逆时偏移技术原理及发展应用展望课件.ppt

1、逆时偏移技术逆时偏移技术原理及发展应用展望原理及发展应用展望五、结论与展望五、结论与展望四、逆时偏移技术应用效果及发展前景四、逆时偏移技术应用效果及发展前景三、三、逆时偏移技术逆时偏移技术算法描述算法描述二、二、逆时偏移技术逆时偏移技术基本原理基本原理一、一、逆时偏移技术逆时偏移技术的优势的优势主要内容：主要内容：逆时偏移技术逆时偏移技术的优势的优势 相对其他方法而言，逆时偏移（相对其他方法而言，逆时偏移（RTM）用全程波方程对波场延拓，）用全程波方程对波场延拓，避免对波动方程的近似，因此避免对波动方程的近似，因此没有倾角限制没有倾角限制，原理上可以利用转换波、，原理上可以利用转换波、棱镜波或

2、多次反射波成像，并获得更精确的振幅等棱镜波或多次反射波成像，并获得更精确的振幅等动力学信息动力学信息，实现，实现保幅成像保幅成像，还可以更好地对复杂速度场进行，还可以更好地对复杂速度场进行更细化更精确的估计更细化更精确的估计。成。成像方法不受介质速度变化的影响，能够对复杂区域进行较像方法不受介质速度变化的影响，能够对复杂区域进行较准确的成像准确的成像。另外，另外，RTM也可以应用于也可以应用于工程地质勘探工程地质勘探，为精确工程地质勘探做出贡，为精确工程地质勘探做出贡献。献。还可以为陡倾角反射层提供稳健的还可以为陡倾角反射层提供稳健的角度域共成像道集角度域共成像道集。五、结论与展望五、结论与展

3、望四、逆时偏移技术应用效果及发展前景四、逆时偏移技术应用效果及发展前景三、三、逆时偏移技术逆时偏移技术算法描述算法描述二、二、逆时偏移技术逆时偏移技术基本原理基本原理一、一、逆时偏移技术逆时偏移技术的优势的优势主要内容：主要内容：逆时偏移技术逆时偏移技术基本原理基本原理 叠后逆时偏移：叠后逆时偏移：叠后逆时偏移使用的是爆炸反叠后逆时偏移使用的是爆炸反射面成像原理，处理的是水平叠加射面成像原理，处理的是水平叠加剖面。叠后逆时计算是从时间剖面剖面。叠后逆时计算是从时间剖面的最后一个时间采样点起，逆时外的最后一个时间采样点起，逆时外推直到零时间，此时空间所有的振推直到零时间，此时空间所有的振幅值就组

4、成了最终的偏移剖面幅值就组成了最终的偏移剖面。逆时偏移技术逆时偏移技术基本原理基本原理 叠前逆时偏移：叠前逆时偏移：叠前逆时偏移是对单炮记录数据进行逆时偏移，然后将各炮叠前逆时偏移是对单炮记录数据进行逆时偏移，然后将各炮成像结果叠加，得到最终的成像剖面。成像结果叠加，得到最终的成像剖面。对单炮记录，它将炮记录对单炮记录，它将炮记录的最后一个采样时刻的波场的最后一个采样时刻的波场(x,z,T)作为起始平面，按时间反推，作为起始平面，按时间反推，并以地震剖面资料并以地震剖面资料u(x,z=0,t)作为每一步进时间的边界条件，得作为每一步进时间的边界条件，得出时间出时间t=0的的(x,z)，应用，应

5、用成像条件成像条件得到最终得到最终偏移结果偏移结果 u(x,z,t=0)。叠前逆时偏移的成像条件：叠前逆时偏移的成像条件：目前普遍使用的是激发时间成像条件。目前普遍使用的是激发时间成像条件。激发时间成像条件激发时间成像条件 是震是震源到每个成像网格源到每个成像网格点点的的单程旅行时单程旅行时。可以把地震记录看成地下不同点在不同时刻以不同强度激发的地可以把地震记录看成地下不同点在不同时刻以不同强度激发的地震波在地表的叠加结果，这就是激发时间成像条件的基本原理。激发震波在地表的叠加结果，这就是激发时间成像条件的基本原理。激发时间成像条件的求取是弹性波逆时偏移的难点之一，我们采用时间成像条件的求取是

