CN106896403B - 弹性高斯束偏移成像方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了弹性高斯束偏移成像方法和系统，包括获取初始参数信息和多分量地震记录，确定高斯窗半宽度和束中心点的坐标位置；在每个束中心点的高斯窗范围内，对多分量地震记录进行分解得到多分量局部平面波；利用波型分离矩阵将多分量局部平面波转换为多波型标量局部平面波；射入不同方向的高斯束，并计算矢量形式的表达式，高斯束的复数走时和复数振幅；利用波场偏移成像公式，根据标量局部平面波、复数走时和复数振幅计算成像点的求和叠加；修改束中心点和炮集并进行迭代计算得到偏移成像。本发明设计了完整有效的3D弹性TI介质多分量高斯束偏移方法，利用矢量表示形式来描述波场传播属性，给出了合理的偏移成像公式，具有很高的应用性。

Description

弹性高斯束偏移成像方法和系统

技术领域

本发明涉及成像技术领域，尤其是涉及弹性高斯束偏移成像方法和系统。

背景技术

在当前偏移方法中，针对3D弹性TI介质的偏移成像还没有完整有效的方法。弹性波动方程法由于TI介质弹性参数过多(一般21个弹性参数均为非零)、并且横波波速较低等原因，导致3D情况计算量和存储量需要一到两个数量级的巨大增加。准声波波动方程是不具有具体物理意义的，它只能实现相对准确的走时计算，而振幅信息无物理意义，因此，仅适用于常规各向异性偏移。当前射线方法中一般利用相角和群角等几何方法表示相速度和群速度，该表示只适用于2D TI介质，在3D TI介质中不适合用这种表示方式。当前的各向异性高斯束方法也只是对2D TI单分量数据成像，更靠近实际的3D弹性TI介质多分量高斯束偏移还没有完整的实现方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供弹性高斯束偏移成像方法和系统，本发明设计了完整有效的3D弹性TI介质多分量高斯束偏移方法，给出了合理的偏移成像公式，并且在偏移过程中实现了弹性介质中的多波型自动分离。

第一方面，本发明实施例提供了弹性高斯束偏移成像方法，包括：

获取初始参数信息和多分量地震记录，并根据所述初始参数信息确定高斯窗半宽度和束中心点的坐标位置；

在每个所述束中心点的高斯窗范围内，对所述多分量地震记录进行分解得到多分量局部平面波；

利用波型分离矩阵将所述多分量局部平面波转换为多波型标量局部平面波；

射入不同方向的高斯束，并计算矢量形式的表达式，根据所述矢量形式的表达式计算所述高斯束的复数走时和复数振幅；

利用波场偏移成像公式，根据所述标量局部平面波、所述复数走时和所述复数振幅计算成像点的求和叠加；

修改所述束中心点和炮集并进行迭代计算以得到所有所述多分量地震记录的偏移成像。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述波型分离矩阵包括自由空间模型矩阵、海底模型矩阵和自由地表模型矩阵，所述波场偏移成像公式包括PP矢量波场偏移互相关成像公式和PS矢量波场偏移互相关成像公式，所述初始参数信息包括海水波速、海底介质密度、弹性波速、第一预设常数、第二预设常数、参考频率和参考有效半宽度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述矢量形式的表达式包括群速度矢量和偏振矢量，所述射入不同方向的高斯束，计算所述矢量形式的表达式包括：

根据各向异性参数、倾斜对称轴方向矢量和波前传播方向计算横向各向同性介质中的群速度和偏振方向；

利用所述倾斜对称轴方向矢量和慢度矢量构造转换坐标系；

利用所述转换坐标系将倾斜横向各向同性介质中的所述群速度和所述偏振方向转换为垂直横向各向同性介质中的所述群速度矢量和所述偏振矢量。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述利用所述倾斜对称轴方向矢量和所述慢度矢量构造转换坐标系包括：

根据下式计算所述转换坐标系的坐标基：

其中，(i′,j′,k′)为所述坐标基，n为所述倾斜对称轴方向矢量，p为所述慢度矢量。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

