CN111221037A - 解耦弹性逆时偏移成像方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种解耦弹性逆时偏移成像方法和装置，其中，该方法在一个实施例中包括：构建纵波延拓算子，将预设地震子波作为纵波震源，并根据纵波延拓算子进行正向延拓，得到矢量纵波震源波场；基于预设的解耦无转换方程构建解耦无转换延拓算子，将目标多分量地震资料作为检波震源，并根据解耦无转换算子进行逆向延拓，得到彼此解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场；对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到单炮逆时偏移成像结果；对单炮成像结果进行叠加及低波数噪音压制，得到目标多波成像结果。上述方案可以有效提升非均匀介质中的弹性波场解耦精度，进而能提高弹性逆时偏移成像精度。

Description

解耦弹性逆时偏移成像方法和装置

技术领域

本申请涉及勘探地球物理技术领域，特别涉及一种解耦弹性逆时偏移成像方法和装置。

背景技术

目前，按照所采用的波场延拓方程，针对多分量地震资料的逆时偏移成像可以分为两类：标量方程偏移成像以及弹性方程偏移成像。在标量方程偏移成像体系下，多分量地震资料首先需要分解成纵波及横波资料，其次对分解结果分别独立成像。然而，多分量地震资料往往难以分离彻底，进而影响后续的成像精度。在弹性方程偏移成像体系下，需要在应用成像条件前对弹性波场进行解耦，才能获得具有明确物理意义的纯波成像结果。用于对弹性波场进行解耦的方法有赫姆霍兹分解法和解耦延拓法。其中，赫姆霍兹分解法可实现各向同性介质中的弹性波场解耦，但会造成相位、振幅畸变以及转换波成像结果中的极性反转等问题。解耦延拓法可在弹性波场延拓过程中实现弹性波场自动解耦，该方法可以有效保持弹性波场的振幅和相位，并避免转换波成像结果中的极性反转。然而，解耦延拓方程法在非均匀界面处存在能量泄露问题，影响了后续成像精度。

近年来，非均匀介质中弹性波场解耦精度已成为影响最终弹性逆时偏移成像精度的关键因素之一。赫姆霍兹分解法以及解耦延拓法所造成的波形畸变以及能量泄漏影响了非均匀介质中的弹性波场的解耦精度，给多分量地震资料的弹性逆时偏移准确成像带来了困难。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种解耦弹性逆时偏移成像方法和装置，以解决现有技术中由于非均质介质中的弹性波场的解耦精度低导致弹性逆时偏移成像精度低的问题。

本申请实施例提供了一种解耦弹性逆时偏移成像方法，包括：获取目标多分量地震资料；构建纵波延拓算子，将预设地震子波作为纵波震源，并根据纵波延拓算子对纵波震源进行正向延拓，得到矢量纵波震源波场；基于预设的解耦无转换方程构建解耦无转换延拓算子，将目标多分量地震资料作为检波震源，并根据解耦无转换算子对检波震源进行逆向延拓，得到彼此解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场；对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果。

本申请实施例还提供了一种解耦弹性逆时偏移成像装置，包括：获取模块，用于获取目标多分量地震资料；正向延拓模块，用于构建纵波延拓算子，将预设地震子波作为纵波震源，并根据纵波延拓算子对纵波震源进行正向延拓，得到矢量纵波震源波场；逆向延拓模块，用于基于预设的解耦无转换方程构建解耦无转换延拓算子，将目标多分量地震资料作为检波震源，并根据解耦无转换算子对检波震源进行逆向延拓，得到彼此解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场；成像模块，用于对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果。

本申请实施例还提供一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述任意实施例中所述的解耦弹性逆时偏移成像方法的步骤。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被执行时实现上述任意实施例中所述的解耦弹性逆时偏移成像方法的步骤。

在本申请实施例中，提供了一种解耦弹性逆时偏移成像方法，可以获取目标多分量地震资料，构建纵波延拓算子，将预设地震子波作为纵波震源，并根据纵波延拓算子对纵波震源进行正向延拓，得到矢量纵波震源波场，基于预设的解耦无转换方程构建解耦无转换延拓算子，将目标多分量地震资料作为检波震源，并根据解耦无转换算子对检波震源进行逆向延拓，得到彼此解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场，对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果。上述方案中，通过基于解耦无转换方程构建得到的解耦无转换延拓算子对检波震源进行逆向延拓，可以得到非均匀介质中彻底解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场，避免了非均匀介质中弹性波场解耦不彻底对弹性逆时偏移成像精度的影响，并且得到的矢量纵波检波波场和矢量横波波场之间不会相互转换，避免了横纵波之间的转换对弹性逆时偏移成像结果的干扰，从而可以有效提高非均质介质中的弹性逆时偏移成像精度。通过上述方案解决了现有技术中由于非均质介质中的弹性波场的解耦精度低导致弹性逆时偏移成像的准确度低的问题，达到了有效提升解耦精度、进而提高弹性逆时偏移成像精度的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。在附图中：

