CN109856679B - 一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法及系统。推导了各向异性介质中qP波和qSV波相速度表达式，将传统的声波射线追踪算法进一步拓展为弹性波射线追踪算法，并修改和简化弹性波动力学射线追踪方程，推导了各向异性介质条件下弹性波高斯束偏移成像公式和相应的权系数，实现了基于相速度的各向异性介质弹性波高斯束叠前深度偏移成像。本发明所提供的成像方法及系统可以在不进行波场分离的前提下，利用各向异性介质纵横波波场信息，实现qPqP波和qPqSV波成像。本发明所提供的成像方法及系统能够提高弹性波偏移计算效率，提高成像的分辨率，为非均质性复杂油气藏预测提供高质量的成像剖面；从不同角度对地下构造进行刻画，提高整体成像质量。

Description

一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法及系统

技术领域

本发明涉及地震勘探资料处理领域，特别是涉及一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法及系统。

背景技术

地球介质的各向异性是普遍存在的，而传统的勘探地震学主要是以地球介质具有完全弹性和各向同性的物理假设为基础，研究主要集中在纵波勘探领域；然而，传统的纵波方法在复杂探区成像时具有一定的局限性。

弹性波偏移可以利用纵横波波场信息，得到高分辨率的成像结果，从而为油气藏描述提供高质量的地震资料。但是，对弹性波偏移的研究也多集中在各向同性介质，随着勘探目标逐渐转向存在各向异性的复杂油气藏，研究一种各向异性介质条件下的弹性多波叠前深度偏移算法尤为重要。

目前，弹性波偏移主要有波动方程类偏移和射线类偏移。波动方程类偏移具有较高的成像精度，但计算效率比较低；射线类偏移是一种具有较高计算效率的偏移成像方法，然而，受阴影区，焦散区，奇异区影响，它不能对复杂的地质构造有效成像。

发明内容

本发明的目的是提供一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法及系统，以解决传统的弹性波偏移计算效率低，不能对复杂的地质构造有效成像的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法，包括：

获取初始速度场、各向异性介质各向异性参数场以及各向异性介质弹性波地震记录；所述初始速度场用于获取射线追踪中所需的速度信息；所述各向异性介质各向异性参数场用于获取射线追踪中所需的各向异性参数信息；所述各向异性介质弹性波地震记录用于获取检波点处的走时信息；

根据所述速度信息以及所述各向异性参数信息确定拟纵波相速度以及拟横波相速度；

根据所述拟纵波相速度、所述拟横波相速度以及所述走时信息确定广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程以及基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程；

根据所述广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程确定射线路径；

根据所述基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程确定复值的动力学射线参数；

根据所述射线路径、复值的动力学射线参数、初始速度场以及各向异性介质各向异性参数场确定震源位移波场，并用弹性动力学高斯束表示；

基于所述震源位移波场正向延拓，所述检波点处不同类型的接收波场反向延拓，利用所述弹性动力学高斯束确定单炮地震数据对应的成像值；所述成像值为纵波和转换波做互相关得到的成像值；

将所有所述单炮地震数据对应的成像值叠加计算，确定各向异性介质弹性波高斯束偏移成像结果。

可选的，所述根据所述拟纵波相速度、所述拟横波相速度以及所述走时信息确定广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程以及基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程，具体包括：

根据公式

以及

确定广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程；其中，V_Pi为拟纵qP波群速度在i方向上的分量；i＝1,3；V_Si为拟横qSV波群速度在i方向上的分量；x_i为坐标，i表示方向，i＝1表示x方向，i＝3表示z方向；τ为检波点处的走时信息；p_Pi为qP波慢度在i方向的分量；p_Si为qSV波慢度在i方向的分量；v_P为qP波的相速度；v_S为qSV波的相速度；倾斜各向异性TTI介质中，v_P＝v_P0+v_P0*δ*sin²(θ-φ)cos²(θ-φ)+v_P0*ε*sin⁴(θ-φ)、v_S＝v_S0+v_S0*σ*sin²(θ-φ)cos²(θ-φ)；v_P0为纵波p波垂直速度；v_S0为横波s波垂直速度；ε和δ为Thomosen参数，

θ为相速度角，φ为对称轴与垂直方向的夹角；

根据公式dQ_PM/dτ＝A_MNQ_PN+B_MNP_PN、dP_PM/dτ＝-C_MNQ_PN-D_MNP_PN、dQ_SM/dτ＝A′_MNQ_SN+B′_MNP_SN以及dP_SM/dτ＝-C′_MNQ_SN-D′_MNP_SN确定基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程；其中，Q_PM，Q_PN，P_PM和P_PN表示qP波对应的复值的动力学射线参数；Q_SM，Q_SN，P_SM和P_SN表示qSV波对应的复值的动力学射线参数；A_MN，B_MN，C_MN，D_MN表示qP波对应的计算系数，A′_MN，B′_MN，C′_MN，D′_MN表示qSV波对应的计算系数。

