CN106353798A - 多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像方法，包括：输入初始纵横波速度场；读入纵波和转换波地震炮记录，并确定频带宽度、束宽度、束中心间隔等参数；地下弹性矢量波场的构建；利用互相关成像条件成像；将所有炮记录进行偏移并叠加，便得到最终的弹性波成像结果。本发明能够较好地偏移成像成果，该方法有着其他技术不具备的优势：第一、构建了信息丰富的矢量波场，解决了单一纵波或者横波因信息量不足而带来的成像多解问题。第二、高斯束偏移高效实用，是一种兼具计算效率与成像精度的深度域偏移成像方法，目前在实际数据的处理中具有很强的实用性。第三、该方法流程及参数设置简单，运算速度快，适合应用于三维地震资料处理。

Description

多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像方法

技术领域

本发明属于油气勘探地震资料偏移成像处理技术领域，具体是一种多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像方法。

现有技术

高斯束偏移是基于射线理论的偏移方法，目前来说主要有传统的射线追踪方法和高频近似下的常规射线追踪方法。传统的射线追踪方法偏重于对射线路径及走时的描述，凭借其灵活高效、没有倾角限制且容易拓展应用至起伏地表的优点，已成为在生产中应用最广的Kirchhoff积分叠前深度偏移的重要组成部分。高频近似下的常规射线追踪认为中心射线代表着地震波的主能量，仅仅利用中心射线来描述地震波传播过程，这样的近似处理只能反映地震波的运动学特征。对于复杂介质，常规射线追踪在数值计算上还可能存在焦散及多路径问题，因此应用效果并不十分理想。

目前为止,多分量资料偏移还主要采用常规的纵波资料处理方法,在这种方法中首先对多分量资料进行纵、横波分离,然后用现有的纵波偏移软件分别处理纵波场和横波场.这种方法的主要缺陷在于:1)它将多分量资料看作几个标量波的简单迭加,忽略了矢量波的许多特征,从而影响多分量资料的处理与解释精度；2)如果地震波场没有完全分离为纵波与横波(这种现象广泛存在),而在资料的偏移过程中又假设所处理的为标量波场,这必然会使偏移结果产生许多人为假象,影响处理精度。

传统的多分量地震数据处理的过程中，一般的做法是通过波场分离对垂直分量按常规的纵波看待对其进行常规处理，而对水平分量则按PS转换横波看待对其进行类似纵波的常规处理；而波场分离的过程中往往不能将不同波型的能量完全分离，残余的非本型波能量会导致成像结果中的大量噪声干扰，严重影响成像效果；特别是传统的波动方程类偏移方法由于计算效率相对低下，在目前三维高密度采集的大数据体面前已经不具有实用性等问题。

相对于纵波勘探,多波多分量勘探能够得到更多的地下介质弹性信息,多波资料的逆时偏移研究也取得一些成果,但主要是针对单纯的纵波和转换波的偏移技术,目前基于高斯束的纵横波联合逆时偏移该方法未见相应研究文献。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种成像效果好、实用性强的多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像方法。

本发明的多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像方法的技术方案，包括：

(1)输入初始纵横波速度场；

(2)读入纵波和转换波地震炮记录，并确定频带宽度、束宽度、束中心间隔参数；

(3)地下弹性矢量波场的构建；

(4)利用互相关成像条件成像；

(5)将所有炮记录进行偏移并叠加，得到最终的弹性波成像结果。

进一步：

所述步骤(3)是利用弹性动力学高斯束方程，进行波场的正向和反向延拓；

所述步骤(4)是利用零延迟互相关成像条件对延拓的波场进行成像；

所述步骤(5)是按炮对所有的炮记录进行偏移成像，并将所有炮记录的偏移成像进行叠加，就得到成像结果。

更进一步：

步骤(3)地下弹性矢量波场的构建包括：

假设震源为x_s，接收点x_r接收到的两分量弹性波地震记录为u_i(x_r；ω)，则反向延拓的弹性波场可以通过Kirchhoff-Helmholtz积分来表示：

$u_m(x;x_r;\mathrm{\ω})={\∫}_S{\mathrm{dx}}_r\[t_i(x_r;\mathrm{\ω})G_{im}^{*}(x;x_r;\mathrm{\ω})-u_i(x_r;\mathrm{\ω}){\mathrm{\Σ}}_{im}^{*}(x;x_r;\mathrm{\ω})\]---\left(1\right)$

