CN106918840A - 基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，包括：在逆时偏移过程中，在波场外推的每个时间片上，进行空间的傅立叶变换，把波场从空间域变换到波数域；在波数域依据能量谱提取局部平面波，得到平面波波前方向；利用坡印廷矢量方法计算波场矢量传播方向；在选取的局部平面波时窗内，沿垂直于平面波的波前矢量方向选择带状空间窗，将其中统计个数最多的波矢量方向作为波前传播方向，从而得到该平面波准确的波前扩散方向；利用角度成像条件，实现逆时偏移角道集成像。该方法能够实现逆时偏移角道集的高精度成像，为地震叠前属性反演与分析提供高质量的基础数据，从而降低地震解释的难度和油藏开发的风险。

Description

基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法

技术领域

本发明涉及地震勘探资料处理与解释技术领域，特别是涉及到一种基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法。

背景技术

逆时偏移成像方法是目前地震勘探中最精确的成像技术。逆时偏移的角度成像道集，能够用于层析速度反演，提高偏移速度模型和成像质量；用于叠前属性反演与分析，提高油气预测精度。目前地震勘探中采用的逆时偏移角度道集成像技术，通常采用坡印廷矢量估计方法，或者局部平面波分解方法等单一的波场传播角度估计方法。其中，坡印廷矢量方法虽然存在计算高效的优点，但不能很好地处理波场交叉情况下的波矢量估计；局部平面波分解方法虽然能够很好地处理波前交叉情况下的角度估计，但在传播方向计算中存在不确定性，易出现180°方向误差。上述基于单一波前矢量估计算法的逆时偏移角道集成像技术虽各具优势，但仍存在不足，无法很好地满足地震勘探叠前角度成像的要求。为此我们发明了一种新的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服单一采用局部平面波分解可能出现的波场传播方向估计错误，并克服单一采用坡印廷矢量估计方法不能很好解决交叉波场传播方向估计的问题的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，该基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法包括：步骤1，在逆时偏移过程中，在波场外推的每个时间片上，进行空间的傅立叶变换，把波场从空间域变换到波数域；步骤2，在波数域依据能量谱提取局部平面波，得到平面波波前方向；步骤3，利用坡印廷矢量方法计算波场矢量传播方向；步骤4，在选取的局部平面波时窗内，沿垂直于平面波的波前矢量方向选择带状空间窗，将其中统计个数最多的波矢量方向作为波前传播方向，从而得到该平面波准确的波前扩散方向；步骤5，利用角度成像条件，实现逆时偏移角道集成像。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤2中，在波数域内，按照能量谱大小，只提取正波数方向的局部平面波，分别实现炮点波场和检波点波场的局部平面波分解；此时可以确定相应平面波波场的波前传播角度为或

在步骤3中，对分解后的局部平面波场，使用坡印廷矢量方向估计方法，利用波场的振幅梯度和相位梯度，计算局部平面波场的传播方向。

在步骤3中，坡印廷矢量的计算公式为，

其中，u(x,t)为t时刻地下空间点x处的波场，为波场的空间导数，为波场的时间导数。

在步骤4中，沿垂直于平面波波前的波矢量方向选择带状空间窗，在此带状空间窗内，以设定的波矢量方向和平面波波前矢量方向角度差异大小，对波前矢量方向进行角度滤波，并以统计个数最多的波前方向为最终的波前扩散方向。

在步骤5中，利用上述分步策略，计算得到传播方向分别为p_s和p_r的炮端波场u_s和接收端波场u_r后，利用相关成像条件，直接获取角度成像道集。

在步骤5中，获取角度成像道集的公式为：

I(x,θ)＝∫u_s(x,t,p_s)u_r(x,t,p_r)dt (2)

其中，x为空间点坐标，θ为地下反射张角，θ＝arccos(p_s-p_r)，I(x,θ)为空间点x处反射角度为θ的成像道集，u_s为炮端波场，u_r为接收端波场，p_s、p_r分别为炮端s和接收端波场r的传播角度，t为当前波场外推时刻。

本发明中的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，相比于常规基于单一采用局部平面波分解，或者单一采用坡印廷矢量的波场传播矢量方向估计的方法，本发明综合利用不同波场传播矢量方向估计方法的优点，采用角度波场的分步提取策略，以局部平面波分解提取单一的局部平面波，确定角度；在此基础上以坡印廷矢量估计结果为约束，对平面波分解提取的局部波场进行伸缩方向确定。并通过在空间窗内进行角度滤波，选择统计数量最多的方向为最终的波场传播矢量方向。因此，本发明能够克服单一采用局部平面波分解可能出现的波场传播方向估计错误，并克服单一采用坡印廷矢量估计方法不能很好解决交叉波场传播方向估计的问题，有效提高复杂介质复杂波场情况下的逆时偏移角道集成像质量。

