基于三角网格剖分模型的高斯波包立体层析成像

Triangulated-mesh based model is a most sparse way to represent geologic model. Gaussian packet is a flexible and efficient operator to simulate a localized, characteristic wave-packet both in time domain and in spatial domain. Stereo-tomography fully utilizes all kinematic information in seismogram. In this proposal, we try to present a novel tomography method which combines the advantages of the above three methods. The geological horizons will be extracted with a combination of some advanced image processing and interpolation algorithms. The data-space will be constructed with a new kinematic de-migration algorithm in local angle domain. The stereo-tomographic sensitivity kernel is derived based on the perturbed Gaussian packet theory rather than traditional perturbed ray theory. A geologically consistent velocity model will be achieved with a higher accuracy and a faster convergence. The inverted model will serve as an excellent input model for either reverse time migration or a good initial model for impedance inversion and full-wave inversion.

三角网格剖分具有最为稀疏的模型表达形式；高斯波包是一种高效灵活的时空局部特征波场模拟算子；立体层析利用了地震波场的所有运动学信息。本课题结合三者的优势，致力于得到一种模型表达简约、时空局部特征描述灵活、运动学信息利用尽可能丰富、核函数性能优于射线理论的层析成像算法。在模型建立阶段，通过先进的图像处理与数据拟合算法从成像剖面上高效提取出三角网格剖分所需要的地质层位信息，进而建立三角网格剖分模型；在数据空间提取阶段，在角度域成像体利用运动学反偏移可遴选出反演所需的、来自关键层位的立体层析数据空间信息；在核函数求取阶段，基于扰动高斯波包理论将获得相对于射线理论更为合理的立体层析敏感核函数。基于三角网格剖分的模型描述在使得求解精度提高、收敛加速的同时也保证了反演得到的模型自动具有地质一致性特点。反演模型可以服务于逆时偏移，亦可作为优秀的初始模型为储层反演和全波形反演所用。

宏观速度模型估计是勘探地震学中最为重要的参数提取工作。全波形反演方法受到诸多因素限制，在推向实用中遭遇各种棘手问题。因此仍然需要借助于传统的基于运动学信息的层析成像方法才有工业应用价值。然而能否在已有的层析方法上有进一步发展，挖掘更充分的地震数据中的运动学信息，采用更稀疏的模型描述方法，采用更有效的核函数实现层析反演，提高反演的精度是其中的关键。基于上述的研究背景，本项目主要研究内容将三角网格剖分、高斯波包和立体层析结合起来，致力于得到一种模型表达简约、时空局部特征描述灵活、运动学信息利用尽可能丰富、核函数性能优于射线理论的层析成像算法。.项目取得的重要成果可以总结为：.（1）：本课题基于慢度平方三角剖分实现了二维各向同性、VTI介质立体层析；基于慢度平方四面体网格剖分实现了三维各向同性、VTI介质和TTI介质三角网格立体层析。证明了三角网格剖分与立体层析结合的优越性。.（2）：本课题将高斯波包与立体层析结合，实现了基于像域分解的特征高斯波包的地震数据模拟及成像，实现了面向局部的、高效的波场模拟与成像反演。.（3）：本课题研究了共反射面元射线束的叠加与成像与去噪方法，为立体层析的数据空间提供准备方法。.（4）：在实际应用方面，本项目首先将三角网格剖分与立体层析结合应用到深海实际数据中。然后，利用三角网格的节点关系，研究了三维各向同性和各向异性预条件算子，实现了地质构造约束的正则化，使得反演后的速度保持地质结构一致性，提升反演的精确度与稳定性。由此，可以将研发的立体层析方法广泛的应用与实际探区中。.本项研究的科学意义在于：.研究了基于三角网格剖分下的高斯波包立体层析成像方法，该方法是一种模型空间描述最为简约、数据空间利用最为充分、核函数求取优于传统射线理论的全新层析成像算法，基于该方法可以使得求解结果的精度明显提高、收敛过程得到明显加速，同时反演结果也能与地质结构保持一致性。