其中，*代表复共轭；G_lm(x；x_r；ω)为位移格林张量，其代表x_r处l方向单位体力所造成的x处位移的m方向的分量；t_i(x_r)为x_r处应力；Σ_im(x；x_r)为应力格林张量；

步骤(4)利用互相关成像条件成像：

根据Claerbout成像原理，通过求取震源波场与不同波型的反向延拓的接收波场之间的互相关来计算成像值，为此，首先将震源位移波场通过弹性动力学高斯束来表示，

$u_m^p(x;x_s;\mathrm{\ω})\≈\frac{i}{4{\mathrm{\πv}}_p^2\left(x_s\right)}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ω}}_r{w}_0^2}{\mathrm{\ρ}\left(x_s\right)}}\∫\frac{{\mathrm{dp}}_1^p\left(x_s\right)}{p_2^p\left(x_s\right)}{\hat{u}}_m^p(x;x_s;\mathrm{\ω})---\left(2\right)$

接下来根据P波以及S波的传播特点，定义如下成像公式:

$\begin{array}{c}{I}^{pp}\left(x\right)=\∫u_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω})u_2^p(x;x_r;\mathrm{\ω})d\mathrm{\ω}\\ =\frac{\mathrm{\Δ}L\sqrt{{\mathrm{\ω}}_r{w}_0^2}}{16{\mathrm{\π}}^2}\underset{L}{\Σ}\∫d\mathrm{\ω}\frac{i\mathrm{\ω}}{v_p^2\left(x_s\right)}\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}\left(L\right)}{\mathrm{\ρ}\left(x_s\right)}}\∫\∫\frac{{\mathrm{dp}}_1^p\left(x_s\right){\mathrm{dp}}_1^p\left(L\right)}{p_2^p\left(x_s\right)p_2^p\left(L\right)}\\ \×{\hat{u}}_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω}){\hat{u}}_1^{p*}(x;L;\mathrm{\ω})\[W_1^p\left(L\right)D_1^p(L;p_1^p;\mathrm{\ω})+W_2^p\left(L\right)D_2^p(L;p_1^p;\mathrm{\ω})\]\end{array}---\left(3\right)$

$\begin{array}{c}{I}^{ps}\left(x\right)=\∫u_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω})u_1^s(x;x_r;\mathrm{\ω})d\mathrm{\ω}\\ =\frac{\mathrm{\Δ}L\sqrt{{\mathrm{\ω}}_r{w}_0^2}}{16{\mathrm{\π}}^2}\underset{L}{\Σ}\∫d\mathrm{\ω}\frac{i\mathrm{\ω}}{v_p^2\left(x_s\right)}\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}\left(L\right)}{\mathrm{\ρ}\left(x_s\right)}}\∫\∫\frac{{\mathrm{dp}}_1^p\left(x_s\right){\mathrm{dp}}_1^s\left(L\right)}{p_2^p\left(x_s\right)p_2^s\left(L\right)}\\ \×{\hat{u}}_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω}){\hat{u}}_1^{s*}(x;L;\mathrm{\ω})\[W_1^s\left(L\right)D_1^s(L;p_1^s;\mathrm{\ω})+W_2^s\left(L\right)D_2^s(L;p_1^s;\mathrm{\ω})\]\end{array}---\left(4\right)$

其中，I^pp(x)为P-P单炮成像值，I^ps(x)为P-S单炮成像值，(v表示波的类型)为对不同波型多分量地震记录的加窗局部倾斜叠加，L表示高斯束与频率有关的高斯束有效半宽度，震源为x_s，接收点x_r，ρ为介质密度，v_p(X_S)为震源位置处中心射线的纵波速度，W为权系数，P为动力学射线追踪参数。

发明效果

本发明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，并利用互相关成像条件得到纯纵波和纯横波的成像结果，大大提高了成像效果。而且高斯束逆时偏移保留了常规Kirchhoff偏移的高效性和灵活性,也可以很容易的适应复杂的地表条件。可以对多次波至进行成像,成像精度优于常规Kirchhoff偏移且接近于波动方程偏移，是一种兼具计算效率与成像精度的深度域偏移成像方法，目前在实际数据的处理中具有很强的实用性。