根据下式计算所述自由空间模型矩阵：

其中，为所述自由空间模型矩阵，δ_mn为克罗内克Kronecker Delta函数，为3×3偏振矩阵，ν为波形符号；

或者，

根据下式计算所述海底模型矩阵：

其中，为所述海底模型矩阵，为与弹性参数对应的权重矩阵，ρ为所述海底介质密度，υ为弹性波速，p_x,p_y分别为x轴和y轴的慢度分量，为ν波慢度z分量；

或者，

根据下式计算所述PP矢量波场偏移互相关成像公式：

其中，I_PP(x)为PP反射波在成像点x的互相关成像，C^PP为与成像效果无关的第一预设常数，常数a为束中心间隔大小，ω_l和w_l分别为所述高斯束参考频率和参考有效半宽度，L＝(0,L_x,L_y)为所述束中心坐标，为P波震源高斯束初始慢度矢量，为接收点P波高斯束初始慢度矢量，为所述高斯束的第一标量振幅表达式；

或者，

根据下式计算所述PS矢量波场偏移互相关成像公式：

其中，I_PS(x)为PS转换波在成像点x的互相关成像，C^PS为与成像效果无关的第二预设常数，为所述高斯束的第二标量振幅表达式，为成像在多分量数据中提取的标量数据。

第二方面，本发明实施例提供了弹性高斯束偏移成像系统，包括：

获取单元，用于获取初始参数信息和多分量地震记录，并根据所述初始参数信息确定高斯窗半宽度和束中心点的坐标位置；

分解单元，用于在单个所述束中心点的高斯窗范围内，对所述多分量地震记录进行分解得到多分量局部平面波；

转换单元，用于利用波型分离矩阵将所述多分量局部平面波转换为多波型标量局部平面波；

第一计算单元，用于射入不同方向的高斯束，并计算矢量形式的表达式，根据所述矢量形式的表达式计算所述高斯束的复数走时和复数振幅；

第二计算单元，用于利用波场偏移成像公式，根据所述标量局部平面波、所述复数走时和所述复数振幅计算成像点的求和叠加；

第三计算单元，用于修改所述束中心点和炮集并进行迭代计算以得到所有所述多分量地震记录的偏移成像。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述波型分离矩阵包括自由空间模型矩阵、海底模型矩阵和自由地表模型矩阵，所述波场偏移成像公式包括PP矢量波场偏移互相关成像公式和PS矢量波场偏移互相关成像公式，所述初始参数信息包括海水波速、海底介质密度、弹性波速、第一预设常数、第二预设常数、参考频率和参考有效半宽度。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述矢量形式的表达式包括群速度矢量和偏振矢量，所述第一计算单元包括：

根据各向异性参数、倾斜对称轴方向矢量和波前传播方向计算横向各向同性介质中的所述群速度和所述偏振方向；

利用所述倾斜对称轴方向矢量和所述慢度矢量构造转换坐标系；

利用所述转换坐标系将所述群速度和所述偏振方向转换为垂直横向各向同性介质中的所述群速度矢量和所述偏振矢量。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括：

根据下式计算所述转换坐标系的坐标基：

其中，(i′,j′,k′)为所述坐标基，n为所述倾斜对称轴方向矢量，p为所述慢度矢量。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括：

根据下式计算所述自由空间模型矩阵：

其中，为所述自由空间模型矩阵，δ_mn为克罗内克Kronecker Delta函数，为3×3偏振矩阵，ν为波形符号；

或者，

根据下式计算所述海底模型矩阵：

其中，为所述海底模型矩阵，为与弹性参数对应的权重矩阵，ρ为所述海底介质密度，υ为弹性波速，p_x,p_y分别为x轴和y轴的慢度分量，为ν波慢度z分量；

或者，

根据下式计算所述PP矢量波场偏移互相关成像公式：

其中，I_PP(x)为PP反射波在成像点x的互相关成像，C^PP为与成像效果无关的第一预设常数，常数a为束中心间隔大小，ω_l和w_l分别为所述高斯束参考频率和参考有效半宽度，L＝(0,L_x,L_y)为所述束中心坐标，为P波震源高斯束初始慢度矢量，为接收点P波高斯束初始慢度矢量，为所述高斯束的第一标量振幅表达式；

或者，

根据下式计算所述PS矢量波场偏移互相关成像公式：

其中，I_PS(x)为PS转换波在成像点x的互相关成像，C^PS为与成像效果无关的第二预设常数，为所述高斯束的第二标量振幅表达式，为成像在多分量数据中提取的标量数据。

