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一阶Rytov近似有限频走时层析

地球物理学报 2019年第6期62卷 2217-2226页

作者：冯波罗飞王华忠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

传统的波动方程走时核函数(或走时Fréchet导数)多基于互相关时差测量方式及地震波场的一阶Born近似导出,其成立条件非常苛刻.然而,地震波走时与大尺度的速度结构具有良好的线性关系,对于小角度的前向散射波场,Rytov近似优于Born近似.因... 详细信息

传统的波动方程走时核函数(或走时Fréchet导数)多基于互相关时差测量方式及地震波场的一阶Born近似导出,其成立条件非常苛刻.然而,地震波走时与大尺度的速度结构具有良好的线性关系,对于小角度的前向散射波场,Rytov近似优于Born近似.因此,本文基于Rytov近似和互相关时差测量方式,导出了基于Rytov近似的有限频走时敏感度核函数的两种等价形式:频率积分和时间积分表达式.在此基础之上,本文提出了一种隐式矩阵向量乘方法,可以直接计算Hessian矩阵或者核函数与向量的乘积,而无需显式计算和存储核函数及Hessian矩阵.基于隐式矩阵向量乘方法,本文利用共轭梯度法求解法方程实现了一种高效的Gauss-Newton反演算法求解走时层析反问题.与传统的敏感度核函数反演方法相比,本文方法在每次迭代过程中,无需显式计算和存储核函数,极大降低了存储需求.与基于Born近似的伴随状态方法走时层析相比,本文方法具有准二阶的收敛速度,且适用范围更广.数值试验证明了本文方法的有效性.

关键词： Rytov近似有限频走时敏感度核函数波动方程走时层析初至波隐式矩阵向量乘 Gauss-Newton方法

基于解析时间波场外推与波场分解的逆时偏移方法研究

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地球物理学报 2015年第8期58卷 2886-2895页

作者：胡江涛王华忠同济大学海洋与地球科学学院波现象与反演成像研究组上海200092

双程波方程逆时深度偏移是复杂介质高精度成像的有效技术,但其结果中通常包含成像方法引起的噪音和假象,一般的滤波方法会破坏成像剖面上的振幅,其中的假象也会给后续地质解释带来困扰.将波场进行方向分解然后实现入射波与反射波的相关... 详细信息

双程波方程逆时深度偏移是复杂介质高精度成像的有效技术,但其结果中通常包含成像方法引起的噪音和假象,一般的滤波方法会破坏成像剖面上的振幅,其中的假象也会给后续地质解释带来困扰.将波场进行方向分解然后实现入射波与反射波的相关成像能够有效地消除这类成像噪音,并提高逆时偏移成像质量.波传播方向的分解通常在频率波数域实现,它会占用大量的存储和计算资源,不便于在沿时间外推的逆时深度偏移中应用.本文提出解析时间波场外推方法,可以在时间外推的每个时间片上实现波传播方向的显式分解,逆时深度偏移中利用分解后的炮检波场进行对应的相关运算,实现成像噪音和成像信号的分离.在模型和实际数据上的测试表明,相比于常规互相关逆时偏移成像结果,本文方法能够有效地消除低频成像噪音和特殊地质构造导致的成像假象.

关键词：解析时间波场外推波场分解噪音消除逆时深度偏移

叠前地震数据特征波场分解、偏移成像与层析反演

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地球物理学报 2015年第6期58卷 2024-2034页

作者：王华忠冯波刘少勇胡江涛王雄文李辉同济大学海洋与地球科学学院波现象与反演成像研究组上海200092

本文提出了一套叠前地震数据稀疏表达(特征波场合成)、深度偏移成像和层析成像的处理流程.不同于传统的变换域中的数据稀疏表达理论,本文利用局部平面波的传播方向(慢度矢量),在中心炮检点处同时进行波束合成,从而将地震数据投影到局部... 详细信息

