CN111781635A - 海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法和装置，通过采用基于特定权重矩阵W的波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，实现PP波和PS波的完全分离，并实现上行波和下行波的准确分离；另外，通过利用海底四分量数据进行弹性波矢量成像，有效利用了海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，有助于获得更加可靠的地下介质弹性模型。

Description

海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法和装置

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探地震数据处理领域，尤其涉及一种海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法和装置。

背景技术

现代海底观测系统利用海底四分量(4C)探测器同时记录海底质点速度矢量和声波水压，海底4C地震勘探具有记录信噪比高、可记录横波、方便开展全方位观测、满足可重复观测需求以及受海面障碍物和风浪等海况影响小等优势。海底4C采集相较于陆上3C采集多了一个压力分量，这就为海底4C地震数据的处理和解释带来了更大的机遇与挑战。

对于海底4C地震数据，通常只是把压力记录作为纵波，而把速度记录的水平分量作为转换横波来进行处理；工业界常常用压力分量与速度记录的垂直分量叠加(俗称PZ叠加)来压制鬼波干扰。这些处理方法对海底4C地震记录信息的挖掘远远不够，未能在数据处理与数据解释中充分挖掘4C地震记录所包含的弹性矢量波场信息。

上世纪八十年代，叠前深度偏移理论方法提出后得到了工业界的极大重视，Kirchhoff、逆时偏移和高斯束成像方法相继得到应用。随着计算能力的提高，地震偏移有着从声波方程发展到弹性波方程，并从单参数成像发展到多参数成像的趋势。

但是，海底边界条件的不完整会造成P波和S波不能完全分离，而且，海底的记录方式会引起上、下行波的混叠，这样在进行反射波成像时会受到与之能量相当的自由表面多次波的干扰，这些因素导致现有多波多分量高斯束偏移方法对于海底地震数据成像的精度低，不能满足应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质，利用海底四分量数据进行弹性波矢量成像，有效利用了海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，有助于获得更加可靠的地下介质弹性模型。

为了实现上述技术效果，本发明采用如下技术方案：

第一方面，提供一种海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法，包括：

获取海底四分量地震数据和初始参数信息，该初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角；

采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波；

分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束；

获取各高斯束的位移矢量；

根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。

进一步地，该波类型分离公式为：

其中，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波，ν代表地震波模式，包括P、S1、S2三种模式，D_n(L,p,ω)为海底四分量地震数据中第n个位移分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，P'(L,p,ω)为海底四分量地震数据中水压分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，L表示高斯窗中心点坐标，p表示慢度矢量，ω表示高斯束参考角频率，i表示虚数单位；

另外，W为权重矩阵，

式中，λ和μ为拉梅系数，p₁，p₂和p₃分别为z、x和y方向上的慢度分量，e₁、e₂和e₃代表某波型偏振方向单位矢量坐标基，α代表纵波速度，P代表纵波，S1、S2分别代表由横波分解得到的线性偏振横波，该权重矩阵同时与多波几何参数和介质弹性参数有关。

进一步地，该获取各高斯束的位移矢量，包括：

分别对每个高斯束进行运动学射线追踪和动力学射线追踪，得到该高斯束的复数走时和复数振幅；

根据该复数走时和该复数振幅得到该高斯束的位移矢量。

进一步地，该根据复数走时和复数振幅得到该高斯束位移矢量，包括：

利用高斯束位移矢量计算公式，根据该复数走时和复数振幅得到该高斯束位移矢量，

该高斯束位移矢量计算公式为：

其中，

是点x处的ν波高斯束位移矢量，r和p^ν分别为高斯束的入射点和入射慢度矢量，

表示复数振幅，q^T＝(q₁,q₂)是垂直射线的平面坐标系，Q_d来表示动力学参数，且Q_d是一2×2的矩阵，τ(s)表示复数走时，ρ(s)表示介质密度，a^ν为ν波偏振方向矢量，且有关系式

a^P＝t+α(s)M_IJq_Je_I,

a^S1＝e₁-β(s)M_1Jq_Jt,I,J＝1,2

a^S2＝e₂-β(s)M_2Jq_Jt,，

其中，M_IJ为2×2矩阵M的元素，是波前走时在(q_1,q₂)坐标系的二阶偏导数，满足

e₁，e₂和e₃≡t是3D中心射线坐标基.式中包含了与坐标q_J相关的附加项，这是偏振方向矢量的校正项，当x离中心射线很近时，q_J很小，此时校正项可以忽略不计，α、β分别为纵波波速和横波波速。

