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地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法

阅读：661发布：2020-05-27

IPRDB可以提供地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法，属于勘探地球物理学领域，特征是通过直接利用多分量地震资料作为输入，在对输入数据不进行波场分离的情况下，基于弹性波方程进行正向和逆时外推，联合多分量共同构建地下弹性矢量地震波场，应用照明补偿的弹性波互相关成像条件得到物理意义明确的纵波、横波、转换纵波和转换横波等四种弹性波成像结果，并进行低通角度域滤波压制弹性逆时偏移中的低波数噪音，得到最终的弹性波偏移成像结果。本发明通过直接输入多分量地震资料，联合使用多分量共同构建地下弹性矢量地震波场，用于复杂地球介质准确成像。，下面是地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法，其特征是具体成像步骤如下：a.输入未经波场分离处理的多分量地震共炮点道集；

b.基于多分量弹性波方程构建地下弹性矢量波场；

c.应用照明补偿的多分量联合弹性波互相关成像条件得到物理意义明确的四种弹性波成像结果；

d.进行低通角度域滤波压制弹性逆时偏移中的低波数噪音。

2.根据权利要求1所述的地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法，其特征是：所述步骤b包括如下步骤：b1.加载给定的地震子波，利用弹性矢量正演传播算子，沿正向时间构建地下震源矢量波场；

b2.以地面记录的多分量数据作为边界条件，利用弹性矢量逆时外推算子，沿逆向时间进行外推，构建地下检波矢量波场。

3.根据权利要求1所述的地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法，其特征是：所述步骤c包括如下步骤：c1.通过波场分解分别得到震源波场和检波波场的P波、S波成分；

c2.应用照明补偿的多分量联合弹性波互相关成像条件，得到物理意义明确的、振幅特性准确的多波联合成像结果；

c3.对每一炮进行成像，分别得到单炮PP、PS、SP、SS波成像结果，最终的成像结果是所有单炮偏移成像结果的叠加。

4.根据权利要求3所述的地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法，其特征是：所述的照明补偿的多分量联合弹性波互相关成像条件，是由四种物理意义明确的成像结果组成，其中PP波的成像结果是由震源波场的P波成分与检波波场的P波成分进行互相关，再除以震源波场P波成分的自相关得到的；PS波的成像结果是由震源波场的P波成分与检波波场的S波成进行分互相关，再除以震源波场P波成分的自相关得到的；SP波的成像结果是由震源波场的S波成分与检波波场的P波成分进行互相关，再除以震源波场S波成分的自相关得到的；SS波的成像结果是由震源波场的S波成分与检波波场的S波成进行分互相关，再除以震源波场S波成分的自相关得到的。

说明书全文

地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法

一、技术领域：

[0001] 本发明涉及一种勘探地球物理学领域，特别涉及一种地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法。二、背景技术：

[0002] 随着地震勘探的深入发展，油气勘探的目标逐渐转向复杂地表、复杂构造和复杂储层方向，对地震成像的精度提出了更高的要求。目前在石油、天然气地震勘探中，仍然以纵波勘探方法为主。然而，在地球介质中传播的波场不仅仅局限于纵波，还有横波以及转换波等波型，也就是说地震波场是弹性波场，故以弹性波方程为基础的偏移成像技术才能更精确地刻画地球介质。正是基于此，弹性地震偏移被地球物理工作者看成是对常规地震成像技术的重大改进。地下弹性波场被地面多分量地震检波器记录，所以弹性地震偏移必然涉及到如何处理多波多分量地震数据。但是，常规的多分量地震资料处理技术更多的直接搬用了工业界已经成熟的纵波处理技术流程，对多分量地震数据进行“分离式”、“标量式”的类似于纵波的处理。这种“分离式”、“标量式”的多分量地震资料处理方式不能充分利用弹性波场信息，而是先在地表观测面上对多分量地震数据进行波场分离，只利用弹性波场信息的一个子集(纵波或横波)，而把另外一个子集(横波或纵波)当作噪音进行处理。这种处理方式带来的问题如下：第一，地面上的波场分离是不完美的。其原因在于上述做法依据了地表是低速带的假设，认为射线都是垂直出射地表，把垂直分量当成是P波，把水平分量当成是S波。但是实际上射线不可能完全垂直于地表，所以无论是垂直分量还是水平分量都同时包含P波和S波。因此这种简单的处理必然会带来噪音和假象。如果要构建远震源波场P波和S波分量需要事先知道P波和S波极化信息(即偏振方向)。因此比较精确的进行波场分离应该采用极化滤波，可以在地表估计P波和S波的偏振信息，然后分别在P波和S波偏振方向上进行投影，分离出P波和S波。但是在地面波场信息不全，缺失深度方向的波场，求取偏振方向必须采用一定的假设进行近似求取，不能做到准确的求取偏振方向，因此一般基于地表的分离算法都是近似的，不是完美的。准确的分离方法应该基于波动方程进行波场延拓，构建分离所需的地下全部波场，然后再把分离后的结果利用波动方程延拓回地面。第二，忽略了多分量数据的弹性矢量特征。把标量P波和S波数据利用标量方程构建地下波场进行叠前深度偏移，无论波场分离是否完美，都不可避免地放弃了地下波场的矢量特征。因为实际地下介质是弹性的，地震波场是矢量波，但是在处理中使用的是标量波动方程，由此构建的波场必然不能保持矢量波和弹性波的特点。矢量波的特点是用三个分量描述地震波，可以确定地震波的振动方向。弹性波的特点是地震波是弹性的，允许波型的相互转换和能量的分配。使用标量波处理技术，必然损失了以上特点。因此基于这种常规的处理方法无法解决不同子集信号(纵波与横波)之间的能量转换，更不能保证成像振幅的准确性和物理意义。为此，必须建立一套新型的以“弹性波、矢量波”为特点的“地震多分量联合弹性波成像”技术。三、发明内容：

