声波各向异性数值模拟对地震数据处理和解释起着重要的作用。基于Tsvankin提出的精确色散关系,通过平方根近似,在时间-波数域中推导出二维TTI介质纯P波声波波动方程,并利用快速展开法(Rapid Expansion Method,REM)进行了数值模拟。与传统的有限差分法求解二维TTI介质耦合方程和傅里叶有限差分法在时间上进行波场外推相比,该方法的模拟结果精度更高,计算速度更快,并且成功去除横波分量。
在高精度地震勘探中，常规的检波器组合接收往往不能满足保护高频信号的要求，为进一步改善地震资料品质，引入波束形成理论进行检波器组合设计，并利用信号的相关检测技术合成地震记录。针对水平层状模型，分别采用均匀加权接收和余弦加权接收合成地震记录，并定量计算了采用3,5,7单元组合接收地震记录的信噪比。数值仿真实验结果表明，随着组合检波器个数的增加，反射波信号的信噪比增大;相比于均匀加权，余弦加权获得的地震记录的平均信噪比降低了-1～1 dB，但地震记录中反射波同相轴的连续性增强了，且对有效信号的保真作用更为明显，通放带提高了16～22 Hz。
为提高偏移中频散方程单平方根算子渐近式的逼近程度,提出了优化系数的混合域叠前深度偏移方法。该方法对频散方程的单平方根算子采用了有理切比雪夫逼近；与连分式展开的逼近算法对比后发现，该优化算法能降低偏移逼近算子与频散方程的单平方根算子的相对误差,从而提高了在陡倾构造及强横向速度变化地区偏移成像的精度。二维SEG/EAGE盐丘模型的偏移成像结果证明：在陡倾角构造及横向速度变化剧烈的地区,优化系数的混合域叠前深度偏移方法比常规的傅里叶有限差分(FFD)法的成像效果更好。
地震记录的初至拾取是地震资料处理的基础工作,特别是静校正、层析成像等后续处理对初至拾取的精度要求较高。当初至波到达时,其信号的振幅、频率、相位均会发生变化,基于此,提出了一种基于时频分析的初至拾取算法,该算法在噪声判别系数的约束下,利用小波变换时频分析提取信号的瞬时相位谱,然后利用瞬时相位谱的过零点属性拾取初至。为了提高计算效率,在给定时窗内部计算信号的瞬时相位谱,并且利用多个不同的噪声判别系数初至拾取的统计结果确定最终的初至时间。理论信号和实际地震资料处理结果表明,该方法具有较好的抗噪能力,初至拾取的精度比较高。
常规波束定向方法利用多炮地震记录、采用恒定延时差实现目标方向上地震波场的加强,所用的地震记录是由相同震源在不同位置激发得到的,由于不同地震记录的震源与大地的耦合程度不同,即震源的一致性存在差异,因而降低了波束定向的质量,同时,该方法未能实现全方向波束加强,波束定向结果的整体信噪比仍较低。为此,提出了一种全方向波束定向方法(Omnidirectional Beam-forming,OB),该方法基于波场叠加原理,通过不同方向有效波场的叠加,实现地震记录全方向有效信号的增强。其具体实现包括5个步骤:单炮记录的复制、角度域划分、延时参数计算及波束定向、有效波场的提取和有效波场的合并。利用数值模拟的含随机噪声单炮记录,验证了OB方法的正确性和有效性。将OB方法应用于某地区实际地震资料处理,使地震资料中的随机噪声得到明显压制,信噪比提高了6.75 dB。
子波提取准确性的评价在地震数据处理中占有重要地位，但是传统的评价准则受噪声影响较大。为此，提出一种基于奇异值分解(SVD)的时变子波提取准确性评价方法，考虑非平稳地震记录的子波提取准确性评价方法中Parsimony准则、丰度准则和绝对峰度准则对噪声环境的承受能力较强，选用Parsimony准则与奇异值分解技术结合，构造了一种抗噪/容噪能力更强的时变子波提取准确性评价准则SVD_P。将SVD_P准则、Parsimony准则和丰度准则同时应用于仿真数据和实际资料处理，对比分析了时频域时变子波提取方法与自适应分段时变子波提取方法的准确性，结果表明：SVD_P准则、Parsimony准则和丰度准则都能对两类子波提取方法进行正确的评价，时频域子波提取法提取子波的准确性高于自适应分段法提取的子波，但是SVD_P准则评价的结果相对误差最小，评价精度最高。
