多分量地震資料逆時(shí)偏移的難點(diǎn)問題?

何兵壽， 唐朋威， 李凱瑞， 楊佳佳

(1.中國海洋大學(xué)，山東 青島 266100； 2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071; 3.海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100; 4.中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，山東 青島 266071)

彈性波方程逆時(shí)偏移是實(shí)現(xiàn)多波地震資料深度域成像的有效工具，目前多分量地震資料逆時(shí)偏移領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀是：(1)彈性波的延拓算法與成像方法已趨于成熟[1-4]，相關(guān)技術(shù)基本能夠滿足工業(yè)需求。如基于交錯(cuò)網(wǎng)格的彈性波正向和逆時(shí)延拓技術(shù)[5-6]，逆時(shí)偏移的邊界反射壓制技術(shù)[7-9]，縱橫波解耦技術(shù)和矢量橫波的標(biāo)量合成技術(shù)[10]，以及縱橫波成像技術(shù)等均達(dá)到或正在接近工業(yè)應(yīng)用水準(zhǔn)；(2)由層間反射引起的逆時(shí)偏移噪聲的壓制問題得到了初步解決[11-13]；(3)炮點(diǎn)彈性波場(chǎng)隨機(jī)邊界重構(gòu)技術(shù)已經(jīng)具備了工業(yè)應(yīng)用價(jià)值[14]；(4)彈性波逆時(shí)偏移GPU并行計(jì)算技術(shù)已達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用水準(zhǔn)[15-16]；(5)縱橫波角度域共成像點(diǎn)道集(ADCIG)提取技術(shù)正在成為研究熱點(diǎn)[17-18]；(6)縱橫波速度建模技術(shù)已在工業(yè)生產(chǎn)中嶄露頭角[19-21]；(7)多分量地震資料保幅逆時(shí)偏移技術(shù)取得了進(jìn)展[22-23]。

上述工作對(duì)于推動(dòng)多分量地震聯(lián)合逆時(shí)偏移技術(shù)的發(fā)展具有重要意義，但總體上說，目前的技術(shù)還不能滿足工業(yè)應(yīng)用的需求，主要表現(xiàn)在：(1)現(xiàn)有技術(shù)假定多分量地震數(shù)據(jù)中的各個(gè)分量具有相同的地震頻譜，而實(shí)際上，野外多分量數(shù)據(jù)中的Z分量往往具有更高的主頻和更寬的頻帶；(2)即使不考慮各分量之間的頻譜差異，現(xiàn)有技術(shù)也仍然存在許多難題需要克服，包括逆時(shí)偏移震源子波的設(shè)置、速度模型的建立、偏移噪聲的進(jìn)一步壓制、縱橫波的保幅解耦、寬頻數(shù)據(jù)的延拓方法、矢量橫波的標(biāo)量合成以及縱橫波保幅成像方法等；(3)基于復(fù)雜各向異性理論的彈性波逆時(shí)偏移技術(shù)嚴(yán)重滯后于工業(yè)需求；(4)現(xiàn)有的并行計(jì)算方法存在隨機(jī)邊界噪聲干擾。

本文在簡(jiǎn)要介紹多分量地震逆時(shí)偏移算法原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合彈性波逆時(shí)偏移技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和工業(yè)需求，分析并給出該技術(shù)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用所必須解決的技術(shù)難題。

1 彈性波逆時(shí)偏移的基本原理

彈性波逆時(shí)偏移將多分量地震記錄當(dāng)作彈性波場(chǎng)的邊值問題[1]來處理，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)炮點(diǎn)波場(chǎng)的正向延拓和接收點(diǎn)波場(chǎng)的逆時(shí)延拓，并在延拓過程中采用相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)縱橫波的成像。其輸入數(shù)據(jù)一般為未經(jīng)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的三分量炮集，輸出數(shù)據(jù)一般包括反射縱波成像結(jié)果、P-SV轉(zhuǎn)換橫波成像結(jié)果和SH波成像結(jié)果。