图1示出了本申请一实施例中解耦弹性逆时偏移成像方法的流程图；

图2示出了本申请一实施例中根据Marmosi2模型构建的弹性介质模型的纵波速度场；

图3示出了本申请一实施例中根据Marmosi2模型构建的弹性介质模型的横波速度场；

图4示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内正向延拓至1.5s时刻采用纵波延拓算子得到的矢量纵波震源波场沿x方向的分量；

图5示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内正向延拓至1.5s时刻采用纵波延拓算子得到的矢量纵波震源波场沿z方向的分量；

图6示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内逆向延拓至1.5s时刻采用解耦无转换延拓算子得到的矢量纵波检波波场沿x方向的分量；

图7示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内逆向延拓至1.5s时刻采用解耦无转换延拓算子得到的矢量纵波检波波场沿z方向的分量；

图8示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内逆向延拓至1.5s时刻采用解耦无转换延拓算子得到的矢量横波检波波场沿x方向的分量；

图9示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内逆向延拓至1.5s时刻采用解耦无转换延拓算子得到的矢量横波检波波场沿z方向的分量；

图10示出了本申请一实施例中采用矢量波场标量积成像条件获得的在x方向上0千米至8.2千米区域内的单炮PP成像剖面；

图11示出了本申请一实施例中采用矢量波场标量积成像条件获得的在x方向上0千米至8.2千米区域内的单炮PS成像剖面；

图12示出了本申请一实施例中对130炮PP成像进行叠加后的成像叠加剖面；

图13示出了本申请一实施例中对130炮PS成像进行叠加后的成像叠加剖面；

图14示出了本申请一实施例中进行低波数噪音压制后的PP成像叠加剖面；

图15示出了本申请一实施例中进行低波数噪音压制后的PS成像叠加剖面；

图16示出了本申请一实施例中的解耦弹性逆时偏移成像装置的示意图；

图17示出了本申请一实施例中的计算机设备的示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本申请的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本申请，而并非以任何方式限制本申请的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本申请公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本领域的技术人员知道，本申请的实施方式可以实现为一种系统、装置设备、方法或计算机程序产品。因此，本申请公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。

考虑到现有的赫姆霍兹分解法以及解耦延拓法所造成的波形畸变以及能量泄漏影响了非均匀介质中的弹性波场的解耦精度，给多分量地震资料的弹性逆时偏移准确成像带来了困难，本申请发明人提出了一种解耦弹性逆时偏移成像方法，该方法基于解耦无转换方程进行波场延拓，获得非均匀介质中解耦、独立传播的矢量纵波场和矢量横波场，可以提高非均匀介质中的弹性波场的解耦精度，且得到的矢量纵波场和矢量横波场不会相互转换，可以避免转换对成像结果的干扰，从而可以提高非均匀介质中的弹性逆时偏移成像精度。

基于以上问题，本申请实施例提供了一种解耦弹性逆时偏移成像方法。图1示出了本申请一实施例中解耦弹性逆时偏移成像方法的流程图。虽然本申请提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本申请实施例描述及附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构连接进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至分布式处理环境)。

具体地，如图1所示，本申请一种实施例提供的解耦弹性逆时偏移成像方法可以包括以下步骤。

S101，获取目标多分量地震资料。

地震勘探方法是利用地震波在地下介质中的传播规律研究地球内部构造、探测石油和天然气等地下资源的重要手段。地震波为弹性波，包括纵波和横波，两种波型包含不同的地下介质属性信息。与纵波勘探相比，多波多分量地震勘探技术可以同时利用纵波和横波信息，纵横波之间的耦合更好地保持了地震波场的运动学和动力学特征，能够提供更多的地下介质信息。因此充分利用多波多分量地震资料可以有效提高地震勘探的精度和分辨率，减少地震勘探的多解性。

可以获取待进行逆时偏移成像的目标多分量地震资料，也可以称为目标多波多分量地震资料。多分量地震资料相对于单分量资料更为复杂，不同分量中所包括的地震波类型及能量强弱不同。其中，目标多分量地震资料可以是通过模拟得到的多分量地震资料，也可以是野外观测得到的多分量地震资料。

S102，构建纵波延拓算子，将预设地震子波作为纵波震源，并根据纵波延拓算子对纵波震源进行正向延拓，得到矢量纵波震源波场。

其中，预设地震子波可以根据目标多分量地震资料进行选取，以选取与目标多分量地震资料对应的预设地震子波。在其他实施方式中，也可以直接根据目标多分量地震资料确定对应的地震子波。将预设地震子波作为纵波震源，可以构建纵波延拓算子，并根据纵波延拓算子对纵波震源进行正向延拓，得到矢量纵波震源波场。其中，正向延拓即正向时间延拓，得到的矢量纵波震源波场即为正传波场。

S103，基于预设的解耦无转换方程构建解耦无转换延拓算子，将目标多分量地震资料作为检波震源，并根据解耦无转换算子对检波震源进行逆向延拓，得到彼此解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场。

