面向海洋深水资料的全波场最小二乘偏移方法研究

There widely exist multiples in seismic data acquired in deep Sea, in order to simultaneously use primaries and multiples, in this project, we are going to study full wavefield (primaries, surface-related multiples and interval multiples) least-squares migration (LSM) based on the assumption of acoustic medium and constant density. There are three problems exist if extending joint LSM of primaries and multiples to full wavefield LSM: ①Interval multiple can’t be reconstructed with full wave-equation based finite difference method when velocity model is smooth; ②The bivariate problem of the wavelet function and the reflection coefficient in the inversion process; ③Crosstalk noise caused by high order wavefield. Firstly, based on secondary source idea, the flexibility of one way wave equation propagation operator in the continuation direction, we study on the inverse migration method which can reconstruct surface-related and interval multiples; secondly, using the separable variable LSM and the variable projection algorithm, the reflection coefficient and the wavelet function are updated at the same time in the iterative process; Thirdly, The distribution features of crosstalk noise are analyzed in the angle domain local imaging matrix (LIM), and the coherent noise filtering function is constructed; finally, Appling full wavefield LSM to Deep marine data acquired in South China Sea, analyzing the data quality and pre-processing, a robust and practical FWM method for real deep marine data is developed.

海洋深水资料普遍发育强能量多次波，为能够同时利用一次波与多次波，本研究拟开展声介质常密度假设下的全波场（一次波、表面多次波和层间多次波）最小二乘偏移（LSM）方法研究。现有一次波与表面多次波LSM向全波场LSM拓展面临三个方面的问题：①基于全波方程的波场延拓方法在平滑速度条件下无法模拟层间多次波；②反演过程中子波函数与反射系数的双变量问题；③高阶次波场产生的相干噪音。为此，首先基于单程波算子在延拓方向上的灵活性优势和二次震源思想，考虑地层的上、下行反射系数，研究能重建含层间多次波的全波场反偏移方法；其次，借鉴可分离变量LSM与变量投影，研究在全波场LSM过程中同时更新反射系数与子波函数的方法；再次，分析角度域局部成像矩阵（LIM）内相干噪音分布特征，研究LIM内提高信噪比的方法；最后，对南海深水资料开展全波场LSM应用研究，分析其对实际资料的品质和预处理要求，形成稳健的全波场LSM方法。

海洋深水资料普遍发育强能量多次波，为能够同时利用一次波与多次波，本课题开展了声介质常密度假设下的全波场（一次波、表面多次波和层间多次波）最小二乘偏移（LSM）方法研究，通过为期四年的攻关研究，取得了3项研究成果，第一，研发了不同阶次自由表面相关多次波预测与成像方法，通过多次波升阶次与匹配相减的方法预测出不同阶次自由表面相关多次波，并进行单独成像，提高了地震照明均衡度、垂向分辨率和信噪比；第二，为解决起伏观测面对采集孔径范围的限制问题和造成深层地震照明不足的问题，提出了一种起伏地表条件下的照明补偿方法，基于小波束波场延拓算子在波场延拓过程中解决起伏地表面的影响，并引入空间滤波函数压制虚拟层内的偏移噪音，利用局部指数标架对上、下行波场分解,得到局部角度域成像和照明补偿因子，提高了地下成像照明度；第三，为了能够利用全波场信息提高成像质量，提出了基于单程波算子的全波场最小二乘偏移(FW-LSM)方法。引入地层上、下界面反射系数和背景速度，推导了基于单程波算子闭循环延拓的全波场正演算子，在二范数意义下求解全波场最小二乘偏移的误差泛函和梯度项表达式，构建基于反演框架的全波场最小二乘偏移方法，多轮次反演迭代压制了复杂波场产生的相干假象，多次反射波信息的利用显著改善了成像品质，该方法的研究拓宽了地震成像的手段；第四，提出了一种基于闭循环单程波算子的全波场正演模拟方法，实现了不同阶次的多次波和鬼波的模拟及分离，为全波场成像奠定了基础。研究方法在简单模型和复杂模型中都得到了成功测试，并且在海洋实际资料处理中进行了成功试算，并取得了明显实用效果。相关研究发表科技论文12篇、会议论文3篇、申报国家发明专利4项、登记计算机软件著作权3项，获得了中国石油和化工自动化应用协会科技进步二等奖1项、中国石油杭州地质研究院科技进步奖1项。