本文提出了一套叠前地震数据稀疏表达(特征波场合成)、深度偏移成像和层析成像的处理流程.不同于传统的变换域中的数据稀疏表达理论,本文利用局部平面波的传播方向(慢度矢量),在中心炮检点处同时进行波束合成,从而将地震数据投影到局部平面波域(高维空间)中.由于波束合成后的地震数据描述了局部平面波的方向特征,因此称之为特征波场.然而波束合成算法需要估计局部平面波的慢度矢量.当地震数据受噪声干扰时,难以在常规τ-p谱中自动估计局部平面波的射线参数(慢度矢量).本文提出了基于反演理论的特征波场合成方法,可以同时反演局部平面波及其传播方向,从而提高特征波合成的自动化程度并保持方法的稳健性.通过特征波场合成,可以将地震数据分解为单独的震相(波形).这样的数据可以直接用来成像及反演.在局部平面波域中,由于局部平面波的入射与出射射线参数已知,传统的Kirchhoff叠前深度偏移(PSDM)和高斯束/控制束PSDM可以实现从"沿等时面的画弧"到"向反射点(段)的直接投影"的转变,叠前偏移的效率以及成像质量可以同时提高.此外,特征波场与地下反射点(段)的一对一映射关系使得叠前深度偏移与层析成像融为一体,可以极大地提高速度反演的效率.数值试验证明了特征波场合成、叠前深度成像以及层析反演的有效性.

关键词：地震数据稀疏表达特征波场合成立体数据空间局部平面波特征波场叠前深度偏移成像特征波场层析反演

基于CLG光学流和波场分解的逆时偏移角度道集提取方法研究

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地球物理学报 2021年第4期64卷 1375-1388页

作者：吴成梁王华忠冯波盛燊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

角度域共成像点道集是衔接叠前地震数据与储层特征的重要桥梁,对地震偏移成像与储层描述具有重要意义.与克希霍夫偏移和单向波动方程偏移相比,逆时偏移是复杂地区最精确的成像方法.高效稳健地生成逆时偏移角度道集目前仍然是一个挑战.... 详细信息

角度域共成像点道集是衔接叠前地震数据与储层特征的重要桥梁,对地震偏移成像与储层描述具有重要意义.与克希霍夫偏移和单向波动方程偏移相比,逆时偏移是复杂地区最精确的成像方法.高效稳健地生成逆时偏移角度道集目前仍然是一个挑战.本文主要讨论如何采用光学流方法高效、高质量地提取角度道集.在逆时偏移波场外推过程中,光学流方法可以估计波场传播方向.其中Lucas-Kanade(LK)和Horn-Schunck(HS)方法是光学流方法中两种典型的方法.LK光学流方法是一种局部方法,该方法依赖于局部点的梯度值,但是容易出现奇异现象,HS光学流方法属于全局方法,波场方向估计依赖于整个波场,易受噪声影响,对异常值比较敏感,导致整体波场方向计算精度不高.本文提出采用局部和整体结合(Combining Local and Global,CLG)的光学流方法估计波场传播方向.该方法可以有效地提高波场方向的精度,并且简单高效,便于并行处理.对比HS光学流方法,CLG光学流方法几乎不增加额外的计算量.另外,为了弱化光学流方法无法处理波前重叠问题,本文利用解析波场和方向滤波对波场进行方向分解,仅需波场的空间傅里叶变换即可实现任意波场方向分解,将分解后的波场分别估计波场反向,提取成像结果.进一步地,在估计反射张角和方位角时,本文提出有效的归一化方法和改进的最小二乘除法,提高角度估计的精度和稳定性.最后,理论和实际资料例证了本文提出方法的有效性.

