地震波吸收衰减建模和补偿方法研究

论文摘要

地震波在地下真实介质中传播通常会表现出依赖频率的吸收衰减和相速度频散,这种衰减效应是由地层的非完全弹性造成的。这种本征的吸收衰减效应不可避免地损失了地震信号的分辨率和保真度,从而影响地震偏移成像的精度,最终降低了地震资料解释的可靠度。因此,探索地震波吸收衰减规律,建立合理的吸收衰减模型,并在此基础上发展有效的地震资料吸收衰减补偿方法,成为了勘探地球物理界的研究热点。本文从数学和力学角度系统地介绍了地震波吸收衰减建模方法,根据建立的衰减模型提出了基于地震反演和成像的吸收衰减补偿方法。地震波的吸收衰减效应可以经验地用基于实验观测建立起来的频率幂律衰减模型或者基于力学机制的广义力学模型来表征。近些年备受关注的分数阶力学模型是连接这两种建模方法之间的桥梁。在连续松弛机制的假设下,分数阶力学模型是广义力学模型的数学极限,且表现出了频率幂律衰减规律。相比于频率幂律衰减模型,它具有更本质的物理含义,而相比于传统的力学模型,它有更加简洁的参数表征。本文通过数学推导和数值模拟来探讨不同吸收衰减模型之间的联系。地震资料吸收衰减补偿是一种重要的提高地震资料分辨率和保真度的处理方法,但是振幅补偿往往会以指数增长的方式放大地震资料中的高频噪声进而导致数值不稳定。本文提出了两种稳定的补偿策略:基于最小二乘反演的吸收衰减补偿和基于逆时偏移成像的吸收衰减补偿。具体地,鉴于传统的L1范数约束的反演方法,往往得不到最稀疏的反演解,本文提出了一种近似无偏的稀疏近似,即非凸的L1-2范数最小化约束,并用其进行精确而稳定的叠后地震资料吸收衰减补偿。而对于叠前地震资料的吸收衰减补偿,本文通过解析地求解含分数阶拉普拉斯算子的解耦粘滞声波方程及其补偿方程的波数域格林函数,在理论上证明补偿问题的不稳定性。在此基础上推导出了一种自适应稳定化算子,将其应用于粘滞声波和粘滞弹性波的吸收衰减补偿。相比于传统的低通滤波方法,这种稳定化算法展示出了更好的时变性和地震品质因子（Q）依赖性。本文进一步提出了一种广义化的稳定化策略,当假设指数型窗函数的指数是关于波数的幂律函数时,可以推导出一种时空域显式的稳定化算子。此外,本文采用MPI+CUDA并行编程的方式实现了补偿逆时偏移的高性能并行计算,并开发了cu Q-RTM开源程序包。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 汪宇锋

导师: 周辉

关键词: 吸收衰减建模,数值稳定性,范数,补偿逆时偏移,高性能计算

来源: 中国石油大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 中国石油大学(北京)

分类号: P631.4

DOI: 10.27643/d.cnki.gsybu.2019.000097

总页数: 140

文件大小: 34864k

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