起伏层状各向异性建模及多波可控射线方法正演

There are large amount of wave components in elastic synthetic seismograms obtained by the complicated model forward modeling and real seismic data. The diversity of wave components is positively correlated with the complexity of structure and media. In addition, in the orthorhombic anisotropic media, seismic propagation mechanism is more complicated than in isotropic and transverse isotropic media, the singularity of quasi-S waves is particularly serious. The conventional grid model is incapable of accurately describing the rugged interfaces and the related complex anisotropic parameters, cannot directly simulate the wave field of specified wave components. This research will apply the layer-based model building method in a modified non-uniform B-spline function framework, combing image processing and machine learning algorithm, describing the rugged-layer orthorhombic anisotropic model with massive original information adaptively. Using ray method in wave field forward modeling of layer-based model can flexibly specify target area, target wave type and target interface which generates reflected (converted) wave, and fast acquire controllable wave field forward modeling results. It has theoretical and practical significance for converted wave, multiple wave migration imaging and the design of wide azimuth and high density acquisition system in seismic exploration.

复杂模型的弹性波合成理论地震图以及实际地震资料中通常含有丰富的波成分信息。波成分的多样性与地层构造以及介质的复杂程度正相关。另外，在正交各向异性介质中，地震波的传播机制比在各向同性、横向各向异性介质中更加复杂，准S波的奇异性问题尤为突出。传统的网格模型无法准确表征起伏界面特征和相关的复杂各向异性介质参数等性质，也无法直接进行指定波成分的波场模拟。本项目拟使用以改进的非均匀B样条函数为框架的复杂层状模型建模方法，结合图像处理、机器学习算法，对具有海量原始信息的起伏层状正交各向异性模型进行自适应参数化描述。基于层状模型框架使用射线方法进行波场模拟，能够灵活指定目标区域、目标波型以及产生反射（转换）波的目标界面，快速获取可控的波场模拟结果，对地震勘探中的转换波、多次波偏移成像，宽方位高密度采集系统设计具有理论和实际意义。

传统的射线追踪方法通常采用网格模型进行模型参数化，无法准确描述界面的起伏特征，受模型精度的限制，一定程度上会影响走时和振幅。具有复杂起伏界面及构造的模型，通常易产生多波成分相互混杂串扰的地震数据。使用传统的网格模型进行波场模拟时，由于无法准确定位界面的位置，无法独立模拟给定成分的波，混杂的波成分给后期的偏移或者反演工作引入了一定的模糊度和不确定性。由于理论研究和实际应用的大量模型都是具有复杂地质构造和介质信息的，在偏移及反演应用中，通常需要对原始数据不同波型进行分离的预处理。而波场分离方法一般存在混波、低频化、波形畸变等缺陷，尤其是当出现不同波混叠时，结果均不理想。.本项目在以上背景下提出，研究目标为构造基于非均匀B样条函数的起伏层状正交各向异性模型，并以此模型为框架，进行多波类型的射线方法波场模拟。研究内容主要包括高效识别、提取和排列整理原始网格模型中层状信息、使用层状信息进行冗余性良好的层状模型自适应拟合，以及使用已有的复杂各向异性层状模型，针对指定目标界面、目标区域模拟任意指定类型波场的快速射线正演。该模型构造和正演模拟框架已通过工业模型的测试对比，并已应用于实际区域的三维模型构造和指定波类型波场模拟。通过该项目的支持，研究并提出了一种基于复杂层状各向异性模型的多波射线正演模拟方法，能够利用通过自适应建模方法构造的层状模型，在射线理论动力学正演框架下，快速获取射线路径经过的介质属性及界面信息，排除无关波型的干扰，有效定位正演的目标区域，目标反射(转换)波产生界面和目标波型，进而直接得到多波可控的波场模拟结果。已提交并获得一项软件著作权，并投入实际应用。在当前大规模高覆盖的实际工区中，此方法能够辅助进行高效的大规模采集系统设计和样本采样点设计，并且为后续的指定波场偏移成像理论提供相应的技术基础。