基于微弱信号的高质量偏移成像方法研究及其应用

摘要

逆时偏移是一种重要的地下未知区域成像技术。然而，对地下弱照明目标结构成像是逆时偏移的一大难点。在地震波模拟与成像中，为了提高对地下弱照明区域成像的信号与噪音之比（信噪比），前人提出了一种在地震波模拟时提取与目标结构相关的波场，并用之偏移成像的算法。这种方法被称为染色算法。
　　在常规染色算法中，染色波场的振幅与真实波场相差多个数量级且伴随着波形被极大的扭曲。为了获得准确的通过目标结构的地震波场，我们提出了一种可以使染色波场振幅保真的广义染色算法。在广义染色算法中，真实波场与染色波场在相同的速度模型里传播。常规的震源子波作为真实波场的震源，而染色区域的真实波场则被当作是求解染色波场的边界条件。广义染色算法保持了染色算法优良的属性:染色波场与真实波场是同步传播的，并且染色波场只包含了目标区域的信息。相较于常规染色算法，广义染色算法的优势在于其生成的染色波场振幅保真。将广义染色波场作为震源的正传波场应用于逆时偏移中，可以获得高信噪比的目标结构成像结果。而保真的振幅使得广义染色算法在定量照明分析以及速度建模中有着良好的应用前景。相较于最初的染色算法，广义染色算法不仅适用于时间域的传播算子，其同样适用于频率域的传播算子。
　　广义染色算法可以提取通过目标区域的波场，而这一波场包含了通过目标区域的一次反射、多次反射、散射波、多次散射波等。其中来自于目标结构的一次反射贡献于该目标结构成像，而其它的波场成分则会引入成像噪音。同时，与目标结构相关的透射波后续传播遇到其它结构时也会产生一次反射，在成像结果中形成与目标结构无关的成像结果。我们通过限制对目标结构的染色时间来提取染色波场中的一次反射波。我们不再在整个计算时间内对目标结构进行染色，取而代之的是选取目标结构一次反射产生的这一小段时间内对目标结构进行染色。该段时间之外的染色波场将不会被计算。这种方法减少了染色算法所需要的计算时间，同时可以抹除染色波场成像结果中与目标结构不相关的其它结构，提高对目标区域的成像质量。
　　在探地雷达数据偏移成像中会面临电磁波衰减而导致的局部区域弱照明。遵循染色算法的思路，本文提出一种局部电磁波场重构的方法，以提取通过某一局部地区的电磁波场。本文将此局部的电磁波场应用于探地雷达数据的偏移成像中，获得了高质量的局部成像结果。
　　逆时偏移因其对大角度结构的成像能力而被广泛应用，却面临着运算量大困扰，尤其是三维情况下。将多炮数据同时偏移是一种有效的减少逆时偏移运算量的方法，然而这会在成像结果中引入多炮数据之间的交叉假象。炮编码是一种行之有效的交叉假象压制方法。本文提出了一种基于最少交叉假象项数的炮编码方式，在压制多炮数据间交叉假象的同时提高了逆时偏移的时间效率。

目录

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摘要

插图索引

主要符号对照表

第一章 绪论

1．1 地下介质成像

1．1．1 油气地震勘探

1．1．2 探地雷达

1．2 各章内容概要

第二章 广义染色算法应用于地震波模拟和逆时偏移

2．1 引言

2．2 广义染色算法

2．2．1 波恩散射

2．2．2 复数域染色算法

2．2．3 基于互易定理的柯西霍夫积分

2．2．4 广义染色波场的振幅保真

2．2．5 广义染色算法应用于逆时偏移

2．2．6 基于射线追踪的照明分析

2．2．7 成像条件

2．3 数值算例

2．3．1 广义染色算法应用于地震波追踪

2．3．2 广义染色算法应用于弱信号成像

2．4 本章小结

第三章 部分时间染色算法应用于地震波模拟和逆时偏移

3．1 引言

3．2 部分时间染色算法

3．2．1 部分时间染色波场

3．2．2 地震波初至走时计算

3．2．3 成像条件

3．3 数值算例

3．4 本章小结

第四章 电磁波波场重构应用于探地雷达数据偏移

4．1 引言

4．2 理论

4．2．1 电磁波波场重构

4．2．2 截断磁场模式的麦克斯韦方程组求解

4．2．3 探地雷达数据的高质量逆时偏移

4．3 数值算例

4．3．1 弱电磁信号重构与追踪

4．3．2 弱电磁信号重构方法应用于探地雷达数据逆时偏移

4．4 本章小结

第五章 基于最少交叉假象项数的多炮数据同时偏移的编码方法

5．1 引言

5．2 最少交叉假象项数编码方法

5．3 数值算例

5．4 本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果