各向异性弹性波模式分离与矢量分解及其全波成像应用

In conventional seismic exploration, some over-simplified theories and data acquisition and processing approaches limit our ability to image and characterize complex geological structures and unconventional reservoirs. Evolution of seismic acquisition technology and generalization of high-performance computor systems start to shift the seismic practice from imaging with pressure waves in an acoustic fluid to imaging using elastic waves with realistic anisotropic parameters. In this project, we focus on propagation and imaging of anisotropic elastic wave for multicomponent seismic data. First, on the base of our previous studies, we will propose the theory and approach to tackle the influence of shear singularity on wave mode separation and vector decomposition for anisotropic media. Second, we will construct space-wavenumber-domain equations to extrapolate and decompose the elastic wave modes simutaneously in the framework of pseudo-spectral method, and then present fast algorithms to solve them. Accordingly, excellent vector wave propagators of separated modes are provided for full wave seismic imaging and inversion. Third, we will develop efficient and accurate local angle domain elastic reverse time migration (ERTM) approachs that can ultilize the significant elasti wave signals such as mode conversion, anisotropic polarization, etc, in transverse isotropic (TI) media. Finally, advanced full wave seismic imaging technology of great promise will be developed in this project.

传统地震勘探的一些过于简化的理论和数据采集处理方法，降低了对复杂地质构造与非常规油气储层的成像和描述能力。地震采集技术的变革和高性能计算机系统的普及，正在推动地震勘探从声学流体压力波场成像向更符合实际的各向异性弹性波成像转变。本项目以各向异性弹性波传播与成像问题为核心，拟开展以下工作：1）在申请人已取得的研究进展基础上，提出在各向异性弹性波模式分离与矢量分解过程中应对横波奇异性影响的理论与方法；2）在伪谱法框架下构建各向异性矢量波同步传播与分解的空间-波数域算子并提出低秩近似快速解法，为全波地震成像与反演提供优秀的分离模式矢量波传播引擎；3）针对横向各向同性(TI)介质，研究准确高效的弹性波逆时偏移(ERTM)局部角度域成像方法,充分利用模式转换、各向异性极化等重要弹性波信息，形成理论先进并有良好应用前景的全波地震成像技术。

地震采集技术的变革和高性能计算机系统的普及，正在推动地震勘探从声学流体压力波场成像向更符合实际的各向异性弹性波成像转变。本项目主要研究内容包括：1）各向异性弹性波模式分离与矢量分解理论与方法；2）TI介质分离模式弹性矢量波传播算子及其高效解法；3）TI介质逆时偏移局部角度域全波成像方法。项目研究取得的核心成果包括：首先，提出以各向异性介质qP/qS波模式解耦高效算法为基础的矢量成像条件，解决了弹性波逆时偏移(ERTM)长期面临的转换波极性反转问题；其次，系统地研究了P/S模式解耦在弹性全波形反演（EFWI）、反射走时与波形反演(ERTI/ERWI)以及弹性波最小二乘逆时偏移(ELSRTM)中的重要作用，揭示了模式解耦预条件对降低参数trade-off和加速反演收敛的工作机制，开创性地提出基于两级P/S模式解耦的反射波走时与波形反演方法，为构建宽谱纵横波速度模型提供了新思路。本项目成果预计会有力地推动多分量地震数据高分辨率全波成像理论与技术进入应用领域。项目部分成果在负责人承担的沙特阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)资助的国际合作项目中得到应用，取得初步成效。项目成果在本领域国际顶级刊物Geophysical Journal International发表论文2篇，Geophysics论文3篇，另外1篇Geophysics论文也将于2019年第1期正式刊出。课题组成员应邀赴美国、欧洲和中东参加国际会议和专题研讨会，做报告10余人次。负责人应邀在KAUST、新加坡国立大学和哈尔滨工业大学举办的国际研讨会上做大会报告。课题组7名以上研究生参与了项目研究工作，参加国际会议交流10余人次，其中2名博士、3名硕士研究生顺利毕业。