6、弹性波逆时偏移的难点之一，我们采用求解程求解程函方程函方程的方法求取地下各点的成像条件。的方法求取地下各点的成像条件。逆时偏移技术逆时偏移技术基本原理基本原理五、结论与展望五、结论与展望四、逆时偏移技术应用效果及发展前景四、逆时偏移技术应用效果及发展前景三、三、逆时偏移技术逆时偏移技术算法描述算法描述二、二、逆时偏移技术逆时偏移技术基本原理基本原理一、一、逆时偏移技术逆时偏移技术的优势的优势主要内容：主要内容：逆时偏移技术逆时偏移技术算法描述算法描述（一）（一）三维逆时深度偏移的定解问题可描述为：2222222221uuuuxyzvtu x y z tt T(,)max 0u x y z tx

7、 y tz(,)(,)0(,)x y tv x y z(,)为纵横向可变的介质速度为地表接收的三维地震纪录逆时偏移技术逆时偏移技术算法描述算法描述0022222222222222zubvyubvtuvatxuzubvyubvtuvatxuxXxXmaxmin 2222222222222200uy tavutbvuxbvuzuy tavutbvuxbvuzyYyYmaxmin 2222222222222200uz tavutbvuxbvuyuz tavutbvuxbvuyzZzZmaxmin上面为上面为3 3个个方向两端的边界条件方向两端的边界条件，其中，其中ab1050857607514708

8、875.,.为导出为导出该该方程的离散差分格式，需把观测对应的地下方程的离散差分格式，需把观测对应的地下介质分布区域或要对其进行地震波模拟的模型区域离散介质分布区域或要对其进行地震波模拟的模型区域离散化，即把它们剖分成一个个的小方块。化，即把它们剖分成一个个的小方块。令令 ,为导出高阶差分方程，需为导出高阶差分方程，需把波场进行把波场进行Taylor Taylor 展开。展开。逆时偏移技术逆时偏移技术算法描述算法描述uu i x j y k z n ti j kn,(,)逆时偏移技术逆时偏移技术算法描述算法描述 然后利用微分和差分关系，得到然后利用微分和差分关系，得到用于正演模拟和逆时深用于正

9、演模拟和逆时深度度偏移的高阶偏移的高阶差分方程的起始方程差分方程的起始方程。另外，可以根据需要来组合不同阶次的差分格式。另外，可以根据需要来组合不同阶次的差分格式。4224224224444444442222222tOxzuzyuyxutv!44zuyuxutv!42zuyuxutvttutu2ttu 4224224224444444442222222tOxzuzyuyxutv!44zuyuxutv!42zuyuxutvttutu2ttu 利用差分法求解利用差分法求解上面定义的上面定义的定解问题可以很好地解决三维逆时深度定解问题可以很好地解决三维逆时深度偏移问题。偏移问题。逆时偏移技术逆时偏移

10、技术算法描述算法描述（二）边界条件 做正演和逆时偏移，很重要的一个问题就是解决人工边界的反射。若不能完全消除边界的反射，其剩余能量就会返回到计算区域，经过多次数值积分，剩余能量不断积累增大，将对记录造成一定影响。有时使用最优系数吸收边界条件仍不能很好的解决人工边界问题。采用多次透射边界和衰减边界相结合的办法，可以较好地解决了边界反射问题。五、结论与展望五、结论与展望四、逆时偏移技术应用效果及发展前景四、逆时偏移技术应用效果及发展前景三、三、逆时偏移技术逆时偏移技术算法描述算法描述二、二、逆时偏移技术逆时偏移技术基本原理基本原理一、一、逆时偏移技术逆时偏移技术的优势的优势主要内容：主要内容：基于

11、常规的有限差分叠前逆时偏移算法，使用求解程函方程得到的激发时间基于常规的有限差分叠前逆时偏移算法，使用求解程函方程得到的激发时间成像条件，我们对凹陷模型和成像条件，我们对凹陷模型和Marmousi模型做了相应的试算。模型做了相应的试算。凹陷模型60炮偏移叠加成像结果逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景Marmousi模型单炮叠前偏移结果120炮偏移叠加成像剖面逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景 目前计算机技术已经发展到可以做目前计算机技术已经发展到可以做3D3D叠前叠前RTMRTM。Lesage等等使用混合有限差分使用混合有限差分-混谱法算法的

