CN102540253B - 一种陡倾角地层及裂缝地震偏移方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种陡倾角地层及裂缝地震偏移方法和装置，该方法包括：输入地震数据；定义基础地下水平反射层；生成共检波点道集地震数据；利用保幅傅里叶有限差分延拓算子对共炮点道集地震数据进行逐层延拓处理；利用有限差分旅行时计算方法计算HV型双反射波偏移中的旅行时；对HV型双反射波进行逐层成像；利用保幅傅里叶有限差分延拓算子对共检波点道集地震数据进行逐层延拓处理；利用有限差分旅行时计算方法计算VH型双反射波偏移中的旅行时；对VH型双反射波进行逐层成像；对HV和VH两种不同双反射波的偏移结果进行叠加成像，得到目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果。该方法计算效率较高，能得到高质量的陡倾角地层及裂缝成像结果。

Description

一种陡倾角地层及裂缝地震偏移方法和装置

技术领域

本发明涉及针对陡倾角地层及裂缝的地震数据叠前深度偏移成像方法，具体来说就是一种利用双反射叠前偏移方法、实现针对陡倾角地层及裂缝成像的地震偏移方法和装置。

背景技术

长期以来，陡倾角地层及裂缝地震成像难题都是制约复杂构造区地震勘探进程的瓶颈，尤其是裂缝成像对于天然气勘探具有重要意义，但是传统叠前深度偏移方法在解决陡倾角地层及裂缝地震成像问题时存在很多困难。

传统叠前深度偏移方法一般是利用一次反射波进行成像，而将其它类型的地震波视为噪音，所谓的一次反射波如图1a所示，其波场传播路径为：炮点10-地下反射层12-检波点14，如果要利用一次反射波对陡倾角地层或裂缝进行成像，就必须直接记录到来自这些陡倾角地层或裂缝的反射波，但是这就要求地震野外采集数据的孔径非常大，而采用常规地震勘探方法，极少有可能记录到这些反射波。而图1b和图1c所示为双反射波，根据两次反射发生次序的不同，双反射波可以分为两大类：HV型双反射波(图1b所示)和VH型双反射波(图1c所示)。与传统的一次反射波不同，对于HV型双反射波(图1b所示)而言，其传播路径为：炮点10-地下水平界面16-陡倾角地层或裂缝18-检波点14；对于VH型双反射波(图1c)而言，其传播路径为：炮点10-陡倾角地层或裂缝18-地下水平界面16-检波点14，基于双反射波的上述传播特性，能够实现针对陡倾角地层及裂缝的偏移成像，而正演模拟研究也表明了该类地震波的存在，同时，利用双反射波对陡倾角地层及裂缝进行偏移成像时，地震采集数据的孔径可以相当小，一般的野外采集设计均能满足要求。

而传统叠前深度偏移方法在面对陡倾角地层及裂缝地震成像问题时存在以下困难：

首先，传统的Kirchhoff积分法和单程波叠前深度偏移方法由于自身算法的限制，仅能够对一次反射波进行成像，无法实现与陡倾角地层及裂缝相关的双反射波的偏移成像；

其次，逆时偏移虽然是基于对双程声波方程的直接求解，能够对包括双反射波在内的不同类型的地震波均能准确成像、且无倾角限制，但是在面对实际地震资料陡倾角裂缝偏移成像问题时，仍然遇到很多困难：由于逆时偏移为全波场成像，不压制一次反射波的能量，而一次波的能量要比双反射波强得多，从而会掩盖与陡倾角裂缝相关的双反射波成像能量；同时，逆时偏移需要非常大的计算量，并且对速度模型精度要求极高，但逆时偏移本身无法提供有效的速度建模方法。

发明内容

本发明实施例是提供一种具有较高计算效率、专门针对陡倾角地层及裂缝成像的地震数据叠前偏移方法和装置。

为达上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种陡倾角地层及裂缝地震偏移方法，所述方法包括：

输入地震数据，所述地震数据包括：通过预处理得到的共炮点道集地震数据、深度域偏移速度模型以及常规叠前深度偏移结果；

利用所述常规叠前深度偏移结果，在深度域定义一个基础地下水平反射层；

对输入的所述共炮点道集地震数据进行重新排列，生成共检波点道集地震数据，所述共炮点道集地震数据用于HV型双反射波的叠前偏移，所述共检波点道集地震数据用于对VH型双反射波的叠前偏移；

利用保幅傅里叶有限差分延拓算子并采用所述深度域偏移速度模型对所述共炮点道集地震数据进行逐层延拓处理，得到延拓后的共炮点道集地震数据；

利用有限差分旅行时计算方法并采用所述深度域偏移速度模型，同时根据所述基础地下水平反射层，计算HV型双反射波偏移中需要的第一旅行时信息；

根据所述延拓后的共炮点道集地震数据和所述第一旅行时信息，并利用成像条件对HV型双反射波以步长Δz进行逐层成像，得到HV型双反射波的偏移结果；

利用保幅傅里叶有限差分延拓算子并采用所述深度域偏移速度模型对所述共检波点道集地震数据进行逐层延拓处理，得到延拓后的共检波点道集地震数据；

利用有限差分旅行时计算方法并采用所述深度域偏移速度模型，同时根据所述基础地下水平反射层，计算VH型双反射波偏移中需要的第二旅行时信息；

根据所述延拓后的共检波点道集地震数据和所述第二旅行时信息，并利用成像条件对VH型双反射波以步长Δz进行逐层成像，得到VH型双反射波的偏移结果；

对所述HV型双反射波的偏移结果和所述VH型双反射波的偏移结果进行叠加成像，获得目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果。

