CN110133723A - 一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法，包括：输入偏移速度场、品质因子模型和实际观测炮记录，并建立观测系统；将实际观测的炮记录分离成一次波、一阶多次波、二阶多次波直至n阶多次波；计算震源一次正传波场和一次反传波场，并计算一次波成像结果；计算震源一阶多次波正传波场和一阶多次波反传波场，并计算一阶多次波成像结果；计算出二阶多次波、三阶多次波直至n阶多次波的成像结果；计算联合一次波和多次波的成像结果；输出成像最终的成像结果。本发明沿着多次波的传播路径，在震源波场正向延拓和检波点波场反向延拓过程中均对衰减进行补偿，并引入稳定性算子克服在衰减补偿过程中高频成分指数增长引起的不稳定。

Description

一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法和系统

技术领域

本发明涉及地震资料处理技术领域，尤其涉及一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法和系统。

背景技术

目前，地震资料尤其是在海洋地震资料中发育着丰富的多次波，相比于一次波，多次波的传播路径更长、照明区域更广，且在地下传播反射角更小，垂直分辨率更高。因此，需要充分利用多次波而不是直接压制多次波。但地下介质，特别是深海环境中存在明显黏弹性，而多次波因传播路径长，受黏弹性的影响更为严重，需要在成像过程中对黏弹性的影响进行校正。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法和系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法，包括以下步骤：

(1)输入偏移速度场、品质因子模型和实际观测炮记录，并建立观测系统；

(2)将实际观测的炮记录分离成一次波、一阶多次波、二阶多次波直至n阶多次波；

(3)计算震源一次正传波场和一次反传波场，并计算一次波成像结果；

(4)计算震源一阶多次波正传波场和一阶多次波反传波场，并计算一阶多次波成像结果；

(5)计算出二阶多次波、三阶多次波直至n阶多次波的成像结果；

(6)计算联合一次波和多次波的成像结果；

(7)输出成像最终的成像结果。

进一步地，步骤(2)中，将实际观测的炮记录分离成一次波一阶多次波二阶多次波直至n阶多次波

进一步地，步骤(3)中，黏声介质震源一次正传波场由下式求得：

其中，p₀为黏声介质震源一次正传波场；v为速度；t为时间；表示拉普拉斯算子；σ为稳定化算子；F为震源；τ为与品质因子有关的参数；

黏声介质震源一次反传波场由下式求得：

其中，T为记录时间，为黏声介质震源一次反传波场；

黏声一次波成像结果由下式求得：

其中，I₀为黏声一次波成像结果；x为空间坐标。

进一步地，与品质因子有关的参数τ，由下式求得：

其中，τ_ε和τ_σ分别为应力松弛时间和应变松弛时间，可由下式求得

其中，ω表示角频率，Q为品质因子。

进一步地，步骤(4)中，黏声介质震源一阶多次波正传波场由下式求得：

其中，x_r为检波点处的空间坐标；再以p₀(x_r,t)为震源，计算一阶多次波场p₁(x,t)：

黏声介质震源一阶多次波反传波场由下式求得：

其中，为黏声介质震源一阶多次反传波场，黏声一阶多次波成像结果由下式求得：

其中，I₁为黏声一阶多次波成像结果。

进一步地，步骤(5)中，黏声介质震源n阶多次波正传波场由下式求得：

其中，p_n-1和p_n分别为黏声介质震源n-1阶和n阶多次波正传波场，I_n为黏声n阶多次波的成像结果；

黏声介质震源n阶多次波反传波场由下式求得：

其中，和分别为黏声介质震源n-1阶和n阶多次反传波场；

黏声一阶多次波成像结果由下式求得：

进一步地，步骤(6)中，联合一次波和多次波的成像结果：

其中，I为黏声一次波和多次波的联合成像结果。

本发明的有益效果是，

(1)能够实现一次波及分阶多次波的分离成像，并在成像过程中对黏声介质的Q进行准确补偿，并实现黏声介质的一次波和多次波的联合成像，该成像既补偿了Q，又压制了一次波和多次波成像的串扰成像假象，而且充分利用了传统一次波的成像能量优势及不同阶多次波在成像范围及分辨率上的优势，实现一举多得，得到高质量的成像结果。

