基于逆散射级数层间多次波预测匹配方法研究及应用

The internal multiples exists negative influence to the imaging effect and the medium attribute extraction during inverse and interpretation, so it has drawn wide attention. And, it has become the research concentration, difficulty and hotspot in the seismic exploration due to its poor identifiability and separability. The method of inverse scattering series, short for ISS, based on the wave equation, does not need the prior information of velocity and could predict all of internal multiples by one time. Therefore, it has become the main direction for the study of internal multiples' elimination. This paper focuses on the questions in ISS, including the low calculation efficiency, the poor matching and so on. On the one hand, making use of 2D inverse Fourier Transformation and the inverse migration to integrals, the existing formula can be changed from the pseudo depth-wave number domain to time-depth domain. In theory, this can reduce the computational complexity, and overcome the limits from observation system and wavelets. On the other hand, modify the equilibrium pseudo-multichannel arithmetic by the twice derivation channel in place of the derivation channel after Hilbert Transformation. Compared with the latter one, the new transformed channel has the characters of 180 phase rotation and frequency adjustment, which can improve the dissimilar of matching to match channels in frequency and phase. In addition, the GPU parallel arithmetic is imported in order to reduce the calculation time. At last, the innovations are applied to the model data and field data to check the rationality and advancement. This can be an improvement to the study of internal multiples.

随着精细勘探的逐步深入，层间多次波由于对地震成像效果、反演解释过程中的介质属性提取等的影响，引起人们广泛关注。但其可识别性、可分离性很差，已成为地震勘探领域的研究重点、难点和热点。基于波动方程的逆散射级数方法（ISS）不依赖速度模型，可一次性预测出所有的多次波，是层间多次波研究的主要方向。本课题针对ISS方法预测层间多次波存在的计算量大、匹配衰减困难的问题，一方面对已有预测公式进行变换运算域的研究，利用二维Fourier反变换及对积分项的反偏移，从理论上降低计算复杂度，同时克服观测系统的限制及子波的影响；另一方面，改进基于能量最小准则的拟多道匹配算法，利用二次求导道代替Hilbert变换求导道，引入180 相位旋转及频率调节项，改善匹配道在频率、相位上的差异。另外，引入GPU并行运算，实现计算时间的压缩。最后，通过模型和实际数据的应用进行创新点的合理性、先进性验证，推动层间多次波的研究。

多次波作为一种规则干扰波，在地震资料中普遍存在，并以不同程度发育。层间多次波由于对地震成像效果、反演解释过程中的介质属性提取等的影响，已引起人们广泛关注。但其可识别性、可分离性很差，已成为地震勘探领域的研究重点。基于波动方程的逆散射级数方法（Inverse Scattering Series，ISS）不依赖速度模型，可一次性预测出所有的多次波，是层间多次波研究的主要方向，目前在压制层间多次波方面取得了较好的效果。本课题针对ISS方法预测层间多次波存在的计算量大、匹配衰减困难等两个方面的问题展开了一系列研究。（1）ISS 计算域变换的研究：推导了时间-深度域的预测公式，将伪深度-波数域公式变换到时间-深度域，利用二维Fourier 反变换及对积分项的反偏移从理论上降低计算复杂度，同时克服观测系统的限制及子波的影响。理论上分析可知，计算效率至少提升12倍；（2）推导了改进的拟多道匹配算法：基于能量最小准则的拟多道匹配算法，利用二次求导道代替Hilbert 变换求导道，引入180°相位旋转及频率调节项，改善匹配道在频率、相位上的差异。（3）实现了模型及实际数据的处理应用： 针对多个正演模型（Delft模型、简单两界面模型）进行了修正后预测公式的验证工作，实现了计算效率的提升；针对多个正演模型（Delft模型、Pluto模型）进行了改进后匹配算法的验证工作，改善效果显著；针对实际数据进行层间多次波的预测和匹配研究目前只应用到了一组数据中，限于硬件计算能力、实际数据质量差等原因，尚未展开大范围的应用。在项目执行期间，已发表（含已录用）论文6篇，其中SCI检索4篇，EI检索1篇，另有2篇论文在投，同时，正在申请软件专利2项。另外，申请人在研期间开展了博士后研究工作，并成功申请到中国博士后面上基金、特别资助等；另外，培养硕士生1名；参加国际会议交流1次，国内会议交流1次。最后需要指出的是，尽管ISS方法目前仍存在很多亟待解决的问题，但是，它仍然是预测和压制层间多次波最有前景的方法。因此，期待该方法能够在将来的时间得到逐步完善并最终达到广泛应用。