另一方面，为达上述目的，本发明实施例提供了一种陡倾角地层及裂缝地震偏移装置，所述装置包括：

地震数据输入单元，用于输入地震数据，所述地震数据包括：通过预处理得到的共炮点道集地震数据、深度域偏移速度模型以及常规叠前深度偏移结果；

基础地下水平反射层定义单元，用于利用所述常规叠前深度偏移结果，在深度域定义一个基础地下水平反射层；

共检波点道集地震数据生成单元，用于对输入的所述共炮点道集地震数据进行重新排列，生成共检波点道集地震数据，所述共炮点道集地震数据用于HV型双反射波的叠前偏移，所述共检波点道集地震数据用于对VH型双反射波的叠前偏移；

共炮点道集地震数据延拓处理单元，用于利用保幅傅里叶有限差分延拓算子并采用所述深度域偏移速度模型对所述共炮点道集地震数据进行逐层延拓处理，得到延拓后的共炮点道集地震数据；

第一旅行时信息计算单元，用于利用有限差分旅行时计算方法并采用所述深度域偏移速度模型，同时根据所述基础地下水平反射层，计算HV型双反射波偏移中需要的第一旅行时信息；

HV型双反射波的偏移结果生成单元，用于根据所述延拓后的共炮点道集地震数据和所述第一旅行时信息，并利用成像条件对HV型双反射波以步长Δz进行逐层成像，得到HV型双反射波的偏移结果；

共检波点道集地震数据延拓处理单元，用于利用保幅傅里叶有限差分延拓算子并采用所述深度域偏移速度模型对所述共检波点道集地震数据进行逐层延拓处理，得到延拓后的共检波点道集地震数据；

第二旅行时信息计算单元，用于利用有限差分旅行时计算方法并采用所述深度域偏移速度模型，同时根据所述基础地下水平反射层，计算VH型双反射波偏移中需要的第二旅行时信息；

VH型双反射波的偏移结果生成单元，用于根据所述延拓后的共检波点道集地震数据和所述第二旅行时信息，并利用成像条件对VH型双反射波以步长Δz进行逐层成像，得到VH型双反射波的偏移结果；

陡倾角地层及裂缝成像结果生成单元，用于对所述HV型双反射波的偏移结果和所述VH型双反射波的偏移结果进行叠加成像，获得目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果。

本发明实施例提供的上述方法及装置的有益技术效果在于：

本发明实施例基于双反射叠前偏移方法，实现了专门针对陡倾角地层及裂缝的地震成像，该方法将与陡倾角地层及裂缝相关的双反射波作为有效信号，对包括一次反射波在内的其它各种类型的地震波进行压制，从而能够得到高质量的陡倾角地层及裂缝成像结果。同时，本发明实施例在实现双反射叠前偏移方法的过程中，采用保幅傅里叶有限差分算子进行延拓，并采用有限差分方法进行旅行时计算，因此，本发明实施例的方法及装置具有较好的保幅性和横向变速适应能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是现有技术的一次反射波的示意图；

图1b是现有技术的HV型双反射波的示意图；

图1c是现有技术的VH型双反射波的示意图；

图2是本发明实施例的陡倾角地层及裂缝地震偏移方法的流程图；

图2a是本发明实施例的有限差分旅行时计算的矩形网格示意图；

图3a是本发明实施例的陡倾角地层速度模型；

图3b是本发明实施例的陡倾角地层模型的双反射偏移结果；

图4a是本发明实施例的裂缝速度模型；

图4b是本发明实施例的裂缝模型的双反射偏移结果；

图5是本发明实施例的陡倾角地层及裂缝地震偏移装置的功能框图；

图6是本发明实施例的共炮点道集地震数据延拓处理单元508的具体功能框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例是提供一种具有较高计算效率、专门针对陡倾角地层及裂缝成像的地震数据叠前偏移新方法。

图2为本发明实施例的一种陡倾角地层及裂缝地震偏移方法的流程图。如图2所示，本发明实施例的双反射叠前偏移方法，具体步骤包括：

202、输入地震数据，所述地震数据包括：通过对野外采集的地震数据进行预处理得到的共炮点道集地震数据、通过常规叠前深度偏移处理得到的深度域偏移速度模型以及常规叠前深度偏移结果；

204、利用常规叠前深度偏移结果，在深度域定义一个基础地下水平反射层；

该水平反射层的深度应该大于所要研究的陡倾角地层或裂缝的深度，并且应是一个强反射层位，同时还应是偏移速度模型的层位之一。另外，该水平层不一定是完全水平的反射层位，可以是局部带有一定倾角的强反射界面。