本发明提供了弹性高斯束偏移成像方法和系统，包括获取初始参数信息和多分量地震记录，确定高斯窗半宽度和束中心点的坐标位置；在每个束中心点的高斯窗范围内，对多分量地震记录进行分解得到多分量局部平面波；利用波型分离矩阵将多分量局部平面波转换为多波型标量局部平面波；射入不同方向的高斯束，并计算矢量形式的表达式，高斯束的复数走时和复数振幅；利用波场偏移成像公式，根据标量局部平面波、复数走时和复数振幅计算成像点的求和叠加；修改束中心点和炮集并进行迭代计算得到偏移成像。本发明设计了完整有效的3D弹性TI介质多分量高斯束偏移方法，利用矢量表示形式来描述波场传播属性，给出了合理的偏移成像公式，具有很高的应用性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的弹性高斯束偏移成像方法流程图；

图2为本发明实施例提供的步骤S103方法流程图；

图3为本发明实施例提供的弹性高斯束偏移成像系统结构示意图；

图4为本发明实施例提供的3D弹性TTI介质对称轴和局部坐标系；

图5(a)为本发明实施例提供的弹性Hess模型Thomsen参数模型V_P0；

图5(b)为本发明实施例提供的弹性Hess模型Thomsen参数模型ε；

图5(c)为本发明实施例提供的弹性Hess模型Thomsen参数模型δ；

图6(a)为本发明实施例提供的弹性Hess模型TI介质PP成像效果；

图6(b)为本发明实施例提供的弹性Hess模型TI介质PS成像效果；

图7(a)为本发明实施例提供的弹性Hess模型各向同性PP成像效果；

图7(b)为本发明实施例提供的弹性Hess模型各向同性PS成像效果；

图8(a)为本发明实施例提供的弹性均匀TTI介质PP成像脉冲响应；

图8(b)为本发明实施例提供的弹性均匀VTI介质PP成像脉冲响应；

图8(c)为本发明实施例提供的弹性均匀各向同性介质PP成像脉冲响应。

图标：

10-获取单元；20-分解单元；30-转换单元；40-第一计算单元；50-第二计算单元；60-第三计算单元。

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，下面将结合附图对本发明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。

目前的3D弹性TI介质多分量高斯束偏移还没有完整的实现方法，基于此，本发明实施例提供的弹性高斯束偏移成像方法和系统，设计了完整有效的3D弹性TI介质多分量高斯束偏移方法，给出了合理的偏移成像公式，并且在偏移过程中实现了弹性介质中的多波型自动分离，具有很高的应用性。

实施例一：

图1为本发明实施例提供的弹性高斯束偏移成像方法流程图。

参照图1，弹性高斯束偏移成像方法包括：

步骤S101，获取初始参数信息和多分量地震记录，并根据初始参数信息确定高斯窗半宽度和束中心点的坐标位置；

具体地，依据介质物性参数、波场属性以及单炮集信息确定高斯束初始参数信息，束中心间隔、高斯窗半宽度等，并确定一系列束中心点坐标位置。

步骤S102，在每个束中心点的高斯窗范围内，对多分量地震记录进行分解得到多分量局部平面波；

具体地，在单个束中心点的高斯窗范围内，对多分量地震记录利用局部倾斜叠加分解为多分量局部平面波。

步骤S103，利用波型分离矩阵将多分量局部平面波转换为多波型标量局部平面波；

步骤S104，射入不同方向的高斯束，并计算矢量形式的表达式，根据矢量形式的表达式计算高斯束复数走时和复数振幅；

具体地，从震源点和束中心点分别入射不同方向的高斯束，利用各向异性运动学和动力学射线追踪计算出每条高斯束有效范围内的复数走时和复数振幅。

步骤S105，利用波场偏移成像公式，根据标量局部平面波、复数走时和复数振幅计算成像点的求和叠加；

具体地，依据PP和PS矢量波场偏移成像公式，利用震源和束中心高斯束的复数走时和复数振幅，以及分离后的标量局部平面波，计算成像点的求和叠加。

步骤S106，修改束中心点和炮集并进行迭代计算以得到所有多分量地震记录的偏移成像。

具体地，修改束中心点，重复执行步骤S102至步骤S105的操作，直到束中心点循环结束，完成单炮偏移成像，而后修改到下一炮集，重复执行步骤S101至步骤S106的操作，直到炮集循环结束，完成所有地震记录的偏移成像。

根据本发明的示例性实施例，波型分离矩阵包括自由空间模型矩阵、海底模型矩阵，波场偏移成像公式包括PP矢量波场偏移互相关成像公式和PS矢量波场偏移互相关成像公式，初始参数信息包括海水波速、海底介质密度、弹性波速、第一预设常数、第二预设常数、参考频率和参考有效半宽度。