彈性波逆時(shí)偏移的基本原理為：假定地下介質(zhì)由一系列繞射點(diǎn)組成，地面、海底或井中接收到的三分量記錄為各繞射點(diǎn)產(chǎn)生的縱橫繞射波場(chǎng)在接收點(diǎn)處的疊加響應(yīng)，其中各繞射點(diǎn)縱橫繞射波的產(chǎn)生時(shí)間為炮點(diǎn)波場(chǎng)的主能量到達(dá)該點(diǎn)的時(shí)間[24]，繞射點(diǎn)產(chǎn)生的縱橫繞射波振幅取決于該點(diǎn)的反射系數(shù)[25]，由此可通過求取各繞射點(diǎn)產(chǎn)生縱橫繞射波的時(shí)間和該時(shí)刻的縱橫波振幅來確定地下各繞射點(diǎn)的空間位置和反射系數(shù)，實(shí)現(xiàn)地下介質(zhì)的縱橫波成像。實(shí)際成像過程一般由以下幾部分組成：(1)炮點(diǎn)波場(chǎng)的正向延拓和重構(gòu)；(2)接收點(diǎn)波場(chǎng)的逆時(shí)延拓；(3)炮、檢波場(chǎng)延拓過程中的縱橫波解耦與橫波的標(biāo)量化處理；(4)提高成像精度的處理與計(jì)算；(5)縱橫波成像。

工業(yè)界目前對(duì)彈性波逆時(shí)偏移技術(shù)的要求主要有二：(1)地下構(gòu)造的縱橫波準(zhǔn)確成像；(2)縱橫波偏移結(jié)果的振幅能夠指示巖石巖性。但現(xiàn)有的技術(shù)還不能滿足上述要求，以下通過彈性波逆時(shí)偏移技術(shù)中一些難點(diǎn)問題的分析來說明現(xiàn)有方法與技術(shù)的局限并探討今后該技術(shù)的研究重點(diǎn)。

2 現(xiàn)有彈性波逆時(shí)偏移技術(shù)的局限與今后的研究重點(diǎn)探討

本文認(rèn)為，欲滿足工業(yè)需求并進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)，彈性波逆時(shí)偏移技術(shù)至少應(yīng)在以下幾方面取得突破。

2.1 分量之間的頻率一致性處理技術(shù)或粘彈逆時(shí)偏移技術(shù)

現(xiàn)有的多分量地震技術(shù)往往假定震源只激發(fā)縱波，各接收點(diǎn)接收到的縱橫波是地下波阻抗界面對(duì)入射波進(jìn)行反射或轉(zhuǎn)換的產(chǎn)物。因此在多分量資料逆時(shí)偏移時(shí)也將炮點(diǎn)波場(chǎng)設(shè)置為一個(gè)縱波源，此時(shí)如果采用彈性理論進(jìn)行多分量資料的偏移處理，則算法自動(dòng)隱含了一個(gè)假設(shè)：X、Y、Z三個(gè)分量具有相同的子波與頻譜。而事實(shí)上，實(shí)測(cè)三分量地震記錄的頻譜存在巨大差異，Z分量記錄的頻譜寬、主頻高，X和Y兩個(gè)水平分量記錄的頻譜窄、主頻低[26]。這種實(shí)際情況與理論假設(shè)的背離降低了現(xiàn)有彈性波逆時(shí)偏移技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。

解決這一問題的思路主要有三：(1)采用標(biāo)量理論對(duì)各分量分別進(jìn)行逆時(shí)偏移[27]并成像，即偏移處理前首先對(duì)三分量數(shù)據(jù)進(jìn)行縱、橫波解耦得到反射縱波分量和轉(zhuǎn)換橫波分量，然后利用常規(guī)標(biāo)量算法進(jìn)行反射縱波分量的逆時(shí)偏移，對(duì)于轉(zhuǎn)換橫波分量，則仍以標(biāo)量理論為基礎(chǔ)，分別利用縱波速度、縱波方程和橫波速度、橫波方程進(jìn)行炮點(diǎn)波場(chǎng)正向延拓和接收點(diǎn)波場(chǎng)逆時(shí)延拓，其成像方法與反射縱波類似。(2)研發(fā)新技術(shù)進(jìn)行分量之間的子波與頻率一致性校正，使校正后的各分量具有盡可能一致的子波與頻譜，此時(shí)的數(shù)據(jù)自動(dòng)滿足了彈性波逆時(shí)偏移所隱含的假設(shè)條件，但目前為止，還尚未見到這一領(lǐng)域研究成果的報(bào)道；(3)研發(fā)基于粘彈理論[28]的多分量聯(lián)合逆時(shí)偏移技術(shù)解決各分量頻譜不一致的問題。野外多分量地震勘探中各分量所包含的反射和轉(zhuǎn)換波均來源于同一震源，說明這種分量之間的頻譜和子波不一致性并不是由激發(fā)源的不同所引起的，而是由地層對(duì)不同頻率的縱波和橫波的吸收、衰減不一致引起的[29]，由此推斷，如果在彈性波逆時(shí)偏移過程中能夠采用適當(dāng)方法消除或補(bǔ)償這種吸收、衰減影響，則分量之間的頻譜和子波不一致問題將自動(dòng)得到解決。

