像结果,同时也证明了同时校正黏弹性和各向异性最小二乘逆时偏移方法的正确性及在实际资料处理中的适用性.

关键词：最小二乘逆时偏移各向异性黏弹性校正渤海湾数据

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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

最小二乘逆时偏移在近地表高精度成像中的应用

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石油地球物理勘探 2014年第1期49卷 107-112,303页

作者：黄建平曹晓莉李振春孙陨松李闯高国超中国石油大学(华东)地球科学与技术学院地球物理系山东青岛266555

近地表高精度成像方法一直是地震数字处理方法研究的热点。逆时偏移(RTM)成像方法基于双程波动方程,被认为是解决复杂构造、尤其是高陡构造成像的较好方法,然而逆时偏移方法在浅部成像过程中存在较强的低频噪声,在一定程度上影响对近地... 详细信息

近地表高精度成像方法一直是地震数字处理方法研究的热点。逆时偏移(RTM)成像方法基于双程波动方程,被认为是解决复杂构造、尤其是高陡构造成像的较好方法,然而逆时偏移方法在浅部成像过程中存在较强的低频噪声,在一定程度上影响对近地表构造的高精度成像。本文在实现最小二乘逆时偏移(LSRTM)算法的基础上,通过RTM及LSRTM算法的计算对比指出,对于近地表复杂构造成像,LSRTM相对于RTM算法在主要构造恢复及能量保幅性方面具有一定优势。

关键词：近地表逆时偏移高陡构造低频噪声最小二乘逆时偏移

最小二乘逆时偏移中一种新的梯度预处理方法及其应用

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2022年第S01期52卷 42-49页

作者：江志强张超赵波毛士博都国宁王倩倩中海石油(中国)有限公司上海分公司上海200030 中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100 中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100

针对最小二乘逆时偏移深层成像精度不高的问题,本文提出一种基于背景波场双向照明算子的梯度预处理算法,该方法把背景速度模型的地震记录作为逆时扰动去求取逆时波场能量,消除了常规梯度预处理算法中偏移结果对于梯度的影响,从而使梯度... 详细信息

针对最小二乘逆时偏移深层成像精度不高的问题,本文提出一种基于背景波场双向照明算子的梯度预处理算法,该方法把背景速度模型的地震记录作为逆时扰动去求取逆时波场能量,消除了常规梯度预处理算法中偏移结果对于梯度的影响,从而使梯度预处理算子更加逼近最小二乘逆时偏移的Hessian矩阵。模型实验结果表明本文提出的方法可更为精确地实现最小二乘逆时偏移的深层振幅补偿,实际海上地震数据的处理结果显示该方法也适应于实际复杂构造区域的成像处理。

关键词：最小二乘逆时偏移梯度预处理背景波场双向照明

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基于逆散射成像条件的最小二乘逆时偏移

地球物理学报 2018年第9期61卷 3770-3782页

作者：方修政钮凤林吴迪油气资源与探测国家重点实验室中国石油大学(北京)北京102249

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... 详细信息

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.

关键词：最小二乘逆时偏移互相关成像条件逆散射成像条件低频噪音目标泛函梯度

基于一阶速度-应力方程的多震源最小二乘逆时偏移

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地球物理学报 2016年第12期59卷 4666-4676页

作者：李庆洋黄建平李振春雍鹏李娜中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580 中原油田分公司物探研究院河南濮阳457001

最小二乘逆时偏移(Least-Square Reverse Time Migration,LSRTM)相比于常规偏移具有更高的成像分辨率、振幅保幅性及均衡性等优势,是当前研究的热点之一.然而,目前LSRTM算法大多是基于二阶常密度标量声波方程建立的,忽略了密度变化对振... 详细信息

