直接基于复杂地表的快速Eulerian高斯束偏移

A new fast Gaussian beam migration technique based on the seismic wavefield computational scheme using Eulerian Gaussian beam directly from complex topography in a global Cartesian coordinate is of great theoretical significance and actual worth for solving the problems of the poor imaging quality or no imaging result. To establish this technique, the following innovative research schemes are formulated: ①Build the complex topography model using the local adaptive refinement grids with non-uniform grid spacing near surface; ②Calculate the direct and back propagated seismic wavefield in complex topography condition by combining the finite difference formulas in the non-uniform grids and Kirchhoff integral operator with the conventional Eulerian Gaussian beam method; ③Implement and accelerate the Eulerian Gaussian beam migration directly from complex topography by simultaneously using the cross correlation imaging condition, duality grid and multi-source migration techniques. For adopting the above schemes, the migration method presented here has the following advantages: the flexible and stable adaptability to the complex topography, the ability to produce an accurate image result for complex velocity structure, concise and fast, et al.. We propose the study content, objectives, schemes and feasibility analysis of this application by simultaneously adopting the precious comments sent from the evaluation experts of NSFC over the past two years, some advantages of Eulerian Gaussian beam, and some conclusions of our much investigative and tentative research works, so they are innovational and feasible.

一项以Eulerian高斯束地震波场算法为基础的、全局笛卡尔坐标系下的、直接基于复杂地表的、新的快速高斯束偏移技术对于解决复杂山地偏移质量不好甚至不成像的难题有着重要的理论和实际意义。为实现该技术，拟定如下创新方案：①采用分区局部自适应加密不等距双重网格剖分复杂地表模型；②将不等距差分格式和Kirchhoff积分算子与常规Eulerian高斯束相结合，计算复杂地表条件下的正反向延拓波场；③综合利用互相关成像条件、双重网格及多源偏移技术实现偏移算法，并全面提升算法的运算速度。如上方案的采用决定了该偏移技术具有能灵活稳定地适应复杂地表、对复杂构造成像精确、算法简洁且运算速度快等特色。. 项目拟定的研究内容、目标、方案及可行性分析均是在综合考虑过去两年评审专家的宝贵意见、Eulerian高斯束的各种优势、大量调研及试探性研究工作的结论之后提出的，因此其具有明显的可行性和创新性。

紧密绕项目计划书拟定的，研发一种快速稳定的针对复杂地表问题的地震偏移成像技术这一核心研究目标，项目主要研究了如下内容：①采用分区局部自适应变加密不等距双重网格建立和剖分复杂地表模型；②研究了采用不等距差分格式和Kirchhoff积分算子分别与常规Eulerian高斯束地震波场算法相结合，计算复杂地表条件下的正反向延拓地震波场的技术方案，及其存在问题的解决方案；③研究了以正反向地震波场延拓算法为基础，采用互相关成像条件，并融入双重网格及多源偏移技术实现直接基于复杂地表的Eulerian高斯束偏移算法，及其存在问题的解决方案。基于上述这些研究内容，项目取得如下研究成果：①提出并实现了一套笛卡尔坐标系下针对复杂地表的精细网格剖分技术，该技术获国家发明专利授权；②提出并实现了基于Eulerian高斯束的地震波场的计算方法和基于复走时的地震波场计算方法；③提出并实现了一种复杂地表条件下的基于高斯波束叠加的快速偏移成像方法。与常规单一均匀的网格相比，针对复杂地表的精细网格剖分方法，具有精细准确地刻画复杂地表形态和近地表复杂介质分布情况、精确稳定实现复杂地表边界条件、在不大幅增加计算量前提下处理源点附近误差较大的问题、整个网格剖分技术无需花费过多的网格生成成本等优势。此外，项目实现的复杂地表条件下的一种快速稳定的地震波场计算与偏移成像技术，能快速稳定的适应复杂地表条件，并能对复杂山地地下复杂构造进行快速稳定的成像，其可以为复杂山地地震偏移成像质量的改善和诸多勘探难题的解决提供技术支持，同时该技术也可以在复杂山地区域矿产、油气等资源的勘探和开发过程中有着广阔的应用前景。除了上述重要结果及科学意义外，项目组在研究过程中还发现了基于Eulerian高斯束的地震波场计算与偏移成像方法具有非常严重的局限性，即对复杂介质的不稳定性和对复杂地表的严重不适应性，建议后续研究要重视该问题。