206、将步骤202中输入的共炮点道集地震数据进行重新排列，生成共检波点道集地震数据，这两种道集数据分别用于不同类型双反射波的叠前偏移，从而能够保证程序实现的一致性；

在本发明实施例中，为了程序实现的一致性，对于HV和VH两种不同类型的双反射波分别采用不同类型的地震数据进行偏移处理：首先，HV型双反射波(图1b)的传播路径为：炮点-地下水平界面-陡倾角地层或裂缝-检波点，对于该类双反射波，采用共炮点道集地震数据进行偏移处理；而VH型双反射波(图1c)的传播路径为：炮点-陡倾角地层或裂缝-地下水平界面-检波点，对于该类双反射波，采用共检波点道集地震数据进行偏移处理。

208、利用保幅傅里叶有限差分延拓算子对共炮点道集地震数据进行逐层延拓处理；

在本发明实施例中，对于HV型双反射波，利用共炮点道集地震数据

进行偏移处理，首先选取延拓算子对每一个共炮点道集地震数据以步长Δz进行逐层延拓，延拓过程中所用到的速度模型为步骤202中输入的深度域偏移速度模型。在本发明实施例中，延拓算子采用的是保幅傅里叶有限差分延拓算子，该算子兼有相移法和有限差分方法的优点，对于地下剧烈横向变速具有很强的适应能力，同时通过增加振幅恢复项能够有效提高偏移结果的保幅性，并且能够补偿地震波传播过程中的能量损失，尤其是有利于改善深层成像质量。

对共炮点道集地震数据

利用保幅傅里叶有限差分算子进行延拓的具体实现过程如下所示：

首先，输入共炮点道集数据的单程波场，根据公式(1)，计算得到对应的声压波场：

${\stackrel{\→}{P}}_s(x,z,\mathrm{\ω})={\mathrm{\Λ}}^{-1}{\tilde{P}}_s(x,z,\mathrm{\ω})---\left(1\right)$

其中

$\mathrm{\Λ}=\frac{\mathrm{i\ω}}{v}\sqrt{1+\frac{v^2}{{\mathrm{\ω}}^2}\frac{{\∂}^2}{\∂x^2}}$

式中，x为水平空间轴，z为深度轴，t为时间，ω为圆频率，为频率域单程波场，

为频率域声压波场，v为地下介质速度。

然后，对上述声压波场进行延拓处理，包括以下6个步骤：

第一步、输入上述声压波场，根据公式(2)，计算得到针对背景速度的相移项：

${\stackrel{\→}{P}}_s(k_x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})={\stackrel{\→}{P}}_s(k_x,z,\mathrm{\ω})e^{{\mathrm{ik}}_z\mathrm{\Δz}}---\left(2\right)$

式中，k_x、k_z分别为水平方向和垂直方向的波数，Δz为深度延拓步长。

第二步、输入步骤一的计算结果，根据公式(3)，计算得到针对背景速度的振幅恢复项：

${\stackrel{\→}{P}}_s(k_s,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})=\sqrt{\frac{c(z+\mathrm{\Δz})\sqrt{1-\frac{c^2\left(z\right)}{{\mathrm{\ω}}^2}{k}_x^2}}{c\left(z\right)\sqrt{1-\frac{c^2(z+\mathrm{\Δz})}{{\mathrm{\ω}}^2}{k}_x^2}}}{\stackrel{\→}{P}}_s(k_x,z,\mathrm{\ω})---\left(3\right)$

式中，c为地下背景速度。

第三步、输入步骤二的计算结果，根据公式(4)，计算得到针对变速扰动的时移项：

${\stackrel{\→}{P}}_s(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})=e^{\mathrm{i\ω}[\frac{1}{v(x,z)}-\frac{1}{c\left(z\right)}]\mathrm{\Δz}}{\stackrel{\→}{P}}_s(x,z,\mathrm{\ω})---\left(4\right)$

第四步、输入步骤三的计算结果，根据公式(5)，计算针对变速扰动的振幅恢复项：

${\stackrel{\→}{P}}_s(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})=\sqrt{\frac{c\left(z\right)v(x,z+\mathrm{\Δz})}{c(z+\mathrm{\Δz})v(x,z)}}{\stackrel{\→}{P}}_s(x,z,\mathrm{\ω})---\left(5\right)$

第五步、输入步骤四的计算结果，根据公式(6)，计算得到有限差分补偿项：

$[I-(\mathrm{\α}+{\mathrm{\β}}_{1x}-i{\mathrm{\β}}_{2x})T_x]{\stackrel{\→}{P}}_{\mathrm{si}}^{m+1}=[I-(\mathrm{\α}+{\mathrm{\β}}_{1x}+i{\mathrm{\β}}_{2x})T_x]{\stackrel{\→}{P}}_{\mathrm{si}}^m---\left(6\right)$

式中，I＝(0，1，0)，

T_x＝(-1，2，-1)

