复杂介质粘声多次波最小二乘逆时偏移方法研究

In order to improve the image quality in complex media, extracting the abundant information from multiple reflections has been a trend. The commonly used multiple imaging methods are mostly completed by altering the boundary condition based on the acoustic wave equation. However, structural artifacts caused by the crosscorrelation of unrelated events seriously decrease the reliability of the image. Considering that the migration techniques based on least-squares method can better deal with the image artifacts, therefore, we introduce the least-squares migration to image the multiples. But the conventional acoustic wave equation ignores the viscosity of the media, the waveform matching is never perfect during the inversion. Besides, the process of inversion will cost huge computational cost. Consequently, taking the viscosity of the media into account and basing on the visco-acoustic wave equation theory of GSLS model, the absorption effect of multiple propagation can be well compensated. Then through the research on multiple reverse time migration under the framework of least-squares inversion, the image artifacts can be effectively removed by the iterative inversion. Finally, to improve the efficiency of the inversion, the dynamical phase encoding technology together with the parallel algorithm are developed. Eventually, a set of impeccable theory and algorithm of visco-acoustic least-squares reverse time migration of multiples which is applicable to complex media should be formed. Refined image of complex structures with high signal-to-noise ratio, high resolution and high fidelity will be gained by using multiple reflections.

近年来，深入挖掘多次波中携带的界面信息成为提高复杂介质成像质量的一种发展趋势。目前发展的多次波成像方法大都是通过修改边界条件基于传统声波理论实现的，成像过程中不相干同相轴互相关会引入严重的构造假象。基于最小二乘偏移思想可以对构造假象进行有效压制，但是传统声波方程忽视了介质的粘滞性，导致反演过程中无法实现准确的波形匹配；此外，反演过程需要消耗巨大的计算成本。因此，本课题首先考虑介质的粘滞性，以基于GSLS模型的粘声波动方程作为理论基础，对多次波传播过程中的吸收效应进行有效补偿；然后采用逆时偏移方法在最小二乘反演框架下开展多次波成像方法研究，通过迭代反演实现对成像噪音的有效压制；最后研发动态相位编码联合并行技术，降低反演的计算成本；最终建立一套适用于复杂构造高精度成像的粘声多次波最小二乘逆时偏移理论方法和算法流程，利用多次波获取具有高信噪比、高分辨率和高保真度的精细复杂构造成像结果。

近年来，利用多次波成像深入挖掘多次波携带的界面信息成为提高复杂介质成像质量的一种发展趋势。目前发展的多次波成像方法大都是通过修改边界条件基于传统声波理论实现的，成像过程中不相干同相轴互相关会引入严重的构造假象。基于最小二乘偏移思想可以对构造假象进行有效压制，但是传统声波方程忽视了介质的粘滞性，导致反演过程中无法实现准确的波形匹配；此外，反演过程需要消耗巨大的计算成本。因此，本课题首先考虑介质的粘滞性，以基于GSLS模型的粘声波动方程作为理论基础，结合场的叠加原理和Born近似推导其线性化方程，对波场传播过程中的吸收效应进行有效补偿。然后采用逆时偏移方法在最小二乘反演框架下开展多次波成像方法研究，通过使正演多次波与观测多次波残差的模最小来逐步逼近正演模拟逆算子，通过迭代反演实现对成像噪音的有效压制。在传统一次波粘声最小二乘逆时偏移理论基础上，该反演过程的实现具体描述如下：①目标函数建立：建立优化的粘声多次波最小二乘逆时偏移目标函数，通过引入正则化约束项来保证反演的稳定性，同时优选加权函数对数据匹配项进行约束，增强中深层弱多次波信号，提高反演收敛速度；②梯度计算：通过推导波动方程伴随算子并借助伴随状态法实现梯度的局部寻优过程，该方法可以有效提高计算效率同时解决传统反Q偏移存在的不稳定问题；③迭代更新：采用照明补偿近似的预处理算子并基于最速下降法实现偏移剖面的迭代更新。最后研发动态相位编码联合并行技术，降低反演的计算成本。最终建立一套适用于复杂构造高精度成像的粘声多次波最小二乘逆时偏移理论方法和算法流程，并通过模型试算和实际资料测试验证了方法的有效性，获取了高信噪比、保幅性更好且包含更丰富构造信息的高精度地下成像结果。相关研究发表论文8篇，其中SCI论文5篇，EI论文3篇；授权国家发明专利2项，申请国家发明专利2项；获得省部级奖励2项。