关键词：逆时偏移角度道集光学流波场分解波场方向角度估计

基于约束Markov决策过程的初至自动识别技术

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地球物理学报 2021年第6期64卷 2050-2060页

作者：罗飞王华忠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

随着地震数据采集技术的进步,地震数据量日益增加,全自动、高精度的地震初至走时拾取技术受到了更加广泛的关注.本文将初至拾取看作特征空间内带约束的Markov决策过程,在奖励函数空间,按一定准则全局寻优获得积累奖励值最大的路径,从而... 详细信息

随着地震数据采集技术的进步,地震数据量日益增加,全自动、高精度的地震初至走时拾取技术受到了更加广泛的关注.本文将初至拾取看作特征空间内带约束的Markov决策过程,在奖励函数空间,按一定准则全局寻优获得积累奖励值最大的路径,从而达到在高维空间自动拾取初至信息的目的.同时,状态值函数中包含与距离相关的折扣因子γ,使Markov决策过程拾取初至能够考虑地震数据的横向连续性,并且回避地震数据中的坏道信息.在此基础上,本文方法进一步引入受空间几何信息约束的动作(Actions)和转移概率(Transitions Probability),从而降低了对起始状态和折扣因子选取的难度,让地震数据初至走时拾取更加准确和自动化.实际数据测试结果表明,在初至能量较弱(信噪比较低)情况或浅层存在相邻较近复杂波形时,本文提出的约束Markov算法仍能准确地进行初至走时的自动拾取,并且具有一定的质量监控能力,让拾取结果更有物理意义.

关键词：机器学习特征属性空间结构约束 Markov决策过程初至自动拾取

空间方向谱估计CLEAN算法及其在地震数据处理中的应用

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石油地球物理勘探 2017年第1期52卷 20-26页

作者：孙维蔷王华忠符琼琲同济大学海洋与地球科学学院波现象与反演成像研究组上海200092

传统的射线束形成方法存在泄漏噪声和分辨率低的问题。为此,引入CLEAN算法,以空间方向谱作为反演解的评价准则,实现高分辨率的射线束形成。利用聚类和定位方法,进一步提高了常规CLEAN算法的空间分辨率,使该方法能更好地应用于实际地震... 详细信息

传统的射线束形成方法存在泄漏噪声和分辨率低的问题。为此,引入CLEAN算法,以空间方向谱作为反演解的评价准则,实现高分辨率的射线束形成。利用聚类和定位方法,进一步提高了常规CLEAN算法的空间分辨率,使该方法能更好地应用于实际地震资料去噪。理论数据和实际资料的应用结果表明,该方法可以有效压制泄漏噪声,同时提高射线束的分辨率。与传统的局部倾斜叠加和最小二乘意义下的射线束形成方法相比,文中方法具有明显的理论优势和较好的应用价值。

关键词：空间方向谱协方差矩阵 CLEAN算法聚类和定位面波压制

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地震波反演成像方法与技术核心问题分析

石油物探 2015年第2期54卷 115-125,141页

作者：王华忠冯波王雄文胡江涛李辉波现象与反演成像研究组WPI 同济大学海洋与地球科学学院上海200092

常规的地震反演成像分为偏移速度分析与层析成像、叠前深度偏移(角度道集产生)和AVA分析/反演3个重要环节,其中的关键技术是当前勘探地震学中的核心技术。全波形反演(FWI)是理论意义下十分完善的地震波反演成像理论框架。原则上,FWI可... 详细信息

常规的地震反演成像分为偏移速度分析与层析成像、叠前深度偏移(角度道集产生)和AVA分析/反演3个重要环节,其中的关键技术是当前勘探地震学中的核心技术。全波形反演(FWI)是理论意义下十分完善的地震波反演成像理论框架。原则上,FWI可以把上述3项常规的反演方法技术合为一体,给出比较理想的反演成像结果。但是,由于叠前地震数据的不完备、地震波正演模拟方法不能很好地模拟实测地震波场、初始模型不够精确、地震子波的未知和空变,使得严格意义下的FWI方法尚不能很好地解决实际问题。通过叠前地震数据和地下介质模型的特征表达,提出把经典的FWI分成透射波层析成像、最小二乘叠前深度偏移成像和反射波层析成像3个线性化反演方法的串联,构成FWI反演成像的实用化流程。针对我国陆上地震数据的特点,指出做好浅层速度模型建立、背景速度模型建立、成像道集层析速度模型建立、最小二乘叠前深度偏移成像、张角及界面倾角道集的产生以及小角度成像道集波阻抗反演,是当前推进FWI反演成像方法技术应用与发展的关键所在。