具体地，对于自由空间模型，即接收点边界以上为固体介质；对于海底模型，即接收点边界以上为流体介质。波型分离矩阵不仅包括自由空间模型矩阵、海底模型矩阵，还包括自由地表模型，即接收点边界以上为真空的情况。

根据本发明的示例性实施例，矢量形式的表达式包括群速度矢量和偏振矢量，根据射入不同方向的高斯束，计算矢量形式的表达式包括：

如图2所示，步骤S201，根据各向异性参数、倾斜对称轴方向矢量和波前传播方向计算横向各向同性介质中的群速度和偏振方向；

步骤S202，利用倾斜对称轴方向矢量和慢度矢量构造转换坐标系；

步骤S203，利用转换坐标系将倾斜横向各向同性介质中的群速度和偏振方向转换为垂直横向各向同性介质中的群速度矢量和偏振矢量。

具体地，根据各向异性参数、倾斜对称轴方向矢量和波前传播方向计算横向各向同性介质中的群速度和偏振方向可参照式(1)至式(4)。在3D TTI介质中，对于已知的Thomsen各向异性参数、倾斜对称轴方向矢量n和波前传播方向，可计算求得相角θ、相速度V和慢度矢量p＝(p_x,p_y,p_z)。利用慢度矢量p和对称轴方向矢量n，可设计局部坐标系Ox′y′z′。本实施例提供的3D TTI介质中相速度、群速度和偏振方向的矢量表示形式。通过合理设计局部笛卡尔坐标系，矢量表示形式使3D TTI介质波场传播属性表述简洁、规则且完整，并且该表示形式也适用于2D情况，因此具有很强的应用性。

垂直横向各向同性(VTI)介质在xoz对称面上P和SV波相速度有Thomsen各向异性参数表示形式如公式(1)所示；

其中，“+”为P波相速度，“-”为SV波相速度，θ为波前传播方向与VTI对称轴的夹角，称为相角；ε和δ为各向异性参数。P和SV波相速度对θ的导数与群速度的计算有关，可以通过对公式(1)两端同时取导来计算如公式(2)所示；

在xoz平面内，VTI介质群速度矢量有以下方程组(3)；

VTI介质xoz平面内P波和SV波的偏振矢量满足

其中，g_x和g_z为偏振矢量g的分量，g在y方向的分量g_y＝0。

根据本发明的示例性实施例，利用倾斜对称轴方向矢量和慢度矢量构造转换坐标系包括：

根据式(5)计算转换坐标系的坐标基矢量：

其中，(i′,j′,k′)为坐标基，n为倾斜对称轴方向矢量，p为慢度矢量。

由图4可知，对称轴方向即为该局部坐标系z轴方向，矢量p和n所确定的平面即为Ox′y′z′中的xoz平面。因此，局部坐标系Ox′y′z′将TTI介质在局部范围内旋转为VTI介质，式(1)、(2)、(3)、(4)所表示的相速度、群速度和偏振矢量均适用于该局部坐标系。将该局部坐标系中群速度和偏振矢量转换为全局坐标系矢量可表示为式(6)和(7)：

V_G＝V_Gxi′+V_Gzk′ (6)

g＝g_xi′+g_zk′ (7)

其中，V_G为群速度矢量，g为P和SV波偏振矢量。式中的(V_Gx，V_Gz)和(g_x，g_z)为VTI介质中的群速度和偏振矢量，即式(3)和(4)。3D VTI介质相当于TTI介质的一种特殊情况，当n＝(0,0,1)时，TTI退化为VTI介质。

由于3D弹性各向异性非均匀介质中的波场传播非常复杂，比如快慢横波分裂现象。但是在高频近似情况下，平滑或弱各向异性中快慢横波分裂很弱，可以忽略。因此，本发明实施例提供了3D弹性TI介质多分量高斯束偏移公式，可根据式(8)计算PP矢量波场偏移互相关成像公式：

其中，I_PP(x)为PP反射波在成像点x的互相关成像，C^PP为与成像效果无关的第一预设常数，常数a为束中心间隔大小，ω_l和w_l分别为高斯束参考频率和参考有效半宽度，L＝(0,L_x,L_y)为束中心坐标，为P波震源高斯束初始慢度矢量，为接收点P波高斯束初始慢度矢量，为高斯束的第一标量振幅表达式。

根据式(9)计算PS矢量波场偏移互相关成像公式：

其中，I_PS(x)为PS转换波在成像点x的互相关成像，C^PS为与成像效果无关的第二预设常数，为高斯束的第二标量振幅表达式，为成像在多分量数据中提取的标量数据。