可以将目标多分量地震资料作为检波震源。具体地，在本申请一些实施例中，可以将目标多分量地震资料作为输入，即，将目标多分量地震资料作为边值条件。可以基于预设的解耦无转换方程构建解耦无转换延拓算子。考虑到横波会引起剪切应力，而纵波不会引起剪切应力，即横波为有旋场，纵波为无旋场。因此，在经由基于解耦无转换方程构建的解耦无转换算子对检波震源进行逆向延拓后，通过对得到的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行验证，得知逆向延拓后得到的矢量纵波检波波场为无旋场且矢量横波检波波场为有旋场。因此，根据解耦无转换算子对检波震源进行逆向延拓后可以得到彻底解耦且独立传播的矢量纵波波场和矢量横波波场，且矢量纵波波场与矢量横波波场之间不会相互转换。其中，逆向延拓即逆向时间延拓，得到的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场即为反传波场。

S104，对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果。

在得到正传波场和反传波场之后，可以对正传波场和反传波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果。即，对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到目标多分量地震资料对应的弹性逆时偏移成像结果。

上述实施例中的解耦弹性逆时偏移成像方法，通过基于解耦无转换方程构建得到的解耦无转换延拓算子对检波震源进行逆向延拓，可以得到非均匀介质中彻底解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场，避免了非均匀介质中弹性波场解耦不彻底对弹性逆时偏移成像精度的影响，并且得到的矢量纵波检波波场和矢量横波波场之间不会相互转换，避免了横纵波之间的转换对弹性逆时偏移成像结果的干扰，从而可以有效提高非均质介质中的弹性逆时偏移成像精度。

在本申请一些实施例中，目标多分量地震资料可以包括多炮的多分量地震资料；相应的，将目标多分量地震资料作为检波震源，可以包括：将多炮的目标多分量地震资料中的各单炮的多分量地震资料，作为各单炮对应的检波震源；相应的，在对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果之后，还可以包括：对各单炮对应的弹性逆时偏移成像结果进行叠加，得到目标多分量地震资料对应的多波成像结果。

具体地，目标多分量地震资料可以包括多炮多分量地震资料，即多炮的多分量地震资料。可以基于上述解耦弹性逆时偏移成像方法对多炮多分量地震资料中各单炮多分量地震资料进行弹性逆时偏移成像，得到各单炮多分量地震资料对应的弹性逆时偏移成像结果。具体地，可以将各单炮多分量地震资料对应的预设地震子波作为各单炮对应的纵波震源。可以根据纵波延拓算子对各单炮对应的纵波震源进行正向延拓，得到各单炮对应的矢量纵波震源波场。可以将各单炮多分量地震资料作为各单炮对应的检波震源。根据解耦无转换算子对各单炮对应的检波震源进行逆向延拓，得到各单炮对应的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场。之后，对各单炮对应的矢量纵波震源波场与各单炮对应的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到各单炮对应的弹性逆时偏移成像结果。在得到各单炮对应的弹性逆时偏移成像结果之后，可以对各单炮对应的弹性逆时偏移成像结果进行叠加，得到目标多分量地震资料对应的多波成像结果。通过上述方式，可以对多炮多分量地震资料进行弹性逆时偏移成像。

具体地，可以按照以下公式对个单炮对应的弹性逆时偏移成像结果进行叠加，得到多波成像结果：

其中，m表示当前炮号，M表示总炮数，∑表示求和，

表示第m炮PP成像结果，

是第m炮PS成像结果，

表示M炮的PP成像叠加结果，I_PS是M炮的PS成像叠加结果。其中，在测震学中，震中距在1000公里以上的远震波为PP波。从震源发出，以纵波传播到中途，在地表反射后以横波形式传播到测量点的称为PS波，PS波是在震中距比较远时的明显震相。

在本申请一些实施例中，在对各单炮对应的弹性逆时偏移成像结果进行叠加，得到目标多分量地震资料对应的多波成像结果之后，还可以包括：利用二阶空间导数算子对多波成像结果进行低波数噪音压制，得到目标多波成像结果。

在得到多炮多分量地震资料对应的弹性逆时偏移成像结果之后，可以利用二阶空间导数算子对多波成像结果进行低波数噪音压制，得到目标多波成像结果。具体地，可以按照以下公式对多波成像结果进行低波数噪音压制，得到目标多波成像结果：

其中，

分别表示沿x，y和z方向上的二阶空间导数算子，I_PP表示滤波前PP成像叠加结果，I_PS是滤波前PS成像叠加结果，

以及

分别是进行二阶空间导数滤波后的PP成像叠加剖面和PS成像叠加剖面。

在本申请一些实施例中，构建纵波延拓算子，可以包括：对以下纵波方程进行离散化处理得到纵波延拓算子：

其中，

为震源压力场，v_P ^S表示矢量纵波震源波场，上标符号T表示转置，V_P表示纵波速度场，L_v＝[l_x l_y l_z]以及

表示微分矩阵，其中，l_x，l_y，l_z分别表示沿x，y和z方向上的导数，

表示震源压力场沿时间方向的导数，

表示矢量纵波震源波场沿时间方向的导数。

具体地，对上述纵波方程进行离散化处理后得到的纵波延拓算子如下所示：

其中，

为震源压力场，V_P表示纵波速度场，v_P ^S表示矢量纵波震源波场，τ是边界吸收系数，在目标区域内吸收系数τ＝0，在边界吸收区域内吸收系数τ＝300(0.5-0.5cos(πr/R))，其中，r＝1,2,...,R，R是吸收层的厚度，π表示圆周率，Δt为时间采样间隔，n表示时间节点号，nΔt及(n+1)Δt表示整时间节点，(n+1/2)Δt及(n-1/2)Δt为半时间节点，