关键词：反演成像理论多级Born近似全波形反演逐级线性化反演实用化地震反演成像技术路线

改进的统计滤波方法在地震数据处理中的应用及局限性

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石油地球物理勘探 2022年第5期57卷 1057-1065,I0003页

作者：宋肖楠王华忠杨锴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

地震数据噪声压制技术有着广泛的应用需求。地震数据可以抽象地看成是由时距关系确定的地震同相轴与某种统计规律确定的随机噪声构成。以加权叠加为基础的经典统计滤波会影响地震数据中的同相轴信息,滤波效果不理想,所以需要依据地震数... 详细信息

地震数据噪声压制技术有着广泛的应用需求。地震数据可以抽象地看成是由时距关系确定的地震同相轴与某种统计规律确定的随机噪声构成。以加权叠加为基础的经典统计滤波会影响地震数据中的同相轴信息,滤波效果不理想,所以需要依据地震数据的特征改进统计滤波器。统计滤波需跟踪地震同相轴,自适应地设计与区域地质特征相匹配的扁平窗函数。为此,提出一种沿同相轴方向的各向异性滤波器,在不同区域自适应地沿同相轴方向滤波,从而设计出适应地震数据变化规律的滤波器。合成数据和实际数据验证了该方法可以有效提高信噪比,并保持地震数据中同相轴的有效信息。根据信噪比、残差、误差曲线的定性和定量结果分析说明了统计滤波器应用的局限性。

关键词：滤波器设计统计滤波器同相轴方向定量误差信噪比

同方期刊数据库博看期刊评论

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基于相对熵准则的CMP道集Q扫描

石油地球物理勘探 2023年第4期58卷 801-811页

作者：李鹏辉王华忠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

地下介质的大地滤波效应(主要包括薄层叠合效应、散射效应和非弹性效应等)使地震信号振幅变小、频带变窄、主频降低、相位畸变,这可用等效Q值引起的效应表示。合理估计等效Q值并进行相应的Q值补偿对提高地震资料的分辨率十分重要。吸收... 详细信息

地下介质的大地滤波效应(主要包括薄层叠合效应、散射效应和非弹性效应等)使地震信号振幅变小、频带变窄、主频降低、相位畸变,这可用等效Q值引起的效应表示。合理估计等效Q值并进行相应的Q值补偿对提高地震资料的分辨率十分重要。吸收衰减是一个累积效应,当地层Q值一定时,地震子波的衰减现象随传播距离/时间的增加和频率的增大而愈明显,即深层、远炮检距反射子波的能量和高频成分衰减更严重。为此,假设地层为水平层状、反射同相轴满足双曲线规律,已知地下均方根速度模型,利用CMP道集,沿双曲线轨迹开时窗以提取单个衰减子波;然后选取一组Q值,在频率域对衰减子波振幅谱做Q值补偿处理,依据不同炮检距处补偿后地震子波振幅谱一致性最佳原则估计水平地层的等效Q值。该方法需要一个合适的度量准则,因此对比、分析了相似系数、质心频率和KL散度、JS散度等准则。实验表明,在选取合适频带范围(如0~60 Hz)后,JS散度准则对规范化后的振幅谱一致性度量的敏感性更高,抗噪能力更强;在合适的信噪比条件下,基于相对熵准则的CMP道集扫描估计品质因子方法可以得到比较稳定的等效Q值估计结果。

关键词：吸收衰减 CMP道集振幅谱一致性 Q扫描相对熵 JS散度等效Q值