12、混谱法算法的3D3D逆时偏移来解双程声波方逆时偏移来解双程声波方程。这一算法使得逆时偏移就可以处理程。这一算法使得逆时偏移就可以处理 3D3D各向同性介质、各向同性介质、3D 3D VTIVTI介质和介质和3D TTI3D TTI介质介质。Robert Soubaras等还提出新的求解双程波动方程的算法：等还提出新的求解双程波动方程的算法：两步法显式推进算法两步法显式推进算法。Ben D.Wards等提出了基于傅里叶变换等提出了基于傅里叶变换的高保真时间推进方程，方法结合局部傅里叶变换（的高保真时间推进方程，方法结合局部傅里叶变换（Gabor变变换）也适用于变速介质。换）也适用于变速介质。Fa

13、qi Liu等在原标准波动方程的基础等在原标准波动方程的基础上引入一个频散衰减项，以此来达到上引入一个频散衰减项，以此来达到抗频散抗频散的效果。的效果。逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景图1：速度模型（左）和两步法显式推进逆时偏移成像结果（右）逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景 目前还发展了多步法逆时偏移，其思想是，根据速度将地下构造沿着深度大体分成2-3块，然后从上到下对各小块区域顺次应用RTM进行成像，这样就使得RTM经济有效，增加了其在实际生产中的实用性。而且，多步法逆时偏移过程中还可以将不同偏移方法结合应用来进一步提高成像质量和成像效

14、率。根据每一分块的速度场的复杂情况，选择合适的偏移方法，只在必要时利用RTM算法。这样，不但可以保持RTM的优势，而且充分利用其它各种成像方法的优势，降低计算时间，得到高质量的成像。逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景 偏移所用的速度模型。此速度模型分为三块，其中黄线定义了顶部偏移所用的速度模型。此速度模型分为三块，其中黄线定义了顶部区域的底，绿线定义了中间区域的底。区域的底，绿线定义了中间区域的底。逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景图图2：速度模型分区示意图：速度模型分区示意图图3a：用RTM成像结果 图3b：混合成像结果 图图3a所示为所示

15、为BP模型左边部分的模型左边部分的RTM成像结果，图成像结果，图3b为混合成像结果为混合成像结果，顶部和底部区域用单程波动方程偏移，中间区域用，顶部和底部区域用单程波动方程偏移，中间区域用RTM进行成像。两种进行成像。两种偏移方法所用步长都是偏移方法所用步长都是12.5m。可以看出两种成像之间没有大的差异。两种。可以看出两种成像之间没有大的差异。两种成像结果中，盐丘体的陡倾侧翼界面都得到了很好的成像，而且复杂丘体成像结果中，盐丘体的陡倾侧翼界面都得到了很好的成像，而且复杂丘体下面的反射界面也都得到了成像。下面的反射界面也都得到了成像。图图3c，d所示为对深源丘体区域所做的类似对比。两者大部分区

16、域所示为对深源丘体区域所做的类似对比。两者大部分区域成像效果一致，但图成像效果一致，但图3d所示混合成像结果对陡倾同相轴有更好的成像效所示混合成像结果对陡倾同相轴有更好的成像效果，如果，如黄色箭头黄色箭头所示。和图所示。和图3a所示所示RTM成像结果相比，图成像结果相比，图3d的陡倾同相的陡倾同相轴更连续，振幅更均衡。轴更连续，振幅更均衡。图3c：用RTM成像结果 图3d：混合成像结果叠前逆叠前逆时偏移时偏移弹性波弹性波逆时偏逆时偏移移角度域弹角度域弹性波逆时性波逆时偏移偏移垂直地震垂直地震剖面数据剖面数据的炮检距的炮检距逆时偏移逆时偏移逆时偏移逆时偏移的预处理的预处理抗频散抗频散波动方波动方

17、程逆时程逆时偏移偏移相移时间相移时间推进法逆推进法逆时偏移时偏移利用利用逆时偏移逆时偏移为为速度速度分析和分析和建模打开新的建模打开新的领域领域逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景RTMRTM的研究方向：的研究方向：1 1）复杂条件下复杂条件下3D3D速度分块、相应速度分析与建模和速度分块、相应速度分析与建模和RTMRTM网格计网格计算方法研究。算方法研究。分析整个研究区域的速度分布特点，实现研究区域沿分析整个研究区域的速度分布特点，实现研究区域沿深度方向的有效分块，基于每一分块的速度特点，有针对性地研究深度方向的有效分块，基于每一分块的速度特点，有针对性地研究相应的速

