CN103645497B - 一种基于出射角的多分量波场分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于出射角的多分量波场分离方法，同时考虑了地震波的运动学和动力学特征，利用地层速度计算地震波的出射角，通过矢量旋转实现多分量的波场分离。本发明能有效分离折射纵波和横波，有效分解一次反射波的多分量波场，时间空间域实现波场矢量保真性保持好，与其它域实现方法相比无波形畸变，方法简单、易于实现。

Description

一种基于出射角的多分量波场分离方法

技术领域

本发明涉及多波多分量地震资料处理技术，具体地，涉及一种基于出射角的多分量波场分离方法。

背景技术

多波多分量地震勘探就是采用多分量激发和接收，综合利用纵波、横波和转换波等多种地震波信息，实现改善构造成像、进行岩性分析、检测储层裂缝以及直接预测油气等目的的地震技术。目前，在海上和陆上实施最多的多波多分量地震勘探方法是转换波地震勘探。转换波地震勘探是以纵波震源激发，地面三分量或海底四分量检波器接收的多分量勘探方法。

多分量地震资料记录的是一个矢量波场。在野外采集时，激发点与接收点总有一定的距离，这就使得在同一个接收点位置，纵波与转换波出射时总存在一定的出射角，这样水平分量上除接收到转换波外，还接收到部分纵波能量；同理，垂直分量接收到的也不全是纵波能量，也有少量转换波能量。在浅层或大炮检距时，接收的资料受出射角影响更大。这样，每个分量上都同时含有纵波和横波两种成份，特别是对于接收到的转换波，在达到一定的炮检距后才能接收到好的转换波资料，如果在资料处理中不能对波场进行分离，将会直接影响后续成像的质量。

目前用于波场分离的方法已有不少，主要有拉冬变换，F-K滤波法，偏振滤波法以及波动方程分解法，从文献资料看，各种分离方法用于合成记录都能得到令人满意的分离结果，但是实际应用的成功的例子并不多。拉冬变换，F-K滤波法是利用多波资料的运动学特征(即视速度特征)进行分离，偏振滤波法主要是利用多波资料的动力学特征(即偏振特性)进行波场分离，这些仅考虑了波的单一特征的分离方法，其应用范围均受到一定限制，也影响了分离效果，理论模型计算时，波动方程法的效果较好，但由于低速层的影响，实际资料计算时不能满足波动方程的条件，分离效果并不是很理想。需要采用新的方法解决多分量地震资料处理中波场分离的问题。

发明内容

本发明目的是提供一种基于出射角的多分量波场分离方法，同时考虑了地震波的运动学和动力学特征，解决因接收点出射角的影响，造成纵波和转换波波场混叠问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于出射角的多分量波场分离方法，具体步骤包括：

1）采集多分量地震数据，并进行预处理，

步骤1）所述的预处理包括加载观测系统、多分量地震道匹配、获得纵波近地表速度和地下均方根速度；

2）输入一道水平分量的径向分量R和垂直分量Z，

步骤2）所述的水平分量的径向分量R是指两个野外采集水平分量X和Y经坐标旋转，也就是检波器重定向得到的径向分量；

3）读取该地震道对应的均方根速度，进行均方根速度内插，并利用小时窗进行速度平滑；

步骤3）所述的进行均方根速度内插是指对输入的均方根速度进行插值，使得该道每个样点都有对应的均方根速度值；

4）由均方根速度和样点时间计算反射点深度，再由炮检距得该样点近地表近似入射角；

5）由近地表速度和第一个样点的均方根速度以及步骤4）计算的近似入射角，得该样点出射角的正弦和余弦，进行矢量旋转分离；

6）第一个样点至该道最后一个样点重复步骤4）和步骤5）即完成一道矢量旋转分离；

7）输出矢量旋转分离后的水平分量R和垂直分量Z。

本发明同时考虑了地震波的视速度、偏振特性及地层速度的变化，能有效分离纵波和横波，有效分解一次反射波的多分量波场，时间空间域实现波场矢量保真性保持好，与其它域实现方法相比无波形畸变，方法简单、易于实现。

附图说明

图1转换波传播路径示意图；

图2纵波和转换波波场分离原理示意图；

图3纵波和转换波波场分离前单炮剖面；

图4纵波和转换波波场分离后单炮剖面。

具体实施方式

本发明目的是提供一种基于出射角的多分量波场分离方法，利用表层速度与深层速度比值求取P波的出射角，通过矢量旋转实现波场分离，解决因接收点出射角的影响，造成纵波和转换波波场混叠问题。

本发明同时考虑了地震波的视速度、偏振特性及传播速度变化，根据描述这三者关系的波场分离矩阵，在时间空间域变换过程中进行分量分解，可以实现有效的波场分离。用近地表的P波速度确定旋转角度，旋转后的径向分量(R)上不再有纵波(PP)能量，垂直分量包括全部的P波能量，但仍有一些转换波(PS)能量；同样，用近地表的S波速度也可以改进PP波道集的质量。