需要说明的是，式中的计算如式(10)所示：

其中，D^s和R可分别表示为式(11)和式(12)：

D^s＝D^S1(L,p_r,ω)e₂(x)-D^S2(L,p_r,ω)e₁(x) (11)

R＝p_s(x)×p_r(x) (12)

这里，R为PS成像中的参考矢量，e₁和e₂分别为中心射线坐标系在y₁和y₂方向的坐标基，D^P、D^S1和D^S2为标量局部平面波(D^S1和D^S2为P-SV转换波的分量部分)，是由多分量局部平面波D_n转换求得，如式(13)所示：

其中，为实现多波型分离的转换矩阵，ν＝P,S1,S2代表波型符号。只与接收点边界的弹性参数有关，与地下复杂模型参数无关。因此假设TI介质接收点边界为各向同性或弱各向异性，则TI介质波型分离可利用各向同性近似表示。并且与走时信息相比，振幅信息近似计算对成像效果影响很小。这时，有具体表达式。

根据式(14)计算自由空间模型矩阵：

其中，为自由空间模型矩阵，δ_mn为克罗内克Kronecker Delta函数，为3×3偏振矩阵，ν为波形符号；

根据式(15)计算海底模型矩阵：

其中，为海底模型矩阵，为与弹性参数对应的权重矩阵，ρ为海底介质密度，υ为弹性波速，p_x,p_y分别为x轴和y轴的慢度分量，为ν波慢度z分量；

这里，与弹性参数对应的权重矩阵的表达式如式(16)所示；

其中，弹性参数和物理量均为接收点边界的值，υ为ν波波速，λ和μ为Lamé弹性模量，ρ^w为海水密度，为海水中的上行波慢度z分量，c^w为海水波速。

需要说明的是，本发明实施例提供的波型分离矩阵不仅包括自由空间模型矩阵和海底模型矩阵，还包括自由地表模型，该模型即为接收点边界以上为真空，是海底模型的一种特殊情况，当海底模型中权重参数ρ^w＝0时，海底模型简化为自由地表模型。

本发明提供了弹性高斯束偏移成像方法和系统，包括获取初始参数信息和多分量地震记录，确定高斯窗半宽度和束中心点的坐标位置；在每个束中心点的高斯窗范围内，对多分量地震记录进行分解得到多分量局部平面波；利用波型分离矩阵将多分量局部平面波转换为多波型标量局部平面波；射入不同方向的高斯束，并计算矢量形式的表达式，高斯束的复数走时和复数振幅；利用波场偏移成像公式，根据标量局部平面波、复数走时和复数振幅计算成像点的求和叠加；修改束中心点和炮集并进行迭代计算得到偏移成像。本发明设计了完整有效的3D弹性TI介质多分量高斯束偏移方法，利用矢量表示形式来描述波场传播属性，给出了合理的偏移成像公式，具有很高的应用性。

实施例二：

图3为本发明实施例提供的弹性高斯束偏移成像系统结构示意图。

参照图3，弹性高斯束偏移成像系统包括：

获取单元10，用于获取初始参数信息和多分量地震记录，并根据初始参数信息确定高斯窗半宽度和束中心点的坐标位置；

分解单元20，用于在单个束中心点的高斯窗范围内，对多分量地震记录进行分解得到多分量局部平面波；

转换单元30，用于利用波型分离矩阵将多分量局部平面波转换为多波型标量局部平面波；

第一计算单元40，用于射入不同方向的高斯束，并计算矢量形式的表达式，根据矢量形式的表达式计算高斯束复数走时和复数振幅；

第二计算单元50，用于利用波场偏移成像公式，根据标量局部平面波、复数走时和复数振幅计算成像点的求和叠加；

第三计算单元60，用于修改束中心点和炮集并进行迭代计算以得到所有多分量地震记录的偏移成像。

根据本发明的示例性实施例，波型分离矩阵包括自由空间模型矩阵、海底模型矩阵和自由地表模型矩阵，波场偏移成像公式包括PP矢量波场偏移互相关成像公式和PS矢量波场偏移互相关成像公式，初始参数信息包括海水波速、海底介质密度、弹性波速、第一预设常数、第二预设常数、参考频率和参考有效半宽度。