[0003] 本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法，通过直接输入多分量地震资料，联合使用三个分量构建地下三维空间地震弹性矢量波场，用于复杂地球介质准确成像。

[0004] 其技术方案是：

[0005] 本发明的有益效果是：在资料的输入阶段，直接利用多分量地震资料构建地下全弹性波场，避免了对输入的地震记录进行波场分离，在不引入噪音的情况下，最大程度上充分地、无损地利用了多分量地震资料；在波场的构建阶段，基于弹性波方程进行拨正正向和逆时外推，保持地震波场的弹性和矢量特征，正确解决地震波在地下弹性介质传播过程中的能量转换问题和弹性地震波振幅的保持问题；在成像阶段，应用照明补偿的弹性波互相关成像条件得到四种弹性波(纵波、横波、转换纵波和转换横波，简记为PP、SS、SP和PS波)的物理意义明确的成像结果，并利用低通角度域滤波压制逆时偏移中的低波数假象，得到最终的偏移成像结果。四、附图说明：

[0006] 图1(a)是Marmousi2模型PP波成像结果；

[0007] 图1(b)是Marmousi2模型PS波成像结果；

[0008] 图1(c)是Marmousi2模型SP波成像结果；

[0009] 图1(d)是Marmousi2模型SS波成像结果；

[0010] 图2(a)是Marmousi2模型PP波最终成像结果；

[0011] 图2(b)是Marmousi2模型PS波最终成像结果；

[0012] 图2(c)是Marmousi2模型SP波最终成像结果；

[0013] 图2(d)是Marmousi2模型SS波最终成像结果；

[0014] 图3是多分量地震资料联合弹性逆时偏移成像方法的流程图。五、具体实施方式：

[0015] 实施例1：本发明实现所采取的技术方案是直接利用多分量地震资料作为输入，在对输入资料不进行波场分离的情况下，基于弹性波方程进行正向和逆时外推，联合多分量共同构建地下弹性矢量波场，应用照明补偿的弹性波互相关成像条件得到物理意义明确的四种弹性波(纵波、横波、转换纵波和转换横波，简记为PP、SS、SP和PS波)成像结果，并进行低通角度域滤波压制弹性逆时偏移中的低波数噪音，得到最终的弹性波偏移成像结果。具体步骤如下：

[0016] 1、弹性波传播算子与地下矢量波场的构建

[0017] 一阶弹性波速度——应力方程：

[0018]

[0019] 其中，

[0020]

[0021] vx、vz分别为速度的水平分量和垂直分量，τij为应力分量，Cij为弹性常数，ρ为介质密度。

[0022] 利用高阶交错网格有限差分格式对(1)式进行离散，得到弹性正演传播算子和逆时外推算子。

[0023] 弹性正演传播算子：

[0024]

[0025] 弹性逆时外推算子：

[0026]

[0027] 其中，

[0028]

[0029] Lx、Lz为空间高阶差分算子。2L阶差分算子表达如下：

[0030]

[0031] am为高阶差分系数，可通过以下方程确定：

[0032]

[0033] 进行多分量联合弹性逆时偏移，需要利用弹性正演传播算子和外推算子分别构建震源波场和检波波场。对于震源波场，加载给定的地震子波，利用正演传播算子(3)式，沿正向时间构建地下所有的震源矢量波场；对于检波波场，以地面记录的多分量数据作为边界条件，利用逆时外推算子(4)式，沿逆向时间进行外推，重构地下检波矢量波场。

[0034] 2、基于照明补偿的弹性波互相关成像条件的建立

[0035] 为了对地下弹性地震矢量波场准确成像，必须应用成像条件。由于使用弹性波成像，必须考虑所有的地震波波型模式的组合，并且这种组合也应该具有明确的物理意义。传统的多分量地震数据的处理方法中，在波场构建阶段仅仅使用了P波或PS波，因此在成像中只能单独成像。而多分量地震资料联合弹性逆时偏移成像方法正是因为在波场构建阶段采用“多分量联合”的方式构建了地下所有矢量波场，因而在成像阶段可以对多种波型模式进行互相关组合进行成像，得到物理意义明确的PP、SS、SP和PS波成像结果。