18、度分析与建模方法，建立细化精确的速度场相应的速度分析与建模方法，建立细化精确的速度场。研究研究RTMRTM网网格的计算方法，推导相应的计算公式，获取相应区域的网格尺度，格的计算方法，推导相应的计算公式，获取相应区域的网格尺度，为复杂条件下为复杂条件下3D3D多步法分区多步法分区RTMRTM成像做准备；成像做准备；逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景RTMRTM的研究方向：的研究方向：2 2）复杂地质条件下高精度复杂地质条件下高精度3D3D有限差分抗频散波动方程有限差分抗频散波动方程 RTM RTM算法算法研究。研究。基于每一分块的速度特点和对成像精度的要求，结合现有方基

19、于每一分块的速度特点和对成像精度的要求，结合现有方法对起伏地表、高陡构造和复杂储层区等复杂地质条件的适用性和法对起伏地表、高陡构造和复杂储层区等复杂地质条件的适用性和方法自身存在的局限性，研究相应的高精度方法自身存在的局限性，研究相应的高精度3D3D有限差分抗频散波动有限差分抗频散波动方程方程RTMRTM算法，有效减小有限差分算法，有效减小有限差分RTMRTM过程中的频散；过程中的频散；逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景RTMRTM的研究方向：的研究方向：3 3）研究新的研究新的3D3D保真成像条件。保真成像条件。分析现有成像条件的优缺点和复分析现有成像条件的优缺点和

20、复杂地质体地震保真偏移对成像条件的要求，研究并应用杂地质体地震保真偏移对成像条件的要求，研究并应用3D3D倾角保真倾角保真校正和能量照明补偿，来消除逆散射效应及反射倾角对偏移振幅等校正和能量照明补偿，来消除逆散射效应及反射倾角对偏移振幅等动力学信息的影响；动力学信息的影响；逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景逆时偏移技术应用效果及发展前景RTMRTM的研究方向：的研究方向：4 4）弹性逆时深度偏移。弹性逆时深度偏移。到目前为止，人们在弹性波叠前逆时深到目前为止，人们在弹性波叠前逆时深度偏移技术研究方面取得了一定的进展，但总体来说，国内、外在

21、这度偏移技术研究方面取得了一定的进展，但总体来说，国内、外在这一领域还处在起步阶段一领域还处在起步阶段,还需要投入更多的精力来研究它还需要投入更多的精力来研究它。目前目前HuseyinHuseyin DenliDenli等提出的一种弹性成像的可选步骤是在波场重等提出的一种弹性成像的可选步骤是在波场重构和成像时使用全矢量场。波场重构使用弹性波方程的数值解，并且构和成像时使用全矢量场。波场重构使用弹性波方程的数值解，并且用多分量数据作为边界条件。用多分量数据作为边界条件。ERTMERTM是复杂区域真振幅偏移最有远景是复杂区域真振幅偏移最有远景的工具。的工具。五、结论与展望五、结论与展望四、逆时偏移

22、技术应用效果及发展前景四、逆时偏移技术应用效果及发展前景三、三、逆时偏移技术逆时偏移技术算法描述算法描述二、二、逆时偏移技术逆时偏移技术基本原理基本原理一、一、逆时偏移技术逆时偏移技术的优势的优势主要内容：主要内容：原则上逆时偏移是实现全波场偏移成像的最佳方法，可以发展原则上逆时偏移是实现全波场偏移成像的最佳方法，可以发展为真振幅逆时偏移为真振幅逆时偏移。随着向量并行计算机及高性能集群的快速发展。随着向量并行计算机及高性能集群的快速发展和进行高精度速度分析与建模思路的提出和初步实现，使得计算需和进行高精度速度分析与建模思路的提出和初步实现，使得计算需求和速度场对求和速度场对RTMRTM的制约逐步减小，的制约逐步减小，RTMRTM再次具有了非常重要的研究再次具有了非常重要的研究意义与应用价值。意义与应用价值。复杂条件下复杂条件下3D3D速度分块、相应速度分析与建模和速度分块、相应速度分析与建模和RTMRTM网格计算网格计算方法研究、高精度方法研究、高精度3D3D有限差分抗频散波动方程有限差分抗频散波动方程 RTMRTM算法研究及新的算法研究及新的3D3D保真成像条件的研究必将加速保真成像条件的研究必将加速RTMRTM的实用化，因此需要投入更多的实用化，因此需要投入更多的精力来发展和完善它。的精力来发展和完善它。结论和展望结论和展望谢谢各位专家！