深度偏移基于双向波动方程图像观察倍数:一个案例研究在南设得兰群岛保证金(南极洲)

文摘

随着海洋地震勘探的发展,海底地震仪(突发)作为一种新的地震采集技术得到了广泛的关注。虽然经常被视为多个波噪音,他们可能携带大量的地下信息并产生一个更广泛的比主波照明。进行多次波成像,我们提出利用双向波动方程波场深度外推方法很少使用。一个简单的浸渍模型被使用小学和多个波成像,这证明的优越性多个波成像在主波和实际应用奠定了基础。此外,多个成像的比较结果反向时间偏移和我们提出的方法表明,我们建议的方法需要较少的存储空间。在这项研究中,我们应用这种迁移方法的实际观察收集的数据在南设得兰群岛保证金(南极洲),天然气水合物是有据可查的。首先,采用波场分离方法来处理突发交换数据,从而产生可靠的主要和波倍数;其次,文中算法用于推导出速度场;最后,基于双向波动方程波场深度推断方法是主要应用于图像和多波。迁移结果表明,多个波提供了一个更广泛的照明和更清晰的沉积物比主波结构,特别是对于高浅反射。

1。介绍

近年来,多组分海底地震仪(突发)技术已广泛应用于天然气水合物勘查。观察数据,比传统的近地表记录有以下优点:(1)观察部署在海底,因此能够记录p波和转换PS-waves;(2)观察提供了广泛的几何方位,为获得良好的成像具有重要意义在某些复杂的上覆岩层;(3)观察数据有更高的信噪比。即便如此,观察数据处理仍面临许多困难。例如,主波通常用于图像观察数据。然而,由于射线路径几何,观察者通常产生一个窄照明由传统的移民,尤其是那些对深度低于海底浅层反射不到观察间隔。如果奥林匹克广播服务公司位于伟大的间距,这一问题将加剧,可能会发生两个奥林匹克广播服务公司之间有很大的差距在成像。它由致密的表面可以提高收购,但是收购的成本是非常高的。出于这个原因,迁移与观察多个波提出了短跑et al。1]。作为多个波渗透到地下几次旅行路径更长,并且含有丰富的反射信息,他们可以产生一个更广泛的照明地下主波比。水层已经被几个作者使用倍数(即迁移的观察数据。,(2- - - - - -6])。最近,Kazuya et al。7)提出利用地震波干涉法解决广角成像的观察数据。为了提高成像质量,通et al。8)观察数据,图像使用深水区域,取得一个更好的结果与常规方法相比。然而,大多数研究使用传统的迁移方法如基尔霍夫单程波方程偏移处理突发交换数据。很少有研究介绍了光突发的最新迁移到应用程序数据,这是本文要讨论的话题。

地震迁移是一个至关重要的数据处理在学术和工业圈。研究人员进行了地震迁移工作的一个分支。目前,基于波动方程偏移已广泛应用,可以分为三个类别,其中,最深入研究的是单程波方程的方法,它提供了一个声波方程的运动解决方案,如分步傅里叶方法(9- - - - - -13]。因为传统的单程波方程经常迁移方法基于有限的泰勒展开,他们的缺点是有限的成像角度。为了克服这一限制,重新计算系数的优化方法是利用部分分式,从而实现更好的成像性能(14- - - - - -16]。但这种改善有其局限性,这些方法似乎很难使成像角度达到90度。作为一个非常重要的迁移方法,扭转时间偏移(RTM)成像研究的一个热点问题,因为它可以处理各种波在任意速度模型包括波浪。更重要的是,它没有限制(17,18),所以它可以形象复杂模型,无法被单程波动方程成像。尽管RTM有其优点,也有缺点。它面临的最具挑战性的问题是存储。为了计算成像振幅,RTM需要恢复所有的波场,这需要一个巨大的内存成本。研究人员正在寻找不同的技术来解决这个问题,比如提出的随机边界方法避免波场的存储(19]。RTM方法的另一个大问题是低频工件成像中存在的部分。为了解决这个问题,Yoon和Marfurt20.)提出了拉普拉斯算子的过滤器。虽然RTM有一些缺点,它仍然有很长的路要走,完全解决这些问题,这仍然是一个成像领域的关注。

