基于声-弹耦合方程的海底四分量地震数据弹性矢量波成像方法研究

The applicant has proposed the elastic wave imaging method for four components (4C) seismic data based on the acoustic-elastic coupled equations (AECEs) in recent years and made some progresses in elastic scalar wave imaging, but in which the problems of phase shift, polarity reversal of converted-wave and migration artifacts still exist. We put forward the method of elastic vector wave imaging to solve the mentioned problems on the current research base. The primary objective of this research will focus on: 1) To solve the problems of phase shift and polarity reversal of converted-wave in elastic scalar wave imaging, we will introduce the algorithm of vector decomposition into the AECEs, and deduce the vectorial P- and S-waves propagation equations. With the vector-based imaging condition, we can obtain vector-based PP/PS images for ocean bottom 4C seismic data. 2) Based on the AECEs, we can realize the tensorial reverse-time extrapolation of receiver-side wavefields using ocean bottom 4C seismic data to suppress nonphysical waves in receiver-side extrapolated wavefields, and improve imaging quality. The results are of prime importance for promoting the development of the pre-stack imaging method and technology for ocean bottom 4C seismic data.

申请者近年来提出了基于声-弹耦合方程的海底四分量（4C）地震数据弹性波成像方法，在弹性标量波成像方面取得了一些研究进展，但弹性标量波成像仍存在相位移、转换波极性反转、偏移噪音等问题。本项申请拟在已取得研究成果的基础上针对上述问题开展弹性矢量波成像方法研究，包括以下内容：1）为解决弹性标量波成像中存在的相位移和转换波极性反转问题，在声-弹耦合方程中引入矢量分解算法，推导矢量P/S波的传播方程，结合矢量成像条件，实现海底4C地震数据弹性矢量PP/PS波成像；2）在声-弹耦合方程的框架下，利用海底4C地震数据进行接收端记录的张量逆时外推，压制接收端波场逆时外推中产生的非物理波，进而压制由非物理波参与成像产生的偏移噪音，提高成像质量。项目的研究成果对推动海底4C地震数据弹性波叠前精确成像方法与技术向前发展具有重要的应用价值。

常规的海底多分量地震数据弹性波逆时偏移成像方法是将海底接收到的三个质点速度记录作为边界条件赋值到弹性波方程，进行接收端波场逆时外推，在成像前应用Helmholtz分解进行纵横波波场分离，然后应用互相关成像条件分别进行PP波、SS波或者PS波成像。然而，这种方法在处理海底四分量地震数据弹性波成像时会引入一些问题：1）压力记录未被利用，海底四分量数据利用不充分，在逆时外推波场中会引入一些非物理波，从而在偏移剖面上形成严重的偏移成像噪音；2）对海底四分量地震数据进行弹性标量波成像，会引入90°相位差、振幅不准及PS波成像极性反转等问题。. 在各向同性介质中，将矢量分解算法引入到声-弹耦合方程，得到了新的基于矢量分解的声-弹耦合方程。在基于矢量分解的声-弹耦合方程的框架下，可以实现矢量纵横波的传播，矢量的纵横波保留了原始质点速度场的运动学和动力学信息。基于矢量的成像条件，结合接收端海底多分量地震数据的逆时张量外推，可以实现海底四分量地震数据的弹性矢量波精确成像，弹性矢量波成像解决了标量波成像带来的90°相位差、振幅不准、PS波成像极性反转等问题。. 在项目支持下，项目负责人以第一作者发表国际高水平SCI论文3篇，圆满完成了预定的研究目标和研究任务。