以及

表示交错网格有限差分矩阵，d_x ^f和d_x ^b表示沿x方向的向前和向后交错网格差分算子，d_y ^f和d_y ^b表示沿y方向的向前和向后交错网格差分算子，d_z ^f和d_z ^b表示沿z方向的向前和向后交错网格差分算子。

在本申请一些实施例中，基于预设的解耦无转换方程构建解耦无转换延拓算子，可以包括对以下解耦无转换方程进行离散化处理得到解耦无转换延拓算子：

v^R＝v_P ^R+v_S ^R

其中，v^R＝v_P ^R+v_S ^R为表征矢量弹性检波波场的解耦无转换方程，

为表征矢量纵波检波波场的解耦无转换方程，

为表征矢量横波检波波场的解耦无转换方程；其中，v^R表示矢量弹性检波波场，v_P ^R表示矢量纵波检波波场，v_S ^R表示矢量横波检波波场，上标符号T表示转置，

表示检波压力场，Φ^R表示检波切应力场，V_P表示纵波速度场，V_S表示横波速度场，L_v＝[l_x l_y l_z]、

以及

表示微分矩阵，l_x，l_y，l_z分别表示沿x，y和z方向上的导数，

表示检波压力场沿时间方向的导数，

表示矢量纵波检波波场沿时间方向的导数，

表示检波切应力场沿时间方向的导数，

表示矢量横波检波波场沿时间方向的导数。

具体地，对解耦无转换方程进行离散化得到的解耦无转换延拓算子如下所示：

(v^R)^(n+1/2)Δt＝(v_P ^R)^(n+1/2)Δt+(v_S ^R)^(n+1/2)Δt

其中，v^R表示矢量弹性检波波场，v_P ^R表示矢量纵波检波波场，v_S ^R表示矢量横波检波波场，

表示检波压力场，Φ^R表示检波切应力场，V_P表示纵波速度场，V_S表示横波速度场，τ是边界吸收系数，在目标区域内吸收系数τ＝0，在边界吸收区域内吸收系数τ＝200(0.5-0.5cos(πr/R))，r＝1,2,...,R，R是吸收层的厚度，π表示圆周率，Δt为时间采样间隔，n表示时间节点号，nΔt及(n+1)Δt表示整时间节点，(n+1/2)Δt及(n-1/2)Δt为半时间节点，

以及

表示交错网格有限差分矩阵，d_x ^f和d_x ^b表示沿x方向的向前和向后交错网格差分算子，d_y ^f和d_y ^b表示沿y方向的向前和向后交错网格差分算子，d_z ^f和d_z ^b表示沿z方向的向前和向后交错网格差分算子。

在本申请一些实施例中，对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果，可以包括：根据矢量波场标量积成像条件，对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行标量积计算，得到弹性逆时偏移成像结果。其中，矢量波场标量积成像条件是互相关成像条件中的一种。具体地，可以按照以下公式对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行标量积计算，得到弹性逆时偏移成像结果：

其中，

表示第m炮的PP成像结果，

表示第m炮的PS成像结果，∑表示求和，t表示当前时间，T_o表示地震记录接收时长，v_P,x ^S表示矢量纵波震源波场沿x方向的分量，v_P,y ^S表示矢量纵波震源波场沿y方向的分量，v_P,z ^S表示矢量纵波震源波场沿z方向的分量，v_P,x ^R表示矢量纵波检波波场沿x方向的分量，v_P,y ^R表示矢量纵波检波波场沿y方向的分量，v_P,z ^R表示矢量纵波检波波场沿z方向的分量，v_S,x ^R表示矢量横波检波波场沿x方向的分量，v_S,y ^R表示矢量横波检波波场沿y方向的分量，v_S,z ^R表示矢量横波检波波场沿z方向的分量。

下面结合一个具体实施例对上述方法进行说明，然而，值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本申请，并不构成对本申请的不当限定。

在本具体实施例中，解耦弹性逆时偏移成像方法可以包括以下步骤：

步骤1，获取目标多分量地震资料。

步骤2，以地震子波作为纵波震源，加载到震源压力场上，得到震源波场，如下公式所示：

其中，

为震源压力场，f为地震子波。

步骤3，根据预先设定的纵波速度场，构建纵波延拓算子实现震源波场的正向时间延拓，获得矢量纵波震源波场。请参考图2和图3，图2示出了本申请一实施例中根据Marmosi2模型构建的弹性介质模型的纵波速度场，图3示出了本申请一实施例中根据Marmosi2模型构建的弹性介质模型的横波速度场。具体地，对以下纵波方程进行离散化处理得到纵波延拓算子：