上述第一種思路具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)可借鑒成熟的單分量地震波場(chǎng)逆時(shí)偏移技術(shù)，簡(jiǎn)化處理流程；(2)縱、橫波獨(dú)立成像，效率高。主要缺陷為：(1)用兩個(gè)或三個(gè)標(biāo)量波場(chǎng)等效三分量矢量地震波場(chǎng)，偏移結(jié)果無法準(zhǔn)確描述彈性波的矢量特征；(2)它假定分離后的單分量波場(chǎng)中不包含其他類型的波，這對(duì)縱橫波的分離精度提出了很高的要求；(3)由于采用不同頻譜和類型的子波對(duì)縱橫波進(jìn)行分別處理，導(dǎo)致縱、橫波偏移結(jié)果具有不同的分辨率，影響后期的縱橫波聯(lián)合解釋與反演；(4)無法解決復(fù)雜各向異性問題，由于各向異性介質(zhì)中縱橫波是耦合在一起的，理論上不存在一個(gè)顯式的橫波方程，即使是近似方程，目前學(xué)術(shù)界也只是在TI介質(zhì)中的準(zhǔn)縱波方程推導(dǎo)方面取得了一些初步成果[30-31]，而在準(zhǔn)橫波方程領(lǐng)域尚未取得具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的成果，因此基于標(biāo)量理論的逆時(shí)偏移技術(shù)在解決各向異性問題方面缺乏橫波方程的支撐，無法應(yīng)用。

本文認(rèn)為第二、三種思路應(yīng)當(dāng)是今后彈性波逆時(shí)偏移領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，理由如下：(1)可以避開第一種思路的缺陷，無需在偏移前進(jìn)行縱橫波分離并可以解決各向異性問題，同時(shí)也能使縱橫波具有相同的分辨率；(2)矢量場(chǎng)處理，在理論上更具保幅性；(3)理論基礎(chǔ)更為堅(jiān)實(shí)。第一種思路在解決各向異性問題時(shí)需要一個(gè)準(zhǔn)橫波方程，而目前為止學(xué)術(shù)界還沒有推導(dǎo)出一個(gè)可用的各向異性準(zhǔn)橫波方程，同時(shí)目前的各向異性介質(zhì)準(zhǔn)縱波方程也只是對(duì)彈性波方程的一種近似，其精度和振幅保真性還有提升空間，而彈性波方程則不存在理論近似問題，它在對(duì)應(yīng)的理論假設(shè)下是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

第二、三種思路的難點(diǎn)在于：(1)研發(fā)一種新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)分量之間的子波與頻率一致性校正存在巨大的研究難度；(2)現(xiàn)有的粘彈理論需要進(jìn)一步發(fā)展才能從根本上解決多分量聯(lián)合逆時(shí)偏移中各分量頻譜不一致的問題。例如地層對(duì)地震波的吸收應(yīng)該是地震波頻率的函數(shù)[32-33]，而現(xiàn)有粘彈理論往往假定粘彈系數(shù)與頻率無關(guān)。

2.2 震源子波對(duì)逆時(shí)偏移的影響機(jī)理與震源子波設(shè)置技術(shù)

