基于可逆吸收衰减随机边界的高效逆时偏移方法研究

Reverse time migration is the most accurate seismic imaging method currently in seismic exploration. However, its huge computation and massive wavefield data storages seriously restricts its industrial application. This project will focus on the problem of seismic wavefield data storages in reverse time migration, and develop a reversible boundary condition. On the basis of ensuring imaging accuracy and without increasing the additional calculations, we will implement the efficient reverse time migration without saving any seismic wavefield data storages during the source wave propagation, in order to solve the existing methods which need to save all or part of the forward wavefield data. The new seismic reverse time migration method will be slightly more time-consuming than the two forward simulation time-consuming, which will greatly improve the efficiency of reverse time migration. The successful development of this method will undoubtedly promote the industrial application of seismic reverse time migration.

逆时偏移是目前地震勘探最精确的地震成像方法，但其巨大计算量和海量波场数据存储两大缺点，严重制约了地震逆时偏移的工业化应用。本项目针对地震逆时偏移海量波场数据存储问题，研究一种可逆的边界条件，在保证成像精度和不增加计算量的基础上，实现不需保存任何中间波场数据的逆时偏移成像，解决现有方法需保存全部或部分中间波场数据的缺陷，新的地震逆时偏移方法计算耗时略高于两次正演模拟的耗时，巨大提高地震逆时偏移的效率。该方法的成功开发无疑将推动地震逆时偏移方法的工业化应用。

基于双向波动方程的叠前反时间偏移(RTM)已被证明是理论上最精确的地震偏移方法。但是，它需要反向访问在正向时间中计算的波场。在递归计算中，这种无序访问要求将大部分递归历史记录存储在硬盘上。对于海量地震数据，成像时从磁盘加载保存的波场数据一直是RTM的瓶颈，限制了它的广泛应用。为了解决这一问题，必须对正演时的波场进行逆序重建。虽然随机边界在传播源函数时在计算域周围产生随机速度，从而避免了对圆盘的要求。然而，从边界反射的随机波场会在最终图像中产生不需要的伪影。本文提出了一种衰减的、可逆的随机边界条件，它是通过将可逆衰减和随机边界条件相结合来实现的。与随机边界方法类似，在正演过程中，该方法只需将最后一到两个波场快照保存到内存中即可。然后，它以相反的顺序重建源波场，同时极大地降低了磁盘输入和输出(I/O)要求。考虑到衰减特性，可以消除边界反射的人为事件。因此，与随机边界方法相比，我们的方法可以大大提高成像质量。数值结果表明，采用本文提出的衰减和可逆随机边界条件的RTM图像不仅可以消除不需要的伪影，而且可以大大提高计算效率。