基于双程波动方程，结合地震资料，通过叠前逆时偏移技术，实现对地下地质构造的高精度成像，地下介质假设包括声学介质、弹性介质、粘性介质以及各向异性介质。叠前逆时偏移技术对波动方程的近似少，精度高，相位准确，不受倾角和偏移孔径的限制，能够处理纵、横向变速问题，是目前使用的偏移方法中最精确的成像方法，为后续的研究工作奠定了基础。

一、地震波场数值模拟

地震波场数值模拟方法是诸多地震数据处理方法的核心算法，通过给定的地下介质模型，结合计算机数值算法，模拟地下波场传播形态，进而获得地震记录数据体，针对地震波场数值模拟的研究对于逆时偏移算法的实际应用效果具有重要意义。

1、声波波场数值模拟

基于常密度各向同性介质声波波动方程，分别采用有限差分法和一步法实现声波波场数值模拟。有限差分法算法简单，易于实现，且计算量相对较小；一步法波场模拟方法具有计算精度高，算法稳定的特点，能够实现大时间间隔的地震波场模拟，实用性较强，但相比于有限差分法，一步法计算量较大，耗时相对较多。

2、弹性波地震波场数值模拟

考虑地下介质中纵横波同时传播，即弹性介质的情况，基于弹性一阶速度应力方程，采用有限差分法实现弹性波场数值模拟。

3、粘声波场正演模拟

实际上，地下介质具有粘滞性，对地震波具有吸收衰减作用。基于解耦分数阶拉普拉斯粘声波方程，采用伪谱法与有限差分法联合计算粘声波场，模拟地震波在粘性介质中传播时存在的衰减效应与频散效应。

4、粘弹性波场正演模拟

当地下介质表现为粘弹性时，分别采用基于标准线性固体模型的一阶速度应力方程与基于常Q模型的解耦分数阶拉普拉斯方程实现粘弹性波场数值模拟。

5、各向异性声波波场正演模拟

各向异性介质在地球介质中是普遍存在的，分别基于耦合qP波方程、纯qP波方程实现各向异性声波波场数值模拟

（1）耦合qP波数值模拟

（2）纯qP波数值模拟

6、波场分离

（1）矢量纵横波场分离

对弹性波场或粘弹性波场应用矢量波场分离方法，提取纵横波波场，有利于压制串扰，得到多波成像剖面。

①　弹性波场分离

对弹性波场应用基于解耦方程的矢量波场分离，该方法可保持原始矢量波场相位与振幅信息不变，并将该方发展到3D介质。

②　粘弹性波场分离

对标准线性固体模型下的粘弹性波场应用基于解耦方程的矢量波场分离；对常Q模型下的粘弹性波场应用波数域矢量波场分离方法，两种方法均可保持原始矢量波场相位与振幅信息不变。

（2）上下行波分离成像

采用基于Hilbert变换的波场分离方法，对波场进行上下行波分离，进而实现上下行波场分离的逆时偏移成像，能够有效消除低频噪声和强反射界面的假象干扰。

二、叠前逆时偏移成像

针对不同的介质，基于相应的双程波动方程，对地下介质进行逆时偏移成像，清晰刻画地下地质结构

1、声波逆时偏移方法

（1）2D逆时偏移成像

（2）上下行波分离成像

基于Hilbert变换上下行波波场分离的逆时偏移成像能够有效压制低频噪声，保证成像数据的信噪比。

最小二乘逆时偏移方法结合反演思想，通过迭代优化计算，获得高分辨率的地下介质反射率结果，并采用一种多GPU协同加速方案，利用GPU内部的共享存储器和寄存器等高速存储器，降低数据访问延迟，结合CPU的多核架构，创建多线程协同操作，调度多GPU进行并行加速计算和迭代参数的更新，大幅提升了计算效率。（3）最小二乘逆时偏移成像

（4）2D VSP逆时偏移成像

采用VSP地震数据逆时偏移成像方法，获得更精确的井周和深层构造成像。

（5）选择孔径的VSP逆时偏移方法

VSP数据对地下构造的横向覆盖不均匀，得到的偏移结果中存在明显的偏移画弧现象。针对该问题，提出一种选择孔径的VSP逆时偏移成像方法，能够有效压制VSP数据逆时偏移结果中的偏移画弧干扰和虚假成像

（6）优化非局部均值（NLM）去噪技术

在常规NLM算法的基础上，结合SUSAN（Smallest Univalue Segment Assimilating Nucleus）边缘检测结果，实现一种优化的NLM去噪方法，通过对数据进行区域的划分，提高了优化区域内数据相似信息的利用率，能够克服NLM算法对数据振幅差异较大的区域（优化区域）去噪不足的问题，进而对随机边界条件引起的随机噪声进行压制。

（7）3D VSP逆时偏移

将VSP逆时偏移成像扩展至3D介质成像，采用吸收边界，结合有效边界存储策略，降低波场存储量。将三维波场切割分块，应用多GPU卡协同实现三维波场的数值模拟，同时调用CPU端多线程操作，同时对多GPU卡的有效波场进行输入输出操作，降低因数据传输而产生的延迟。

2、各向异性逆时偏移 

3、弹性波逆时偏移

（1）2D弹性波逆时偏移成像

对基于矢量波场分离得到的纵横波场进行内积成像，得到多波成像剖面，可对地下地质构造清晰成像，效果优于基于Helmhholtz分解波场分离的弹性波逆时偏移成像。

（2）共炮域极性校正方法

通过计算纵波入射角度，设置符号因子，可有效校正Helmhholtz分解PS互相关成像结果中的极性反转现象。

（3）3D弹性波逆时偏移成像

将矢量分离纵横波场的方法延展到3D情况，应用一种矢量基的激发振幅成像条件降低存储负担，实现精确的3D介质弹性波逆时偏移成像。

（3）弹性波最小二乘逆时偏移成像 

弹性波最小二乘逆时偏移通过构建精确的波场外推算子及其伴随算子，结合迭代优化计算，可有效压制串扰，得到高分辨率、照明范围提升的地下构造反射率成像。

四、粘性介质逆时偏移成像

采用粘性介质逆时偏移成像方法，在波场传播过程中进行相应的补偿，有效解决了因地震波吸收衰减而导致深层构造无法精确成像的问题，从而得到地下构造的高分辨率、高精度成像

1、正则化形式的稳定粘声逆时偏移成像方法

在常Q模型的情况下，基于Predictor-Corrector算法，采用一种正则化形式的稳定传播的粘声逆时偏移成像方法，可有效压制补偿过程中存在的数值不稳定现象，成像结果中深层构造的刻画更加清晰，与采用仅考虑振幅衰减补偿方程的成像结果相比，该方法的成像结果中同相轴的位置更加准确，其深层构造的分辨率与可信度也有了进一步提升。

2、正则化形式的稳定粘弹性逆时偏移成像方法

针对粘弹性介质，采用正则化形式的粘弹性逆时偏移成像方法，可压制高频噪音，有效对衰减数据进行补偿成像，得到多波成像剖面。

3、粘弹性最小二乘逆时偏移成像

基于标准线性固体模型粘弹性方程，采用粘弹性最小二乘逆时偏移成像方法，进一步提高深层分辨率，均衡深浅层的成像振幅，使得成像结果更接近于真实反射系数。