附图说明

图1为本发明的一具体实施例中交叉波场示意图；

图2为本发明的一具体实施例中交叉波场空间波数能量谱示意图；

图3为本发明的一具体实施例中基于图2箭头指引的空间波数能量谱提取的平面波波前的示意图；

图4为本发明的一具体实施例中交叉波场坡印廷矢量估计结果的示意图；

图5为本发明的一具体实施例中水平层状介质中速度模型的示意图

图6为本发明的一具体实施例中图5模型中0.5s时刻震源波场采用单一坡印廷矢量得到的波场传播方向估计结果的示意图；

图7为本发明的一具体实施例中图5模型中0.5s时刻震源波场采用单一局部平面波分解得到的波场传播方向估计结果的示意图；

图8为本发明的一具体实施例中图5模型中0.5s时刻震源波场采用本发明得到的波场传播方向估计结果的示意图；

图9为本发明的一具体实施例中Sigsbee模型的速度模型的示意图；

图10为本发明的一具体实施例中单一坡印廷矢量方法得到的角度成像道集的示意图；

图11为本发明的一具体实施例中单一平面波分解得到的角度成像道集的示意图；

图12为本发明的一具体实施例中本发明中的方法得到的角度成像道集的示意图；

图13为本发明的一具体实施例中常规逆时偏移成像剖面结果的示意图；

图14为本发明的一具体实施例中单一坡印廷矢量方法得到的角度道集的叠加剖面结果的示意图；

图15为本发明的一具体实施例中单一局部平面波分解得到的角度道集的叠加剖面结果的示意图；

图16为本发明的一具体实施例中本发明中的方法得到的角度道集的叠加剖面结果的示意图；

图17为本发明的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法的一具体实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图17所示，图17为本发明的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法的流程图。

在步骤101，在逆时偏移过程中，在波场外推的每个时间片上，进行空间的傅立叶变换，把波场从空间域变换到波数域。

在步骤102，在波数域依据能量谱提取局部平面波，得到平面波波前方向。

在步骤103，利用坡印廷矢量方法计算波场矢量传播方向。

在步骤104，在选取的局部平面波时窗内，沿垂直于平面波的波前矢量方向选择带状空间窗，将其中统计个数最多的波矢量方向作为波前传播方向，从而得到该平面波准确的波前扩散方向。

在步骤105，利用角度成像条件，实现逆时偏移角道集成像。

在应用本发明的一具体实施例中，包括了以下步骤:在逆时偏移波场外推过程中，首先利用时间-空间域傅立叶变换方法，将当前时刻的外推波场(如图1)变换到波数域。在波数域(如图2)，按照能量谱大小，只提取正波数方向的局部平面波(如图3)，分别实现炮点波场和检波点波场的局部平面波分解。此时可以确定相应平面波波场的波前传播角度为或(如图3中实线、虚线箭头所示)。

然后，对分解后的局部平面波场，使用坡印廷矢量方向估计方法，利用波场的振幅梯度和相位梯度，计算局部平面波场的传播方向，如图4，其中，矩形框为图3对应平面波波前的坡印廷矢量方向；粗箭头所示为最终确定的波前传播矢量方向。坡印廷矢量的计算公式为，

其中，u(x,t)为t时刻地下空间点x处的波场，为波场的空间导数，为波场的时间导数。

在此基础上，沿垂直于平面波波前的波矢量方向选择带状空间窗(如图4矩形框所示)，在此带状空间窗内，以设定的波矢量方向和平面波波前矢量方向角度差异大小，对波前矢量方向进行角度滤波，并以统计个数最多的波前方向为最终的波前扩散方向(如图4粗箭头所示)。

最后利用上述分步策略，计算得到传播方向分别为p_s和p_r的炮端波场u_s和接收端波场u_r后，利用相关成像条件，可以直接获取角度成像道集，

I(x,θ)＝∫u_s(x,t,p_s)u_r(x,t,p_r)dt (4)

其中，x为空间点坐标，θ为地下反射张角，θ＝arccos(p_s-p_r)，I(x,θ)为空间点x处反射角度为θ的成像道集，u_s为炮端波场，u_r为接收端波场，p_s、p_r分别为炮端s和接收端波场r的传播角度，t为当前波场外推时刻。

所述的角度波场分步提取策略，能够克服单一采用局部平面波分解可能出现的波场传播方向估计错误；能够克服单一采用坡印廷矢量估计方法不能很好解决交叉波场传播方向估计的问题。

在应用本发明的一具体实施例中，为验证本发明方法的有效性和先进性，采用两个模型数据进行对比。图5为水平层状模型，其参数及正演、偏移参数如下：

模型大小：nx＝601，nz＝301，dx＝10m，dz＝10m。正演参数：震源位置为(3000m，0)，震源为30Hz的雷克子波，检波点间隔10m，偏移距大小为(-3000m，3000m)nt＝5000，dt＝0.5ms。逆时偏移参数：速度模型选用平滑后的速度，震源选用30Hz的雷克子波，成像空间nx＝601，nz＝300，dx＝10m，dz＝10m。