多分量地震波場(chǎng)的聯(lián)合逆時(shí)偏移常通過炮點(diǎn)波場(chǎng)與接收點(diǎn)波場(chǎng)的互相關(guān)來實(shí)現(xiàn)，其中炮點(diǎn)波場(chǎng)的計(jì)算需要給定速度模型和震源子波，震源子波的類型、形態(tài)以及頻寬等決定炮點(diǎn)波場(chǎng)的諸多屬性[29]，而炮點(diǎn)波場(chǎng)的屬性又會(huì)顯著影響多分量地震資料聯(lián)合逆時(shí)偏移的成像結(jié)果，因此震源子波是決定多分量數(shù)據(jù)逆時(shí)偏移成像效果的關(guān)鍵因素之一。問題的關(guān)鍵是：震源子波對(duì)多分量地震數(shù)據(jù)逆時(shí)偏移的影響機(jī)理到底是什么？怎么消除或降低這種影響？

通過簡(jiǎn)單模型的逆時(shí)偏移處理測(cè)試可得到以下結(jié)論：多分量數(shù)據(jù)逆時(shí)偏移中的震源子波不僅影響縱橫波成像結(jié)果的分辨率，而且對(duì)構(gòu)造的成像精度也有影響。相同條件下，當(dāng)震源子波與地震記錄的子波一致時(shí)，構(gòu)造的成像位置最準(zhǔn)確，當(dāng)二者不一致時(shí)，即使是水平反射界面的成像結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)明顯誤差[34-35]，表現(xiàn)為：①界面位置不準(zhǔn)確；②成像結(jié)果的頻率與三分量記錄的頻率差別大，偏移剖面的分辨率變差。

目前業(yè)界在震源子波對(duì)逆時(shí)偏移的影響機(jī)理的研究還基本處于感性認(rèn)識(shí)階段，尚未上升到理論高度。因此，要想實(shí)現(xiàn)多分量數(shù)據(jù)的高精度聯(lián)合逆時(shí)偏移，必須深入研究震源子波對(duì)多分量地震數(shù)據(jù)逆時(shí)偏移的影響機(jī)理，在此基礎(chǔ)上給出偏移子波的設(shè)置方法或子波影響的消除方法。

2.3 寬頻數(shù)據(jù)的延拓技術(shù)

海洋多波地震中的OBS、OBN數(shù)據(jù)往往具有寬頻特征，常規(guī)有限差分法對(duì)寬頻數(shù)據(jù)進(jìn)行延拓時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的數(shù)值頻散問題[36]，進(jìn)而給偏移結(jié)果帶來構(gòu)造假象并降低偏移結(jié)果的保真性。

目前業(yè)界對(duì)數(shù)值頻散的壓制思路主要有三：(1)提高差分精度，包括更高階的有限差分格式、緊致高階有限差分算法等[5,37]。這類方法存在差分階數(shù)的瓶頸效應(yīng)，當(dāng)差分階數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，進(jìn)一步提高差分階數(shù)對(duì)數(shù)值頻散壓制效果的提升有限，同時(shí)差分階數(shù)的提高也會(huì)使得截?cái)噙吔绲奶幚韽?fù)雜化，同時(shí)會(huì)增加并行處理中的通信負(fù)擔(dān)，降低效率；(2)減小網(wǎng)格剖分步長(zhǎng)，這類方法會(huì)增加存儲(chǔ)量，同時(shí)也可能引起差分算法的穩(wěn)定性問題；(3)采用通量校正技術(shù)(FCT)壓制數(shù)值頻散[6]，但FCT校正會(huì)導(dǎo)致波場(chǎng)振幅損失、降低保真度。

此外，上述三種方法只注重壓制由空間差分引起的數(shù)值頻散，沒有考慮由時(shí)間差分引起的數(shù)值頻散壓制問題，因此，進(jìn)一步提高寬頻多分量資料逆時(shí)偏移效果需要同時(shí)考慮如何降低由空間和時(shí)間差分引起的數(shù)值頻散。近年來，國內(nèi)外在這一領(lǐng)域取得了一些積極成果[38-39]，這些成果已經(jīng)在地震波正演中得到了應(yīng)用，但如何將之應(yīng)用于寬頻多分量資料的逆時(shí)偏移中，需進(jìn)一步研究。

2.4 縱橫波解耦和矢量橫波的標(biāo)量合成技術(shù)