可选的，所述根据所述射线路径、复值的动力学射线参数、初始速度场以及各向异性介质各向异性参数场确定震源位移波场，并用弹性动力学高斯束表示，具体包括：

利用公式

确定震源位移波场；其中，上标ν表示不同类型的波；Ψ^ν为不同类型波的复值常数；v^ν(s)为不同类型波的相速度，对于qP波，v^ν(s)为v_P(s)，对于qSV波，v^ν(s)为v_S(s)；ρ(s)为介质的密度；n为射线中心坐标系中垂直射线方向的距离；τ(s)为旅行时；P(s)和Q(s)为复值的动力学射线参数；e^ν为x处高斯束的极化矢量，对于qP波，

其中t为主分量，n为次分量；对于qSV波，

其中n为主分量，-t为次分量。

可选的，所述基于所述震源位移波场正向延拓，所述检波点处不同类型的接收波场反向延拓，利用所述弹性动力学高斯束确定单炮地震数据对应的成像值，具体包括：

利用弹性动力学高斯束确定x点处接收到的由x₀处v型波震源引起的位移矢量；

根据所述位移矢量确定高斯束正向延拓的波场以及高斯束反向延拓的弹性波位移场；

根据所述高斯束正向延拓的波场确定各向异性TTI介质反向延拓的弹性波位移波场；

根据高斯束反向延拓的弹性波位移场确定检波点束中心处出射的不同类型波的反向延拓的位移；

利用Clearbout成像法则，根据所述各向异性TTI介质反向延拓的弹性波位移波场以及所述反向延拓的位移，确定单炮地震数据对应的成像值。

一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像系统，包括：

参数获取模块，用于获取初始速度场、各向异性介质各向异性参数场以及各向异性介质弹性波地震记录；所述初始速度场用于获取射线追踪中所需的速度信息；所述各向异性介质各向异性参数场用于获取射线追踪中所需的各向异性参数信息；所述各向异性介质弹性波地震记录用于获取检波点处的走时信息；

相速度确定模块，用于根据所述速度信息以及所述各向异性参数信息确定拟纵波相速度以及拟横波相速度；

射线追踪方程确定模块，用于根据所述拟纵波相速度、所述拟横波相速度以及所述走时信息确定广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程以及基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程；

射线路径确定模块，用于根据所述广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程确定射线路径；

复值的动力学射线参数确定模块，用于根据所述基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程确定复值的动力学射线参数；

震源位移波场确定模块，用于根据所述射线路径、复值的动力学射线参数、初始速度场以及各向异性介质各向异性参数场确定震源位移波场，并用弹性动力学高斯束表示；

成像值确定模块，用于基于所述震源位移波场正向延拓，所述检波点处不同类型的接收波场反向延拓，利用所述弹性动力学高斯束确定单炮地震数据对应的成像值；所述成像值为纵波和转换波做互相关得到的成像值；

各向异性介质弹性波高斯束偏移成像结果确定模块，用于将所有所述单炮地震数据对应的成像值叠加计算，确定各向异性介质弹性波高斯束偏移成像结果。

可选的，所述射线追踪方程确定模块具体包括：

广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程确定单元，用于根据公式

以及

确定广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程；其中，V_Pi为拟纵qP波群速度在i方向上的分量；i＝1,3；V_Si为拟横qSV波群速度在i方向上的分量；x_i为坐标，i表示方向，i＝1表示x方向，i＝3表示z方向；τ为检波点处的走时信息；p_Pi为qP波慢度在i方向的分量；p_Si为qSV波慢度在i方向的分量；v_P为qP波的相速度；v_S为qSV波的相速度；倾斜各向异性TTI介质中，v_P＝v_P0+v_P0*δ*sin²(θ-φ)cos²(θ-φ)+v_P0*ε*sin⁴(θ-φ)、v_S＝v_S0+v_S0*σ*sin²(θ-φ)cos²(θ-φ)；v_P0为纵波p波垂直速度；v_S0为横波s波垂直速度；ε和δ为Thomosen参数，

θ为相速度角，φ为对称轴与垂直方向的夹角；

基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程确定单元，用于根据公式dQ_PM/dτ＝A_MNQ_PN+B_MNP_PN、dP_PM/dτ＝-C_MNQ_PN-D_MNP_PN、dQ_SM/dτ＝A′_MNQ_SN+B′_MNP_SN以及dP_SM/dτ＝-C′_MNQ_SN-D′_MNP_SN确定基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程；其中，Q_PM，Q_PN，P_PM和P_PN表示qP波对应的复值的动力学射线参数；Q_SM，Q_SN，P_SM和P_SN表示qSV波对应的复值的动力学射线参数；A_MN，B_MN，C_MN，D_MN表示qP波对应的计算系数，A′_MN，B′_MN，C′_MN，D′_MN表示qSV波对应的计算系数。

可选的，所述震源位移波场确定模块具体包括：

震源位移波场确定单元，用于利用公式

确定震源位移波场；其中，上标ν表示不同类型的波；Ψ^ν为不同类型波的复值常数；v^ν(s)为不同类型波的相速度，对于qP波，v^ν(s)为v_P(s)，对于qSV波，v^ν(s)为v_S(s)；ρ(s)为介质的密度；n为射线中心坐标系中垂直射线方向的距离；τ(s)为旅行时；P(s)和Q(s)为复值的动力学射线参数；e^ν为x处高斯束的极化矢量，对于qP波，