${\mathrm{\β}}_{1x}=\frac{{\mathrm{bv}}^2}{a{\mathrm{\ω}}^2\mathrm{\Δ}{x}^2},$ ${\mathrm{\β}}_{2x}=\frac{(1-\frac{c}{v})\mathrm{v\Δz}}{2\mathrm{a\ω\Δ}{x}^2}$

a＝2.0，b＝0.5(ζ²+ζ+1)，ζ＝c/v。

第六步、输入步骤五的计算结果，根据公式(7)，计算得到有限差分补偿的振幅恢复项：

$[1+\frac{c^2\left(z\right)+v^2(x,z+\mathrm{\Δz})}{4{\mathrm{\ω}}^2}\frac{{\∂}^2}{\∂x^2}]{\stackrel{\→}{P}}_s(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})$ (7)

$=[1+\frac{c^2(z+\mathrm{\Δz})+v^2(x,z)}{4{\mathrm{\ω}}^2}\frac{{\∂}^2}{\∂x^2}]{\stackrel{\→}{P}}_s(x,z,\mathrm{\ω})$

步骤六输出的结果即为延拓结果。

210、利用有限差分旅行时计算方法，计算HV型双反射波偏移中需要的第一旅行时信息；

对于步骤208中的HV型双反射波，在对共炮点道集数据

利用保幅傅里叶有限差分算子进行延拓处理后，继续利用有限差分方法来计算HV型双反射波偏移中需要的旅行时信息。

本步骤中进行偏移成像处理所需要计算的旅行时路径为：炮点-基础地下水平反射层-地下目标成像网格点，该网格点位于延拓深度(通过延拓处理所要达到的具体深度)上，采用的速度模型为步骤202中输入的深度域偏移速度模型。

该第一旅行时信息由以下两部分组成：T_HV＝T₁(s，h)+T₂(h，o)

其中，T₁(s，h)为从炮点s到基础地下水平反射层上反射点h的旅行时，T₂(h，o)为从基础地下水平反射层上反射点h到地下目标成像网格点o(位于延拓层位上)的旅行时。而T₁(s，h)和T₂(h，o)在计算过程中具体采用后面所述的有限差分旅行时计算方法。

在一较佳实施例中，利用有限差分进行旅行时计算的具体实现公式如下所示：

$t_3=\frac{\mathrm{\Δ}{x}^2(t_0+t_1-t_2)+\mathrm{\Δ}{z}^2(t_0+t_2-t_1)+2\mathrm{\Δx\Δz}\sqrt{(\mathrm{\Δ}{x}^2+\mathrm{\Δ}{z}^2)s_0^2-(t_1-t_2)}}{\mathrm{\Δ}{x}^2+\mathrm{\Δ}{z}^2}$

其中，Δx和Δz为所要计算的矩形网格的水平距离和垂直距离，s₀是慢度(即速度的倒数)，t₀，t₁，t₂，t₃是矩形网格的四个顶点，如图2a所示出的有限差分旅行时计算的矩形网格示意图，t₀，t₁，t₂的走时值已知，根据其它三个顶点的走时可求出另一顶点t₃的走时值。

212、利用成像条件对HV型双反射波以步长Δz进行逐层成像；

基于步骤208得到的延拓后的共炮点道集地震数据和步骤210得到的旅行时信息，利用已知的成像条件就能够得到地下任一层位上各网格点的HV型双反射波的叠前深度偏移结果，以步长Δz逐层进行处理，就得到该共炮点道集地震数据有效孔径范围内地下每一层位上各网格点的地震图像。

具体地，对于每一个共炮点道集地震数据重复步骤208到步骤212，并对每一炮集的偏移结果进行叠加，就能够得到目标区地下所有网格点的HV型双反射波叠前深度偏移结果。

214、利用保幅傅里叶有限差分延拓算子对共检波点道集地震数据进行逐层延拓处理；

在本发明实施例中，对于VH型双反射波，利用步骤206中生成的共检波点道集进行偏移处理，首先是利用延拓算子对每一个共检波点道集地震数据以步长Δz进行逐层延拓，用到的速度模型与步骤208用到的速度模型一致，而选用的延拓算子也是与步骤208中对共炮点道集地震数据进行延拓所用到的算子是一致的，也是采用保幅傅里叶有限差分延拓算子，而步骤208中已经给出了该延拓算子的具体实现公式，在进行共检波点道集地震数据的逐层延拓时，只需要将步骤208公式中的共炮点道集地震数据

修改为共检波点道集地震数据

即可。

216、利用有限差分旅行时计算方法，计算VH型双反射波偏移中需要的第二旅行时信息；

在利用共检波点道集地震数据进行VH型双反射波偏移的过程中，采用与步骤210中相同的有限差分方法进行旅行时计算，但是与步骤210不同的是，VH型双反射波偏移中的旅行时计算路径为：检波点-基础地下水平反射层-地下目标成像网格点，该网格点位于延拓深度上，采用的速度模型为步骤202中输入的深度域偏移速度模型。

该第二旅行时信息由以下两部分组成：T_VH＝T₁(r，h)+T₂(h，o)

其中，T₁(r，h)为从检波点r到基础地下水平反射层上反射点h的旅行时，T₂(h，o)为从基础地下水平反射层上反射点h到地下目标成像网格点o(位于延拓层位上)的旅行时。