其中，

为震源压力场，v_P ^S表示矢量纵波震源波场，上标符号T表示转置，V_P表示纵波速度场，L_v＝[l_x l_y l_z]以及

表示微分矩阵，其中，l_x，l_y，l_z分别表示沿x，y和z方向上的导数，

表示震源压力场沿时间方向的导数，

表示矢量纵波震源波场沿时间方向的导数。

对上述纵波方程进行离散化处理后得到的纵波延拓算子如下所示：

其中，

为震源压力场，V_P表示纵波速度场，v_P ^S表示矢量纵波震源波场，τ是边界吸收系数，在目标区域内吸收系数τ＝0，在边界吸收区域内吸收系数τ＝300(0.5-0.5cos(πr/R))，其中，r＝1,2,...,R，R是吸收层的厚度，π表示圆周率，Δt为时间采样间隔，n表示时间节点号，nΔt及(n+1)Δt表示整时间节点，(n+1/2)Δt及(n-1/2)Δt为半时间节点，

以及

表示交错网格有限差分矩阵，d_x ^f和d_x ^b表示沿x方向的向前和向后交错网格差分算子，d_y ^f和d_y ^b表示沿y方向的向前和向后交错网格差分算子，d_z ^f和d_z ^b表示沿z方向的向前和向后交错网格差分算子。

请参考图4和图5，图4示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内正向延拓至1.5s时刻采用纵波延拓算子得到的矢量纵波震源波场沿x方向的分量，是对根据附图2和图3给定的速度模型在x方向上0千米至8.2千米区域计算的矢量纵波震源波场沿x方向的分量。图5示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内正向延拓至1.5s时刻采用纵波延拓算子得到的矢量纵波震源波场沿z方向的分量，是对根据附图2和图3给定的速度模型在x方向上0千米至8.2千米区域计算的矢量纵波震源波场沿z方向的分量。

步骤4，将目标多分量地震资料当作边值条件，加载到解耦无转换方程的矢量弹性检波波场上，如下面的公式所示：

其中，v_x ^R表示矢量弹性检波波场沿x方向的分量，v_y ^R表示矢量弹性检波波场沿y方向的分量，v_z ^R表示矢量弹性检波波场沿z方向的分量，r_x表示目标多分量地震资料沿x方向的分量，r_y表示地震记录沿y方向的分量，r_z表示地震记录沿z方向的分量。

步骤5，根据预先设定的纵、横波速度场，构建解耦无转换方程实现波场逆向延拓，获得解耦、独立传播的矢量纵、横波检波波场。具体地，对以下解耦无转换方程进行离散化处理得到解耦无转换延拓算子：

v^R＝v_P ^R+v_S ^R

其中，v^R＝v_P ^R+v_S ^R为表征矢量弹性检波波场的解耦无转换方程，

为表征矢量纵波检波波场的解耦无转换方程，

为表征矢量横波检波波场的解耦无转换方程；其中，v^R表示矢量弹性检波波场，v_P ^R表示矢量纵波检波波场，v_S ^R表示矢量横波检波波场，上标符号T表示转置，

表示检波压力场，Φ^R表示检波切应力场，V_P表示纵波速度场，V_S表示横波速度场，L_v＝[l_x l_y l_z]、

以及

表示微分矩阵，l_x，l_y，l_z分别表示沿x，y和z方向上的导数，

表示检波压力场沿时间方向的导数，

表示矢量纵波检波波场沿时间方向的导数，

表示检波切应力场沿时间方向的导数，

表示矢量横波检波波场沿时间方向的导数。

具体地，对上述解耦无转换方程进行离散化处理得到的解耦无转换延拓算子如下所示：

(v^R)^(n+1/2)Δt＝(v_P ^R)^(n+1/2)Δt+(v_S ^R)^(n+1/2)Δt

其中，v^R表示矢量弹性检波波场，v_P ^R表示矢量纵波检波波场，v_S ^R表示矢量横波检波波场，

表示检波压力场，Φ^R表示检波切应力场，V_P表示纵波速度场，V_S表示横波速度场，τ是边界吸收系数，在目标区域内吸收系数τ＝0，在边界吸收区域内吸收系数τ＝200(0.5-0.5cos(πr/R))，r＝1,2,...,R，R是吸收层的厚度，π表示圆周率，Δt为时间采样间隔，n表示时间节点号，nΔt及(n+1)Δt表示整时间节点，(n+1/2)Δt及(n-1/2)Δt为半时间节点，

以及

表示交错网格有限差分矩阵，d_x ^f和d_x ^b表示沿x方向的向前和向后交错网格差分算子，d_y ^f和d_y ^b表示沿y方向的向前和向后交错网格差分算子，d_z ^f和d_z ^b表示沿z方向的向前和向后交错网格差分算子。