其中t为主分量，n为次分量；对于qSV波，

其中n为主分量，-t为次分量。

可选的，所述基于所述震源位移波场正向延拓，所述检波点处不同类型的接收波场反向延拓，利用所述弹性动力学高斯束确定单炮地震数据对应的成像值，具体包括：

位移矢量确定单元，用于利用弹性动力学高斯束确定x点处接收到的由x₀处v型波震源引起的位移矢量；

高斯束正向延拓的波场以及高斯束反向延拓的弹性波位移场确定单元，用于根据所述位移矢量确定高斯束正向延拓的波场以及高斯束反向延拓的弹性波位移场；

各向异性TTI介质反向延拓的弹性波位移波场确定单元，用于根据所述高斯束正向延拓的波场确定各向异性TTI介质反向延拓的弹性波位移波场；

反向延拓的位移确定单元，用于根据高斯束反向延拓的弹性波位移场确定检波点束中心处出射的不同类型波的反向延拓的位移；

单炮地震数据对应的成像值确定单元，用于利用Clearbout成像法则，根据所述各向异性TTI介质反向延拓的弹性波位移波场以及所述反向延拓的位移，确定单炮地震数据对应的成像值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了提供一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法及系统，利用相速度实现了各向异性介质中的弹性波高斯束偏移；弹性波高斯束偏移是一种有效的处理矢量波地震数据的成像方法，不仅具有较高的计算效率，还具有较好的成像精度，因此，提高了弹性波偏移计算效率；利用纵横波场信息进行成像，提高成像的分辨率，为非均质性复杂油气藏预测提供高质量的成像剖面。

同传统的标量波各向异性介质高斯束偏移成像方法相比，本发明所提供的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法及系统，通过推导各向异性介质弹性波高斯束成像公式，有效压制了非本型波引起的串扰，通过对纵波qPqP波和转换波qPqSV波分别成像，从不同角度对地下构造进行刻画，提高整体成像质量。

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1为本发明所提供的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法流程图；

图2为本发明所提供的VTI介质洼陷模型示意图；其中，图2(a)为本发明所提供的基于纵波速度v_P的VTI介质洼陷模型示意图；图2(b)为本发明所提供的基于横波速度v_S的VTI介质洼陷模型示意图；图2(c)为本发明所提供的基于各向异性参数ε的VTI介质洼陷模型示意图；图2(d)为本发明所提供的基于各向异性参数δ的VTI介质洼陷模型示意图；

图3为本发明所提供的洼陷模型的地震记录示意图；图3(a)为本发明所提供的洼陷模型的地震记录中x分量的示意图；图3(b)为本发明所提供的洼陷模型的地震记录中z分量的示意图；

图4为本发明所提供的弹性波高斯束深度偏移结果示意图；图4(a)为本发明所提供的运用各向同性介质算法得到的pp波深度偏移成像结果示意图；图4(b)为本发明所提供的运用各向同性介质算法得到的ps转换波深度偏移成像结果示意图，图4(c)为本发明所提供的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法得到的qPqP波深度偏移成像结果示意图、图4(d)为本发明所提供的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法得到的qPqSV转换波深度偏移成像结果示意图；

图5为本发明所提供的各向异性复杂构造模型示意图；图5(a)为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型纵波速度场(v_P)示意图、图5(b)为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型横波速度场(v_S)示意图、图5(c)为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型各向异性参数场(ε)示意图、图5(d)为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型各向异性参数场(δ)示意图、图5(e)为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型各向异性角度场

的模型示意图；

图6为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型地震记录示意图；图6(a)为本发明所提供的的各向异性TTI介质复杂构造模型地震记录中x分量的示意图；图6(b)为本发明所提供的的各向异性TTI介质复杂构造模型地震记录中z分量的示意图；

图7为本发明所提供的弹性波高斯束叠前深度偏移结果示意图；图7(a)为本发明所提供的运用各向同性介质算法得到的pp波叠前深度偏移成像结果示意图；图7(b)为本发明所提供的运用各向同性介质算法得到的ps转换波叠前深度偏移成像结果示意图；图7(c)为本发明所提供的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法得到的qPqP波叠前深度偏移成像结果示意图；图7(d)为本发明所提供的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法得到的qPqSV转换波叠前深度偏移成像结果示意图；图7(e)为本发明所提供的运用标量波成像方法得到的qPqP波叠前深度偏移成像结果示意图；图7(f)为本发明所提供的运用标量波成像方法得到的qPqSV转换波叠前深度偏移成像结果示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法及系统，以提高弹性波偏移计算效率，提高成像的分辨率，为非均质性复杂油气藏预测提供高质量的成像剖面；从不同角度对地下构造进行刻画，提高整体成像质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实现各向异性介质弹性波高斯束偏移的关键在于实现弹性波运动学和动力学射线追踪。本发明在前人推导出的声波的各向异性运动学和动力学射线追踪方程的基础上，进一步推导出适用于各向异性介质的弹性波射线追踪方程，并修改了动力学射线追踪方程相关系数，有效简化了运算。并推导出各向异性介质弹性波高斯束偏移成像公式和相应的权系数。本发明的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法通过以下步骤实现。

