地下介质广泛存在各向异性，若不能准确描述各向异性对地震波传播的影响，会导致成像位置错误，直接影响油藏的定位精度。在地震勘探领域，垂直横向各向同性（VTI）介质的应用较为广泛。在实际应用中，通常只需要对各向异性介质进行声波模拟。为此，通过忽略横波速度，发展出了准纵波（qP波）方程，以实现对各向异性介质的高效数值模拟。。但在实际应用中，qP波方程会遇到求解成本高，产生横波假象等问题，很难直接应用于实际生产中。本研究主要解决VTI介质纯qP波方程的求解困难问题。与未解耦的VTI介质qP波方程相比，纯qP波方程虽然能够避免横波假象的产生，但其包含一个复杂的伪差分算子，使得求解变得困难。
为解决该问题，本文提出了一种基于空间域伪差分算子的VTI介质纯qP波正演模拟方法。该方法首先将纯qP波方程化为含有修正伪差分算子的椭圆各向异性方程；而后基于非线性优化算法对所有修正伪差分算子进行近似，计算得到空间域伪差分算子（图1）。接着在非椭圆各向异性区域，用该算子对应力进行修正。最后基于修正后的应力，直接使用交错网格有限差分对椭圆各向异性方程进行求解。本研究提出的方法可以对qP波进行高精度模拟，避免横波假象的产生，且不会产生不稳定现象（图2），具有较好的实际应用前景。
图2.使用本方法在HESS模型模拟的纯qP波波场快照。
研究成果近期发表在地学领域国际重要期刊Geophysics。获得中国石油大学（华东）深部油气全国重点实验室资助。论文第一作者为中国石油大学（华东）地学院博士生秦善源，通讯作者为中国石油大学（华东）地学院杨继东教授和黄建平教授。合作者包括中国石油大学（华东）博士生田祎伟、硕士生张浩，以及中国石油大学（北京）非常规油气科学技术研究院赵杨教授。
论文信息：Qin S, Yang J, Huang J, et al. Pure quasi-P-wave modeling and imaging using an approximated space-domain pseudo-differential operator in the VTI media[J]. Geophysics, 2024, 89(5): 1-44. https://library.seg.org/doi/full/10.1190/geo2023-0416.1