(2)沿着多次波的传播路径，在震源波场正向延拓和检波点波场反向延拓过程中均对衰减进行补偿，并引入稳定性算子克服在衰减补偿过程中高频成分指数增长引起的不稳定；最后，利用分阶次的多次波及一次波进行联合黏声介质成像，充分利用全波场信息。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明使用的Sigsbee2B衰减介质模型：

图中，(a)速度模型，(b)Q模型；

图3为本发明输入的实际炮记录及分离的不同阶次炮记录：

图中，(a)未分离的炮记录，(b)一次波记录，(c)一阶多次波记录，(d)二阶多次波记录；

图4为成像结果：

图中，(a)传统黏声RTM的成像结果，(b)传统声波的成像结果，(c)黏声一次波的成像结果，(d)声波一次波的成像结果，(e)黏声多次波的成像结果，(f)声波多次波的成像结果；

图5为一次波和分阶多次波联合成像结果：

其中，(a)本发明联合成像结果；(b)未Q补偿的声波联合成像结果；(c)标准成像结果；

图6为波数谱和波形曲线；

图7为本发明的实施方式中一种新的黏声一次波与分阶多次波联合成像系统的结构示意图。

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。

如图1所示，一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法，包括以下步骤：

(1)输入偏移速度场、品质因子模型和实际观测炮记录，并建立观测系统。

(2)将实际观测的炮记录分离成一次波、一阶多次波、二阶多次波直至n阶多次波；将实际观测的炮记录分离成一次波一阶多次波二阶多次波直至n阶多次波

(3)计算震源一次正传波场和一次反传波场，并计算一次波成像结果。

Q补偿的黏声拟微分方程为：

其中，p为黏声介质震源波场；v为速度；t为时间；表示拉普拉斯算子τ为与品质因子有关的参数，由下式求得：

其中，τ_ε和τ_σ分别为应力松弛时间和应变松弛时间，可由下式求得

其中，ω表示角频率，Q为品质因子。

下面，我们定义算子则方程(3.2)可以写为：

然后我们定义，

并引入一个中间波场q，

q(x,t)＝Λ_tp(x,t) (3.7)

其中，x分空间坐标。将方程(3.7)代入方程(3.5)得

整理方程(3.8)可得：

从式(3.9)可以看出，经过改造后，方程的形式类似与声波方程。则黏声介质Q补偿的波动方程(3.1)可以改写为：

为了压制波场Q补偿过程中的高频不稳定，对该方程进行改造，引入一个规则化项，方程(3.10)修改为：

其中，σ是稳定化参数。

将方程组(3.8)两个方程合并并化简整理可得：

将代入式(3.12)得：

数值求解式(3.13)时可采用高阶有限差分方法，分数阶拉普拉斯算子项(衰减项)可在波数域处理。在这里采用时间二阶，空间2M阶的有限差分格式，具体的离散形式如下：

其中，Δt为时间采样间隔,Δx和Δz分别为水平分量和垂直分量的网格间隔。波场p的上标表示时间，下标表示空间坐标，k是波数，F和F^-1分别为傅里叶变换和傅里叶反变换，c是差分系数。