根据本发明的示例性实施例，矢量形式的表达式包括群速度矢量和偏振矢量，第一计算单元40包括：

根据各向异性参数、倾斜对称轴方向矢量和波前传播方向计算横向各向同性介质中的群速度和偏振方向；

利用倾斜对称轴方向矢量和慢度矢量构造转换坐标系；

利用转换坐标系将群速度和偏振方向转换为垂直横向各向同性介质中的群速度矢量和偏振矢量。

根据本发明的示例性实施例，还包括：

根据式(5)计算转换坐标系的坐标基；

根据式(14)计算自由空间模型矩阵；

根据式(15)计算海底模型矩阵；

根据式(8)计算PP矢量波场偏移互相关成像公式；

根据式(9)计算PS矢量波场偏移互相关成像公式。

本发明实施例提供的弹性高斯束偏移成像系统，与上述实施例提供的弹性高斯束偏移成像方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

实施例三：

首先，利用2D弹性Hess模型来验证本发明实施例的正确性，模型在z和x方向的网格采样分别为1500和3617，网格间隔均为20ft。图5(a)(b)(c)分别显示了Thomsen形式的弹性参数模型V_P0，ε和δ，V_S0通过波速比来确定,图中横坐标为距离，纵坐标为深度。Hess模型为VTI模型，是TI模型的一种特殊情况，本发明实施例设计的TI介质方法均适用于VTI介质。由图5可知，该模型近地表为各向同性介质，与本发明实施例中的假设是符合的，模型还存在各向同性高速盐丘体。模型地震数据是利用有限差分法合成的，为二维二分量地震记录，并且包含一定的随机和频散噪音。偏移模型是对原始模型平滑处理后得到的，包括，V_P0，V_S0，ε和δ四种模型。图6(a)(b)分别给出了本发明实施例方法执行后的PP和PS成像，与图5模型相比可知，PP和PS均可以准确成像，并且PP与PS之间不存在明显的串扰噪音。图7(a)(b)分别是在各向同性偏移方法中的PP和PS成像，即不考虑各向异性参数情况。与图5模型对比，各向同性偏移成像不能把地震信号聚焦在准确的成像位置。该模型试验验证了本发明实施例在VTI介质偏移中成像定位的准确性，以及所提供的多波分离方法的合理性。

为了验证本发明在3D TI介质中应用的合理性，我们提供本发明在简单均匀介质中的脉冲响应。3D TI介质非零弹性参数过多，致使3D TI介质有限差分记录合成非常困难，因此，我们利用脉冲响应来验证本发明的合理性。该模型在x，y，z方向的网格采样分别为401,401,181，采样间隔均为10m。该均匀3D TI介质Thomsen形式弹性参数分别为V_P0＝2000m/s,V_S0＝1155m/s,ε＝0.2,δ＝0.1，对称轴方向矢量为图8(a)(b)(c)分别显示了3D TTI、VTI和各向同性均匀介质模型的PP成像脉冲响应在剖面x＝2km、剖面y＝2km和切片z＝1km的脉冲截图。对比图8(a)(b)(c)可以看出，TTI介质脉冲响应的同相轴在x和y方向的对称性均有明显的倾斜，VTI和各向同性介质中同相轴均在x和y方向为对称分布的，对称轴为z轴。比较图8(b)和8(c)可知，在z轴上VTI和各向同性介质旅行时分布是相同的，而在倾斜方向上，两种介质的旅行时分布有明显差别。该脉冲响应测试验证了各向异性参数ε,δ和倾斜对称轴n在偏移成像中所起的明显作用，也验证了本发明的在3D TI介质中应用的有效性。

本发明实施例所提供的弹性高斯束偏移成像方法和系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。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或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品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方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种弹性高斯束偏移成像方法，其特征在于，包括：

获取3D弹性横向各向同性TI介质的初始参数信息和多分量地震记录，并根据所述初始参数信息确定高斯窗半宽度和束中心点的坐标位置；

在每个所述束中心点的高斯窗范围内，对所述多分量地震记录进行分解得到多分量局部平面波；

利用波型分离矩阵将所述多分量局部平面波转换为多波型标量局部平面波；

射入不同方向的高斯束，并计算矢量形式的表达式，根据所述矢量形式的表达式计算所述高斯束的复数走时和复数振幅；

利用波场偏移成像公式，根据所述标量局部平面波、所述复数走时和所述复数振幅计算成像点的求和叠加；

修改所述束中心点和炮集并进行迭代计算以得到所有所述多分量地震记录的偏移成像；

所述矢量形式的表达式包括群速度矢量和偏振矢量，所述射入不同方向的高斯束，并计算所述矢量形式的表达式，包括：

根据下式计算所述3D弹性垂直横向各向同性VTI介质中的群速度矢量：

其中，(V_Gx,V_Gy,V_Gz)为所述3D弹性垂直横向各向同性VTI介质中的群速度矢量，V为垂直横向各向同性介质相速度大小，(cosθ,sinθ)为垂直横向各向同性介质相速度方向；