采用多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像方法能够较好地偏移成像成果，该方法有着其他技术不具备的优势，其具体优势和特点表现在以下几个方面：

第一、构建了信息丰富的矢量波场。该方法应用纵横波丰富的波场信息来构建地下矢量波场，充分利用纵横波各自的优势波场特征，解决了单一纵波或者横波因信息量不足而带来的成像多解问题。

第二、高斯束偏移高效实用。高斯束偏移保留了常规Kirchhoff偏移的高效性和灵活性,也可以很容易的适应复杂的地表条件。是一种兼具计算效率与成像精度的深度域偏移成像方法，目前在实际数据的处理中具有很强的实用性。

第三、操作简单易实现。该方法流程及参数设置简单，运算速度快，适合应用于三维地震资料处理。

附图说明

图1多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像技术流程；

图2实际模型的油藏剖面；

图3纵波速度模型；

图4纵波的偏移成像结果；

图5转换波速度模型；

图6转换波的偏移成像结果。

具体实施方式

总体实施例：

参照附图1，本发明的多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像方法的技术流程是：

(1)输入初始纵横波速度场；

(2)读入纵波和转换波地震炮记录，并确定频带宽度、束宽度、束中心间隔等参数；

(3)地下弹性矢量波场的构建：

假设震源为x_s，接收点x_r接收到的两分量弹性波地震记录为u_i(x_r；ω)，则反向延拓的弹性波场可以通过Kirchhoff-Helmholtz积分来表示：

$u_m(x;x_r;\mathrm{\ω})={\∫}_S{\mathrm{dx}}_r\[t_i(x_r;\mathrm{\ω})G_{im}^{*}(x;x_r;\mathrm{\ω})-u_i(x_r;\mathrm{\ω}){\Σ}_{im}^{*}(x;x_r;\mathrm{\ω})\]---(4-1-4)$

其中，*代表复共轭；G_lm(x；x_r；ω)为位移格林张量，其代表x_r处l方向单位体力所造成的x处位移的m方向的分量；t_i(x_r)为x_r处应力；Σ_im(x；x_r)为应力格林张量；

(4)利用互相关成像条件成像：

根据Claerbout成像原理，通过求取震源波场与不同波型的反向延拓的接收波场之间的互相关来计算成像值，为此，首先将震源位移波场通过弹性动力学高斯束来表示，

$u_m^p(x;x_s;\mathrm{\ω})\≈\frac{i}{4{\mathrm{\πv}}_p^2\left(x_s\right)}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ω}}_2{w}_0^2}{\mathrm{\ρ}\left(x_s\right)}}\∫\frac{{\mathrm{dp}}_1^p\left(x_s\right)}{p_2^p\left(x_s\right)}{\hat{u}}_m^p(x;x_s;\mathrm{\ω})---(4-1-22)$

其中，ω_r为参考频率，w₀为高斯束的初始宽度，P为动力学射线追踪参数。

接下来根据P波以及S波的传播特点，定义如下成像公式:

$\begin{array}{c}{I}^{pp}\left(x\right)=\∫u_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω})u_2^p(x;x_r;\mathrm{\ω})d\mathrm{\ω}\\ =\frac{\mathrm{\Δ}L\sqrt{{\mathrm{\ω}}_r{w}_0^2}}{16{\mathrm{\π}}^2}\underset{L}{\Σ}\∫d\mathrm{\ω}\frac{i\mathrm{\ω}}{v_p^2\left(x_s\right)}\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}\left(L\right)}{\mathrm{\ρ}\left(x_s\right)}}\∫\∫\frac{{\mathrm{dp}}_1^p\left(x_s\right){\mathrm{dp}}_1^p\left(L\right)}{p_2^p\left(x_s\right)p_2^p\left(L\right)}\\ \×{\hat{u}}_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω}){\hat{u}}_1^{p*}(x;L;\mathrm{\ω})\[W_1^p\left(L\right)D_1^p(L;p_1^p;\mathrm{\ω})+W_2^p\left(L\right)D_2^p(L;p_1^p;\mathrm{\ω})\]\end{array}---(4-1-23)$