双向波equation-based深度偏移方法的最新发展是一个二阶偏微分方程的坐标,所以需要两个边界条件来让它可以解决的领域的深度(21,22]。很难满足边界条件的要求,所以研究人员分离双向波动方程在数学上和发达的单程波动方程偏移方法。为了处理边界条件,你等。23)提出了一个dual-sensor地震采集系统的基础上,进行波场深度偏移的双向波动方程。因为双向波动方程的基础上深度偏移方法全波方程,理论上它也没有限制成像角度。然而,与RTM方法相比,它需要更少的存储空间,而且产生的低频少工件。因此,它是一种很有前途的迁移方法。

在这项研究中,我们建议图像观察多个双向波动方程的波深度偏移方法,这是第一个应用程序来观察数据。在这里,我们提供了一个应用该方法观察收集的数据,在南设得兰群岛保证金(南极洲)(图1)。南设得兰群岛利润率位于南极半岛北端的太平洋边缘。这是南极的辐合区边界和前凤凰板块俯冲下南设得兰群岛microcontinental块。大陆边缘显示一个复杂的构造背景,在trench-accretionary prism-fore-arc盆地序列可以被识别(24,25]。俯冲过程现在认为发生由于大洋板块的下沉和回滚,再加上伯兰斯菲尔德海峡的扩展边际盆地(25- - - - - -28]。在这个地区,南极游轮在意大利的地震数据显示可能的存在天然气水合物储层沿着这保证金(29日- - - - - -32]。像致密砂岩天然气水合物是一种非常规能源以极大的经济潜力(33,34]。最近的研究指出,长期海洋变暖可能会影响稳定的天然气水合物储层(35]。如果天然气水合物分解和释放甲烷,它会导致气候变化。结果,具有重要意义,增加我们的天然气水合物的信息,包括天然气水合物系统的良好形象。

2。材料和方法

2.1。奥林匹克广播服务公司数据采集和处理

本文沿着南设得兰群岛的地震数据收集保证金在南国夏季2003/2004。数据集中在大陆坡和一个强大的底层模拟反射(BSR)承认在第二次调查。这个调查确认的两大目标的存在可能的水合物储层和重建这一地区的构造背景。有两个观察者位于多道地震BSRstar8行,如图1。两个GI枪支作为震源总量的3.5 L。他们拖到深度8米,发射了50米的间隔。奥林匹克广播服务公司由三分量检波器和水听器。垂直和水平组件通常是用于研究压缩和剪切波,分别。数据记录20年代每2 ms。

奥林匹克广播服务公司调查期间,其实际位置在海底是不确定的,因为它可能会取代不少数百米之外的驻扎位置设计在海面上,考虑海洋洋流和水深。认识到精确的海底位置的观察是一个先决条件,一个精确的速度场和一个令人满意的图像部分因为速度分析很容易突发交换位置的误差。因此,第一个操作过程我们是奥林匹克广播服务公司搬迁。在大多数情况下,我们利用直接波估计观察位置在海底。奥林匹克广播服务公司的搬迁是一个逆问题,其目的是定位观察位置,以及减少计算之间的残余和观察到的直接波的旅行时间尽可能多。计算的精确的海底观察者的位置是直接到达不同的镜头,假设速度一致的水柱,在海底的深度从水深数据。搬迁的结果表明OBS6徘徊约750米之外,射击线成直角,1790米的深度,这可能是与强大的水流(37]。测试的质量迁移突发交换位置,正常行程时间的线性校正的水柱对观察数据进行了。位置是否准确,直接波应该出现平后,校正由于消除水体的抵消(见图2)。