根据下式计算所述3D弹性垂直横向各向同性VTI介质中的偏振矢量：

其中，(g_x,g_z)为所述3D弹性垂直横向各向同性VTI介质中的偏振矢量，V_P0,V_S0,δ,f为各向异性参数；

利用倾斜对称轴方向矢量和慢度矢量构造转换坐标系，具体包括：

根据下式计算所述转换坐标系的坐标基：

其中，(i′,j′,k′)为所述坐标基，n为所述倾斜对称轴方向矢量，p为所述慢度矢量；

根据下式计算所述3D弹性倾斜横向各向同性TTI介质中的群速度矢量：

V_G＝V_Gxi′+V_Gzk′

其中，V_G为3D弹性横向各向同性TI介质的群速度矢量；

根据下式计算所述3D弹性倾斜横向各向同性TTI介质中的偏振矢量：

g＝g_xi′+g_zk′

其中，g为3D弹性横向各向同性TI介质的偏振矢量。

2.根据权利要求1所述的弹性高斯束偏移成像方法，其特征在于，所述波型分离矩阵包括自由空间模型矩阵、海底模型矩阵和自由地表模型矩阵，所述波场偏移成像公式包括PP矢量波场偏移互相关成像公式和PS矢量波场偏移互相关成像公式，所述初始参数信息包括海水波速、海底介质密度、弹性波速、第一预设常数、第二预设常数、参考频率和参考有效半宽度。

3.根据权利要求2所述的弹性高斯束偏移成像方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据下式计算所述自由空间模型矩阵：

其中，为所述自由空间模型矩阵，δ_mn为克罗内克Kronecker Delta函数，为3×3偏振矩阵，ν为波型符号；

或者，

根据下式计算所述海底模型矩阵：

其中，为所述海底模型矩阵，为与弹性参数对应的权重矩阵，ρ为所述海底介质密度，υ为弹性波速，p_x,p_y分别为x轴和y轴的慢度分量，为ν波慢度z分量；

或者，

根据下式计算所述PP矢量波场偏移互相关成像公式：

其中，I_PP(x)为PP反射波在成像点x的互相关成像，C^PP为与成像效果无关的所述第一预设常数，常数a为束中心间隔大小，ω_l和w_l分别为所述高斯束参考频率和参考有效半宽度，L＝(0,L_x,L_y)为所述束中心坐标，为P波震源高斯束初始慢度矢量，为接收点P波高斯束初始慢度矢量，为所述高斯束的第一标量振幅表达式，D^P为PP成像在多分量数据中提取的标量数据；

或者，

根据下式计算所述PS矢量波场偏移互相关成像公式：

其中，I_PS(x)为PS转换波在成像点x的互相关成像，C^PS为与成像效果无关的所述第二预设常数，为所述高斯束的第二标量振幅表达式，为PS成像在多分量数据中提取的标量数据；

还包括：

根据下式计算PP和PS成像在多分量数据中提取的标量数据：

其中，为PS成像在多分量数据中提取的标量数据，R＝p_s(x)×p_r(x)为PS成像中的参考方向矢量；D^s为S波的矢量波场，e₁和e₂分别为中心射线坐标系在y₁和y₂方向的坐标基，ν＝P,S1,S2代表波型符号，D^P为PP成像在多分量数据中提取的标量数据，D^S1和D^S2为标量局部平面波，D^S1和D^S2为P-SV转换波的分量部分，是由多分量局部平面波D_n转换求得，为实现多波型分离的转换矩阵，即所述海底模型矩阵。

4.一种弹性高斯束偏移成像系统，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取3D弹性横向各向同性TI介质的初始参数信息和多分量地震记录，并根据所述初始参数信息确定高斯窗半宽度和束中心点的坐标位置；

