弹性波被动源数据稀疏重构与一次波估计方法研究

Passive seismic interferometry, which don’t need the manual excitation, uses the background noise or earthquake to reconstruct the wave-field for extracting the information of underground geological structure. That can obtain the virtual-shot gathers with excitations and receivers on the surface for the subsurface structure imaging. And it reduces the production costs substantially. Moreover, passive seismic acquisition requires less for the surface conditions. As most of studies of passive seismic interferometry use acoustic source, this project will study the elastic passive data under the condition of isotropic medium. First, the wave-propagation characteristics of elastic passive source will be studied. Second study the effectiveness and applicability of the conventional seismic interferometry for the elastic passive seismic data, and provide the sparse reconstruction method for obtain the elastic-wave information more effectively. Thirdly study the relationship between the spatial distribution and randomness of elastic source, and the converted wave, with the quality of virtual-shot gathers. Finally study the method of estimating primaries by sparse inversion, which is for directly extracting primary responses from elastic passive data. All above are to provide effective methods for the deep complex structure imaging and lithology identification by using elastic passive data.

被动源地震波干涉技术，无需人工震源激发，利用背景噪声或天然地震，将其进行波场重构，提取地下地质构造的有效信息，形成地表激发、地表接收的虚拟炮记录，从而对地下地质构造进行成像，极大地降低了生产成本，且被动源数据采集受地表条件影响较小。鉴于以往对被动源地震波干涉技术的研究多为声波震源，项目将针对各向同性介质条件下弹性波被动源数据展开研究工作。研究各向同性介质条件下弹性波被动源的波场传播特征；研究常规地震波干涉波场重构方法处理弹性波被动源数据的适用性与有效性，并提出稀疏重构方法，进而更加有效地提取弹性波信息；研究弹性震源的空间分布、随机性，以及产生的转换波等相关因素，对合成虚拟炮记录质量的影响；研究弹性波被动源数据稀疏反演一次波估计方法，直接从弹性波被动源数据中提取一次波响应。为利用弹性波被动源数据进行深部复杂构造精细成像及岩性识别等提供有效手段。

与声波相比，弹性波包含了纵波和横波，在传播过程中还将产生转换波，波场成分更加复杂。弹性波被动源数据合成的虚拟炮记录中，同样存在表面相关多次波，影响数据的后续处理以及对地下地质构造的准确判断。项目针对弹性波被动源数据复杂度更高、携带地下信息更为丰富的特点，分别利用互相关算法、反褶积算法和多维反褶积算法进行波场重构，验证了所述方法处理各向同性介质条件下弹性波被动源记录的适用性和有效性；在多维反褶积的计算过程中，结合稀疏变换算子，通过变换域的稀疏性来压制随机噪声的影响，同时，通过变换域数据的稀疏性，提高反演的精度，进而增强波场重构的抗噪能力，提高了虚拟炮记录的重构质量；通过对比弹性震源在各向同性介质模型中不同空间分布条件下的虚拟炮记录，分析了波场重构质量以及转换波对波场重构的影响；推导了弹性波被动源数据一次波估计方法的基本理论，通过代码编写实现了直接从弹性波被动源数据中提取一次波的技术，并通过理论模型进行了验证，取得了较好的一次波估计结果，避免了对弹性波被动源数据合成的虚拟炮记录进行多次波预测与匹配相减的问题，提高了弹性波被动源数据的可利用性，为实际弹性波被动源数据处理提供了理论依据。在估计出来的一次波记录中，不但包含与地下地质构造相关的纵、横波一次波响应，而且包含一些在界面处产生新的转换波信息。如何对新的转换波信息进行有效的利用，更好地解读地下地质构造信息，将是后续需要解决的问题。