我们应用一个振幅校正球面发散以及带通滤波(10 - 100 Hz)垂直和水听器组件,以提高数据质量,加强识别阶段。此外,减少振铃声,我们进行了预测反褶积算子长度160 ms和25 ms竖直分量数据的步骤。然而,反褶积不是很有效,还伴有明显的振铃声音。在这种情况下,我们选择了水听器组件,而不是垂直分量识别阶段。垂直分量,而不是水听器组件,显示一个明显的振铃现象是由于海底之间的耦合效应和仪器。此外,初选和倍数在水听器组件(图很明显3)。

2.2。波场分离

在迁移之前,初选和观察数据的倍数需要分离。最常用的方法是波场分离到上行和下行波场通过合并与垂直的水听器组件(dual-sensor或PZ求和;(38])。在实践中,水听器和垂直检波器通常显示不同的仪器响应和仪器敏感性,以及不同的耦合特征的海底;因此,两个组件的数据差异振幅和阶段。因此,有必要进行匹配的两个组件之前PZ求和(39]。校准后的垂直分量水听器组件,上行和下行波场分离 在哪里上行波场,是下行,是水听器组件,垂直分量校准后,是水的密度,声速。

奥林匹克广播服务公司部署在海底,声波和弹性介质之间的界限,因此海底上方和下方的波场需要分离(39- - - - - -41]。在最初的信号是由一个通过水柱源和传播,这是见面时,部分反映了水沙界面和部分转移到海底。例如,旅行时间的直接到达的时间几乎是等于波反映在海底和到达接收方就在海底上面。海底以上,直接波由上行和下行波场,虽然它只显示了海底下的下行波场,以及接收机的倍数。类似地,当一个反射事件向上传播,满足水沙接口,它是部分转移到水柱,部分反映到海底。因此,反射信号由上行和下行组件在海底,但它只有一个上行组件上方海底。在这项研究中,我们进行了波场分离的基础上参考描述的方法。1]。

2.3。奥林匹克广播服务公司多个波成像基于双向波动方程偏移方法

在二维情况下,声波方程初始边界条件可以编写如下(22]: 在哪里 的波场的时间吗 , 是中等速度,是网格空间和持续的一步, 和 记录的地震数据吗 和 深度的水平,是导波场。我们需要知道两个初始边界条件,因为双向波动方程是二阶偏导数的微分方程。

在传统的海洋勘探,我们通常在表面收集波场。因此,只有一个可以提供边界条件。为了处理这个问题,因为海身体的速度是恒定的,常见的方法是使用一个迁移方法基于单程波动方程波场计算导数,可以表示为 在哪里 和是外推一步。身体是海洋的速度。 和 傅里叶变换的结果吗 和 ,分别。

似乎直接求解方程(2)在深度域是非常困难的。我们试图转移方程的时间变量(1)到频域,它可以表示为 在哪里 是角频率, 频率域波场。

结合方程(4)和两个边界条件,用于深度的双向波动方程外推方案可以表示为 在哪里 和 傅里叶变换的结果吗 和 准时,分别22]。

总之,我们可以用表面的波场记录计算导数波场,然后利用方程(5)进行波场深度延递归。显然,方程(5)是一个一阶偏导数微分方程,一个经典的龙格-库塔方法用于近似。

进行波场深度延,如何计算操作符是一个关键的核心。为了处理这个问题,我们需要离散化亥姆霍兹操作符作为一个矩阵形式在一定的介质具有任意频率点的变化速度: 在哪里

分析方程(6),我们可以发现操作符是一个对称矩阵。所以可以实现矩阵分解,可以写成 在矩阵包括特征值 , 代表它的特征向量,上标表示换位。

然而,当执行波场深度推断,一个不可避免的问题是隐失波。桑德伯格和Beylkin [22]分析了产生隐失波因为的负值操作符。基于这种理解,我们引入一个矩阵分解方法去除的负值操作符,以抑制衰减波;更多细节可以在裁判。42]。

对于成像的多个波通过观察数据,我们宁愿利用镜子原理;镜子的原理图原理绘制在图4。奥林匹克广播服务公司通常是位于海底,其位置可以通过直接波来解决。假设大海表面是平的,所以我们可以找到一个镜像观察表面实际观察相同的距离。查看图4奥林匹克广播服务公司股票,我们可以发现反映相同的旅行时间与实际观察多个波。总之,我们可以用多个波镜像观察数据的图像。

