低秩有限差分法弹性逆时偏移

The accuracy of wavefield reconstruction and huge computation and storage requirement are major restrictions of elastic reverse time migration (RTM). To solve these problems, based on the elastic wavefield decomposition theory, we first decompose the wavefield into vector P and S wavefields and construct the corresponding elastic recursive integral time-extrapolation (RITE) formulas; second, we calculate Christoffel equations and Lowrank decomposition to derive the elastic wavefields lowrank finite difference operators; third, according to the method of auxiliary differential equations (ADE), we derive a kind of perfectly matched layer (PML) boundary condition which is suitable for two-order elastic wave equations to weaken the artificial boundary reflection; fourth, we propose the polarity-consistent excitation amplitude imaging condition by combining a shot domain polarity reversal correction method of converted waves and excitation amplitude imaging condition of acoustic RTM; Lastly, we study the highly-efficient elastic RTM based on the CPU/GPU high-performance computation platform. With the higher requirement of imaging accuracy, this project will provide an effective imaging methods with high efficiency and accuracy for complex reservoir exploration.

波场重构精度、海量计算和存储需求是制约弹性逆时偏移成像发展的重要因素。本研究基于弹性波场矢量分解原理，将弹性波波场分解为矢量纵、横波波场，构建各自的递归积分时间波场外推公式；通过求解Christoffel 方程和低秩分解计算有限差分系数，将纵横波递归积分时间波场外推公式进行低秩有限差分表征，构建起低秩有限差分法弹性波场正向、反向延拓算子；基于辅助微分方程算法建立适用于二阶弹性波方程的复频移完全匹配层吸收边界，通过波场外推算子和完全匹配层辅助方程的迭代更新衰减来自边界的虚假反射；通过将激发振幅成像条件与炮域转换波极性校正方法结合，建立极性一致的激发振幅成像条件，将激发振幅成像条件从声波逆时偏移推广到弹性逆时偏移；研究CPU/GPU异构并行的高性能计算方法，实现高效率的弹性逆时偏移。随着对地震成像精度要求的不断提高，可以预计本项目的开展将会为复杂油气藏地震勘探提供一套行之有效的地震成像方法。

波场重构精度、海量计算和存储需求是制约弹性逆时偏移成像发展的重要因素，为此需要发展高效高精度弹性逆时偏移方法。本项目按计划开展了全部研究内容，完成了如下研究工作：①引入Lowrank分解，将空间-波数域递归时间延拓算子分解为时空域有限差分延拓算子，降低了算子求解的计算量；②构建了波数域衰减约束项，保证了时空域弹性交错网格Lowrank有限差分方法的稳定性；③建立的复频移NPML吸收边界条件较好地吸收了地表大角度入射波的边界反射；④将激发振幅成像条件从声波逆时偏移推广到弹性逆时偏移且通过将激发振幅成像条件与炮域转换横波极性校正方法结合，建立了极性一致的激发振幅成像条件；⑤引入异步I/O、CUDA异步执行等编程技术，有效实现了不同计算设备间的并行处理，提高了异构计算平台下的整体计算效率；⑥实现了2D 盐丘模型、三维SEAM模型的弹性逆时偏移模块的测试处理，开展了弹性逆时偏移实用化测试。.创新点主要表现在：一是围绕高效高精度波场传播算子构建、地表大角度入射波边界反射压制、极性一致的弹性波激发振幅成像条件建立、并发异构CPU/GPU协同计算等方面开展了研究，创建并形成了低秩有限差分法弹性逆时偏移成像理论和方法；二是开展了低秩弹性逆时偏移实用化测试，研发了集成于中石油GeoEast平台的原型模块，为弹性逆时偏移实用化奠定了软件基础。.项目研究期间，取得的主要成果如下：在Geophysics、地球物理学报等国内外地球物理学术期刊上发表论文18篇，在SEG/EAGE等国际地球物理年会会议上发表论文22篇，在中国地球科学联合学术年会发表论文2篇，香山科学会议特邀报告1篇。发表的学术论文被SCI收录14篇、EI收录14篇。授权国家发明专利4件。构建“低秩有限差分法弹性逆时偏移”成像理论和方法，集成中石油GeoEast平台原型模块1个，实现了与GeoEast标量纵波成像技术的对比测试工作，实际数据应用效果获得了国际上最大地球物理勘探公司的认可。培养山东省有突出贡献的中青年专家1名；获得中国地球科学联合年会优秀学生论文奖2名；毕业博士研究生3名、硕士研究生11名。获得中国石油和化工自动化应用协会科技进步奖三等奖1项。