多震源地震采集技术(Multisource seismic acquisition technology)是一种高效的地震采集新技术,是对传统单炮地震采集技术的重大革新,多震源混采数据(Blended data)直接成像是支撑该技术的主要发展方向之一。然而混采数据直接成像会在成像剖面中引入严重的串扰噪声(Crosstalk),导致成像质量效果差。针对这一问题,本文在前人研究的基础上,提出了两种新型多震源混采数据正则化偏移方法,该方法能满足混采数据直接成像的处理要求,有效压制串扰噪声,提高成像质量。多震源地震采集即不同空间位置的多个震源同时(Simultaneous)或者随机短时间延迟(Random shorter delay)激发,检波器连续接收激发信号的响应,获得波场重叠的混合地震记录。和传统单炮地震采集技术相比,这种采集策略不受震源激发时间间隔的限制,能大幅度提高采集效率,减少野外作业时间,节约勘探成本。在多震源地震采集资料中,多个震源的响应在时域上连续重叠,波场复杂性大大增加,导致资料后续偏移成像的处理难度加大。现阶段,多震源地震采集数据的成像方法可分为两类:一是对混采数据直接进行偏移成像,即直接成像;二是先将相互重叠的波场记录分离为与常规采集记录相当的单源地震数据,即炮分离(Deblending)处理,然后进行偏移成像。上述两种成像方案各有利弊:第一种直接成像方法具有较高的处理效率,但是由于波场混叠,成像剖面中会出现严重的串扰噪声干扰,降低成像质量;采用第二种方法,炮分离后的混采数据可完全按照现有的偏移流程处理,但是由于存在预处理,导致数据处理效率比较低,并且炮分离效果对最终成像结果有很大影响。综合比较,直接成像比较符合地震数据处理思维,能进一步提高室内资料处理效率,具有更好的应用前景,如何有效地压制串扰噪声是该技术的关键。地震偏移可以视作形如Ax?y的线性反演问题,在最小二乘意义下求解,就能够得到精度更高,保幅性更好的成像结果。这种基于反演思想的偏移方法就是最小二乘偏移(LSM)。LSM是现阶段混采数据直接成像的主流方法,它可以使用多种偏移算子,具有较高的灵活性,能够很好地适应多震源激发技术以及混采数据的处理要求。LSM通常采用迭代优化算法求解,每次迭代都至少要进行一次正演模拟(反偏移)和偏移成像,计算量为常规正演模拟和偏移成像计算量总和的N倍(N为偏移迭代次数)。混采数据由于总体噪声水平较高,LSM往往需要迭代多次才能得到较好的成像效果。随着迭代次数的增加,LSM计算量成倍增长,计算成本巨大。在LSM中,若选用计算效率较高的偏移算法,减少迭代过程中正演和偏移的计算时长,就能有效节约计算成本。在常用的偏移算法中,相移偏移并不是成像精度最高的方法,但它运算速度较快、内存占用小、对任何垂向速度v(z)地层模型均易处理、没有倾角限制。因此,本文将相移偏移算子和LSM相结合,提出了最小二乘相移偏移,旨在通过提高所选迭代偏移算子的计算效率,降低LSM的计算成本,同时利用偏移迭代弥补常规相移偏移的不足,提高成像精度。数值模拟结果验证了最小二乘相移偏移具有较好的成像质量和计算效率。LSM和多数地球物理反问题一样,是典型的不适定问题,在使用中通常采用正则化方法来确保求解过程的稳定。从最小二乘估计的角度来考虑,研究者一般选择在LSM的误差函数上附加二次泛函作为罚项,这就是L2范数正则化偏移,即常规的最小二乘偏移。由于采用二次罚项作为约束条件,L2范数正则化对解具有平滑滤波效应,容易导致模型过度光滑,抑制图像的不连续特征。另一方面,L2范数正则化偏移的去噪能力较为普通,当混采数据串扰噪声过大时不能有效地压制。为了减弱L2范数正则化的平滑滤波效应,增强去噪能力,本文提出了两种新的混采数据正则化偏移方法——基于稀疏约束的L1范数正则化偏移和基于全变分(Total variation)原理的TV范数正则化偏移,并研究了相应的快速求解算法:快速迭代收缩阈值法(FISTA)以及快速迭代收缩阈值和快速梯度投影(FGP)组合算法(FISTA/FGP)。L1范数正则化偏移对于稀疏度较高的地下介质模型具有良好的成像效果,能够精确重构稀疏的地震图像。TV范数正则化偏移能有效处理解的不连续性,保留图像的边缘信息,兼顾图像平滑去噪与边缘保留。多种理论模型数值模拟的结果均表明,本文所提的两种正则化偏移方法具有较高的计算效率,能够有效压制串扰噪声,改善混采数据直接成像质量。