[0036] 完成上述过程必须使用基于照明补偿的弹性波互相关成像条件。逆时偏移中的互相关成像条件实际上是对于具有相同空间位置、相同传播时间的震源和检波波场进行叠加求和。对于多分量联合弹性逆时偏移，需要对多种波型模式进行互相关组合，因此在利用互相关成像条件之前应首先对震源和检波矢量波场进行分解，得到相应的P波和S波成分，把具有相同时间、相同位置的震源S与检波R波场进行相关求和形成反射界面，最终的成像结果是对所有炮、所有时间进行求和。例如PS成像结果是将震源波场的P波成分Sp(x，t)与检波波场的S波成分Rs(x，t)互相关得到的；其它波型的成像结果通过选取相应的震源波场和检波波场进行互相关求得。而且，在互相关成像中，为了更好的保持振幅的特性，应进行照明补偿。将所有成像结果除以震源波场的自相关，确保成像振幅的准确性。因此，本发明利用了基于照明补偿的弹性波互相关成像条件：

[0037]

[0038]

[0039] (8)

[0040]

[0041]

[0042] 其中，S(x，t)和R(x，t)分别代表震源波场和检波波场，下标P和S分别代表与之相关的P波和S波成分；x代表成像的空间位置，tmac代表波场构建中的最大时间；Ipp，Ips，Isp和Iss分别代表PP、PS、SP、SS波成像结果。

[0043] 3、进行低通角度域滤波压制低波数噪声

[0044] 由于逆时偏移采用双程波动方程，因此在震源波场和检波波场进行重构中，遇到波阻抗分界面就会发生反射。在成像中，正向传播的震源波场与背向反射的检波波场进行互相关，或者背向反射的震源波场与正向传播的检波波场进行互相关，都会产生不期望的低波数假象。这些低波数假象表现为震源波场与检波波场的波矢量的夹角为超大角度时会产生没有物理意义的成像结果，尤其表现在浅层和强波阻抗分界处，这些低波数假象严重污染了偏移成像的结果。互相关成像时进行低通角度域滤波即可压制低波数假象。为了对2
这些噪音进行压制，本发明在成像之后使用Laplace滤波以cosθ进对超大角度成像结果进行衰减：

[0045]

[0046] 实施例2：本发明以Marmousi2模型为例，并结合附图对本发明的内容和实现原理进行说明：

[0047] 为检验弹性波成像方法的正确性采用Marmousi2模型进行测试分析。

[0048] 1、输入多分量地震资料

[0049] 输入多分量地震资料，不进行任何形式的波场分离，在不引入噪音的情况下，最大程度上充分地、无损地利用多分量地震资料。

[0050] 2、构建地下矢量波场

[0051] 利用弹性波传播算子分别构建震源和检波矢量波场。对于震源波场，加载给定的地震子波，利用正演传播算子(3)式，沿正向时间构建地下所有的震源矢量波场。对于检波波场，以地面记录的多分量数据作为边界条件，利用逆时传播算子(4)式，沿逆向时间进行外推，重构地下检波矢量波场。

[0052] 3、利用基于照明补偿的弹性波互相关成像条件进行成像

[0053] 在对单炮处理过程中，在构建的震源波场和检波波场的基础上，通过波场分解分别得到震源波场和检波波场的P波和S波成分；应用基于照明补偿的弹性波互相关成像条件(8)式对每一炮进行成像，分别得到单炮PP、PS、SP、SS波成像结果；最终的成像结果是所有单炮偏移成像结果的叠加(附图1)。附图1(a)～(d)分别是Marmousi2模型PP波、PS波、SP波和SS波成像结果。从附图1(a)和1(d)可以看到成像结果被低波数假象严重干扰，而附图1(b)和1(c)在强阻抗分界面也有部分低波数假象。

[0054] 4、进行低通角度域滤波压制低波数噪声

[0055] 对所有炮的成像结果，应用(9)式，进行Laplace去噪，最终成像结果如附图2所示。附图2(a)～(d)分别是最终的Marmousi2模型PP波、PS波、SP波和SS波成像结果。可以看到低波数假象被完全消除。由于输入的多分量地震资料是纵波震源激发得到的，所以震源波场的主要能量是P波，而S波成分是P波震源激发的能量通过Marmousi2模型中海底处的分界面转换形成的S波，因此PP波和PS波成像结果较好。由图可以看出，不仅对于水平、倾斜反射界面、三大断裂和两个背斜准确成像，而且左侧的油气藏也刻画的清晰准确。4张成像剖面(PP波、PS波、SP波和SS波)具有明确的物理意义，有利于进一步的地球物理解释和岩石物理参数反演。

[0056] 附图3为本发明地震多分量联合弹性逆时偏移成像方法流程图。与常规多分量地震资料成像处理方法相比，本发明通过直接输入多分量地震资料，联合使用多分量共同构建地下弹性矢量地震波场，用于复杂地球介质准确成像。

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