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本文在回顾现有叠加成像方法技术原理的基础上,详细阐明了CRS叠加方法的几何光学原理。首先推导了共反射点(CRP)叠加公式,再通过引入两种特征波——Normal波(N波)与 Normal Incidence Point 波(NIP波),并在旁轴近似的情况下推导过渡到CRS叠加公式,对比了CRS 叠加与常规叠加方法所表现出的优点及其本身的局限性。作者在参考国内外CRS叠加研究情况的基础上,针对实现CRS过程中所面临的一些关键技术,提出了解决方案,并予以实现。
首先是投影菲涅耳带的确定。CRS叠加方法有一个非常显著的优点,它能通过投影菲涅耳带直接确定CRS叠加范围,即选出参与叠加的地震道。CRS叠加范围的选取是应用CRS叠加技术的关键,只有选择正确的CRS叠加范围,才有可能真正体现出CRS叠加的优势。实际确定CRS叠加范围的方法都是近似方法,采用不同的近地表观测到的地震波场实际上是来自于地下整个菲涅耳体的贡献,论文详细分析了水平及倾斜地层情况下的菲涅耳带特征,提出了用椭圆叠加孔径来近似确定菲涅耳带的范围。由于直接利用近似理论公式计算的投影菲涅耳带范围只适用于小偏移距与简单构造情况,作者引入国外近年对于该问题的研究成果,对近似的投影菲涅耳带范围加上一定的补偿,使其更加接近精确投影菲涅耳带范围值。
其次是同相轴交叉情况的处理,因为它涉及到随后的偏移的质量,作者采用倾角分解方法逐一计算所有可能角度的反射,并进行累加予以解决。此外,作者还提出了CRS加权叠加的方法,使好的地震记录对叠加的贡献大,差的记录对叠加的贡献小,这样有利于提高成像质量。最后作者开发了一套集常规叠加处理与CRS叠加成像方法于一体的软件。并用于理论模型与实际资料的计算。
CRS 叠加的三个参数为零偏移距射线的出射角α、Normal 波与 Normal Incidence Point波的波前曲率半径。在常速介质中,三个CRS参数α、RN和RNlP能直观的给出地下反射体的方位、位置和形状。在均匀介质中,地面出射角α定义了反射体的方位,波前曲率半径RN给出了反射体到地面点的距离,波前曲率RNlP则是界面曲率的描述。在非均匀介质中CRS 叠加参数可用均匀介质叠加参数的等效意义来解释,但此时它们不再能够简单的表示出地下反射界面精确位置和形状。因此,在实际地震资料处理中,CRS 叠加三个参数的意义仅在于后续的对宏观速度模型的反演。与常规叠加成像方法联合反演是CRs叠加提高成像速度和质量,使参数意义更明确的做法。作者提出了基于α角的相关系数截断法,把α所对应的相关系数高于某一参考的值道集进行CRS叠加,而相关系数低的则保持原来的常规叠加,有利于提高成像速度和质量,减少低信噪比资料产生的假象。
改进后的CRS叠加实现流程如下:
(1)首先通过一维相关性分析在常规叠加剖面上搜索初始CRS叠加参数(α、RN、RNIP):
(2)在对应的叠前数据上应用最优化算法对这组参数进行优化处理得到最优化的CRS叠加参数;
(3)由三个CRS叠加参数计算投影菲涅耳带范围;
(4)在投影菲涅耳带范围内,将各道数据与标准道的相关值作为权值对各道数据进行加权叠加,然后进行最优CRS叠加;
(5)根据CRS叠加结果的满意程度,采用基于各道集相关系数的出射角α截断的方法进行改进,直到满意为止。
作者分别采用射线追踪方法与有限差分方法合成了地震多次覆盖记录,用模型驱动与数据驱动两种方式验证了CRS叠加程序的正确性,然后利用程序处理泌阳凹陷实测地震资料。在实际资料处理过程中,比较了CRS叠加与传统的共中心点(CMP)叠加的不同效果;分析了不同α截断比例的CRS叠加结果和共中心点窗口大小对叠加效果的影响;试算了不同共中心点窗口情况下CRS叠加的效果;最后作者对CRS叠加的效果进行了分析,认为:CRS叠加确实能够改善地震剖面,使信噪比明显提高,同向轴更加明显和连续,有利于地震地质解释,但对于信噪特别差的资料,叠前去噪特别是相干噪声的消除是有必要的,它有助于提高CRS叠加的成像质量。