多源地震波场重构与Marchenko成像研究

发布时间：2020-03-26 20:17

【摘要】：地震干涉法通过对记录到的地震信号进行互相关、多维反褶积等处理,可以得到新的地震记录。由于地震干涉法可以适用于被动源信息,所以可以利用其对背景噪声信号进行重构和成像。地震干涉法只能在检波器位置重构虚拟震源记录,这个条件极大地限制了地震干涉法的应用范围。基于逆散射理论的Marchenko方法不同于常规的地震干涉法,其实现了在无需知道地下目标区域上覆构造的情况下在非检波器处重构虚拟震源,即重构出虚拟震源的位置可以在地下介质的任意位置,而且这个格林函数是含有一次波和多次波的精确格林函数。Marchenko方法的这些优异特点相对于只能在检波器位置重构近似格林函数的地震干涉法是一个巨大的超越,所以,Marchenko方法又被称为地震超越干涉法。另一方面,基于Marchenko方法重构出的地下介质某处的格林函数经过分解,可以得到上行格林函数和下行格林函数,Marchenko成像就是基于这两个单程格林函数的全新成像方法。由于在格林函数重构的过程中只需要输入一个宏观的非精确速度模型,所以Marchenko成像方法相对于需要精确速度模型的传统地震成像方法也有了质的提升。另外,传统的基于单次散射理论的成像方法结果中的假象主要来源于其不能很好地分辨和处理层间多次波,而Marchenko成像不受地震数据中含有的层间多次波的影响,可以直接得到精确的成像结果。本文基于地震干涉法和Marchenko方法两种方法,研究了多源波场的重构和Marchenko成像。主要包括基于地震干涉法的主动源低频重构、主动源和被动源联合Marchenko成像以及基于噪声源多维反褶积反射响应重构的被动源Marchenko成像。具体包括以下几个部分:(1)基于对互相关地震干涉法理论的深入研究,提出了基于频率优势的低频重构方法。相对于传统的低频重构方法,本方法的低频信息来自于真实的被动源透射波信息,故低频信息来源可靠。同时,基于本文提出的低频重构方法,宽频带地震数据中原有主动源数据的高频端得到了完整保留,低频端得到了有效的重构,且最终的Marchenko成像结果中不包含由于低频噪声导致的虚假反射界面。(2)本文提出了数据驱动的主动源和被动源联合Marchenko成像。主被动源联合Marchenko成像是地震干涉法和Marchenko方法的结合,首先利用基于频率优势的低频重构方法得到宽频带的地震数据,然后将宽频带地震数据经过本文提出的数据预处理方法进行处理,得到Marchenko方法重构格林函数所需要的反射响应。主被动源联合Marchenko成像方法同时利用了低频信息较强的高速屏蔽地层穿透能力和Marchenko成像对层间多次波的压制作用。数值算例结果表明,基于宽频带地震数据的Marchenko成像结果中由低频缺失导致的旁瓣效应消失,真实的反射界面更加聚焦,最终获得了高精度的地下构造成像。(3)作为对主被动源联合Marchenko成像在理论和应用上的拓展,本文提出了被动源Marchenko成像,将Marchenko成像的应用推广到了被动源领域。首先基于噪声源多维反褶积重构出不包含自由表面多次波的反射响应,将这个反射响应和一个精确的速度模型应用到Marchenko方法中重构格林函数以及Marchenko成像。数值算例验证了被动源Marchenko成像的有效性。其次,在数值算例中,本文将非精确的速度模型应用到Marchenko方法中,最终的成像结果验证了被动源Marchenko成像的健壮性。数值算例还对比了基于互相关和多维反褶积的Marchenko成像结果,得到了多维反褶积Marchenko成像结果受最小二乘反演的稳定性、格林函数精确度和速度模型精确度影响的结论。被动源Marchenko成像有效避免了基于反褶积方法的去子波过程和自由表面多次波消去(比如SRME处理)过程。实现了考虑一次波、层间多次波、自由表面多次波的Marchenko成像。
【图文】：

示意图,卷积型,互易定理,示意图

图 2.1 卷积型互易定理示意图型互易方程，假设的三维声波介质模型如图 2. S，其中 S S S0，，被面 S 包围的是体积 V点源激发，空间 V 内的一点 x 出接收的格如图 2.1 所示条件下的亥姆霍兹为()(|)()22 k Gx A x A·····················()(|)()202 k Gx B x B····················· /v(x),x V0 且 A, B V被认为球体 V 内的5）两式两边分别同时乘以 (|)0G xB和 G ( x|A)|)()(|)()|)(|)(|)(|)0022AxBxBxABxAxAxB G GGG············ d ( fg) gdf fdg，可得|)(|)](|)(|))(|)0002AxBxAxBxBGGGG ···········

一次波,直达波

吉林大学博士学位论文估计当 t≥0 时 g ( B ,t|A,0) g(B, t|A,0)的值来恢复因果格林函数。2、相关型互易方程方程与卷积型互易方程不同，式（2.16）中的相关积分是由一个非共轭和一个共轭的格林函数的积来表示的，相位之间的相减与旅行时相减相同。这意味着偶极原和单极源的积**()/|/|iGdGGdGdnGdGdne 能够预测更短的旅行时以及更短的射线路径的事件。这里可以用一个直达波与 SSP 一次波的相关得到 VSP 一次波的情形来形象地描述。如图 2.2 所示。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P631.4

【参考文献】