各向同性情況下，Helmholtz波場(chǎng)解耦技術(shù)[40]能將彈性波場(chǎng)分解為一個(gè)標(biāo)量縱波和一個(gè)矢量橫波，而多分量地震資料聯(lián)合逆時(shí)偏移中常用的互相關(guān)成像條件要求參與互相關(guān)計(jì)算的橫波必須以標(biāo)量的形式輸入，這要求在對(duì)轉(zhuǎn)換橫波進(jìn)行成像前必須先進(jìn)行矢量橫波的標(biāo)量化處理[10]。橫波的標(biāo)量化處理需要求取各成像點(diǎn)處不同時(shí)刻炮點(diǎn)縱波場(chǎng)和接收點(diǎn)橫波場(chǎng)的傳播方向，目前的求取方法主要有極化向量法和坡印廷矢量法兩類，其中極化向量法假設(shè)波只在炮檢連線所在的平面內(nèi)傳播，故該方法只適用于簡(jiǎn)單模型情況。速度-應(yīng)力方程的坡印廷矢量法只能求取混合波場(chǎng)的傳播信息，不能求取純縱波或純橫波的傳播信息，基于速度-脹縮-旋轉(zhuǎn)彈性波方程可分別求得純縱波和純橫波的傳播信息[41]，但無法準(zhǔn)確求取當(dāng)空間某點(diǎn)存在多組縱橫波時(shí)的波場(chǎng)傳播信息；同時(shí)，當(dāng)存在彈性參數(shù)突變時(shí)，入射到該位置的縱波會(huì)瞬間產(chǎn)生4個(gè)波(反射波、透射波、反射轉(zhuǎn)換波、透射轉(zhuǎn)換波)，加上入射波此時(shí)波的傳播方向至少有5個(gè)，坡印廷矢量法只能求出一個(gè)方向或兩個(gè)方向，這個(gè)方向是多個(gè)波的傳播方向的綜合效應(yīng)，因此利用坡印廷矢量法進(jìn)行矢量橫波的標(biāo)量合成存在較大誤差。

圖1為傾斜地層介質(zhì)中極化向量法合成橫波快照，合成結(jié)果存在極性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，說明這種方法無法解決復(fù)雜構(gòu)造問題。

圖1 極化矢量法求取的標(biāo)量橫波快照Fig.1 Scalar S-wave with polarization vector method

圖2為利用坡印廷矢量法進(jìn)行橫波的標(biāo)量處理并最終得到的鹽丘切片模型的轉(zhuǎn)換橫波偏移疊加剖面，橢圓區(qū)域部分出現(xiàn)同相軸破碎、斷裂現(xiàn)象(紅色橢圓內(nèi))，說明坡印廷矢量法同樣不適用于復(fù)雜構(gòu)造問題。

圖2 鹽丘切片速度模型及PS波偏移疊加剖面Fig.2 Velocity model of salt mound and RTM stack profile of PS-wave

各向異性介質(zhì)中，由于縱波的偏振方向不再與其傳播方向平行，橫波的偏振方向也不再與其傳播方向垂直，Helmholtz解耦技術(shù)無法準(zhǔn)確分離出準(zhǔn)縱波和準(zhǔn)橫波，因此必須研究新方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)縱橫波的解耦，其次才能考慮橫波的標(biāo)量合成問題。

以橫向各向同性(TI)介質(zhì)為例，其縱橫波解耦方法有兩類，一類是根據(jù)TI介質(zhì)中各種類型的波的相速度推導(dǎo)相應(yīng)的波動(dòng)方程[42-44]，目前的研究還主要集中在對(duì)純qP波方程的聲學(xué)近似階段，研究成果無法應(yīng)用于彈性波逆時(shí)偏移領(lǐng)域。另一類是利用TI介質(zhì)中各種類型波的偏振方向?qū)椥圆▓?chǎng)進(jìn)行濾波[40]；其主要做法是將空間域波場(chǎng)轉(zhuǎn)換至波數(shù)域，波數(shù)域波場(chǎng)中包含了沿波數(shù)指示方向傳播的平面波振幅和相位信息。由于沿同一方向傳播的qP波，qSV波和SH波的偏振方向是相互垂直的，因此可以利用這一性質(zhì)設(shè)計(jì)矢量濾波算子，該算子的功能是只讓一種性質(zhì)的波通過，阻止其他兩種波通過；將該矢量濾波算子與波數(shù)域中的三分量數(shù)據(jù)相乘，即可得到標(biāo)量化的qP波，qSV波和SH波。

