高精度弹性波互相关最小二乘逆时偏移方法研究

Elastic least-squares reverse-time migration (ELSRTM) can fully reveal underground information in theory, and make up the loss of conventioanl P-wave exploration imaging. However, the development and application of ELSRTM is inhibited from the imaging accuracy, stability and computing efficiency. To improve the accuracy of numerical solutions of wave equations for migration imaing, this project application will reseach the high-accuracy staggered-grid finite-difference (SFD) schemes (explicit and implicit schemes) both at small and large wavenumbers by applying the optimal methods based on the combination of Taylor-series expansion (TE) and minimax approximation (MA) to the dispersion relation of the explicit or implicit spatial first-order derivatives. Meanwhile this project application will research the demigration operator and migration operator based on elastic wave equations, and also study the cross-correlation objiective function for vector wavefield, to develop ELSRTM method based on the matching of the phase information of seismic migration. In addition, this project application will study corresponding graphic processing unit (GPU) fast algorithms to improve the computing efficiency and to promote ELSRTM into applying to oil and gas exploration.

弹性波最小二乘逆时偏移成像在理论上能较全面地反映地下弹性信息，弥补常规纵波勘探成像的一些不足。但是，弹性波最小二乘逆时偏移的发展和应用一直受成像精度、稳定性和计算效率等因素的制约。本项目分别基于空间一阶导数的显式差分格式和隐式差分格式的频散关系，使用Taylor级数展开和极值逼近相结合的优化方法来研究在小波数范围和大波数范围内同时都具有高精度的交错网格有限差分(包括显式格式和隐式格式)数值解法新方法，以提高偏移成像中波动方程求解精度。同时，本项目研究基于弹性波波动方程的反偏移算子和偏移算子，及适合于矢量弹性波场的互相关目标函数，发展基于相位信息匹配的稳定有效的弹性波最小二乘逆时偏移成像方法，为复杂岩性油气藏勘探提供更加保真的高分辨率地震成像资料。此外，本项目还研究弹性波最小二乘逆时偏移的GPU(图形处理器)加速方案来提高计算效率，以推动弹性波最小二乘逆时偏移方法在油气勘探中的实际应用。

虽然弹性波最小二乘逆时偏移成像在理论上能较全面地反映地下岩层信息，但是该成像方法的发展和应用受成像精度、稳定性和计算效率等因素的制约。本项目分别基于空间一阶导数的显式差分格式和隐式差分格式的频散关系，研究了Taylor级数展开和极值逼近(Remez算法)相结合的优化方法来实现在小波数范围和大波数范围内同时具有高精度的显式交错网格有限差分和隐式交错网格有限差分数值解法，并进行了频散分析和数值模拟。优化的交错网格有限差分法为偏移成像中波动方程高精度求解提供了保障。同时，本项目研究了基于弹性波波动方程的反偏移算子和偏移算子，及适合于矢量弹性波场的互相关目标函数，发展了基于相位信息匹配的稳定有效的高精度弹性波最小二乘逆时偏移成像方法，并结合GPU(图形处理器)加速方案，形成了一套针对多分量地震成像的高精度高效率的弹性波互相关最小二乘逆时偏移方法。并且，分别通过模型数据和实际地震资料的测试，验证了该方法的有效性。本项目的研究为复杂岩性油气藏的高分辨率地震成像提供了更多的方法选择，同时也有利于推动弹性波最小二乘逆时偏移方法在油气地震勘探中的实际应用。