杨氏模量和泊松比是表征致密储层脆性的重要弹性参数,而Gassmann流体项则是地震流体识别中常用的流体因子。利用叠前地震反演方法从叠前地震资料中同步获取此类参数是可行且有效的途径。为此,针对致密储层预测及流体识别的需要,提出了一种致密储层敏感弹性参数叠前同步反演的新方法。在孔隙弹性介质反射系数近似方程的基础上,通过重新组合变化,推导出包含杨氏模量、泊松比、Gassmann流体项及密度参数的纵波反射系数方程,建立起了杨氏模量、泊松比、Gassmann流体项及密度反射率与纵波反射系数间的线性关系。在此基础上，采用基于贝叶斯理论的弹性阻抗反演技术,提出了杨氏模量、泊松比、Gassmann流体项及密度参数的叠前同步反演方法。模型数据试算和实际资料测试结果均表明,所提出的方法能够从叠前地震资料中稳定地获取致密储层的敏感弹性参数,为此类储层的预测及流体识别提供了一种可靠的技术途径。
针对深水地震资料,研究了海上气枪震源子波的混合相位特征及海浪引起的粗糙海平面对子波特征的影响,提出了基于地震初至提取地震子波的方法及零相位校正技术;利用谱比法提取等价常数Q值,对不同Q值统计平均并结合测井资料约束方法提炼最佳Q值,然后，利用改进的Hale算法进行反Q相位校正。南海北部实际资料应用分析表明,该零相位化技术提高了目的层地震资料的分辨率,明显提升了井震对比的相关度,提高了反演的精度,为后续的储层精细描述提供了可靠的地震资料。
针对单一型数学变换或字典不能有效刻画地震信号的形态特征多样性这一问题，在形态分量分析(MCA)框架下，提出了一种基于离散余弦变换(DCT)与曲波字典组合的地震信号重建方法。该方法首先建立MCA框架下的地震信号重建模型，依托模型将信号分解成局部奇异形态分量以及平滑与线状形态分量。然后采用DCT字典表示局部奇异分量，采用曲波字典表示平滑与线状分量。再以迭代求解方式逐一重建各分量，最后将重建后的分量合并。人工合成地震信号和二维叠前及叠后实际地震信号重建实验结果表明，该方法能很好完成信号重建，重建精度不仅要高于非抽样小波变换(UDWT)与曲波字典组合、曲波与曲波字典组合、余弦调制滤波器组与曲波字典组合，而且更高于DCT，UDWT，或曲波等单一型字典。
正则化可显著降低层析反演解的非唯一性，提高层析反演结果的质量。主要研究了模型参数正则化和数据正则化。地下介质参数之间的关联性如何加入模型正则化是讨论的问题之一；观测数据之间的关联性加入数据正则化的方法则是另一个主要议题。此外，讨论了Tikhonov正则化和预条件两种模型正则化实现策略，指出前者理论比较直观，后者计算效率更高，并证明了两者在理论上的等价性。模型正则化通过构造各向异性光滑算子加入地质构造特征，数据正则化则通过在层析矩阵中加入预先构造的数据预条件矩阵来实现。通过层析偏移速度分析给出了模型正则化和数据正则化的具体实现策略。理论分析和层析偏移速度分析的数值实验说明本文的模型正则化和数据正则化可显著提高层析反演的质量。
海上海底电缆(OBC)数据的广泛应用,使得声-弹介质多分量正演模拟技术逐步发展起来。提出了一种基于单元交错网格的变坐标系正演模拟方法,对比模拟试算得到的数值解与解析解的结果可以看出,与常规节点交错网格相比,单元交错网格在处理声-弹界面时结果更准确;同时,将变坐标系技术引入单元交错网格中,可将起伏声-弹界面映射为水平界面,更好地处理声介质中声压与弹性介质中应力之间的转换,可准确地模拟P波和转换S波。复杂起伏声-弹界面模型的试算证明该方法具有较高的准确性和适用性。