218、利用成像条件对VH型双反射波以步长Δz进行逐层成像；

基于步骤214得到的延拓后的共检波点道集地震数据和步骤216得到的旅行时信息，利用成像条件得到地下某一层位上各网格点的VH型双反射波的叠前深度偏移结果，以步长Δz逐层进行处理，就得到该共检波点道集地震数据有效孔径范围内地下每一层位各网格点的成像结果。

对于每一个共检波点道集地震数据重复步骤214到步骤218，并对每一偏移结果进行叠加，就能够得到目标区地下所有网格点的VH型双反射波叠前深度偏移结果。

220、对HV和VH两种不同类型双反射波的偏移结果进行叠加成像；

对步骤212得到的HV型双反射波偏移成像结果以及步骤218得到的VH型双反射波偏移成像结果进行叠加处理，就能够得到目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果。

以I_HV(nx，nz)表示HV型双反射波偏移结果，I_VH(nx，nz)表示VH型双反射波偏移结果，那么目标区最终的陡倾角地层及裂缝成像结果为：

I(nx，nz)＝I_HV(nx，nz)+I_VH(nx，nz)。

需要说明的是，步骤202-步骤206为偏移处理前的数据输入及必要的数据准备过程；步骤208至步骤212为HV型双反射波的偏移处理过程，步骤214至步骤218为VH型双反射波的偏移处理过程，步骤220为上述HV和VH两种类型双反射波偏移结果的叠加过程，因此，步骤202至步骤206无法调整执行顺序，而步骤208-212与步骤214-218的执行顺序可以调换，但需要整体调换，即步骤208-212内部的顺序、步骤214-218内部顺序不能调换。

本发明实施例基于双反射叠前偏移方法，实现了专门针对陡倾角地层及裂缝的地震成像，该方法将与陡倾角地层及裂缝相关的双反射波作为有效信号，对包括一次反射波在内的其它各种类型的地震波进行压制，从而能够得到高质量的陡倾角地层及裂缝成像结果。同时，本发明实施例在实现双反射叠前偏移方法的过程中，采用保幅傅里叶有限差分算子进行延拓，并采用有限差分方法进行旅行时计算，因此，本发明实施例的方法具有较好的保幅性和横向变速适应能力。

以下举两个具体的例子对本发明实施例的上述方法进一步说明。

例1：

如图3a所示为陡倾角地层速度模型，其中第一地层31的速度为2000米/秒，第二地层32的速度为4000米/秒，利用常规Kirchhoff积分法和单程波叠前深度偏移方法只能够得到第一水平反射界面34和第二水平反射界面35的成像，无法对陡倾角地层界面33进行成像。而图3b所示为该模型对应的双反射叠前深度偏移结果，可以看到利用本发明方法能够很好地实现针对陡倾角地层的成像，当然本发明方法只对陡倾角地层成像，而无法实现水平反射界面的成像。

例2：

如图4a所示为裂缝速度模型，其中第一地层41的速度为1500米/秒，第二地层42的速度为3500米/秒，而裂缝43则是根据含气介质的实际情况进行充填，具体充填情况如表1所示：

表1

利用常规Kirchhoff积分法和单程波叠前深度偏移方法只能够得到水平反射界面44的成像，无法对裂缝43进行成像。而图4b所示为该裂缝模型对应的双反射叠前深度偏移结果，可以看到利用本发明实施例的方法能够很好地实现针对裂缝的成像。

本发明实施例利用双反射叠前偏移方法、可以实现针对陡倾角地层及裂缝的地震成像。具有以下优点：

(1)该方法将与陡倾角地层及裂缝相关的双反射波作为有效信号，对包括一次反射波在内的其它各种类型的地震波进行压制，从而能够得到高质量的陡倾角地层及裂缝成像结果，同时本发明方法具有较高的计算效率；

(2)本发明在实现双反射叠前偏移方法的过程中，采用保幅傅里叶有限差分算子进行延拓，并采用有限差分方法进行旅行时计算，因此，本发明方法具有较好的保幅性和较强的横向变速适应能力。

本发明实施例还提供了一种陡倾角地层及裂缝地震偏移装置。图5为本发明实施例的陡倾角地层及裂缝地震偏移装置的功能框图。如图5所示，该装置500包括：

地震数据输入单元502，用于输入地震数据，所述地震数据包括：通过预处理得到的共炮点道集地震数据、深度域偏移速度模型以及常规叠前深度偏移结果；

基础地下水平反射层定义单元504，用于利用所述常规叠前深度偏移结果，在深度域定义一个基础地下水平反射层；

共检波点道集地震数据生成单元506，用于对输入的所述共炮点道集地震数据进行重新排列，生成共检波点道集地震数据，所述共炮点道集地震数据用于HV型双反射波的叠前偏移，所述共检波点道集地震数据用于对VH型双反射波的叠前偏移；

共炮点道集地震数据延拓处理单元508，用于利用保幅傅里叶有限差分延拓算子并采用所述深度域偏移速度模型对所述共炮点道集地震数据进行逐层延拓处理，得到延拓后的共炮点道集地震数据；

第一旅行时信息计算单元510，用于利用有限差分旅行时计算方法并采用所述深度域偏移速度模型，同时根据所述基础地下水平反射层，计算HV型双反射波偏移中需要的第一旅行时信息；

