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基于射线束的海森矩阵高效计算方法及成像域最小二乘偏移OA

A ray-beam-based method for efficient Hessian matrix computation and least-squares migration in image domains

中文摘要英文摘要

最小二乘偏移是经典偏移方法在反演框架下的拓展,其核心在于通过补偿海森矩阵的影响,实现高分辨率的地下介质成像.然而,全海森矩阵的巨大规模和稀疏性使其难以直接计算和有效表征,成为制约最小二乘偏移成像走向实际应用的关键.文中首先基于 Born 近似给出了海森矩阵的解析表征,针对海森矩阵的稀疏特性,利用点扩散函数(Point Spread Function,PSF)对该矩阵进行了有效近似,并指出旅行时计算是构建海森矩阵的关键;然后,引入射线束旅行时计算方法,完成基于射线束的 PSF 计算;最后,将计算得到的PSF 用于对传统偏移结果施加数据驱动的成像域高维反褶积,从而实现了成像域最小二乘偏移.基于射线束的 PSF 计算能有效避免中心射线方法中的旅行时插值问题,且其计算效率显著高于基于正演+偏移的 PSF计算方法.数值实验和实际资料处理结果验证了文中方法的有效性.

Least-squares migration(LSM)is an extension of classical migration methods within an inversion framework.Its core principle is to achieve high-resolution imaging of subsurface media by compensating for the effects of the Hessian matrix.However,the large size and sparse nature of the full Hessian matrix make it diffi-cult to compute and characterize effectively,which constitutes an obstacle to the practical application of LSM.This paper first introduces an analytical representation of the Hessian matrix under the Born approximation.Given the sparsity of the Hessian matrix,an efficient approximation is performed using point spread functions(PSFs),and it is emphasized that traveltime calculation is key to constructing the Hessian matrix.Subsequently,a ray-beam-based traveltime calculation method is introduced to complete ray-beam-based PSF calculations.Fi-nally,the calculated PSFs are applied to the conventional migration results via the data-driven,high-dimen-sional image-domain deconvolution,thereby realizing image-domain LSM.Ray-beam-based PSF calculation can effectively avoid the traveltime interpolation issues associated with central-ray methods,and its calculational ef-ficiency is significantly higher than that of PSF calculation methods based on forward modeling and migration.Numerical experiments and field data processing results validate the effectiveness of the proposed method.

晁吉荣;刘少勇;Aminou Issoufou;顾汉明;范国栋

中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,湖北 武汉 430074||地球内部多尺度成像湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,湖北 武汉 430074||地球内部多尺度成像湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,湖北 武汉 430074||地球内部多尺度成像湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,湖北 武汉 430074||地球内部多尺度成像湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074中石化石油工程地球物理公司科技研发中心,江苏 南京 211106

天文与地球科学

最小二乘偏移旅行时计算点扩散函数射线束成像域

least-squares migrationtraveltime calculationpoint spread function(PSF)ray beamimage domain

《石油地球物理勘探》 2026 (2)

390-399,10

本项研究受中国石油科技创新基金项目"数据驱动的多源多尺度信息融合反演成像方法研究"(2024DQ02-0138)和国家自然科学基金项目"多源多尺度信息融合框架下地震波阻抗反演成像"(42374139)联合资助.

10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.20250164

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