p的空间偏导数也可以在波数域求解：

通过上述推导可得，黏声介质震源一次正传波场，由下式求得：

其中，p₀为黏声介质震源一次正传波场，v为速度，t为时间，表示拉普拉斯算子，σ为稳定化算子，F为震源，τ为与品质因子有关的参数。

黏声介质震源一次反传波场由下式求得：

其中，T为记录时间，为黏声介质震源一次反传波场。

黏声一次波成像结果由下式求得：

其中，I₀为黏声一次波成像结果；x为空间坐标。

(4)计算震源一阶多次波正传波场和一阶多次波反传波场，并计算一阶多次波成像结果。

基于伯恩近似理论，参数扰动能够引起波场的扰动p’，背景波场p₀可由下式确定：

其中，v₀为背景速度。采用泰勒展开近似得到：

其中，O(δv)表示v的高阶项。

方程(3.13)减去(4.1)得，

我们定义反射系数模型为：

将方程(4.4)带入方程(4.3)并忽略高阶项可得黏声介质震源一阶多次波正传波场，由下式求得：

其中，x_r为检波点处的空间坐标，再以p₀(x_r,t)为震源，计算一阶多次波场p₁(x,t)，

黏声介质震源一阶多次波反传波场，由下式求得：

其中，为黏声介质震源一阶多次反传波场，黏声一阶多次波成像结果由下式求得：

其中，I₁为黏声一阶多次波成像结果。

(5)计算出二阶多次波、三阶多次波直至n阶多次波的成像结果。

黏声介质震源n阶多次波正传波场，由下式求得：

其中，p_n-1和p_n分别为黏声介质震源n-1阶和n阶多次波正传波场，I_n为黏声n阶多次波的成像结果；

黏声介质震源n阶多次波反传波场，由下式求得：

其中，和分别为黏声介质震源n-1阶和n阶多次反传波场；

黏声一阶多次波成像结果由下式求得：

(6)计算联合一次波和多次波的成像结果。

联合一次波和多次波的成像结果为：

其中，I为黏声一次波和多次波的联合成像结果。

(7)输出成像最终的成像结果。

本发明，沿着多次波的传播路径，在震源波场正向延拓和检波点波场反向延拓过程中均对衰减进行补偿，并引入稳定性算子克服在衰减补偿过程中高频成分指数增长引起的不稳定；最后，利用分阶次的多次波及一次波进行联合黏声介质成像，充分利用全波场信息。

实施例

将本发明应用于Sigsbee2B衰减介质模型数据，取得了理想的计算效果。

输入偏移速度场(图2a)、品质因子模型(图2b)和实际观测炮记录(图3a)，并建立观测系统；将实际观测的炮记录分离成一次波(图3b)、一阶多次波(图3c)、二阶多次波(图3d)直至n阶多次波；计算震源一次正传波场和一次反传波场，并计算一次波成像结果(图4c)；计算震源一阶多次波正传波场和一阶多次波反传波场，并计算一阶多次波成像结果；计算出二阶多次波、三阶多次波直至n阶多次波的成像结果；图4a所示的为传统黏声成像结果，图4e为黏声多次波成像结果。

作为对比，给出传统声波成像结果(图4b)、声波一次波成像结果(图4d)及声波多次波成像结果(4f)，从图中可以看出，黏声的Q影响得到了很好地补偿；计算联合一次波和多次波的成像结果，如图(5a)所示，该成像结果既补偿了Q(未补偿的成像结果如图5b所示)，又压制了一次波和多次波成像的串扰成像假象，而且充分利用了传统一次波的成像能量优势及不同阶多次波在成像范围及分辨率上的优势，该发明得到了与理想结果(图5c)相类似的结果，该结果从波数谱和波形曲线中也可以证明这一点；输出成像最终的成像结果。

本发明还公开了一种黏声一次波与分阶多次波联合成像系统，如图6所示，包括如下模块：

(1)输入模块，输入偏移速度场、品质因子模型和实际观测炮记录，并建立观测系统；

(2)炮记录分离模块，将实际观测的炮记录分离成一次波、一阶多次波、二阶多次波直至n阶多次波；

(3)正演模拟模块，计算震源一次正传波场；

(4)波场反传模块，计算一次反传波场，并计算一次波成像结果；

(5)伯恩近似正演模块，计算震源一阶多次波正传波场和一阶多次波反传波场；

(6)多次波成像模块，计算一阶多次波成像结果并计算出二阶多次波、三阶多次波直至n阶多次波的成像结果；

(7)联合成像模块，计算联合一次波和多次波的成像结果；

(8)输出模块，输出成像最终的成像结果。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)输入偏移速度场、品质因子模型和实际观测炮记录，并建立观测系统；