$\begin{array}{c}{I}^{ps}\left(x\right)=\∫u_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω})u_1^s(x;x_r;\mathrm{\ω})d\mathrm{\ω}\\ =\frac{\mathrm{\Δ}L\sqrt{{\mathrm{\ω}}_r{w}_0^2}}{16{\mathrm{\π}}^2}\underset{L}{\Σ}\∫d\mathrm{\ω}\frac{i\mathrm{\ω}}{v_p^2\left(x_s\right)}\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}\left(L\right)}{\mathrm{\ρ}\left(x_s\right)}}\∫\∫\frac{{\mathrm{dp}}_1^p\left(x_s\right){\mathrm{dp}}_1^s\left(L\right)}{p_2^p\left(x_s\right)p_2^s\left(L\right)}\\ \×{\hat{u}}_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω}){\hat{u}}_1^{s*}(x;L;\mathrm{\ω})\[W_1^s\left(L\right)D_1^s(L;p_1^s;\mathrm{\ω})+W_2^s\left(L\right)D_2^s(L;p_1^s;\mathrm{\ω})\]\end{array}---(4-1-24)$

其中，I^pp(x)为P-P单炮成像值，I^ps(x)为P-S单炮成像值，(v表示波的类型)为对不同波型多分量地震记录的加窗局部倾斜叠加。L表示高斯束与频率有关的高斯束有效半宽度，震源为x_s，接收点x_r，ρ为介质密度，v_p(X_S)为震源位置处中心射线的纵波速度，W为权系数，P为动力学射线追踪参数。

(5)将所有炮记录进行偏移并叠加，便得到最终的弹性波成像结果。

该发明主要技术关键点为以下两个：(1)、如何构建地下弹性矢量波场；(2)、纵横波的互相关成像。

具体应用实施例：

该发明的详细技术操作简图如图1所示。

本次研究对XX油田XX区块实际资料模型为目标进行了应用，用该方法对多分量资料进行了叠前深度偏移成像，以验证本方法的效果，具体流程见图1。

1)依据步骤1，分别利用纵横波的叠加速度分析得到初始的纵横波速度场。

2)依据步骤2，读入纵波和转换波数据。

3)依据步骤3，对输入纵波和转换波数据进行分析，确定偏移的频带宽度、束宽度、束中心间隔以及初始射线参数间隔。

4)依据步骤5，利用弹性动力学高斯束方程，对每一个时刻的波场进行正向和反向延拓。

5)依据步骤6，偏移程序自动判断所有时刻波场是否都延拓完毕，如果没延拓完成，从步骤5开始继续进行延拓计算。

6)依据步骤7，利用零延迟互相关成像条件对延拓的波场进行成像，得到对应于一个束中心的成像结果。

7)依据步骤8，偏移程序自动判断所有束是否都成像完毕，如果没有完成，从步骤4开始继续进行计算。

8)依据步骤9，按炮对所有的炮记录进行偏移成像，得到所有炮的偏移成像结果。

9)依据步骤10，偏移程序自动判断所有炮是否都成像完毕，如果没有完成，从步骤3开始继续进行计算。

10)依据步骤11，将所有炮记录的偏移成像进行叠加并输出，就得到成像结果。

为了检验该方法的成像效果，我们对正演的模型数据做了多分量联合高斯束逆时偏移。图2是实际模型的油藏剖面。图3纵波速度模型，图4纵波的偏移成像结果，图5转换波速度模型，图6转换波的偏移成像结果。从图中可以看出，成像效果比较理想，和模型层位对应较好。这说明该成像方法准确可靠。

Claims (3)

1.一种多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像方法，其特征是包括：

(1)输入初始纵横波速度场；

(2)读入纵波和转换波地震炮记录，并确定频带宽度、束宽度、束中心间隔参数；

(3)地下弹性矢量波场的构建；

(4)利用互相关成像条件成像；

(5)将所有炮记录进行偏移并叠加，得到最终的弹性波成像结果。

2.根据权利要求1所述的多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像方法,其特征是：

所述步骤(3)是利用弹性动力学高斯束方程，进行波场的正向和反向延拓；

所述步骤(4)是利用零延迟互相关成像条件对延拓的波场进行成像；

所述步骤(5)是按炮对所有的炮记录进行偏移成像，并将所有炮记录的偏移成像进行叠加，就得到成像结果。

3.根据权利要求2所述的多分量联合高斯束叠前逆时偏移成像方法，其特征是，

步骤(3)地下弹性矢量波场的构建包括：

假设震源为x_s，接收点x_r接收到的两分量弹性波地震记录为u_i(x_r；ω)，则反向延拓的弹性波场可以通过Kirchhoff-Helmholtz积分来表示：

$u_m(x;x_r;\mathrm{\ω})={\∫}_S{\mathrm{dx}}_r\[t_i(x_r;\mathrm{\ω})G_{im}^{*}(x;x_r;\mathrm{\ω})-u_i(x_r;\mathrm{\ω}){\mathrm{\Σ}}_{im}^{*}(x;x_r;\mathrm{\ω})\]---\left(1\right)$

