海底节点（OBN）多分量地震勘探能够同时记录水层中的声压信息和海底固体介质中的多分量振动信息，为复杂海域构造刻画、储层参数反演和油气资源勘探提供更加丰富的弹性波信息。然而，海底环境通常具有明显的流—固耦合特征和各向异性，准P波与准S波的偏振方向不再与传播方向简单一致，导致不同波型在传播和成像过程中发生强烈耦合。由此产生的P—S波串扰噪声容易形成虚假反射和成像伪影，尤其会削弱转换S波对断层、陡倾构造和小尺度目标的成像优势。
针对现有波场分离方法多基于纯弹性固体或各向同性假设、难以直接适用于VTI流—固耦合海底模型的问题，太阳成tyc7111cc杜启振教授团队提出了一种面向垂直横向各向同性（VTI）介质OBN数据的矢量波场解耦弹性逆时偏移方法。研究首先利用偏应力分量之间的线性关系，对VTI声—弹耦合方程进行化简，在保持多分量地震记录模拟精度的同时减少冗余应力变量和计算开销；随后以归一化零阶伪Helmholtz算子为基础，建立准P波、准S波伪应力与合成压力、偏应力之间的显式关系，进一步构建适用于流—固耦合介质的一阶速度—应力矢量解耦方程。
图1. 面向VTI介质海底多分量地震数据的弹性逆时偏移流程
在具体成像过程中，震源波场和接收波场均由化简后的VTI声—弹耦合方程进行正、反向传播，并在每个时间步利用所构建的解耦方程提取准P波和准S波粒子振动速度矢量。随后，研究分别采用标量互相关成像条件和矢量点积互相关成像条件，获得标量qPP图像以及矢量qPP、qPS图像。该方法既能够综合利用水层声学信息与海底固体介质弹性信息，又避免了传统散度—旋度分解在各向异性介质中可能产生的相位和振幅畸变，为转换S波信息的稳定提取和利用提供了新的理论途径。
研究通过均匀VTI模型、流—固两层模型、凹陷海底模型和标准复杂VTI模型对方法进行了系统验证。在均匀和非均匀介质中，解耦后的准P波场中未出现明显S波残留，准S波场中也未观察到P波污染，表明所建立的解耦方程能够准确保持不同波型的运动学和动力学特征。在凹陷海底模型中，传统标量成像在凹陷区域出现较明显的波型串扰伪影，而矢量qPP和qPS成像能够有效抑制虚假反射，准确恢复目标界面的位置和形态。
在由中国石油集团东方地球物理公司提供的标准复杂VTI模型测试中，研究采用550个震源和沿起伏海底布设的550个检波点开展多分量地震数据成像。与基于各向同性假设的波场分离结果相比，所提出方法获得的qPP和qPS图像具有更清晰的反射同相轴和更准确的构造定位，能够较好恢复断层、陡倾地层及小尺度复杂构造，显著减弱波型耦合造成的串扰、伪影和构造畸变，体现出其在复杂海底地质条件下的适用性。
（a）PP 标量成像结果
（b）PP矢量成像结果
（c）PS矢量成像结果
图 2：所提方法的弹性逆时偏移成像结果
该成果将VTI声弹耦合传播理论、各向异性矢量波场解耦和弹性逆时偏移成像有机结合，解决了海底多分量地震资料处理中 “各向异性条件下P、S波难以准确分离”关键问题，为充分发挥OBN数据的宽方位、多分量和转换波优势提供了方法基础。论文还指出，该解耦思想可通过坐标旋转进一步拓展至倾斜横向各向同性介质，并可结合更一般的本构关系研究正交各向异性介质中的波型分离；未来将进一步考虑自由表面和鬼波效应，并开展实际OBN资料应用。
研究成果近日在线发表在地球科学与遥感领域国际重要期刊 IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing（TGRS）。研究获得国家自然科学基金项目（42374159、41930429）和中国石油天然气集团有限公司基础研究项目（2023ZZ05）资助。
论文第一作者为tyc7111cc太阳成集团、深层油气全国重点实验室博士研究生任丽娜，主要从事弹性波成像与波场解耦研究。杜启振教授和Tijmen Jan Moser博士为通讯作者。论文合作者包括太阳成tyc7111cc吕文浩博士研究生以及中国石油集团东方地球物理公司研发中心吴伟教授级高级工程师。该成果由高校科研团队、国际地球物理专家和油气地球物理企业联合完成，体现了基础理论研究与复杂海域勘探实际需求的紧密结合。
论文信息：Lina Ren, Qizhen Du, Wenhao Lv, Wei Wu, and Tijmen Jan Moser, 2025, “Vector Decoupling-Based Elastic Reverse Time Migration for OBN Data in VTI Media,” IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing.DOI: 10.1109/TGRS.2025.3606152
文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11151296