图6-图8为水平层状模型中0.5s时刻震源波场采用不同方法得到的下行波场的传播方向估计结果。其中，图6为单一坡印廷矢量估计结果；图7为单一局部平面波分解估计结果；图8为本发明得到的估计结果。对比可见，单一坡印廷矢量方法在波场交叉是出现估计方向不准确问题，单一平面波分解方法存在波前伸缩方向估计错误问题，本发明方法能够正确计算得到波前传播角度和伸缩方向。

图9为Sigsbee模型的速度模型。其模型参数、正演及偏移参数如下：

模型大小：nx＝1000，nz＝321，dx＝10m，dz＝10m。正演参数：震源位置为(3000m，0)，选用20Hz的雷克子波，检波点间隔10m，偏移距大小为(-3000m，3000m)，nt＝5000，dt＝0.5ms。Dsx＝10m，从3000m到7000m共布设400炮，检波点间隔10m。逆时偏移参数：准确速度、20Hz的雷克子波，成像空间nx＝1000，nz＝321，dx＝10m，dz＝10m；角度范围0°～60°

图10-图12为不同方法得到的角度成像道集。其中，图10为单一坡印廷矢量方法的角度道集；图11为单一平面波分解得到的角度道集；图12为本发明方法得到的角度道集。对比可见，单一坡印廷矢量方法角度道集浅层仍旧存在低频噪音，而且振幅幅值相对减小；单一平面波分解方法角度道集在浅层存在由于波前伸缩方向估计错误导致的低频噪音；本发明方法得到的角度道集振幅幅值合理，不存在噪音和误差。

图13-图16为常规逆时偏移成像与不同方法得到的角度道集叠加结果对比。其中，图13为常规逆时偏移结果；图14为单一坡印廷矢量方法的叠加结果；图15为单一局部平面波分解得到的叠加结果；图16为本发明方法得到的叠加结果。对比可见，相比常规逆时偏移结果存在很强的浅层低频噪音干扰，不论哪种角度道集成像方法得到的道集叠加结果，信噪比均得到很大提高。但从角度道集叠加结果对比看，同样能够得到与图10-图12相同的对比结论。

两个模型的逆时偏移角度道集成像试验均很好地证明了本发明方法的正确性和先进性。

本发明的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，基于分步提取策略，综合利用局部平面波分解和坡印廷矢量方向估计方法的优点，能够实现逆时偏移角道集的高精度成像，为地震叠前属性反演与分析提供高质量的基础数据，从而降低地震解释的难度和油藏开发的风险。

Claims (7)

1.基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，其特征在于，该基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法包括：

步骤1，在逆时偏移过程中，在波场外推的每个时间片上，进行空间的傅立叶变换，把波场从空间域变换到波数域；

步骤2，在波数域依据能量谱提取局部平面波，得到平面波波前方向；

步骤3，利用坡印廷矢量方法计算波场矢量传播方向；

步骤4，在选取的局部平面波时窗内，沿垂直于平面波的波前矢量方向选择带状空间窗，将其中统计个数最多的波矢量方向作为波前传播方向，从而得到该平面波准确的波前扩散方向；

步骤5，利用角度成像条件，实现逆时偏移角道集成像。

2.根据权利要求1所述的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，其特征在于，在步骤2中，在波数域内，按照能量谱大小，只提取正波数方向的局部平面波，分别实现炮点波场和检波点波场的局部平面波分解；此时可以确定相应平面波波场的波前传播角度为或

3.根据权利要求1所述的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，其特征在于，在步骤3中，对分解后的局部平面波场，使用坡印廷矢量方向估计方法，利用波场的振幅梯度和相位梯度，计算局部平面波场的传播方向。

4.根据权利要求3所述的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，其特征在于，在步骤3中，坡印廷矢量的计算公式为，

其中，u(x,t)为t时刻地下空间点x处的波场，为波场的空间导数，为波场的时间导数。

5.根据权利要求1所述的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，其特征在于，在步骤4中，沿垂直于平面波波前的波矢量方向选择带状空间窗，在此带状空间窗内，以设定的波矢量方向和平面波波前矢量方向角度差异大小，对波前矢量方向进行角度滤波，并以统计个数最多的波前方向为最终的波前扩散方向。

6.根据权利要求1所述的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，其特征在于，在步骤5中，利用上述分步策略，计算得到传播方向分别为p_s和p_r的炮端波场u_s和接收端波场u_r后，利用相关成像条件，直接获取角度成像道集。

7.根据权利要求6所述的基于角度波场分步提取的逆时偏移角道集成像方法，其特征在于，在步骤5中，获取角度成像道集的公式为：

I(x,θ)＝∫u_s(x,t,p_s)u_r(x,t,p_r)dt (2)

其中，x为空间点坐标，θ为地下反射张角，θ＝arccos(p_s-p_r)，I(x,θ)为空间点x处反射角度为θ的成像道集，u_s为炮端波场，u_r为接收端波场，p_s、p_r分别为炮端s和接收端波场r的传播角度，t为当前波场外推时刻。