图1为本发明所提供的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法流程图，如图1所示，一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法，包括：

步骤101：获取初始速度场、各向异性介质各向异性参数场以及各向异性介质弹性波地震记录；所述初始速度场用于获取射线追踪中所需的速度信息；所述各向异性介质各向异性参数场用于获取射线追踪中所需的各向异性参数信息；所述各向异性介质弹性波地震记录用于获取检波点处的走时信息。

输入初始速度场，各向异性介质各向异性参数场和各向异性介质弹性波地震记录；

步骤102：根据所述速度信息以及所述各向异性参数信息确定拟纵波相速度以及拟横波相速度。

步骤103：根据所述拟纵波相速度、所述拟横波相速度以及所述走时信息确定广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程以及基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程。

利用各向异性介质弹性波运动学射线追踪方程，获得走时及射线路径；定义广义各向异性介质中弹性波运动学追踪方程：

式中：V_Pi，V_Si分别为拟纵波(quasi-compressional wave，qP)和拟横波(quasi-shear wave，qSV)群速度在i方向上的分量(i＝1,3)。v_P和v_S分别为qP波和qSV波的相速度。

本发明的方法中，进一步推导了各向异性介质中qP波和qSV波的相速度，倾斜各向异性(Titled Transversly Isotropic，TTI)介质中，有如下表达式：

v_P＝v_P0+v_P0*δ*sin²(θ-φ)cos²(θ-φ)+v_P0*ε*sin⁴(θ-φ) (3a)

v_S＝v_S0+v_S0*σ*sin²(θ-φ)cos²(θ-φ) (3b)

式中，v_P0和v_S0分别为p波和s波垂直速度，ε和δ为Thomosen参数，

θ为相速度角，

为对称轴与垂直方向的夹角。

步骤104：根据所述广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程确定射线路径。

步骤105：根据所述基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程确定复值的动力学射线参数。

将式(3)代入到式(1)、式(2)中，并令i分别等于1和3，其中，i＝1表示x,i＝3表示z，可以得到式(4)和式(5)：

式中，p_Px和p_Pz分别为qP波对应的慢度p_P在x和z轴方向上的分量，p_Sx和p_Sz分别为qP波对应的慢度p_S在x和z轴方向上的分量；求解式(4)和式(5)后，可以分别得到qP波和qSV波走时τ及对应的射线路径(x,z)；V_P，V_S分别为qP波和qSV波群速度，Φ_P，Φ_S分别为qP波和qSV波群速度角，其中：

Φ_P＝θ+2*sin(θ-φ)*cos(θ-φ)*(δ+2*ε*sin²(θ-φ)-2*δ*sin²(θ-φ)) (6a)

Φ_S＝θ+2σsin(θ-φ)cosθ(cos²(θ-φ)-sin²(θ-φ)) (6b)

步骤106：根据所述射线路径、复值的动力学射线参数、初始速度场以及各向异性介质各向异性参数场确定震源位移波场，并用弹性动力学高斯束表示。

利用各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程，获得复值的动力学射线参数，并用于高斯束计算。

对于各向异性介质来说，本发明中将传统的纵波射线追踪算法进一步扩展为弹性波射线追踪算法，可以得到射线中心坐标系下各向异性弹性波动力学射线追踪方程如下：

式中，Q_PM，Q_PN，P_PM和P_PN表示qP波对应的复值的动力学射线参数，Q_SM，Q_SN，P_SM和P_SN表示qSV波对应的复值的动力学射线参数；A_MN，B_MN，C_MN，D_MN表示qP波对应的计算系数，A′_MN，B′_MN，C′_MN，D′_MN表示qSV波对应的计算系数，得到如下所示的相关系数表达式：

其中，q_PM和q_SM分别为qP波和qSV波对应的射线参数，y表示坐标轴，下标M和N表示二维射线中心坐标系下坐标轴的方向，V_PN为射线中心坐标系中qP波对应的群速度矢量V_P在N方向的分量，V_SN为射线中心坐标系中qSV波对应的群速度矢量V_S在N方向的分量，将式(8)带入式(7)中，得出复值的动力学射线参数。

将震源波场和束中心处波场通过高斯束来表示，进一步得到各向异性介质中射线中心坐标系下，由原点x₀出射，且经过计算点x的高斯束位移矢量表达式：

式中，上标ν表示不同类型的波，分别指qP波和qSV波；Ψ^ν为不同类型波的复值常数；v^ν(s)为不同类型波的相速度；ρ(s)为介质的密度；n为射线中心坐标系中垂直射线方向的距离；对于qP波，v^ν(s)为v_P(s)，对于qSV波，v^ν(s)为v_S(s)；τ(s)为旅行时；P(s)和Q(s)为复值的动力学射线参数。e^ν为x处高斯束的极化矢量，对于qP波，