HV型双反射波的偏移结果生成单元512，用于根据所述延拓后的共炮点道集地震数据和所述第一旅行时信息，并利用成像条件对HV型双反射波以步长Δz进行逐层成像，得到HV型双反射波的偏移结果；

共检波点道集地震数据延拓处理单元514，用于利用保幅傅里叶有限差分延拓算子并采用所述深度域偏移速度模型对所述共检波点道集地震数据进行逐层延拓处理，得到延拓后的共检波点道集地震数据；

第二旅行时信息计算单元516，用于利用有限差分旅行时计算方法并采用所述深度域偏移速度模型，同时根据所述基础地下水平反射层，计算VH型双反射波偏移中需要的第二旅行时信息；

VH型双反射波的偏移结果生成单元518，用于根据所述延拓后的共检波点道集地震数据和所述第二旅行时信息，并利用成像条件对VH型双反射波以步长Δz进行逐层成像，得到VH型双反射波的偏移结果；

陡倾角地层及裂缝成像结果生成单元520，用于对所述HV型双反射波的偏移结果和所述VH型双反射波的偏移结果进行叠加成像，获得目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果。

具体地，所述基础地下水平反射层的深度大于所要研究的陡倾角地层或裂缝的深度，所述基础地下水平反射层是一个强反射层位，并且是所述深度域偏移速度模型的层位之一。

可选地，在其他实施例中，所述基础地下水平反射层可以是水平的反射层位，或者是局部带有一定倾角的强反射界面。

较佳地，如图6所示，共炮点道集地震数据延拓处理单元508具体可包括：

第一计算模块602，用于根据输入的共炮点道集数据的单程波场，获得对应的声压波场：

第二计算模块604，用于根据所述声压波场，获得针对背景速度的相移项；

第三计算模块606，用于根据所述针对背景速度的相移项，获得针对背景速度的振幅恢复项；

第四计算模块608，用于根据所述针对背景速度的振幅恢复项，获得针对变速扰动的时移项；

第五计算模块610，用于根据所述针对变速扰动的时移项，获得针对变速扰动的振幅恢复项；

第六计算模块612，用于根据所述针对变速扰动的振幅恢复项，获得有限差分补偿项；

第七计算模块614，用于根据所述有限差分补偿项，获得有限差分补偿的振幅恢复项，其中所述有限差分补偿的振幅恢复项为延拓后的共炮点道集地震数据。

其中，第一计算模块602至第七计算模块614的具体处理过程请参阅步骤208的具体内容。

较佳地，所述第一旅行时信息为：T_HV＝T₁(s，h)+T₂(h，o)，其中，T₁(s，h)为从炮点s到所述基础地下水平反射层上反射点h的旅行时，T₂(h，o)为从所述基础地下水平反射层上反射点h到地下目标成像网格点o的旅行时。

较佳地，所述第二旅行时信息为：T_VH＝T₁(r，h)+T₂(h，o)，其中，T₁(r，h)为从检波点r到所述基础地下水平反射层上反射点h的旅行时，T₂(h，o)为从所述基础地下水平反射层上反射点h到地下目标成像网格点o的旅行时。

在一个实施例中，所述第一旅行时信息计算单元510，具体可以用于采用所述有限差分旅行时计算方法分别计算所述T₁(s，h)和所述T₂(h，o)，所述有限差分进行旅行时计算方法包括如下关系式：

$t_3=\frac{\mathrm{\Δ}{x}^2(t_0+t_1-t_2)+\mathrm{\Δ}{z}^2(t_0+t_2-t_1)+2\mathrm{\Δx\Δz}\sqrt{(\mathrm{\Δ}{x}^2+\mathrm{\Δ}{z}^2)s_0^2-(t_1-t_2)}}{\mathrm{\Δ}{x}^2+\mathrm{\Δ}{z}^2}$

其中，Δx和Δz为所要计算的矩形网格的水平距离和垂直距离，s₀是慢度，t₀，t₁，t₂，t₃是所述矩形网格的四个顶点对应的走时值，t₀，t₁，t₂的走时值为已知。

在一个实施例中，所述陡倾角地层及裂缝成像结果生成单元520，具体可以用于基于如下关系式获得所述目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果：

I(nx，nz)＝I_HV(nx，nz)+I_VH(nx，nz)

其中，I(nx，nz)表示目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果，I_HV(nx，nz)表示HV型双反射波偏移结果，I_VH(nx，nz)表示VH型双反射波偏移结果。

本发明实施例的装置的具体处理过程已在前面的方法实施例中详述，在此不赘述。

本发明实施例利用双反射叠前偏移装置、可以实现针对陡倾角地层及裂缝的地震成像。具有以下优点：

(1)该装置将与陡倾角地层及裂缝相关的双反射波作为有效信号，对包括一次反射波在内的其它各种类型的地震波进行压制，从而能够得到高质量的陡倾角地层及裂缝成像结果，同时本发明装置具有较高的计算效率；

(2)本发明在实现双反射叠前偏移方法的过程中，采用保幅傅里叶有限差分算子进行延拓，并采用有限差分方法进行旅行时计算，因此，本发明装置具有较好的保幅性和较强的横向变速适应能力。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，或者二者的结合来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件模块或计算机软件产品可以存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。存储介质可以是随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。

