CN110376646A - 一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉公开了一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,具体涉及石油地球物理勘探领域。该方法具体包括输入纵横波速度场、多分量实际观测炮记录、起伏地表高程和观测系统文件;根据起伏地表高程生成正交贴体网格,并将纵横波速度场变换到曲坐标系;计算起伏地表条件下正向延拓的棱柱波震源P波波场和S波波场;计算起伏地表条件下反向延拓的棱柱波检波点P波波场和S波波场;求取曲坐标系下棱柱波多分量成像结果;将曲坐标系下的棱柱波多分量成像结果变换到笛卡尔坐标系下;输出纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像。
Description
技术领域
本发明涉及石油地球物理勘探领域,具体涉及一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法。
背景技术
剧烈的山前带起伏地表给地震成像带来巨大困难。常规地震勘探应用反射波进行成像,但是无法对高陡构造进行成像,因此,利用棱柱波信息可对高陡构造进行成像,常规棱柱波成像技术都是基于声波近似假设对单分量地震记录进行成像的,无法充分利用横波信息。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足,提出了一种在校正起伏地表影响的前提下,充分利用分离的纵横波信息,提高高陡构造的成像精度,压制纵横波串扰噪音的基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法。
本发明具体采用如下技术方案:
一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,具体包括以下步骤:
步骤一:输入纵横波速度场、多分量实际观测炮记录、起伏地表高程和观测系统文件;
步骤二:根据起伏地表高程生成正交贴体网格,并将纵横波速度场变换到曲坐标系;
步骤三:计算起伏地表条件下正向延拓的棱柱波震源P波波场和S波波场;
步骤四:计算起伏地表条件下反向延拓的棱柱波检波点P波波场和S波波场;
步骤五:求取曲坐标系下棱柱波多分量成像结果;
步骤六:将曲坐标系下的棱柱波多分量成像结果变换到笛卡尔坐标系下;
步骤七:输出纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像。
优选地,所述步骤三具体为:
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波FI波场正向延拓的计算式如式(1)所示:
其中,L0表示震源波场正向延拓算子,和分别为入射P波震源波场和入射S波震源波场,F表示震源函数;
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波IF波场正向延拓的计算式如式(2)所示:
其中,L1表示地震波到达沉积层后向上反射的波场延拓算子,和分别为反射P波震源波场和反射S波震源波场。
优选地,所述步骤四具体为:
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波FI逆时延拓的计算式如式(3)所示:
其中,表示检波点波场到达沉积层后向上反射的波场延拓算子,和分别是检波点反射P波波场和反射S波波场,dobs为输入的观测数据;
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波IF逆时延拓的计算式如式(4)所示:
其中,表示检波点波场的逆时延拓算子,和分别是检波点入射P波波场和入射S波波场。
优选地,所述步骤五具体为:
棱柱波FI互相关成像条件为式(5)所示:
其中,Ip1(x)和Is1(x)分别为棱柱波FI纵波波场和横波波场的成像结果;
棱柱波IF互相关成像条件为式(6)所示:
其中,Ip2(x)和Is2(x)分别为棱柱波IF纵横波场的成像结果,x为空间坐标,t为时间,T为总计算时间长度;
最后,多分量棱柱波的成像结果为棱柱波IF和棱柱波FI的成像结果之和为式(7)所示:
其中,Ip(x)为棱柱波纵波成像结果,Is(x)为棱柱波横波成像结果。
优选地,所述步骤三中,计算起起伏地表条件下基于波场分离的震源波场正向延拓算子L0由式(8)、(9)求得:
其中,ξ和η分别为曲坐标系下的纵横坐标,fx和fz分别为水平分量和垂直分量的震源,ρ0为密度,vp0和vs0分别为纵横波速度,和为正向延拓的入射波纵波分量的正应力,为正向延拓的入射波纵波分量的切应力,和正向延拓的入射波横波分量的正应力,为正向延拓的入射波横波分量的切应力,为正向延拓的入射波纵波分量的水平速度,为正向延拓的入射波横波分量的水平速度,为正向延拓的入射波纵波分量的垂直速度,为正向延拓的入射波横波分量的垂直速度。和分别为正向延拓的入射波水平速度和垂直速度;
起伏地表条件下基于波场分离的震源波场正向延拓算子L1由式(10)、(11)求得:
其中,和为正向延拓的反射波纵波分量的正应力,为正向延拓的反射波纵波分量的切应力,和为正向延拓的反射波横波分量的正应力,为正向延拓的反射波横波分量的切应力,为正向延拓的反射波纵波分量的水平速度,为正向延拓的反射波横波分量的水平速度,为正向延拓的反射波纵波分量的垂直速度,为正向延拓的反射波横波分量的垂直速度,和别为正向延拓的反射波水平速度和垂直速度,m(vp)和m(vs)分别总纵波分量和横波分量的成像结果,由式(12)、(13)求得:
优选地,所述步骤四中,起伏地表条件下基于波场分离的检波点波场的逆时延拓算子可由式(14)、(15)求得:
其中,dx和dx分别为水平分量和垂直分量的炮记录,和为反向延拓的入射波纵波分量的正应力,为反向延拓的入射波纵波分量的切应力,和为反向延拓的入射波横波分量的正应力,为反向延拓的入射波横波分量的切应力,为反向延拓的入射波纵波分量的水平速度,为反向延拓的入射波横波分量的水平速度,为反向延拓的入射波纵波分量的垂直速度,为反向延拓的入射波横波分量的垂直速度,和分别为正向延拓的入射波水平速度和垂直速度;
起伏地表条件下基于波场分离的检波点波场的逆时延拓算子可由式(16)、(17)求得:
其中,和为反向延拓的反射波纵波分量的正应力,为反向延拓的反射波纵波分量的切应力,和为反向延拓的反射波横波分量的正应力,为反向延拓的反射波横波分量的切应力,为反向延拓的反射波纵波分量的水平速度,为反向延拓的反射波横波分量的水平速度,为反向延拓的反射波纵波分量的垂直速度,为反向延拓的反射波横波分量的垂直速度,和分别为正向延拓的反射波水平速度和垂直速度。
优选地,所述步骤五中,P分量棱柱波成像结果为式(18)所示,S分量棱柱波成像结果为式(19)所示:
本发明具有如下有益效果:
基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,克服高陡构造多分量成像难题,并消除剧烈起伏地表的影响,基于弹性介质假设,基于曲坐标系纵横波解构方程,提出了起伏地表弹性棱柱波逆时偏移成像方法,在校正起伏地表影响的前提下,充分利用分离的纵横波信息,提高高陡构造的成像精度,压制纵横波串扰噪音。
附图说明
图1基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法的流程图;
图2a为笛卡尔坐标系下的洼陷模型及参数;
图2b为曲坐标系下的洼陷模型及参数;
图3a为多分量炮记录;
图3b为多分量炮记录;
图4a为笛卡尔坐标系全局网格剖分图;
图4b为笛卡尔坐标系局部网格剖分图;
图5为曲坐标系下540ms的波场快照;
图6a为p分量成像结果示意图;
图6b为S分量成像结果示意图;
图7a为常规多分量成像结果,示出了P分量成像结果;
图7b为常规多分量成像结果,示出了P分量成像结果;
图8为一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明:
结合图1所示,一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,具体包括以下步骤:
步骤一:输入纵横波速度场、多分量实际观测炮记录、起伏地表高程和观测系统文件;
步骤二:根据起伏地表高程生成正交贴体网格,并将纵横波速度场变换到曲坐标系;
步骤三:计算起伏地表条件下正向延拓的棱柱波震源P波波场和S波波场;
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波FI波场正向延拓的计算式如式(1)所示:
其中,L0表示震源波场正向延拓算子,和分别为入射P波震源波场和入射S波震源波场,F表示震源函数;
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波IF波场正向延拓的计算式如式(2)所示:
其中,L1表示地震波到达沉积层后向上反射的波场延拓算子,和分别为反射P波震源波场和反射S波震源波场。
计算起起伏地表条件下基于波场分离的震源波场正向延拓算子L0由式(8)、(9)求得:
其中,ξ和η分别为曲坐标系下的纵横坐标,fx和fz分别为水平分量和垂直分量的震源,ρ0为密度,vp0和vs0分别为纵横波速度,和为正向延拓的入射波纵波分量的正应力,为正向延拓的入射波纵波分量的切应力,和为正向延拓的入射波横波分量的正应力,为正向延拓的入射波横波分量的切应力,为正向延拓的入射波纵波分量的水平速度,为正向延拓的入射波横波分量的水平速度,为正向延拓的入射波纵波分量的垂直速度,为正向延拓的入射波横波分量的垂直速度。和分别为正向延拓的入射波水平速度和垂直速度;
起伏地表条件下基于波场分离的震源波场正向延拓算子L1由式(10)、(11)求得:
其中,和为正向延拓的反射波纵波分量的正应力,为正向延拓的反射波纵波分量的切应力,和为正向延拓的反射波横波分量的正应力,为正向延拓的反射波横波分量的切应力,为正向延拓的反射波纵波分量的水平速度,为正向延拓的反射波横波分量的水平速度,为正向延拓的反射波纵波分量的垂直速度,为正向延拓的反射波横波分量的垂直速度,和分别为正向延拓的反射波水平速度和垂直速度,m(vp)和m(vs)分别总纵波分量和横波分量的成像结果,由式(12)、(13)求得:
步骤四:计算起伏地表条件下反向延拓的棱柱波检波点P波波场和S波波场;
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波FI逆时延拓的计算式如式(3)所示:
其中,表示检波点波场到达沉积层后向上反射的波场延拓算子,和分别是检波点反射P波波场和反射S波波场,dobs为输入的观测数据;
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波IF逆时延拓的计算式如式(4)所示:
其中,表示检波点波场的逆时延拓算子,和分别是检波点入射P波波场和入射S波波场。
起伏地表条件下基于波场分离的检波点波场的逆时延拓算子可由式(14)、(15)求得:
其中,dx和dx分别为水平分量和垂直分量的炮记录,和为反向延拓的入射波纵波分量的正应力,为反向延拓的入射波纵波分量的切应力,和为反向延拓的入射波横波分量的正应力,为反向延拓的入射波横波分量的切应力,为反向延拓的入射波纵波分量的水平速度,为反向延拓的入射波横波分量的水平速度,为反向延拓的入射波纵波分量的垂直速度,为反向延拓的入射波横波分量的垂直速度,和分别为正向延拓的入射波水平速度和垂直速度;
起伏地表条件下基于波场分离的检波点波场的逆时延拓算子可由式(16)、(17)求得:
其中,和为反向延拓的反射波纵波分量的正应力,为反向延拓的反射波纵波分量的切应力,和为反向延拓的反射波横波分量的正应力,为反向延拓的反射波横波分量的切应力,为反向延拓的反射波纵波分量的水平速度,为反向延拓的反射波横波分量的水平速度,为反向延拓的反射波纵波分量的垂直速度,为反向延拓的反射波横波分量的垂直速度,和分别为正向延拓的反射波水平速度和垂直速度。
步骤五:求取曲坐标系下棱柱波多分量成像结果;
棱柱波FI互相关成像条件为式(5)所示:
其中,Ip1(x)和Is1(x)分别为棱柱波FI纵波波场和横波波场的成像结果;
棱柱波IF互相关成像条件为式(6)所示:
其中,Ip2(x)和Is2(x)分别为棱柱波IF纵横波场的成像结果,x为空间坐标,t为时间,T为总计算时间长度;
最后,多分量棱柱波的成像结果为棱柱波IF和棱柱波FI的成像结果之和为式(7)所示:
其中,Ip(x)为棱柱波纵波成像结果,Is(x)为棱柱波横波成像结果。
P分量棱柱波成像结果为式(18)所示,S分量棱柱波成像结果为式(19)所示:
步骤六:将曲坐标系下的棱柱波多分量成像结果变换到笛卡尔坐标系下;
步骤七:输出纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像。
输入纵横波速度场(图2a)、多分量实际观测炮记录(图3a、3b)、起伏地表高程和观测系统文件;根据起伏地表高程生成正交贴体网格(图4a、4b),并将纵横波速度场变换到曲坐标系(图2b);计算起伏地表条件下正向延拓的棱柱波震源P波波场和S波波场(图5);计算起伏地表条件下反向延拓的棱柱波检波点P波波场和S波波场;求取曲坐标系下棱柱波多分量成像结果;将曲坐标系下的棱柱波多分量成像结果变换到笛卡尔坐标系下(图6a、6b);输出纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像。相比于常规多分量成像结果(图7a、7b),本发明在高陡构造区域的成像效果得到了明显地改善。
对应一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,本实施方式还给出了一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像系统,如图8所示,包括:输入模块,输入纵横波速度场、多分量实际观测炮记录、起伏地表高程和观测系统文件;坐标变换模块,根据起伏地表高程生成正交贴体网格,并将纵横波速度场变换到曲坐标系;波场正向延拓模块,计算起伏地表条件下正向延拓的棱柱波震源P波波场和S波波场;波场逆时延拓模块,计算起伏地表条件下反向延拓的棱柱波检波点P波波场和S波波场;棱柱波成像模块,求取曲坐标系下棱柱波多分量成像结果;坐标反变换模块,将曲坐标系下的棱柱波多分量成像结果变换到笛卡尔坐标系下;输出模块,输出纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像。
一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像系统的各功能模块涉及的具体实施方式同上述的一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法相同,这里不再赘述。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
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 (7)
1.一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤一:输入纵横波速度场、多分量实际观测炮记录、起伏地表高程和观测系统文件;
步骤二:根据起伏地表高程生成正交贴体网格,并将纵横波速度场变换到曲坐标系;
步骤三:计算起伏地表条件下正向延拓的棱柱波震源P波波场和S波波场;
步骤四:计算起伏地表条件下反向延拓的棱柱波检波点P波波场和S波波场;
步骤五:求取曲坐标系下棱柱波多分量成像结果;
步骤六:将曲坐标系下的棱柱波多分量成像结果变换到笛卡尔坐标系下;