其中t为主分量，n为次分量；对于qSV波，

其中n为主分量，-t为次分量。

步骤107：基于所述震源位移波场正向延拓，所述检波点处不同类型的接收波场反向延拓，利用所述弹性动力学高斯束确定单炮地震数据对应的成像值；所述成像值为纵波和转换波做互相关得到的成像值。

震源波场正向延拓，检波点处不同类型的接收波场反向延拓，并做互相关得到成像值。

假设

为x点处接收到的由x₀处v型波震源引起位移矢量，利用弹性动力学高斯束，可以将其通过一系列x₀点以不同出射角出射的高斯束的叠加积分来表示：

其中：p_x(x₀)，p_z(x₀)分别为高斯束在x₀处射线参数的水平和垂直分量；ψ^ν为权系数，有：

其中，ω_r为高斯束的参考频率；ω₀为高斯束的初始宽度。

将震源位移波场通过弹性波动力学高斯束表示，可得到高斯束正向延拓的波场公式：

根据Pao推导的不均匀各向异性介质弹性波Kirchhoff-Helmholtz积分方程，得到反向延拓的弹性波位移场u_m(x,x_r,ω)为：

式中，u_i(x_r,ω)为震源x_s处激发，x_r处接收的弹性波地震记录；*表示复值共轭；G(x,x_r,ω)表示位移格林张量；G_im(x,x_r,ω)为x_r处在i方向单位体力引起的x处位移在m方向的分量；t_i(x_r,ω)为x_r处应力；∑_im(x,x_r,ω)为应力格林张量；

其中，

为v型波的格林函数；n_j为x_r处沿外法线方向的单位矢量；C_ijkl为刚度系数，i＝1,3；j＝1,3；k＝1,3；l＝1,3。

格林函数偏导数的近似解为：

其中，

为不同类型波对应的初始慢度；

为格林函数，可用弹性动力学高斯束表征为如下形式：

假设S波自由地表时，在自由应力边界条件下，可知：t_i(x_r,ω)＝0,x_r∈S(z＝0)，可将式(12)简化为：

将式(14)、式(15)、式(16)代入式(17)，各向异性TTI介质反向延拓的弹性波位移波场表示为：

其中，权系数

具有以下形式：

式中，C₁₃，C₁₅，C₃₃，C₃₅，C₅₅为弹性参数，

为x_r处不同类型波对应的x方向上的极性矢量，

为x_r处不同类型波对应的z方向上的极性矢量。

得到x_L处出射的不同类型波的反向延拓的位移公式：

式中，ΔL为其水平间隔；N_L为高斯窗的数目；

分别为不同类型波在水平和垂直方向上的慢度矢量的分量；

为不同波型多分量地震记录的加窗局部倾斜叠加，

为权系数。

根据Clearbout成像法则，结合式(20)所示的反向延拓的波场公式，可以得到各向异性介质qPqP波及qPqSV波互相关成像公式：

式中，I_qPqP为qPqP波单炮成像值；I_qPqSV为qPqSV波单炮成像值，α入射角，sgn(α)为符号函数，权系数

步骤108：将所有所述单炮地震数据对应的成像值叠加计算，确定各向异性介质弹性波高斯束偏移成像结果。

通过对所有的成像值加得到最终的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像结果。

为了说明本发明中方法的正确性和有效性，本发明采用各向异性VTI介质洼陷模型进行偏移成像测试。

其中，图2为本发明所提供的VTI介质洼陷模型示意图，图3为本发明所提供的洼陷模型的地震记录示意图，图4为本发明所提供的弹性波高斯束深度偏移结果示意图。

同时，为了验证本发明中的基于相速度的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法对复杂地质模型的有效性和适应性，采用各向异性TTI介质复杂构造模型进行偏移成像试算。其中，图5为本发明所提供的各向异性复杂构造模型示意图，图6为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型地震记录示意图，图7为本发明所提供的弹性波高斯束叠前深度偏移结果示意图。

1)VTI介质洼陷模型试算。如图2所示，图2(a)为本发明所提供的基于纵波速度v_P的VTI介质洼陷模型示意图；图2(b)为本发明所提供的基于横波速度v_S的VTI介质洼陷模型示意图；图2(c)为本发明所提供的基于各向异性参数ε的VTI介质洼陷模型示意图；图2(d)为本发明所提供的基于各向异性参数δ的VTI介质洼陷模型示意图。该模型网格大小为1801*301，纵横向网格间隔为10m*10m。利用弹性波高斯束正演模拟方法得到图3所示的地震记录，图3(a)为本发明所提供的洼陷模型的地震记录中x分量的示意图；图3(b)为本发明所提供的洼陷模型的地震记录中z分量的示意图；采样时间为3s，采样间隔为1ms；采用中间放炮方式，每炮201道接收，共281炮，道间隔10m。