其中，*代表复共轭；G_lm(x；x_r；ω)为位移格林张量，其代表x_r处l方向单位体力所造成的x处位移的m方向的分量；t_i(x_r)为x_r处应力；Σ_im(x；x_r)为应力格林张量；

步骤(4)利用互相关成像条件成像：

根据Claerbout成像原理，通过求取震源波场与不同波型的反向延拓的接收波场之间的互相关来计算成像值，为此，首先将震源位移波场通过弹性动力学高斯束来表示，

$u_m^p(x;x_s;\mathrm{\ω})\≈\frac{i}{4{\mathrm{\πv}}_p^2\left(x_s\right)}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ω}}_r{w}_0^2}{\mathrm{\ρ}\left(x_s\right)}}\∫\frac{{\mathrm{dp}}_1^p\left(x_s\right)}{p_2^p\left(x_s\right)}{\hat{u}}_m^p(x;x_s;\mathrm{\ω})---\left(2\right)$

接下来根据P波以及S波的传播特点，定义如下成像公式:

$\begin{array}{c}{I}^{pp}\left(x\right)=\∫u_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω})u_2^p(x;x_r;\mathrm{\ω})d\mathrm{\ω}\\ =\frac{\mathrm{\Δ}L\sqrt{{\mathrm{\ω}}_r{w}_0^2}}{16{\mathrm{\π}}^2}\underset{L}{\Σ}\∫d\mathrm{\ω}\frac{i\mathrm{\ω}}{v_p^2\left(x_s\right)}\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}\left(L\right)}{\mathrm{\ρ}\left(x_s\right)}}\∫\∫\frac{{\mathrm{dp}}_1^p\left(x_s\right){\mathrm{dp}}_1^p\left(L\right)}{p_2^p\left(x_s\right)p_2^p\left(L\right)}\\ \×{\hat{u}}_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω}){\hat{u}}_1^{p*}(x;L;\mathrm{\ω})\[W_1^p\left(L\right)D_1^p(L;p_1^p;\mathrm{\ω})+W_2^p\left(L\right)D_2^p(L;p_1^p;\mathrm{\ω})\]\end{array}---\left(3\right)$

$\begin{array}{c}{I}^{ps}\left(x\right)=\∫u_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω})u_1^s(x;x_r;\mathrm{\ω})d\mathrm{\ω}\\ =\frac{\mathrm{\Δ}L\sqrt{{\mathrm{\ω}}_r{w}_0^2}}{16{\mathrm{\π}}^2}\underset{L}{\Σ}\∫d\mathrm{\ω}\frac{i\mathrm{\ω}}{v_p^2\left(x_s\right)}\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}\left(L\right)}{\mathrm{\ρ}\left(x_s\right)}}\∫\∫\frac{{\mathrm{dp}}_1^p\left(x_s\right){\mathrm{dp}}_1^s\left(L\right)}{p_2^p\left(x_s\right)p_2^s\left(L\right)}\\ \×{\hat{u}}_2^{p*}(x;x_s;\mathrm{\ω}){\hat{u}}_1^{s*}(x;L;\mathrm{\ω})\[W_1^s\left(L\right)D_1^s(L;p_1^s;\mathrm{\ω})+W_2^s\left(L\right)D_2^s(L;p_1^s;\mathrm{\ω})\]\end{array}---\left(4\right)$

其中，I^pp(x)为P-P单炮成像值，I^ps(x)为P-S单炮成像值，(v表示波的类型)为对不同波型多分量地震记录的加窗局部倾斜叠加，L表示高斯束与频率有关的高斯束有效半宽度，震源为x_s，接收点x_r，ρ为介质密度，v_p(X_S)为震源位置处中心射线的纵波速度，W为权系数，P为动力学射线追踪参数。