步骤七:输出纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像。
2.如权利要求1所述的一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,其特征在于,所述步骤三具体为:
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波FI波场正向延拓的计算式如式(1)所示:
其中,L0表示震源波场正向延拓算子,和分别为入射P波震源波场和入射S波震源波场,F表示震源函数;
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波IF波场正向延拓的计算式如式(2)所示:
其中,L1表示地震波到达沉积层后向上反射的波场延拓算子,和分别为反射P波震源波场和反射S波震源波场。
3.如权利要求1所述的一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,其特征在于,所述步骤四具体为:
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波FI逆时延拓的计算式如式(3)所示:
其中,表示检波点波场到达沉积层后向上反射的波场延拓算子,和分别是检波点反射P波波场和反射S波波场,dobs为输入的观测数据;
曲坐标系纵横波解构方程的棱柱波IF逆时延拓的计算式如式(4)所示:
其中,表示检波点波场的逆时延拓算子,和分别是检波点入射P波波场和入射S波波场。
4.如权利要求1所述的一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,其特征在于,所述步骤五具体为:
棱柱波FI互相关成像条件为式(5)所示:
其中,Ip1(x)和Is1(x)分别为棱柱波FI纵波波场和横波波场的成像结果;
棱柱波IF互相关成像条件为式(6)所示:
其中,Ip2(x)和Is2(x)分别为棱柱波IF纵横波场的成像结果,x为空间坐标,t为时间,T为总计算时间长度;
最后,多分量棱柱波的成像结果为棱柱波IF和棱柱波FI的成像结果之和为式(7)所示:
其中,Ip(x)为棱柱波纵波成像结果,Is(x)为棱柱波横波成像结果。
5.如权利要求2所述的一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,其特征在于,所述步骤三中,计算起起伏地表条件下基于波场分离的震源波场正向延拓算子L0由式(8)、(9)求得:
其中,ξ和η分别为曲坐标系下的纵横坐标,fx和fz分别为水平分量和垂直分量的震源,ρ0为密度,vp0和vs0分别为纵横波速度,和为正向延拓的入射波纵波分量的正应力,为正向延拓的入射波纵波分量的切应力,和为正向延拓的入射波横波分量的正应力,为正向延拓的入射波横波分量的切应力,为正向延拓的入射波纵波分量的水平速度,为正向延拓的入射波横波分量的水平速度,为正向延拓的入射波纵波分量的垂直速度,为正向延拓的入射波横波分量的垂直速度。和分别为正向延拓的入射波水平速度和垂直速度;
起伏地表条件下基于波场分离的震源波场正向延拓算子L1由式(10)、(11)求得:
其中,和为正向延拓的反射波纵波分量的正应力,为正向延拓的反射波纵波分量的切应力,和为正向延拓的反射波横波分量的正应力,为正向延拓的反射波横波分量的切应力,为正向延拓的反射波纵波分量的水平速度,为正向延拓的反射波横波分量的水平速度,为正向延拓的反射波纵波分量的垂直速度,为正向延拓的反射波横波分量的垂直速度,和分别为正向延拓的反射波水平速度和垂直速度,m(vp)和m(vs)分别总纵波分量和横波分量的成像结果,由式(12)、(13)求得:
6.如权利要求3所述的一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,其特征在于,所述步骤四中,起伏地表条件下基于波场分离的检波点波场的逆时延拓算子可由式(14)、(15)求得:
其中,dx和dx分别为水平分量和垂直分量的炮记录,和为反向延拓的入射波纵波分量的正应力,为反向延拓的入射波纵波分量的切应力,和为反向延拓的入射波横波分量的正应力,为反向延拓的入射波横波分量的切应力,为反向延拓的入射波纵波分量的水平速度,为反向延拓的入射波横波分量的水平速度,为反向延拓的入射波纵波分量的垂直速度,为反向延拓的入射波横波分量的垂直速度,和分别为正向延拓的入射波水平速度和垂直速度;
起伏地表条件下基于波场分离的检波点波场的逆时延拓算子可由式(16)、(17)求得:
其中,和为反向延拓的反射波纵波分量的正应力,为反向延拓的反射波纵波分量的切应力,和为反向延拓的反射波横波分量的正应力,为反向延拓的反射波横波分量的切应力,为反向延拓的反射波纵波分量的水平速度,为反向延拓的反射波横波分量的水平速度,为反向延拓的反射波纵波分量的垂直速度,为反向延拓的反射波横波分量的垂直速度,和分别为正向延拓的反射波水平速度和垂直速度。
7.如权利要求4所述的一种基于曲坐标系纵横波解构方程的弹性棱柱波逆时偏移成像方法,其特征在于,所述步骤五中,P分量棱柱波成像结果为式(18)所示,S分量棱柱波成像结果为式(19)所示:
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