图4(a)为本发明所提供的运用各向同性介质算法得到的pp波深度偏移成像结果示意图；图4(b)为本发明所提供的运用各向同性介质算法得到的ps转换波深度偏移成像结果示意图，图4(c)为本发明所提供的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法得到的qPqP波深度偏移成像结果示意图、图4(d)为本发明所提供的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法得到的qPqSV转换波深度偏移成像结果示意图；由此可知，由于忽略各向异性的影响，各向同性高斯束叠前深度偏移不能使反射波准确归位，而本发明中的各向异性高斯束叠前深度偏移的归位准确，成像效果比较好。

2)各向异性TTI介质复杂构造模型试算。该模型网格大小为1201*300，纵横向网格间隔为10m*10m；合成数据共181炮，炮间距为10m；道间隔为10m；采样时间为3s，采样点数为3001，时间采样间隔为1ms。该模型采用了中间放炮的方式。图5(a)为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型纵波速度场(v_P)示意图、图5(b)为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型横波速度场(v_S)示意图、图5(c)为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型各向异性参数场(ε)示意图、图5(d)为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型各向异性参数场(δ)示意图、图5(e)为本发明所提供的各向异性TTI介质复杂构造模型各向异性角度场

的模型示意图。

图6(a)为本发明所提供的的各向异性TTI介质复杂构造模型地震记录中x分量的示意图；图6(b)为本发明所提供的的各向异性TTI介质复杂构造模型地震记录中z分量的示意图。

图7(a)为本发明所提供的运用各向同性介质算法得到的pp波叠前深度偏移成像结果示意图；图7(b)为本发明所提供的运用各向同性介质算法得到的ps转换波叠前深度偏移成像结果示意图；图7(c)为本发明所提供的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法得到的qPqP波叠前深度偏移成像结果示意图；图7(d)为本发明所提供的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法得到的qPqSV转换波叠前深度偏移成像结果示意图；图7(e)为本发明所提供的运用标量波成像方法得到的qPqP波叠前深度偏移成像结果示意图；图7(f)为本发明所提供的运用标量波成像方法得到的qPqSV转换波叠前深度偏移成像结果示意图。

由图7可知，与各向同性介质弹性波高斯束偏移方法相比，运用本发明中的各向异性TTI介质弹性波高斯束偏移成像方法得到的成像结果，能量聚焦性好，信噪比高，同相轴连续性好，构造位置更加准确；而运用各向同性方法得到的成像结果，由于忽略各向异性影响，构造成像位置不准确，同相轴能量聚焦性不够理想，水平同相轴出现上翘的假象，而底部的同相轴受倾斜角度的影响，连续性不好，同相轴位置出现上移的假象，整体成像质量比较低。

对比图7(c)、图7(d)可知，qPqP波成像结果同相轴能量强于qPqSV转换波的同相轴能量，但由于反射qP波比反射qSV波的反射角大，导致检波器接收到的反射qSV波的范围更广，因而qPqSV波成像结果范围更大，由于在qPqSV转换波成像中综合考虑了纵横波波场信息，qPqSV转换波的结果在分辨率方面优于qPqP波成像结果。

对比图7(c)、图7(d)、图7(e)、图7(f)可以发现，弹性各向异性介质中，使用标量波成像条件得到的成像结果，qPqSV波成像存在串扰干扰；本发明中的方法成像中使用权函数，有效压制了非本型波引起的串扰，整体成像剖面质量高；各向异性VTI介质洼陷模型的试算结果说明了本发明中方法的正确性和有效性。

本发明的基于相速度的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法，具有其他方法不具备的优势，其具体优势和特点表现在以下几个方面：

一、本发明中的方法利用相速度实现了各向异性介质中的弹性波高斯束偏移。该方法可以利用矢量波地震数据实现各向异性介质弹性波偏移成像方法，其可以使用多分量地震记录，利用纵横波场信息进行成像，提高成像的分辨率，为非均质性复杂油气藏预测提供高质量的成像剖面。

二、同传统的标量波各向异性介质高斯束偏移成像方法相比，本发明中的方法，通过推导各向异性介质弹性波高斯束成像公式，成像中使用权函数，有效压制了非本型波引起的串扰，通过对qPqP波和qPqSV波分别成像，从不同角度对地下构造进行刻画，提高整体成像质量。

弹性波高斯束偏移是一种有效的处理矢量波地震数据的成像方法，它不仅具有较高的计算效率，还具有较好的成像精度。本发明的方法

本发明在推导出各向异性介质纵横波相速度表达式，并进一步推导出适用于各向异性介质的弹性波射线追踪方程，并修改了动力学射线追踪方程相关系数，有效简化了运算。并推导出各向异性介质弹性波高斯束偏移成像公式和相应的权系数，实现了一种基于相速度的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法。该方法是一种处理各向异性矢量波地震数据的成像方法，成像中通过权系数，有效压制了非本型波引起的串扰问题，获得了较为理想的qPqP波和qPqSV波成像剖面。通过利用纵横波波场和各向异性参数场信息，有效提高成像的质量，为非均质性复杂油气藏预测提供高质量的成像剖面。该发明可以促进地震勘探中的各向异性弹性波成像方法研究，可以为复杂介质多分量数据处理打下更多基础。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法，其特征在于，包括：