以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种陡倾角地层及裂缝地震偏移方法，其特征在于，所述方法包括：

输入地震数据，所述地震数据包括：通过预处理得到的共炮点道集地震数据、深度域偏移速度模型以及常规叠前深度偏移结果；

利用所述常规叠前深度偏移结果，在深度域定义一个基础地下水平反射层；

对输入的所述共炮点道集地震数据进行重新排列，生成共检波点道集地震数据，所述共炮点道集地震数据用于HV型双反射波的叠前偏移，所述共检波点道集地震数据用于对VH型双反射波的叠前偏移；

利用保幅傅里叶有限差分延拓算子并采用所述深度域偏移速度模型对所述共炮点道集地震数据进行逐层延拓处理，得到延拓后的共炮点道集地震数据；

利用有限差分旅行时计算方法并采用所述深度域偏移速度模型，同时根据所述基础地下水平反射层，计算HV型双反射波偏移中需要的第一旅行时信息；

根据所述延拓后的共炮点道集地震数据和所述第一旅行时信息，并利用成像条件对HV型双反射波以步长Δz进行逐层成像，得到HV型双反射波的偏移结果；

利用保幅傅里叶有限差分延拓算子并采用所述深度域偏移速度模型对所述共检波点道集地震数据进行逐层延拓处理，得到延拓后的共检波点道集地震数据；

利用有限差分旅行时计算方法并采用所述深度域偏移速度模型，同时根据所述基础地下水平反射层，计算VH型双反射波偏移中需要的第二旅行时信息；

根据所述延拓后的共检波点道集地震数据和所述第二旅行时信息，并利用成像条件对VH型双反射波以步长Δz进行逐层成像，得到VH型双反射波的偏移结果；

对所述HV型双反射波的偏移结果和所述VH型双反射波的偏移结果进行叠加成像，获得目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果；

其中，所述利用保幅傅里叶有限差分延拓算子并采用所述深度域偏移速度模型对所述共炮点道集地震数据进行逐层延拓处理，得到延拓后的共炮点道集地震数据包括：根据输入的共炮点道集数据的单程波场，获得对应的声压波场；根据所述声压波场，获得针对背景速度的相移项；根据所述针对背景速度的相移项，获得针对背景速度的振幅恢复项；根据所述针对背景速度的振幅恢复项，获得针对变速扰动的时移项；根据所述针对变速扰动的时移项，获得针对变速扰动的振幅恢复项；根据所述针对变速扰动的振幅恢复项，获得有限差分补偿项；根据所述有限差分补偿项，获得有限差分补偿的振幅恢复项，其中所述有限差分补偿的振幅恢复项为延拓后的共炮点道集地震数据；

所述第一旅行时信息为：T_HV＝T₁(s,h)+T₂(h,o)，其中，T₁(s,h)为从炮点s到所述基础地下水平反射层上反射点h的旅行时，T₂(h,o)为从所述基础地下水平反射层上反射点h到地下目标成像网格点o的旅行时；

所述第二旅行时信息为：T_VH＝T₁(r,h)+T₂(h,o)，其中，T₁(r,h)为从检波点r到所述基础地下水平反射层上反射点h的旅行时，T₂(h,o)为从所述基础地下水平反射层上反射点h到地下目标成像网格点o的旅行时；

所述利用有限差分旅行时计算方法并采用所述深度域偏移速度模型，同时根据所述基础地下水平反射层，计算HV型双反射波偏移中需要的第一旅行时信息包括：

采用所述有限差分旅行时计算方法分别计算所述T₁(s,h)和所述T₂(h,o)，所述有限差分进行旅行时计算方法包括如下关系式：

$t_3=\frac{{\mathrm{\Δx}}^2(t_0+t_1-t_2)+{\mathrm{\Δz}}^2(t_0+t_2-t_1)+2\mathrm{\Δx\Δz}\sqrt{({\mathrm{\Δx}}^2+{\mathrm{\Δz}}^2)s_0^2-(t_1-t_2)}}{{\mathrm{\Δx}}^2+{\mathrm{\Δz}}^2}$

其中，Δx和Δz为所要计算的矩形网格的水平距离和垂直距离，s₀是慢度，t₀,t₁,t₂,t₃是所述矩形网格的四个顶点对应的走时值，t₀,t₁,t₂的走时值为已知；

所述目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果满足下列关系式：

I(nx,nz)＝I_HV(nx,nz)+I_VH(nx,nz)

其中，I(nx,nz)表示目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果，I_HV(nx,nz)表示HV型双反射波偏移结果，I_VH(nx,nz)表示VH型双反射波偏移结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基础地下水平反射层的深度大于所要研究的陡倾角地层或裂缝的深度，所述基础地下水平反射层是一个强反射层位，并且是所述深度域偏移速度模型的层位之一。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基础地下水平反射层是水平的反射层位，或者是局部带有一定倾角的强反射界面。

