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物探与化探  2018, Vol. 42 Issue (5): 977-989    DOI: 10.11720/wtyht.2018.1137
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基于方位—反射角度道集的高斯束层析速度建模方法及实现
蔡杰雄
中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院,江苏 南京 211103
Method and application of Gaussian beam velocity tomography based on azimuth-reflection angle domain common imaging gathers
Jie-Xiong CAI
SINOPEC Geophysical Research Institute,Nanjing 211103,China
全文: PDF(10265 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

层析反演是速度建模中最重要的方法之一,结合偏移成像在成像域进行波动方程线性化走时层析速度建模是当前比较实用有效且精度较高的技术组合。文中首先给出了高斯束偏移提取方位—反射角度道集的方法,之后从高斯束偏移角度道集出发,在波动方程的一阶Born近似和Rytov 近似下,推导了成像域波动方程线性化走时层析方程及其显式表达的层析核函数,并利用高斯束传播算子计算该核函数。基于高斯束传播算子的偏移成像与层析成像相结合进行深度域速度建模迭代及偏移成像,体现了速度建模与成像一体化的思想。数值计算及实际数据应用证明了基于高斯束传播算子的层析成像与偏移成像方法的有效性。

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蔡杰雄
关键词 高斯束走时层析核函数偏移成像角度道集    
Abstract

Tomography is one of the most important velocity building methods.Travel time tomography in image domain, implemented with migration, is widely used in velocity model building currently. The authors first introduced the method to output the azimuth-reflection angle gathers, and then, under the assumption of the first-order Born and Rytov approximation of wave equation,started with the imaging condition of Gaussian Beam Migration to derive the linear relation between traveltime perturbation and velocity perturbation in the image domain,with which the authors constructed the explicit expression of kernel function for the wave equation traveltime tomography and established the traveltime tomography equation.The key to computing the kernel is how to compute the Green function in the background model.Making use of the Gaussian beam propagation operator to compute the kernel function can be flexible and efficient.Together with the implementation of Gaussian beam propagation operator in migration,the authors truly realized the integrated technological process of velocity building and migration.Numerical tests and field data application demonstrate that the Gaussian-beam-propagator based traveltime tomography in image domain is effective.

Key wordsGaussian beam    traveltime tomography    kernel function    migration    angle gathers
收稿日期: 2017-08-24      出版日期: 2018-10-24
:  P631.4  
基金资助:国家科技重大专项(2016ZX05014-001-002)
作者简介: 蔡杰雄(1983-),男,同济大学固体地球物理学博士毕业,副研究员,现在中石化石油物探技术研究院从事地震反演成像研究工作。Email:caijx.swty@sinopec.com
引用本文:   
蔡杰雄. 基于方位—反射角度道集的高斯束层析速度建模方法及实现[J]. 物探与化探, 2018, 42(5): 977-989.
Jie-Xiong CAI. Method and application of Gaussian beam velocity tomography based on azimuth-reflection angle domain common imaging gathers. Geophysical and Geochemical Exploration, 2018, 42(5): 977-989.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2018.1137      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2018/V42/I5/977
  定义地下成像点的方位—反射角示意
从炮点S出发和从检波点G出发到达成像点R处的射线慢度矢量分别表示为pspr,通过在成像点附近的局部空间中定义方位角(旋转角)和反射角(张角)
  三维射线中心坐标系示意
高斯束有效范围内任意一点Q的旅行时可用其对应的中心射线上点R的旅行时解析表达
  不同频率单频和带限走时层析核函数的数值模拟特征
a—单频10 Hz核函数xz切片;b—单频10 Hz核函数yz切片;c—单频20 Hz核函数xz切片;d—单频20 Hz核函数yz切片;e—单频30 Hz核函数xz切片;f—单频30 Hz核函数yz切片;g—带限核函数xz切片;h—带限核函数yz切片
  成像域高斯束走时层析反演核函数
  高斯束层析传播路径几何示意
a—复杂介质传播路径;b—成像点局部传播路径
  高斯束层析反演流程
  某地区复杂速度模型(a)及其相应炮集记录(b)
  初始速度模型(a)及其高斯束叠前深度偏移剖面(b)
  CDP 400角度道集
a—初始角度道集;b—正确模型角度道集;c—高斯束层析角度道集;d—射线层析角度道集
  高斯束层析更新速度场(a)及其层析后高斯束偏移剖面(b)
  常规射线层析更新速度场(a)及其层析后高斯束偏移剖面(b)
硬件环境 ①处理器:Intel(R)Xeon(R)X5650 ②处理器主频:2.66 GHz
③物理内存:48 GB ④每个节点CPU数:2个(每个CPU8核)
软件环境 ① 操作系统:Red Hat Enterpise Linux 4-64 Update 5
② 并行计算环境:MPICH1.2.6
③ 编译器:INTEL C++ 、FORTRAN编译器 10.0.023 Linux 版(64位)
④ 配置英特尔 MKL9.1 (Math Kernel Library Cluster Edition)数学库
网络环境 1000 M,4 GB光纤
  计算机集群系统软硬件环境
处理名称 处理时间/min 折算单核处理效率
高斯束层析 110.3 0.766 M/h
射线层析 9.99 8.46 M/h
  高斯束层析与射线层析计算效率对比
  中国南方某山前带工区某单炮实际资料
  某实际数据深度域初始建模(a)常规射线层析建模(b)及高斯束层析建模(c)结果对比
  实际数据的高斯束偏移结果
a—利用射线层析模型;b—利用高斯束层析模型
  实际数据利用高斯束层析模型偏移结果
a—利用Kirchhoff偏移;b—利用高斯束偏移
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