获取初始速度场、各向异性介质各向异性参数场以及各向异性介质弹性波地震记录；所述初始速度场用于获取射线追踪中所需的速度信息；所述各向异性介质各向异性参数场用于获取射线追踪中所需的各向异性参数信息；所述各向异性介质弹性波地震记录用于获取检波点处的走时信息；

根据所述速度信息以及所述各向异性参数信息确定拟纵波相速度以及拟横波相速度；

根据所述拟纵波相速度、所述拟横波相速度以及所述走时信息确定广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程以及基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程；

根据所述广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程确定射线路径；

根据所述基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程确定复值的动力学射线参数；

根据所述射线路径、复值的动力学射线参数、初始速度场以及各向异性介质各向异性参数场确定震源位移波场，并用弹性动力学高斯束表示；所述根据所述射线路径、复值的动力学射线参数、初始速度场以及各向异性介质各向异性参数场确定震源位移波场，并用弹性动力学高斯束表示，具体包括：利用

确定震源位移波场；

其中，x₀为原点；上标ν表示不同类型的波；Ψ^ν为不同类型波的复值常数；v^ν(s)为不同类型波的相速度，对于qP波，v^ν(s)为v_P(s)，对于qSV波，v^ν(s)为v_S(s)；ρ(s)为介质的密度；n为射线中心坐标系中垂直射线方向的距离；τ(s)为旅行时；P(s)和Q(s)为复值的动力学射线参数；e^ν为x处高斯束的极化矢量，对于qP波，

其中t为主分量，n为次分量；对于qSV波，

其中n为主分量，-t为次分量；

基于所述震源位移波场正向延拓，所述检波点处不同类型的接收波场反向延拓，利用所述弹性动力学高斯束确定单炮地震数据对应的成像值；所述成像值为纵波和转换波做互相关得到的成像值；

将所有所述单炮地震数据对应的成像值叠加计算，确定各向异性介质弹性波高斯束偏移成像结果。

2.根据权利要求1所述的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法，其特征在于，所述根据所述拟纵波相速度、所述拟横波相速度以及所述走时信息确定广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程以及基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程，具体包括：

根据公式

以及

确定广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程；其中，V_Pi为拟纵qP波群速度在i方向上的分量；i＝1,3；V_Si为拟横qSV波群速度在i方向上的分量；x_i为坐标，i表示方向，i＝1表示x方向，i＝3表示z方向；τ为检波点处的走时信息；p_Pi为qP波慢度在i方向的分量；p_Si为qSV波慢度在i方向的分量；v_P为qP波的相速度；v_S为qSV波的相速度；倾斜各向异性TTI介质中，

v_P＝v_P0+v_P0*δ*sin²(θ-φ)cos²(θ-φ)+v_P0*ε*sin⁴(θ-φ)、v_S＝v_S0+v_S0*σ*sin²(θ-φ)cos²(θ-φ)；v_P0为纵波P波垂直速度；v_S0为横波S波垂直速度；ε和δ为Thomosen参数，

θ为相速度角，φ为对称轴与垂直方向的夹角；

根据公式dQ_PM/dτ＝A_MNQ_PN+B_MNP_PN、dP_PM/dτ＝-C_MNQ_PN-D_MNP_PN、dQ_SM/dτ＝A′_MNQ_SN+B′_MNP_SN以及dP_SM/dτ＝-C′_MNQ_SN-D′_MNP_SN确定基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程；其中，Q_PM，Q_PN，P_PM和P_PN表示qP波对应的复值的动力学射线参数；Q_SM，Q_SN，P_SM和P_SN表示qSV波对应的复值的动力学射线参数；A_MN，B_MN，C_MN，D_MN表示qP波对应的计算系数，A′_MN，B′_MN，C′_MN，D′_MN表示qSV波对应的计算系数。

3.根据权利要求2所述的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像方法，其特征在于，所述基于所述震源位移波场正向延拓，所述检波点处不同类型的接收波场反向延拓，利用所述弹性动力学高斯束确定单炮地震数据对应的成像值，具体包括：

利用弹性动力学高斯束确定x点处接收到的由x₀处v型波震源引起的位移矢量；

根据所述位移矢量确定高斯束正向延拓的波场以及高斯束反向延拓的弹性波位移场；

根据所述高斯束正向延拓的波场确定各向异性TTI介质反向延拓的弹性波位移波场；

根据高斯束反向延拓的弹性波位移场确定检波点束中心处出射的不同类型波的反向延拓的位移；

利用Clearbout成像法则，根据所述各向异性TTI介质反向延拓的弹性波位移波场以及所述反向延拓的位移，确定单炮地震数据对应的成像值。

4.一种各向异性介质弹性波高斯束偏移成像系统，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于获取初始速度场、各向异性介质各向异性参数场以及各向异性介质弹性波地震记录；所述初始速度场用于获取射线追踪中所需的速度信息；所述各向异性介质各向异性参数场用于获取射线追踪中所需的各向异性参数信息；所述各向异性介质弹性波地震记录用于获取检波点处的走时信息；

