成像和反演简介

Imaging and inversion — Introduction

成像和反演——简介

地震成像和反演技术是用于将记录下来的地震波场转换为具有物理意义的易于分辨的地球内部的图像。相应方法经常应用在具有一定规模的浅层调查，通过表征矿物储层和油气勘探，气体封存，热液研究，由此对地壳、地幔、地核进行局部和全球的地震探测。相关方法正加强利用全波场和复杂的采集策略，和不同的工业分支一样，在学术界快速发展。

受启发于在2008年4月成功举行的欧洲地球物理学会年会上关于地震反演成像的研究进展，我们打算为地球物理组织这样一个特殊部分并且邀请论文描述相关理论，应用，及先进的成像/反演方案的好处。我们的宗旨就是回顾这些技术的理论及其在不同范围，不同地质背景内的应用。我们希望不仅能够促进那些为不同目标工作的不同团体传递知识和相互交流，而且能够鼓励那些改进了成像/反演和地层表征的新的具有独立规模的成像/反演技术的发展。

在2008年12月31日提交截止后,我们收到了60多篇论文，其中48篇论文被收录在这个附录中。其他的一些论文仍在修改中，将很有希望在以后一期的GEOPHYSICS上刊登。作者的比例大约是学术机构和工业一比一。论文主题十分广泛，涵盖了不同的方法技术和反演问题的不同方面，从钻孔研究到区域地壳调查，还有大量的论文对非盈利性的应用进行了描述。这些都反映出了这个研究领域的广泛兴趣，也表明了这特别的一期的最初目的已经成功的达到了。

我们已经把这些论文归为四个主要类别，分别为(1)深度成像，(2)旅行时间层析成像，(3)全波形反演，(4)创新方法。在每个类别中，我们也尝试根据论文的具体主题进行了分类，然而从某种角度讲，这些类别和整理是比较随意的，因为一些论文也很适合被分到其他类别中去。

通过观察深度成像论文，有着用叠前/深度方法逐渐替代叠后/时间算法的一般趋势。几乎没有论文对NMO/DMO工作流程相关的发展进行汇报，这可能是由于大多数成像/反演任务不得不处理地下界面逐渐增加的复杂构造。这一方面的最终目标是提高分辨率和成像质量。由此，很久以前曾提出利用特定的波场属

性(慢度/坡度等)，然而，提交上来的论文表明这一手段仍是一个具有吸引力的选项，并且使各种实现有了显著改善。

与更多的构造深度成像方法相比，利用初至波走时导出的速度模型仍然是大多数地震工作流程的主要步骤之一。在本附录中有几篇论文对这些旅行时间层析成像方法的一些具体的特点和最近的进展进行了讨论，特别是在浅地的应用(参见2008年9-10月的GEOPHYSICS附录有关深度成像速度估算的部分)。

对地下界面目标的综合表征的全波场反演和尽可能的导出速度及其他地震参数(纵波和横波速度，衰减等)是当前的研究趋势。在这个研究领域关于全波形反演的不懈努力与各种方法的特征(优点和缺点)的最优化和理解有着主要的联系，包括但不限于：在时间域或频率域中的实现；所采用的近似值(声学和粘弹性)的正确性，和处理大尺度3D事例的可行性。本附录中的相应论文表明这些技术正变得越来越成熟，并且实际方面和结果很大程度得益于相关的发展和进步，即使它们距日常应用还有一步之遥。然而，结果表明这个研究方向毫无疑问是极具价值的，并且将在不远的将来得到更多的关注。

所有方法的持续趋势是通过逐渐放弃对粘滞弹性体或多孔弹性体在各向异性介质情况下的声学/各项同性的近似，从而更清楚地了解地下界面。一方面要去获得能被用于更好的表征地下界面的其他参数(裂缝密度等各向异性参数)，另一方面，将这些参数引入到反演/成像算法中去来提高构造图像。

我们把那些更具理论性和创新性的论文划归到创新方法的类别中。这些论文针对反演主题提供了其他观点，这可能会启发我们采用其他方法来获得考虑中的介质特性的有用信息。

然而，除了提出创新方法的理论和规律或对说明性事例的研究外，一些论文也表明了某些技术的隐患，局限和问题。同时也指明了在这特定的研究领域的挑战和潜在的进一步的工作方向。

我们相信本附录将成为一个对当前地震反演/成像工艺的状态有用的概述，同时我们也希望它能够促进这些技术对地球内不同规模的数据集的进一步的发展和应用。我们希望你能够喜欢阅读这个附录，同时我们也将十分感谢你的反馈或评论。

最后，我们想要对那些参与这一工作过程的不同的人士表示感谢：感谢总编Kees Wapenaar的鼓励，感谢助理编辑Tamas Nemeth在整个过程中的专业指导，感谢那些非常及时回应的各个评审员，同时毫无疑问地，我们也要对Sheral Danker和Elise Cunningham以及其他GEOPHYSICS的工作人员在不同阶段及时、有效的帮助表示感谢。

深度成像

Gray等人回顾了在深度偏移取得的进展和现状，同时也描述了达成所有反演目的在未来将面对的重大障碍。他们也推测了未来几年偏移将会取得的进展和可能无法完成的挑战。

Stolk等人利用射线理论分析阐明了炮检偏移产生焦点(地下界面偏移域)或平面(散射角域)的图像采集，在在曲线坐标系下定义的伪深度内射线携带的大量能量不改变，并且采集范围足以确定所有的这类射线。

Hu和Stoffa基于下褶皱地震反射数据或具有几何采集局限性的数据分析了地下界面图像，如海底地震仪(OBS)经常被移动摇摆的人工制品破坏。与传统的高斯波束偏移相比，他们的新的慢度驱动高斯波束偏移方法对入射角使用菲涅耳权重，它能够压制附加的扰动噪声和一些相干噪声。

Buske等人提出了一种叠前深度偏移方法，使用菲涅耳体积的概念把偏移操作限制在真实的反射点区域。他们使用这种被称为菲涅耳体积偏移的技术对2D 和3D的合成及真实数据集进行处理，并且他们指出这种技术能显著的提高成像质量。

Alerini等人提出了一种叠前深度成像方法，并且将它应用在一个真实海底节点数据集上，其中接收器的间距很大。在这种情况下，对结果的解释比较困难，并且传统的处理过程可能并不适用。

Cooke等人开发了一个工作流程，产生了时间偏移加上与之相联系的偏移速度场，并且提供了使用该速度场压制多次波的机会。这个速度解决方案是对由CMP-NMO速度开始迭代精炼时间偏移速度的传统工作流程的一步式替换方案。