请参考图6至图9，图6示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内逆向延拓至1.5s时刻采用解耦无转换延拓算子得到的矢量纵波检波波场沿x方向的分量，是根据图2和图3给定的速度模型在x方向上0千米至8.2千米区域计算得到的矢量纵波检波波场沿x方向的分量。图7示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内逆向延拓至1.5s时刻采用解耦无转换延拓算子得到的矢量纵波检波波场沿z方向的分量，是根据图2和图3给定的速度模型在x方向上0千米至8.2千米区域计算得到的矢量纵波检波波场沿z方向的分量。图8示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内逆向延拓至1.5s时刻采用解耦无转换延拓算子得到的矢量横波检波波场沿x方向的分量，是根据图2和图3给定的速度模型在x方向上0千米至8.2千米区域计算得到的矢量横波检波波场沿x方向的分量。图9示出了本申请一实施例中在x方向上0千米至8.2千米区域内逆向延拓至1.5s时刻采用解耦无转换延拓算子得到的矢量横波检波波场沿z方向的分量，是根据图2和图3给定的速度模型在x方向上0千米至8.2千米区域计算得到的矢量横波检波波场沿z方向的分量。从图6至图9可以明显看出，非均匀介质中纵波波场和横波波场被分离开来，即纵波波场与横波波场是解耦且独立传播的。

步骤6，构建矢量波场标量积成像条件，对矢量震源波场和矢量检波波场进行标量积计算，提取单炮纵波和转换横波成像结果，具体地，将步骤3得到的矢量纵波震源波场与步骤5得到的矢量纵波检波波场、矢量横波检波波场进行矢量波场标量积互相关成像，得到多分量地震资料弹性逆时偏移单炮成像结果，如下面的公式所示：

其中，

表示第m炮的PP成像结果，

表示第m炮的PS成像结果，∑表示求和，t表示当前时间，T_o表示地震记录接收时长，v_P,x ^S表示矢量纵波震源波场沿x方向的分量，v_P,y ^S表示矢量纵波震源波场沿y方向的分量，v_P,z ^S表示矢量纵波震源波场沿z方向的分量，v_P,x ^R表示矢量纵波检波波场沿x方向的分量，v_P,y ^R表示矢量纵波检波波场沿y方向的分量，v_P,z ^R表示矢量纵波检波波场沿z方向的分量，v_S,x ^R表示矢量横波检波波场沿x方向的分量，v_S,y ^R表示矢量横波检波波场沿y方向的分量，v_S,z ^R表示矢量横波检波波场沿z方向的分量。

请参考图10和图11，图10示出了本申请一实施例中采用矢量波场标量积成像条件获得的在x方向上0千米至8.2千米区域内的单炮PP成像剖面，是根据图2和图3给定的速度模型利用矢量波场标量积成像条件获得的单炮PP成像剖面。图11示出了本申请一实施例中采用矢量波场标量积成像条件获得的在x方向上0千米至8.2千米区域内的单炮PS成像剖面，是根据图2和图3给定的速度模型利用矢量波场标量积成像条件获得的单炮PS成像剖面。

步骤7，对单炮成像结果进行叠加，得到多波成像结果。具体地，可以按照以下公式对个单炮对应的弹性逆时偏移成像结果进行叠加，得到多波成像结果：

其中m表示当前炮号，M表示总炮数，∑表示求和，

表示第m炮PP成像结果，

是第m炮PS成像结果，I_PP表示M炮的PP成像叠加结果，I_PS是M炮的PS成像叠加结果。

请参考图12和图13，图12示出了本申请一实施例中对130炮PP成像进行叠加后的成像叠加剖面，是根据图2和图3给定的速度模型得到的PP成像叠加剖面。图13示出了本申请一实施例中对130炮PS成像进行叠加后的成像叠加剖面，是根据图2和图3给定的速度模型得到的PS成像叠加剖面。

步骤8，利用二阶空间导数算子对多波成像结果进行低波数噪音压制，得到目标多波成像结果。具体地，可以按照以下公式对多波成像结果进行低波数噪音压制，得到目标多波成像结果：

其中，

分别表示沿x，y和z方向上的二阶空间导数算子，I_PP表示滤波前PP成像叠加结果，I_PS是滤波前PS成像叠加结果，

以及

分别是进行二阶空间导数滤波后的PP成像叠加剖面和PS成像叠加剖面。

请参考图14和图15，图14示出了本申请一实施例中进行低波数噪音压制后的PP成像叠加剖面，是根据图2和图3给定的速度模型得到的二阶空间导数滤波后的PP成像叠加剖面。图15示出了本申请一实施例中进行低波数噪音压制后的PS成像叠加剖面，是根据图2和图3给定的速度模型得到的二阶空间导数滤波后的PS成像叠加剖面。从图12至图15可以看出，进行滤波后的成像结果相比于滤波前的成像结果更加清晰准确。