上述第二類方法可以同時(shí)解決縱橫波解耦和橫波的標(biāo)量合成問題，但存在以下問題：(1)平面波假設(shè)無法準(zhǔn)確描述彈性波中超過奈奎斯特波數(shù)的高波數(shù)成分，如qSV波的尖點(diǎn)和固液分界面處透射橫波的突然消失等；(2)分離保真性需要進(jìn)一步提高，目前所謂的保幅分離方法[45]只能做到使波場(chǎng)分離結(jié)果與原彈性波的極性保持一致，而無法做到分離結(jié)果與彈性波場(chǎng)在振幅和相位上完全一致；(3)現(xiàn)有的分離方法以模型為驅(qū)動(dòng)，對(duì)各向異性模型的依賴性過高，而逆時(shí)偏移時(shí)往往無法提供一個(gè)準(zhǔn)確的各向異性模型，限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)的保幅波場(chǎng)分離算發(fā)將是進(jìn)一步研究工作的方向。

2.5 縱橫波子波拉伸校正技術(shù)

逆時(shí)偏移子波拉伸是指偏移后縱、橫波在垂向(深度)上的子波延續(xù)長(zhǎng)度和頻率隨地震波速度和反射角變化，造成角度域共成像點(diǎn)道集(ADCIG)中不同入射角的地震道具有不同頻譜的現(xiàn)象[46]。逆時(shí)偏移的子波拉伸不是由于偏移算法的誤差引起的，而是因視角不同引起的，屬幾何效應(yīng)，它隨著入射角的增大而增大[47]。對(duì)于海洋多分量地震中的OBN和OBS資料來說，由于包含了豐富的大偏移距信息，子波拉伸對(duì)縱橫波成像結(jié)果的影響尤其嚴(yán)重。

子波拉伸對(duì)偏移結(jié)果的影響主要有三：(1)降低偏移結(jié)果中大反射角的縱橫波頻率；(2)增加拾取剩余速度的難度。速度建模時(shí)由于大反射角信息對(duì)速度的敏感性遠(yuǎn)強(qiáng)于小反射角信息，因此大反射角信息可有效增加拾取剩余速度的確定性，但現(xiàn)有的逆時(shí)偏移技術(shù)對(duì)大反射角信息具有較強(qiáng)的破壞性，無法用于速度建模；(3)影響后續(xù)縱橫波AVA/AVO反演的精度?，F(xiàn)有技術(shù)為避免波場(chǎng)拉伸對(duì)偏移疊加剖面的影響往往直接將大反射角數(shù)據(jù)的成像結(jié)果直接切除，而這些被切除的大反射角信息又恰恰是縱橫波的AVA/AVO反演所急需的，因此如果能對(duì)大反射角信息進(jìn)行適當(dāng)校正以消除波場(chǎng)拉伸的影響，則能使得疊前反演道集中的信息更全面，提高縱橫波反演精度。

目前解決這一問題的思路有三種：(1)先偏移后壓縮，即先采用常規(guī)偏移方法得到拉伸后的偏移結(jié)果，然后利用一些針對(duì)性技術(shù)對(duì)已經(jīng)拉伸的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，這種思路一般認(rèn)為逆時(shí)偏移的波場(chǎng)拉伸和動(dòng)校正拉伸具有相似特征，故可利用或改進(jìn)動(dòng)校拉伸校正方法對(duì)偏移后的大入射角數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮；(2)先壓縮后偏移，即在偏移前先對(duì)地震炮記錄進(jìn)行時(shí)間上的壓縮，然后再偏移成像；(3)在逆時(shí)偏移的過程中進(jìn)行拉伸校正。對(duì)于第一種思路，由于逆時(shí)偏移后大入射角信息已經(jīng)遭到損失或破壞，拉伸校正試圖恢復(fù)已經(jīng)破壞或損失的信息，很難達(dá)到理想效果；對(duì)于第二種思路，由于在偏移前壓縮地震記錄會(huì)破壞地震數(shù)據(jù)原來的動(dòng)力學(xué)特征，而逆時(shí)偏移本身又無法恢復(fù)這些動(dòng)力學(xué)信息，因此這種思路必然以降低偏移結(jié)果的保真性為代價(jià)，同時(shí)這種思路在操作上也存在巨大困難；第三種思路具有理論的先天優(yōu)勢(shì)，但存在內(nèi)存消耗大、精度低的缺陷。