分解单元，用于在单个所述束中心点的高斯窗范围内，对所述多分量地震记录进行分解得到多分量局部平面波；

转换单元，用于利用波型分离矩阵将所述多分量局部平面波转换为多波型标量局部平面波；

第一计算单元，用于射入不同方向的高斯束，并计算矢量形式的表达式，根据所述矢量形式的表达式计算所述高斯束的复数走时和复数振幅；

第二计算单元，用于利用波场偏移成像公式，根据所述标量局部平面波、所述复数走时和所述复数振幅计算成像点的求和叠加；

第三计算单元，用于修改所述束中心点和炮集并进行迭代计算以得到所有所述多分量地震记录的偏移成像；

所述第一计算单元还用于：

根据下式计算所述3D弹性垂直横向各向同性VTI介质中的群速度矢量：

其中，(V_Gx,V_Gy,V_Gz)为所述3D弹性垂直横向各向同性VTI介质中的群速度矢量，V为垂直横向各向同性介质相速度大小，(cosθ,sinθ)为垂直横向各向同性介质相速度方向；

根据下式计算所述3D弹性垂直横向各向同性VTI介质中的偏振矢量：

其中，(g_x,g_z)为所述3D弹性垂直横向各向同性VTI介质中的偏振矢量，V_P0,V_S0,δ,f为各向异性参数；

利用倾斜对称轴方向矢量和慢度矢量构造转换坐标系，具体包括：

根据下式计算所述转换坐标系的坐标基：

其中，(i′,j′,k′)为所述坐标基，n为所述倾斜对称轴方向矢量，p为所述慢度矢量；

所述利用所述转换坐标系将所述3D弹性垂直横向各向同性VTI介质中的群速度矢量和偏振矢量转换为3D弹性倾斜横向各向同性TTI介质中的群速度矢量和偏振矢量的步骤，包括：

根据下式计算所述3D弹性倾斜横向各向同性TTI介质中的群速度矢量：

V_G＝V_Gxi′+V_Gzk′

其中，V_G为3D弹性横向各向同性TI介质的群速度矢量；

根据下式计算所述3D弹性倾斜横向各向同性TTI介质中的偏振矢量：

g＝g_xi′+g_zk′

其中，g为3D弹性横向各向同性TI介质的偏振矢量。

5.根据权利要求4所述的弹性高斯束偏移成像系统，其特征在于，所述波型分离矩阵包括自由空间模型矩阵、海底模型矩阵和自由地表模型矩阵，所述波场偏移成像公式包括PP矢量波场偏移互相关成像公式和PS矢量波场偏移互相关成像公式，所述初始参数信息包括海水波速、海底介质密度、弹性波速、第一预设常数、第二预设常数、参考频率和参考有效半宽度。

6.根据权利要求5所述的弹性高斯束偏移成像系统，其特征在于，还包括：

根据下式计算所述自由空间模型矩阵：

其中，为所述自由空间模型矩阵，δ_mn为克罗内克Kronecker Delta函数，为3×3偏振矩阵，ν为波形符号；

或者，

根据下式计算所述海底模型矩阵：

其中，为所述海底模型矩阵，为与弹性参数对应的权重矩阵，ρ为所述海底介质密度，υ为弹性波速，p_x,p_y分别为x轴和y轴的慢度分量，为ν波慢度z分量；

或者，

根据下式计算所述PP矢量波场偏移互相关成像公式：

其中，I_PP(x)为PP反射波在成像点x的互相关成像，C^PP为与成像效果无关的第一预设常数，常数a为束中心间隔大小，ω_l和w_l分别为所述高斯束参考频率和参考有效半宽度，L＝(0,L_x,L_y)为所述束中心坐标，为P波震源高斯束初始慢度矢量，为接收点P波高斯束初始慢度矢量，为所述高斯束的第一标量振幅表达式，D^P为PP成像在多分量数据中提取的标量数据；

或者，

根据下式计算所述PS矢量波场偏移互相关成像公式：

其中，I_PS(x)为PS转换波在成像点x的互相关成像，C^PS为与成像效果无关的第二预设常数，为所述高斯束的第二标量振幅表达式，为PS成像在多分量数据中提取的标量数据；

还包括：

根据下式计算PP和PS成像在多分量数据中提取的标量数据：

其中，为PS成像在多分量数据中提取的标量数据，R＝p_s(x)×p_r(x)为PS成像中的参考方向矢量；D^s为S波的矢量波场，e₁和e₂分别为中心射线坐标系在y₁和y₂方向的坐标基，ν＝P,S1,S2代表波型符号，D^P为PP成像在多分量数据中提取的标量数据，D^S1和D^S2为标量局部平面波，D^S1和D^S2为P-SV转换波的分量部分，是由多分量局部平面波D_n转换求得，为实现多波型分离的转换矩阵，即所述海底模型矩阵。