上述实施例中的解耦弹性逆时偏移成像方法，通过基于解耦无转换方程构建得到的解耦无转换延拓算子对检波震源进行逆向延拓，可以得到非均匀介质中彻底解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场，并利用矢量波场标量积成像条件获取标量形式的多波成像结果，避免了非均匀介质中弹性波场解耦不彻底对弹性逆时偏移成像精度的影响，从而可以有效提高非均质介质中的弹性逆时偏移成像精度。进一步地，在得到多波成像结果之后，利用二阶空间导数算子对叠加结果进行低波数噪音压制，得到最终的多波成像结果，可以进一步提高非均质介质或者说复杂地质结构的弹性逆时偏移成像精度。

基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了一种解耦弹性逆时偏移成像装置，如下面的实施例所述。由于解耦弹性逆时偏移成像装置解决问题的原理与解耦弹性逆时偏移成像方法相似，因此解耦弹性逆时偏移成像装置的实施可以参见解耦弹性逆时偏移成像方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图16是本申请实施例的解耦弹性逆时偏移成像装置的一种结构框图，如图16所示，包括：获取模块1601、正向延拓模块1602、逆向延拓模块1603和成像模块1604，下面对该结构进行说明。

获取模块1601用于获取目标多分量地震资料。

正向延拓模块1602用于构建纵波延拓算子，将预设地震子波作为纵波震源，并根据纵波延拓算子对纵波震源进行正向延拓，得到矢量纵波震源波场。

逆向延拓模块1603用于基于预设的解耦无转换方程构建解耦无转换延拓算子，将目标多分量地震资料作为检波震源，并根据解耦无转换算子对检波震源进行逆向延拓，得到彼此解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场。

成像模块1604用于对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果。

在本申请一些实施例中，目标多分量地震资料包括多炮的多分量地震资料；相应的，逆向延拓模块具体用于：以多炮的目标多分量地震资料中的各单炮的多分量地震资料，作为各单炮对应的检波震源；相应的，装置还包括叠加模块，叠加模块用于：在成像模块对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果之后，对各单炮对应的弹性逆时偏移成像结果进行叠加，得到目标多分量地震资料对应的多波成像结果。

在本申请一些实施例中，该装置还可以包括降噪模块，降噪模块可以用于：在对各单炮对应的逆时偏移成像结果进行叠加，得到目标多分量地震资料对应的多波成像结果之后，利用二阶空间导数算子对多波成像结果进行低波数噪音压制，得到目标多波成像结果。

在本申请一些实施例中，正向延拓模块可以具体用于：对以下纵波方程进行离散化处理得到纵波延拓算子：

其中，

为震源压力场，v_P ^S表示矢量纵波震源波场，上标符号T表示转置，V_P表示纵波速度场，L_v＝[l_x l_y l_z]以及

表示微分矩阵，其中，l_x，l_y，l_z分别表示沿x，y和z方向上的导数

表示震源压力场沿时间方向的导数，

表示矢量纵波震源波场沿时间方向的导数。

在本申请一些实施例中，逆向延拓模块可以具体用于对以下解耦无转换方程进行离散化处理得到解耦无转换延拓算子：

v^R＝v_P ^R+v_S ^R；

其中，v^R＝v_P ^R+v_S ^R为表征矢量弹性检波波场的解耦无转换方程，

为表征矢量纵波检波波场的解耦无转换方程，

为表征矢量横波检波波场的解耦无转换方程；其中，v^R表示矢量弹性检波波场，v_P ^R表示矢量纵波检波波场，v_S ^R表示矢量横波检波波场，上标符号T表示转置，

表示检波压力场，Φ^R表示检波切应力场，V_P表示纵波速度场，V_S表示横波速度场，L_v＝[l_x l_y l_z]、

以及

表示微分矩阵，l_x，l_y，l_z分别表示沿x，y和z方向上的导数，

表示检波压力场沿时间方向的导数，

表示矢量纵波检波波场沿时间方向的导数，

表示检波切应力场沿时间方向的导数，

表示矢量横波检波波场沿时间方向的导数。

在本申请一些实施例中，成像模块可以具体用于：根据矢量波场标量积成像条件，对矢量纵波震源波场与矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行标量积计算，得到弹性逆时偏移成像结果。

从以上的描述中，可以看出，本申请实施例实现了如下技术效果：通过基于解耦无转换方程构建得到的解耦无转换延拓算子对检波震源进行逆向延拓，可以得到非均匀介质中彻底解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场，避免了非均匀介质中弹性波场解耦不彻底对弹性逆时偏移成像精度的影响，从而可以有效提高非均质介质中的弹性逆时偏移成像精度。

本申请实施方式还提供了一种计算机设备，具体可以参阅图17所示的基于本申请实施例提供的解耦弹性逆时偏移成像方法的计算机设备组成结构示意图，所述计算机设备具体可以包括输入设备171、处理器172、存储器173。其中，所述存储器173用于存储处理器可执行指令。所述处理器172执行所述指令时实现上述任意实施例中所述的解耦弹性逆时偏移成像方法的步骤。