目前業(yè)界對(duì)逆時(shí)偏移子波拉伸校正算法的研究還集中在標(biāo)量聲波逆時(shí)偏移領(lǐng)域，其中最具代表性的成果是Zhu[48]等和楊佳佳[49]等在聲波方程逆時(shí)偏移中的拉伸校正算法。但對(duì)于彈性波方程，由于校正需要首先求取縱橫波的反射角等信息，而現(xiàn)有方法只能求取耦合波場(chǎng)的傳播角度，因此彈性波逆時(shí)偏移中的縱橫波子波拉伸技術(shù)將是今后的研究重點(diǎn)。

2.6 不連續(xù)數(shù)據(jù)的逆時(shí)偏移技術(shù)

現(xiàn)有的彈性波逆時(shí)偏移技術(shù)假設(shè)接收點(diǎn)波場(chǎng)是連續(xù)的，OBC勘探和陸上多分量地震勘探資料基本滿足這一假設(shè)，但OBN、OBS等勘探中的海底節(jié)點(diǎn)往往稀疏，道間距較大，共炮點(diǎn)記錄的連續(xù)性差，這與逆時(shí)偏移的基本假設(shè)相悖。常規(guī)逆時(shí)偏移方法處理稀疏數(shù)據(jù)時(shí)往往產(chǎn)生大量的繞射干擾，這些繞射在偏移疊加剖面上又表現(xiàn)出線性干擾特征，降低了偏移結(jié)果的橫向分辨率并產(chǎn)生虛假構(gòu)造。在偏移前進(jìn)行地震數(shù)據(jù)內(nèi)插可以在一定程度上減少這些干擾[50]，例如國內(nèi)外目前熱點(diǎn)研究的5D插值[51]大多針對(duì)此問題。但對(duì)于低信噪比資料，疊前道間內(nèi)插往往給炮集引入新的虛假信息，降低偏移成像質(zhì)量。因此，要想從根本上解決這一問題，還必須在波場(chǎng)延拓理論或成像方法上取得突破，消除不連續(xù)數(shù)據(jù)逆時(shí)偏移中的繞射噪聲，保證成像精度。

2.7 隨機(jī)邊界噪聲的壓制技術(shù)

三維彈性波逆時(shí)偏移常采用隨機(jī)邊界策略[14]來重構(gòu)炮點(diǎn)波場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)炮、檢波場(chǎng)的并行延拓并降低I/O成本。隨機(jī)邊界策略的基本思路為：首先在模型空間外鑲嵌若干層具有隨機(jī)彈性參數(shù)的網(wǎng)格組成新的計(jì)算區(qū)域，其次在整個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行炮點(diǎn)波場(chǎng)的正向延拓并記錄下最后時(shí)刻所有網(wǎng)格點(diǎn)的波場(chǎng)值，最后利用所記錄的波場(chǎng)值進(jìn)行炮點(diǎn)波場(chǎng)的逆時(shí)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)炮、檢波場(chǎng)的并行延拓。

由于隨機(jī)邊界不涉及波的衰減，故炮點(diǎn)波場(chǎng)的延拓過程是可逆的，說明用某一時(shí)刻的波場(chǎng)值重構(gòu)其他時(shí)刻的波場(chǎng)值在理論上是可行的，并且當(dāng)隨機(jī)邊界層數(shù)足夠時(shí)其重構(gòu)的波場(chǎng)也是精確的，但實(shí)際應(yīng)用中，考慮到計(jì)算效率等問題，隨機(jī)邊界的厚度有限，且隨機(jī)邊界的本質(zhì)是一種散射而非衰減方法，隨機(jī)速度點(diǎn)產(chǎn)生的散射波在有限的孔徑內(nèi)很難完全聚焦，從而給縱橫波偏移結(jié)果帶來虛假信息，尤其對(duì)淺部地層的成像造成嚴(yán)重干擾。因此，如何更合理地設(shè)置隨機(jī)邊界的彈性參數(shù)也是進(jìn)一步提高彈性波逆時(shí)偏移成像精度的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。

2.8 多分量地震資料的各向異性逆時(shí)偏移技術(shù)