本发明的实现原理如下：

本发明利用表层速度与深层速度比值求取P波与PS波的出射角，通过矢量旋转实现波场分离。

在各向均匀水平层状介质的条件下转换波的传播路径如图1所示，A为激发点，B为接收点，V0为近地表地层速度，V1为深层速度，假设h’/h≈0，则C’B’≈CB=x

$\sin \mathrm{\α}=\frac{x}{\sqrt{x^2+h^2}}$

再由斯奈尔定律可得

$\sin \mathrm{\β}=\frac{V_0}{V_1}\frac{x}{\sqrt{x^2+h^2}}$

对于同一激发点和接收点，纵波和转换波的出射角分别为：

$\sin {\mathrm{\β}}_p=\frac{V_{p0}}{V_{p1}}\frac{x_p}{\sqrt{x_p^2+h^2}}$

$\sin {\mathrm{\β}}_{\mathrm{ps}}=\frac{V_{\mathrm{ps}0}}{V_{\mathrm{ps}1}}\frac{x_{\mathrm{ps}}}{\sqrt{x_{\mathrm{ps}}^2+h^2}}$

而V_ps0＝V_p0/γ₀，V_ps1＝V_p1/γ₁

所以

$\sin {\mathrm{\β}}_{\mathrm{ps}}=\frac{V_{p0}}{V_{p1}}\frac{x_{\mathrm{ps}}}{\sqrt{x_{\mathrm{ps}}^2+h^2}}\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{{\mathrm{\γ}}_0}$

其中，β_p和β_ps分别为近地表纵波和转换波的出射角，V_p0和V_ps0分别为地表纵波和横波的速度，V_p1和V_ps1分别为深层纵波和横波的均方根速度，x_p和x_ps分别为纵波共中心点到共接收点的距离和转换波的共转换点到共接收点的距离，γ₀和γ₁分别为近地表和深层的纵横波速度比。

P波与PS波在接收点位置出射时，由于与地面存在一定的夹角，如图2所示，R分量上除接收到PS转换波外，还接收到部分P波能量，同理，Z分量接收到的也不全是P波能量，也有少量转换波能量，P波和PS波在Z分量和R分量上的能量投影关系为：

由上式可以得到：

由于 ${\mathrm{\β}}_p\widetilde{=}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ps}}$ ，所以

这样，通过矢量旋转实现了波场分离。

本发明实现简便、适应大数据量处理。

本发明在转换波数据上采用以下步骤应用：

1）采集多分量地震数据，并进行预处理，完成观测系统加载，多分量地震道匹配等基础处理，获得纵波近地表速度和地下均方根速度；

2）输入一道水平分量的径向分量（R）和垂直分量(Z)；

3）读取该地震道对应的均方根速度，进行均方根速度线性插值，使得该道每个样点都有对应的均方根速度值，并利用小时窗进行速度平滑，小时窗长度为50毫秒；

4）由均方根速度和样点时间计算反射点深度，再由炮检距，可得该样点近地表近似入射角；

5）近地表速度和高速顶层速度(第一个样点的均方根速度)以及步骤4）计算的近似入射角，可得该样点出射角的正弦和余弦，进行矢量旋转分离；

6）第一个样点至该道最后一个样点重复步骤4）和步骤5）即完成一道矢量旋转分离；

7）输出矢量旋转分离后的水平分量R和垂直分量Z。

图3是纵波和转换波波场分离前单炮剖面；图2纵波和转换波波场分离后单炮剖面。可看出应用本发明后，转换波的明显得到改善，特别初至部分。

Claims (1)

1.一种基于出射角的多分量波场分离方法，具体步骤包括：

1)采集多分量地震数据，并进行预处理，

步骤1)所述的预处理包括加载观测系统、多分量地震道匹配，获得纵波近地表速度和地下均方根速度；

2)输入一道水平分量的径向分量R和垂直分量Z，

步骤2)所述的水平分量的径向分量R是指两个野外采集水平分量X和Y经坐标旋转，也就是检波器重定向得到的径向分量；

3)读取该多分量地震道对应的均方根速度，进行均方根速度内插，并利用小时窗进行速度平滑；

步骤3)所述的进行均方根速度内插是指对输入的均方根速度进行插值，使得该道每个样点都有对应的均方根速度值；

4)由均方根速度和样点时间计算反射点深度，再由炮检距得该样点近地表近似入射角；

5)由所述纵波近地表速度和第一个样点的均方根速度以及步骤4)计算的近似入射角，得该样点出射角的正弦和余弦，进行矢量旋转分离；

6)第一个样点至该多分量地震道最后一个样点重复步骤4)和步骤5)即完成一道矢量旋转分离；

7)输出矢量旋转分离后的水平分量的径向分量R和垂直分量Z。