最小二乘逆时偏移将成像视为最小二乘意义下的反演问题,相较于常规偏移方法具有更好的成像分辨率和保幅性,但其计算效率较低。为解决这一问题，推导了基于平面波编码的最小二乘逆时偏移方法,将海量炮数据压缩为若干个平面波记录,并发展了静态编码、动态编码、混合编码、随机动态编码等提高计算效率的编码策略。在优化算法基础上，对Marmousi模型进行了成像处理,并与常规逆时偏移进行了对比,结果表明：基于不同编码策略的平面波最小二乘偏移能够改善常规逆时偏移的成像质量和分辨率,并具有较高的计算效率;且不同的编码策略具有各自的优势,在对地震数据进行成像处理时,应根据需求选择合适的策略。
高斯束偏移是一种介于Kirchhoff偏移和波动方程偏移之间的替代方法。基于高斯束叠加积分表征的格林函数,在成像条件中引入偏移张角信息,推导了局部角度域高斯束叠前深度偏移的理论公式,并阐述了其原理和方法。在此基础上,定性、定量地分析了初始束宽、束中心间隔、初始射线参数间隔以及偏移张角等参数对高斯束偏移成像质量和计算效率的影响,根据各个参数的作用及特点,给出参数优化的选取准则。加拿大山麓模型、Marmousi模型、盐丘模型以及BP模型的数值应用试验表明：参数优化选取不仅可以改善偏移成像质量(包括可以压制折射波等非反射波互相关成像引起的低频噪声和对棱柱波等有效能量进行成像),而且能够极大地提高计算效率。
开展了四川盆地东南部焦石坝区块奥陶系五峰组—志留系龙马溪组一段页岩气储层地球物理特征的系统性分析研究。测井资料统计分析表明,五峰组—龙马溪组一段页岩气储层具有“高自然伽马,高铀,相对高声波时差,相对高电阻率;低密度,相对低中子,低无铀伽马”的“四高三低”测井响应特征。通过井资料精细标定和地震正演模拟分析,明确了页岩气储层顶界面呈连续波谷,底界面呈连续波峰,储层内部呈中强-弱波峰的地震反射特征;波峰强弱与页岩气储层厚度及物性有关,当页岩气储层中优质页岩段(总有机碳(TOC)含量大于2%)发育时,储层底界和储层内部波峰能量变强,之间夹强波谷特征,波谷越宽,优质页岩发育厚度越大。经地震相分析，总结出表征五峰组—龙马溪组一段页岩气储层的两类地震相,其中I类地震相是物性相对较好、发育厚度较稳定的页岩气储层的地震响应,占研究区面积的63%,为最有利的页岩气勘探区。
应用三水模型评价苏里格地区致密砂岩储层时,在孔隙度较高的层段，孔隙度和含水饱和度预测结果与岩心数据符合度很好；在孔隙度较低的层段，孔隙度预测结果符合度较好,但含水饱和度预测结果存在很大偏差。造成这一现象的原因是孔隙度较低的层段岩性更加致密,孔隙结构更加复杂,三水模型中的参数难以赋值。为此,提出三水模型与数学方法结合的致密砂岩储层评价方法,通过全区密闭取心资料分析确定三水模型处理下限,在下限之下的层段结合广义回归神经网络(GRNN)和粒子群-支持向量机(PSO-SVM)算法得到处理结果。三水模型结合数学方法在苏里格地区综合处理的结果与该区岩心数据符合度较好,说明方法是可行的。
为了发挥非地震勘探技术成本低、效率高的优势,检验电法勘探技术在页岩气勘探中的有效性,分别于2011、2012年对分布于四川盆地南部的志留系龙马溪组-奥陶系五峰组、寒武系牛蹄塘组两套典型富有机质页岩层系进行了时频电磁法(Time-Frequency Electromagnetic Method,TFEM)页岩气勘探试验。岩石样本研究表明,这两套页岩层系具有较为明显的低密度、低磁化率、高极化率、高TOC、相对高电阻率,即“两低、两高、一相对高”的物性特征。2012年进行的面积时频电磁法勘探试验结果与2011年完成的二维时频电磁法勘探试验结果均表明,试验区分布的志留系龙马溪组-奥陶系五峰组层系具有高极化率与相对高电阻率异常分布特征。以时频电磁法勘探获取的高极化率异常为主,通过多参数评价,预测了试验区两套目标层系的TOC高值分布区。
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