由于縱橫波對(duì)地層各向異性具有不同的響應(yīng)，多波地震勘探在理論上更能解決各向異性地層的勘探問題，這也是該技術(shù)得到工業(yè)界重視的主要原因之一，因此研究基于各向異性理論的多分量地震資料逆時(shí)偏移技術(shù)具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

彈性波的各向異性逆時(shí)偏移技術(shù)在總體思路和實(shí)現(xiàn)過程上與各向同性技術(shù)并無本質(zhì)性區(qū)別，但由于縱橫波在這兩種介質(zhì)中的傳播機(jī)理不同，各向同性逆時(shí)偏移中部分環(huán)節(jié)的思路與方法不再適用于各向異性問題，主要表現(xiàn)在：(1)基于各向同性理論的Helmholtz技術(shù)不能直接用于各向異性介質(zhì)中的縱橫波解耦；(2)縱橫波子波拉伸校正所需的入射角和反射角信息、波場(chǎng)成像所需的沿不同方向傳播的縱橫波無法用各向同性算法準(zhǔn)確得到；(3)橫波三叉區(qū)的處理與成像沒有可借鑒的思路與方法。

引起上述第一個(gè)差異的根本原因在于各向異性介質(zhì)中地震波的傳播方向與偏振方向不平行(或垂直)，因此無法利用波的傳播方向信息求取偏振方向，同時(shí)由于目前業(yè)界正著力研究的波數(shù)域矢量濾波技術(shù)[44]在本質(zhì)上是一種模型驅(qū)動(dòng)技術(shù)，對(duì)各向異性模型的依賴性過高，也不利于彈性波逆時(shí)偏移應(yīng)用，故各向異性介質(zhì)中縱橫波的高精度解耦方法就成為了逆時(shí)偏移中的難題。對(duì)于第二個(gè)差異，理論上可以通過坡印廷矢量求取炮、檢波場(chǎng)的傳播方向[52]，并進(jìn)一步利用這些方向求取偏移拉伸校正和波場(chǎng)分解所需的信息，但各向異性介質(zhì)中彈性波的坡印廷矢量仍然只代表混合波場(chǎng)的傳播方向，無法準(zhǔn)確求取同一成像點(diǎn)同一時(shí)刻多種波的傳播方向。橫波三叉區(qū)對(duì)彈性波逆時(shí)偏移結(jié)果的影響在于：在對(duì)炮、檢波場(chǎng)中的橫波成分進(jìn)行互相關(guān)成像時(shí)，三叉區(qū)的存在會(huì)造成偏移剖面產(chǎn)生虛假同相軸。

因此，在多分量地震資料的各向異性逆時(shí)偏移領(lǐng)域迫切需要展開的研究工作應(yīng)當(dāng)包括以下內(nèi)容：(1)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的各向異性介質(zhì)縱橫波解耦方法；(2)各向異性縱橫波傳播方向求取方法；(3)逆時(shí)偏移中橫波三叉區(qū)的處理方法。

3 結(jié)語

本文首先簡(jiǎn)要介紹了彈性波逆時(shí)偏移的基本原理，在此基礎(chǔ)上歸納了目前多分量地震逆時(shí)偏移技術(shù)所遇到的部分理論與技術(shù)難題，并分析了產(chǎn)生這些技術(shù)難題的原因以及當(dāng)前的解決方案并給出了今后研究方向的初步建議。綜合以上，本文認(rèn)為，當(dāng)前和今后在彈性波逆時(shí)偏移領(lǐng)域的研究重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)至少包括文章給出的八個(gè)問題，但是這里值得注意的一點(diǎn)是，本文在總結(jié)過程中沒有考慮彈性參數(shù)模型的建立問題，而這一問題又是彈性波逆時(shí)偏移技術(shù)應(yīng)用前必須解決的，彈性參數(shù)模型建立中的相關(guān)技術(shù)和難點(diǎn)問題需要另文討論。此外，多分量地震資料的成像處理是一個(gè)系統(tǒng)工程，不能只靠多分量逆時(shí)偏移這一個(gè)環(huán)節(jié)來解決問題，還應(yīng)當(dāng)包括去噪、靜校正、反褶積和彈性參數(shù)建模等諸多環(huán)節(jié)，只有把各個(gè)環(huán)節(jié)都合理解決才有可能最終解決縱橫波的成像問題。