最小二乘逆时偏移(Least-Square Reverse Time Migration,LSRTM)相比于常规偏移具有更高的成像分辨率、振幅保幅性及均衡性等优势,是当前研究的热点之一.然而,目前LSRTM算法大多是基于二阶常密度标量声波方程建立的,忽略了密度变化对振幅的影响,因而基于振幅匹配策略的常规LSRTM很难在变密度介质下取得保真的成像结果.一阶速度-应力方程能够很好地处理变密度介质,但简单地将一阶速度-应力方程应用到LSRTM中缺乏理论基础.为此,本文从LSRTM的正问题入手,提出了基于交错网格的一阶速度-应力方程LSRTM理论方法.首先将一阶波动方程线性化,建立了一阶方程LSRTM的目标泛函,随后推导其伴随方程,并借助伴随状态法给出了迭代更新流程,最终建立了基于一阶速度-应力方程LSRTM的理论框架.进一步,通过在相位编码LSRTM中引入随机最优化思想,极大地减小了计算量、提高了计算效率.最后,通过模型试算验证了本算法的正确性和有效性.

关键词：最小二乘逆时偏移一阶速度-应力方程伴随状态相位编码随机最优化

同时震源数据的加权结构增强最小二乘逆时偏移

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地球物理学报 2018年第10期61卷 4088-4099页

作者：张攀毛伟建中国科学院测量与地球物理研究所计算与勘探地球物理研究中心大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

同时震源(Simultaneous-source,SS)地震采集技术能有效地提高地震数据采集效率,但直接对SS混合数据偏移成像会在最后的成像剖面中引入很强的串扰噪声.将SS数据偏移成像看作一个反演问题,利用最小二乘(Least-squares,LS)求解是压制SS直... 详细信息

同时震源(Simultaneous-source,SS)地震采集技术能有效地提高地震数据采集效率,但直接对SS混合数据偏移成像会在最后的成像剖面中引入很强的串扰噪声.将SS数据偏移成像看作一个反演问题,利用最小二乘(Least-squares,LS)求解是压制SS直接成像中串扰噪声的一种有效尝试.构造增强滤波(Structure-enhancing filter,SE)约束的最小二乘逆时偏移(LSRTM)方法可以有效地压制SS数据成像中的串扰噪声,但SE实质为低通滤波,会将成像中的陡倾角等细节信息平滑涂抹,降低成像分辨率.本文在利用SE对LSRTM约束的基础上,提出了基于加权构造增强约束的LSRTM方法(WSE-LSRTM)并应用于SS数据的反演成像中.该方法不仅能够有效地压制串扰噪声(cross-talk)、保留结构信息,而且可以保护成像中的陡倾角结构不被过度平滑而破坏.在对简单模型和复杂Marmousi模型的数值测试中,该方法都取得了良好的效果.

关键词：同时震源加权构造增强最小二乘逆时偏移

基于Poynting矢量行波分离的最小二乘逆时偏移

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地球物理学报 2021年第2期64卷 645-655页

作者：王晓毅张江杰许宏桥田宝卿中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院油气资源研究重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学北京100049 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室北京100029

因为在逆时偏移中基于双程波动方程构建震源波场和检波器波场,所以在波场延拓过程中地震波遇到波阻抗界面时,背向发育的反射波会与正常传播的波场互相关产生较强振幅的低频噪声.这一特点使得以逆时偏移为基础的最小二乘偏移方法在梯度... 详细信息

因为在逆时偏移中基于双程波动方程构建震源波场和检波器波场,所以在波场延拓过程中地震波遇到波阻抗界面时,背向发育的反射波会与正常传播的波场互相关产生较强振幅的低频噪声.这一特点使得以逆时偏移为基础的最小二乘偏移方法在梯度计算时同样存在着低频噪声的干扰,从而导致反演收敛的速度减慢.考虑到计算量和存储成本的因素,本文借助Poynting矢量良好的方向指示性实现波场的上下行波分离,并在早期迭代的梯度计算中只保留震源波场和检波器波场沿不同垂直方向传播的组分之间的互相关,有效避免了成像噪声的干扰,提高了算法收敛的速率.数值算例验证了方案的有效性.

关键词： Poynting矢量行波分离梯度算子最小二乘逆时偏移