在本实施方式中，所述输入设备具体可以是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。所述输入设备可以包括键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、语音输入装置等；输入设备用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。所述输入设备还可以获取接收其他模块、单元、设备传输过来的数据。所述处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。所述存储器具体可以是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。所述存储器可以包括多个层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。

在本实施方式中，该计算机设备具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。

本申请实施方式中还提供了一种基于解耦弹性逆时偏移成像方法的计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序指令，在所述计算机程序指令被执行时实现上述任意实施例中所述解耦弹性逆时偏移成像方法的步骤。

在本实施方式中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(Random AccessMemory,RAM)、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、缓存(Cache)、硬盘(Hard DiskDrive,HDD)或者存储卡(Memory Card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。

在本实施方式中，该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本申请的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种解耦弹性逆时偏移成像方法，其特征在于，包括：

获取目标多分量地震资料；

构建纵波延拓算子，将预设地震子波作为纵波震源，并根据所述纵波延拓算子对所述纵波震源进行正向延拓，得到矢量纵波震源波场；

基于预设的解耦无转换方程构建解耦无转换延拓算子，将所述目标多分量地震资料作为检波震源，并根据所述解耦无转换算子对所述检波震源进行逆向延拓，得到彼此解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场；

对所述矢量纵波震源波场与所述矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标多分量地震资料包括多炮的多分量地震资料；

相应的，将所述目标多分量地震资料作为检波震源，包括：

将所述多炮的目标多分量地震资料中的各单炮的多分量地震资料，作为各单炮对应的检波震源；

相应的，在对所述矢量纵波震源波场与所述矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果之后，还包括：

对各单炮对应的弹性逆时偏移成像结果进行叠加，得到所述目标多分量地震资料对应的多波成像结果。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在对各单炮对应的弹性逆时偏移成像结果进行叠加，得到所述目标多分量地震资料对应的多波成像结果之后，还包括：

利用二阶空间导数算子对所述多波成像结果进行低波数噪音压制，得到目标多波成像结果。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建纵波延拓算子，包括：对以下纵波方程进行离散化处理得到纵波延拓算子：

其中，

为震源压力场，v_P ^S表示矢量纵波震源波场，上标符号T表示转置，V_P表示纵波速度场，L_v＝[l_x l_y l_z]以及

表示微分矩阵，其中，l_x，l_y，l_z分别表示沿x，y和z方向上的导数

表示所述震源压力场沿时间方向的导数，

表示所述矢量纵波震源波场沿时间方向的导数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于预设的解耦无转换方程构建解耦无转换延拓算子，包括对以下解耦无转换方程进行离散化处理得到解耦无转换延拓算子：

v^R＝v_P ^R+v_S ^R

其中，v^R＝v_P ^R+v_S ^R为表征矢量弹性检波波场的解耦无转换方程，

为表征矢量纵波检波波场的解耦无转换方程，

为表征矢量横波检波波场的解耦无转换方程；其中，v^R表示所述矢量弹性检波波场，v_P ^R表示所述矢量纵波检波波场，v_S ^R表示所述矢量横波检波波场，上标符号T表示转置，

表示检波压力场，Φ^R表示检波切应力场，V_P表示纵波速度场，V_S表示横波速度场，L_v＝[l_x l_y l_z]、

以及

表示微分矩阵，l_x，l_y，l_z分别表示沿x，y和z方向上的导数，

表示检波压力场沿时间方向的导数，

表示矢量纵波检波波场沿时间方向的导数，

表示检波切应力场沿时间方向的导数，

表示矢量横波检波波场沿时间方向的导数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述矢量纵波震源波场与所述矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果，包括：

根据矢量波场标量积成像条件，对所述矢量纵波震源波场与所述矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行标量积计算，得到弹性逆时偏移成像结果。

7.一种解耦弹性逆时偏移成像装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取目标多分量地震资料；

正向延拓模块，用于构建纵波延拓算子，将预设地震子波作为纵波震源，并根据所述纵波延拓算子对所述纵波震源进行正向延拓，得到矢量纵波震源波场；

逆向延拓模块，用于基于预设的解耦无转换方程构建解耦无转换延拓算子，将所述目标多分量地震资料作为检波震源，并根据所述解耦无转换算子对所述检波震源进行逆向延拓，得到彼此解耦且独立传播的矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场；

成像模块，用于对所述矢量纵波震源波场与所述矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述目标多分量地震资料包括多炮的多分量地震资料；

相应的，所述逆向延拓模块具体用于：将所述多炮的目标多分量地震资料中的各单炮的多分量地震资料，作为各单炮对应的检波震源；

相应的，所述装置还包括叠加模块，所述叠加模块用于：在所述成像模块对所述矢量纵波震源波场与所述矢量纵波检波波场和矢量横波检波波场进行互相关成像，得到弹性逆时偏移成像结果之后，对各单炮对应的弹性逆时偏移成像结果进行叠加，得到所述目标多分量地震资料对应的多波成像结果。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述指令被执行时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。

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