3所示。结果与讨论

在数值实验中,我们设计了一个倾斜速度模型和三层(图5);的速度是1500米/秒,2000 m / s,和2500 m / s,分别测试通过初级和多次波成像性能。来源是0 ~ 2000 m范围内的海平面,和奥林匹克广播服务公司是在海底的模型。波场的计算是一个全波方程波场模拟方法,如图6。查看波场传播,我们可以清楚地观察到主波,因为多个波的路径旅行时间越长,较弱的多波的振幅比主波。然后,主波被用来执行深度偏移和镜子的成像原理是利用执行多个波。图7显示主要的成像结果和多个波。可以清楚地看到,主波不能等图像的某些部分界面的边界模型和海底,而多个波允许成像模型的边界成功并提供一个寄宿生成像照明,特别是海底反射器。这是因为多个波多次深入地下,有较长的旅行路径以及包含丰富的反射信息(图8)。这个简单的实验证明了多个波成像在主波的优势。

正如之前所讨论的,作为一个传统的迁移方法,扭转时间迁移已广泛应用于地下成像。为了证明双向波动方程成像表现的深度偏移方法,相反的时间偏移也应用于图像观察倍数。通过对比成像结果由我们提出迁移和反向时间偏移方法,我们可以看到,他们的成像结果非常相似(图7)。但RTM方法需要约6.4 Gb内存来存储波场而我们提出迁移方法只需要大约46 Mb内存。这是一个深度偏移方法的突出优势,但可以达到类似的成像结果。

对于真正的观察数据,我们使用镜像原理基于双向波动方程的图像多波深度偏移方法。但对于一个公平的比较,主要的成像结果波也包括在内。速度场计算确定旅行时间的旅行时间反演折射和反射从这个地区的两个突发交换数据36]。考虑突发交换数据的质量,只有一个观察数据在多道地震线用于成像。照明的宽度用主波非常有限。然而,当我们观察多个波的传播,我们可以看到多个波比主波有一个长的旅行路径。从理论上讲,多个波潜艇带来更多的信息。

我们放大成像区下观察详细比较,如图9。观察主要的成像结果和多个波,很明显看到多个波的成像质量显著改善与主波的成像结果。最明显的地方是海底的成像结果,浅略低于海底反射,不是由主波成像,但由多个波成像。此外,多个波产生一个更好的形象和侧向照明更加强。由于多个波的旅行时间长,它可以照亮一个更广泛的地区比主波。海底以下浅层结构成像清晰。这个观察数据的实际应用也证明了多个波成像的优势在主波。

4所示。结论

倍数是常见的在海洋地震资料,他们经常被丢弃的是噪音。然而,他们可能携带丰富的地下信息和地下部分不提供额外的信息被初选。在这项研究中,天然气水合物系统沿着南设得兰群岛保证金(南极洲)使用多个波成像的观察数据和成像使用初选结果是较常见的成像。因为它的效率,一个双向波动方程波场深度外推法得到的偏移成像,这是第一个应用程序的观察数据。成像结果表明,迁移与倍数提供了一个更广泛的照明和成像更清晰的地下结构比传统成像与主波,尤其是浅near-seafloor反映事件,它可以提供一个参考天然气水合物的研究和探索。此外,这个案例研究证明了双向的力量波动方程波场深度成像观察倍数的外推法。

数据可用性

第一作者的数据请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(批准号41874123),陕西省重点实验室开放基金的石油地质积累(批准号pag - 202001),中国博士后科学基金(批准号2018 m643554),陕西的自然科学基础研究计划(计划2020号金桥- 357)和重点实验室开放基金的煤炭资源勘探和综合利用(格兰特数字KF2019-1和ZP2018-2)。地球物理数据帧的收购项目“天然气水合物:影响亚南极地区的气候环境(BSR)”支持的意大利国家南极计划(PNRA)。作者要感谢Umberta Tinivella和Michela Giustiniani有用的评论。

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