(2)将实际观测的炮记录分离成一次波、一阶多次波、二阶多次波直至n阶多次波；

(3)计算震源一次正传波场和一次反传波场，并计算一次波成像结果；

(4)计算震源一阶多次波正传波场和一阶多次波反传波场，并计算一阶多次波成像结果；

(5)计算出二阶多次波、三阶多次波直至n阶多次波的成像结果；

(6)计算联合一次波和多次波的成像结果；

(7)输出成像最终的成像结果。

2.如权利要求1所述的一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法，其特征在于，步骤(2)中，将实际观测的炮记录分离成一次波一阶多次波二阶多次波直至n阶多次波

3.如权利要求1所述的一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法，其特征在于，步骤(3)中，黏声介质震源一次正传波场由下式求得：

其中，p₀为黏声介质震源一次正传波场；v为速度；t为时间；表示拉普拉斯算子；σ为稳定化算子；F为震源；τ为与品质因子有关的参数；

黏声介质震源一次反传波场由下式求得：

其中，T为记录时间，为黏声介质震源一次反传波场；

黏声一次波成像结果由下式求得：

其中，I₀为黏声一次波成像结果，x为空间坐标。

4.如权利要求1所述的一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法，其特征在于，

与品质因子有关的参数τ，由下式求得：

其中，τ_ε和τ_σ分别为应力松弛时间和应变松弛时间，可由下式求得

其中，ω表示角频率，Q为品质因子。

5.如权利要求1所述的一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法，其特征在于，步骤(4)中，黏声介质震源一阶多次波正传波场由下式求得：

其中，x_r为检波点处的空间坐标；再以p₀(x_r,t)为震源，计算一阶多次波场p₁(x,t)：

黏声介质震源一阶多次波反传波场由下式求得：

其中，为黏声介质震源一阶多次反传波场，黏声一阶多次波成像结果由下式求得：

其中，I₁为黏声一阶多次波成像结果。

6.如权利要求1所述的一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法，其特征在于，步骤(5)中，黏声介质震源n阶多次波正传波场由下式求得：

其中，p_n-1和p_n分别为黏声介质震源n-1阶和n阶多次波正传波场，I_n为黏声n阶多次波的成像结果；

黏声介质震源n阶多次波反传波场由下式求得：

其中，和分别为黏声介质震源n-1阶和n阶多次反传波场；

黏声一阶多次波成像结果由下式求得：

7.如权利要求1所述的一种黏声一次波与分阶多次波联合成像方法，其特征在于，步骤(6)中，联合一次波和多次波的成像结果：

其中，I为黏声一次波和多次波的联合成像结果。

8.采用如权利要求1-7任一所述的联合成像方法建立的黏声一次波与分阶多次波联合成像系统，其特征在于，包括如下模块：

(1)输入模块，输入偏移速度场、品质因子模型和实际观测炮记录，并建立观测系统；

(2)炮记录分离模块，将实际观测的炮记录分离成一次波、一阶多次波、二阶多次波直至n阶多次波；

(3)正演模拟模块，计算震源一次正传波场；

(4)波场反传模块，计算一次反传波场，并计算一次波成像结果；

(5)伯恩近似正演模块，计算震源一阶多次波正传波场和一阶多次波反传波场；

(6)多次波成像模块，计算一阶多次波成像结果并计算出二阶多次波、三阶多次波直至n阶多次波的成像结果；

(7)联合成像模块，计算联合一次波和多次波的成像结果；

(8)输出模块输出成像最终的成像结果。