相速度确定模块，用于根据所述速度信息以及所述各向异性参数信息确定拟纵波相速度以及拟横波相速度；

射线追踪方程确定模块，用于根据所述拟纵波相速度、所述拟横波相速度以及所述走时信息确定广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程以及基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程；

射线路径确定模块，用于根据所述广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程确定射线路径；

复值的动力学射线参数确定模块，用于根据所述基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程确定复值的动力学射线参数；

震源位移波场确定模块，用于根据所述射线路径、复值的动力学射线参数、初始速度场以及各向异性介质各向异性参数场确定震源位移波场，并用弹性动力学高斯束表示；所述震源位移波场确定模块具体包括：震源位移波场确定单元，用于利用公式

确定震源位移波场；其中，x₀为原点；上标ν表示不同类型的波；Ψ^ν为不同类型波的复值常数；v^ν(s)为不同类型波的相速度，对于qP波，v^ν(s)为v_P(s)，对于qSV波，v^ν(s)为v_S(s)；ρ(s)为介质的密度；n为射线中心坐标系中垂直射线方向的距离；τ(s)为旅行时；P(s)和Q(s)为复值的动力学射线参数；e^ν为x处高斯束的极化矢量，对于qP波，

其中t为主分量，n为次分量；对于qSV波，

其中n为主分量，-t为次分量；

成像值确定模块，用于基于所述震源位移波场正向延拓，所述检波点处不同类型的接收波场反向延拓，利用所述弹性动力学高斯束确定单炮地震数据对应的成像值；所述成像值为纵波和转换波做互相关得到的成像值；

各向异性介质弹性波高斯束偏移成像结果确定模块，用于将所有所述单炮地震数据对应的成像值叠加计算，确定各向异性介质弹性波高斯束偏移成像结果。

5.根据权利要求4所述的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像系统，其特征在于，所述射线追踪方程确定模块具体包括：

广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程确定单元，用于根据公式

以及

确定广义各向异性介质中弹性波运动学射线追踪方程；其中，V_Pi为拟纵qP波群速度在i方向上的分量；i＝1,3；V_Si为拟横qSV波群速度在i方向上的分量；x_i为坐标，i表示方向，i＝1表示x方向，i＝3表示z方向；τ为检波点处的走时信息；p_Pi为qP波慢度在i方向的分量；p_Si为qSV波慢度在i方向的分量；v_P为qP波的相速度；v_S为qSV波的相速度；倾斜各向异性TTI介质中，

v_P＝v_P0+v_P0*δ*sin²(θ-φ)cos²(θ-φ)+v_P0*ε*sin⁴(θ-φ)、v_S＝v_S0+v_S0*σ*sin²(θ-φ)cos²(θ-φ)；v_P0为纵波P波垂直速度；v_S0为横波S波垂直速度；ε和δ为Thomosen参数，

θ为相速度角，φ为对称轴与垂直方向的夹角；

基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程确定单元，用于根据公式dQ_PM/dτ＝A_MNQ_PN+B_MNP_PN、dP_PM/dτ＝-C_MNQ_PN-D_MNP_PN、dQ_SM/dτ＝A′_MNQ_SN+B′_MNP_SN以及dP_SM/dτ＝-C′_MNQ_SN-D′_MNP_SN确定基于相速度的各向异性介质弹性波动力学射线追踪方程；其中，Q_PM，Q_PN，P_PM和P_PN表示qP波对应的复值的动力学射线参数；Q_SM，Q_SN，P_SM和P_SN表示qSV波对应的复值的动力学射线参数；A_MN，B_MN，C_MN，D_MN表示qP波对应的计算系数，A′_MN，B′_MN，C′_MN，D′_MN表示qSV波对应的计算系数。

6.根据权利要求5所述的各向异性介质弹性波高斯束偏移成像系统，其特征在于，所述基于所述震源位移波场正向延拓，所述检波点处不同类型的接收波场反向延拓，利用所述弹性动力学高斯束确定单炮地震数据对应的成像值，具体包括：

位移矢量确定单元，用于利用弹性动力学高斯束确定x点处接收到的由x₀处v型波震源引起的位移矢量；

高斯束正向延拓的波场以及高斯束反向延拓的弹性波位移场确定单元，用于根据所述位移矢量确定高斯束正向延拓的波场以及高斯束反向延拓的弹性波位移场；

各向异性TTI介质反向延拓的弹性波位移波场确定单元，用于根据所述高斯束正向延拓的波场确定各向异性TTI介质反向延拓的弹性波位移波场；

反向延拓的位移确定单元，用于根据高斯束反向延拓的弹性波位移场确定检波点束中心处出射的不同类型波的反向延拓的位移；

单炮地震数据对应的成像值确定单元，用于利用Clearbout成像法则，根据所述各向异性TTI介质反向延拓的弹性波位移波场以及所述反向延拓的位移，确定单炮地震数据对应的成像值。

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