4.一种陡倾角地层及裂缝地震偏移装置，其特征在于，所述装置包括：

地震数据输入单元，用于输入地震数据，所述地震数据包括：通过预处理得到的共炮点道集地震数据、深度域偏移速度模型以及常规叠前深度偏移结果；

基础地下水平反射层定义单元，用于利用所述常规叠前深度偏移结果，在深度域定义一个基础地下水平反射层；

共检波点道集地震数据生成单元，用于对输入的所述共炮点道集地震数据进行重新排列，生成共检波点道集地震数据，所述共炮点道集地震数据用于HV型双反射波的叠前偏移，所述共检波点道集地震数据用于对VH型双反射波的叠前偏移；

共炮点道集地震数据延拓处理单元，用于利用保幅傅里叶有限差分延拓算子并采用所述深度域偏移速度模型对所述共炮点道集地震数据进行逐层延拓处理，得到延拓后的共炮点道集地震数据；

第一旅行时信息计算单元，用于利用有限差分旅行时计算方法并采用所述深度域偏移速度模型，同时根据所述基础地下水平反射层，计算HV型双反射波偏移中需要的第一旅行时信息；

HV型双反射波的偏移结果生成单元，用于根据所述延拓后的共炮点道集地震数据和所述第一旅行时信息，并利用成像条件对HV型双反射波以步长Δz进行逐层成像，得到HV型双反射波的偏移结果；

共检波点道集地震数据延拓处理单元，用于利用保幅傅里叶有限差分延拓算子并采用所述深度域偏移速度模型对所述共检波点道集地震数据进行逐层延拓处理，得到延拓后的共检波点道集地震数据；

第二旅行时信息计算单元，用于利用有限差分旅行时计算方法并采用所述深度域偏移速度模型，同时根据所述基础地下水平反射层，计算VH型双反射波偏移中需要的第二旅行时信息；

VH型双反射波的偏移结果生成单元，用于根据所述延拓后的共检波点道集地震数据和所述第二旅行时信息，并利用成像条件对VH型双反射波以步长Δz进行逐层成像，得到VH型双反射波的偏移结果；

陡倾角地层及裂缝成像结果生成单元，用于对所述HV型双反射波的偏移结果和所述VH型双反射波的偏移结果进行叠加成像，获得目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果；

其中，所述第一旅行时信息为：T_HV＝T₁(s,h)+T₂(h,o)，其中，T₁(s,h)为从炮点s到所述基础地下水平反射层上反射点h的旅行时，T₂(h,o)为从所述基础地下水平反射层上反射点h到地下目标成像网格点o的旅行时；

所述第二旅行时信息为：T_VH＝T₁(r,h)+T₂(h,o)，其中，T₁(r,h)为从检波点r到所述基础地下水平反射层上反射点h的旅行时，T₂(h,o)为从所述基础地下水平反射层上反射点h到地下目标成像网格点o的旅行时；

所述第一旅行时信息计算单元，具体用于采用所述有限差分旅行时计算方法分别计算所述T₁(s,h)和所述T₂(h,o)，所述有限差分进行旅行时计算方法包括如下关系式：

$t_3=\frac{{\mathrm{\Δx}}^2(t_0+t_1-t_2)+{\mathrm{\Δz}}^2(t_0+t_2-t_1)+2\mathrm{\Δx\Δz}\sqrt{({\mathrm{\Δx}}^2+{\mathrm{\Δz}}^2)s_0^2-(t_1-t_2)}}{{\mathrm{\Δx}}^2+{\mathrm{\Δz}}^2}$

其中，Δx和Δz为所要计算的矩形网格的水平距离和垂直距离，s₀是慢度，t₀,t₁,t₂,t₃是所述矩形网格的四个顶点对应的走时值，t₀,t₁,t₂的走时值为已知

所述陡倾角地层及裂缝成像结果生成单元，具体用于基于如下关系式获得所述目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果：

I(nx,nz)＝I_HV(nx,nz)+I_VH(nx,nz)

其中，I(nx,nz)表示目标区的陡倾角地层及裂缝成像结果，I_HV(nx,nz)表示HV型双反射波偏移结果，I_VH(nx,nz)表示VH型双反射波偏移结果。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述基础地下水平反射层的深度大于所要研究的陡倾角地层或裂缝的深度，所述基础地下水平反射层是一个强反射层位，并且是所述深度域偏移速度模型的层位之一。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述基础地下水平反射层是水平的反射层位，或者是局部带有一定倾角的强反射界面。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述共炮点道集地震数据延拓处理单元具体包括：

第一计算模块，用于根据输入的共炮点道集数据的单程波场，获得对应的声压波场：

第二计算模块，用于根据所述声压波场，获得针对背景速度的相移项；

第三计算模块，用于根据所述针对背景速度的相移项，获得针对背景速度的振幅恢复项；

第四计算模块，用于根据所述针对背景速度的振幅恢复项，获得针对变速扰动的时移项；

第五计算模块，用于根据所述针对变速扰动的时移项，获得针对变速扰动的振幅恢复项；

第六计算模块，用于根据所述针对变速扰动的振幅恢复项，获得有限差分补偿项；

第七计算模块，用于根据所述有限差分补偿项，获得有限差分补偿的振幅恢复项，其中所述有限差分补偿的振幅恢复项为延拓后的共炮点道集地震数据。

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