进一步地，该根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果，包括：

根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果；

对各高斯窗的地震偏移成像进行叠加求和，得到单炮地震偏移成像结果；

将该海底四分量地震数据中各炮点的单炮地震偏移成像结果叠加求和，得到深度域构造成像结果。

进一步地，根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果，包括：

利用波场偏移成像公式，根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果；其中，该波场偏移成像公式如下：

I_PS(x)的计算公式中，I_PS＝I_PS1+I_PS2，

是一个求和向量，可以写成：

Sgn(x)为一单位矢量函数，并且有表达式：

其中，

为多波型海底传播模型的波场延拓积分方程：

其中，ν代表地震波模式,

表示点x处的ν波高斯束位移矢量

的第n个分量，*代表复共轭，a为束中心间隔，ω_l和w_l分别为高斯束参考频率和参考有效半宽度，L代表高斯窗中心点坐标，p为慢度矢量，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波。

进一步地，该标量局部平面波包括：标量局部平面P波、标量局部平面S1波以及标量局部平面S2波。

第二方面，提供一种海底四分量弹性波高斯束深度偏移装置，包括：

数据获取模块，获取海底四分量地震数据和初始参数信息，该初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角；

波型分离模块，采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波；

高斯束构建模块，分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束；

位移矢量获取模块，获取各高斯束的位移矢量；

成像模块，根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。

进一步地，该波类型分离公式为：

其中，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波，ν代表地震波模式，包括P、S1、S2三种模式，D_n(L,p,ω)为海底四分量地震数据中第n个位移分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，P'(L,p,ω)为海底四分量地震数据中水压分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，L表示高斯窗中心点坐标，p表示慢度矢量，ω表示高斯束参考角频率，i表示虚数单位；

另外，W为权重矩阵，

式中，λ和μ为拉梅系数，p₁，p₂和p₃分别为z、x和y方向上的慢度分量，e₁、e₂和e₃代表某波型偏振方向单位矢量坐标基，α代表纵波速度，P代表纵波，S1、S2分别代表由横波分解得到的线性偏振横波，该权重矩阵同时与多波几何参数和介质弹性参数有关。

进一步地，该位移矢量获取模块包括：

射线追踪单元，分别对每个高斯束进行运动学射线追踪和动力学射线追踪，得到该高斯束的复数走时和复数振幅；

位移矢量计算单元，根据该复数走时和该复数振幅得到该高斯束的位移矢量。

进一步地，该成像模块包括：

高斯窗成像单元，根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果；

单炮成像单元，对各高斯窗的地震偏移成像进行叠加求和，得到单炮地震偏移成像结果；

深度域成像单元，将该海底四分量地震数据中各炮点的单炮地震偏移成像结果叠加求和，得到深度域构造成像结果。

进一步地，该标量局部平面波包括：标量局部平面P波、标量局部平面S1波以及标量局部平面S2波。

第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行该程序时实现：

获取海底四分量地震数据和初始参数信息，该初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角；

采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波；

分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束；

获取各高斯束的位移矢量；

根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现：

获取海底四分量地震数据和初始参数信息，该初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角；

采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波；

分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束；

获取各高斯束的位移矢量；

根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。

本发明提供的海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质，获取海底四分量地震数据和初始参数信息，该初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角；采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波；分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束；获取各高斯束的位移矢量；根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。其中，通过利用海底四分量数据进行弹性波矢量成像，有效利用了海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，有助于获得更加可靠的地下介质弹性模型。

另外，本发明提供的海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质，在进行波型分离时采用波类型分离公式：

其中，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波，ν代表地震波模式，包括P、S1、S2三种模式，D_n(L,p,ω)为海底四分量地震数据中第n个位移分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，P'(L,p,ω)为海底四分量地震数据中水压分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，L表示高斯窗中心点坐标，p表示慢度矢量，ω表示高斯束参考角频率，i表示虚数单位；另外，W为权重矩阵，

式中，λ和μ为拉梅系数，p₁，p₂和p₃分别为z、x和y方向上的慢度分量，e₁、e₂和e₃代表某波型偏振方向单位矢量坐标基，α代表纵波速度，P代表纵波，S1、S2分别代表由横波分解得到的线性偏振横波，该权重矩阵同时与多波几何参数和介质弹性参数有关。通过采用上述权重矩阵和波类型分离公式，能够解决海底情况下矢量波场偏移成像中存在的多波型耦合及非物理成像噪声问题，实现PP波和PS波的完全分离，进而实现转换波的准确成像，并且，能够实现上行波和下行波的准确分离，进而消除检波点端自由表面多次波。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中的服务器S1与客户端设备B1之间的架构示意图；

图2是本发明实施例中的海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移方法的流程示意图一；

图3海底四分量观测系统示意图；

图4a示出了数值例子的多分量炮集记录的X分量；

图4b示出了数值例子的多分量炮集记录的Z分量；

图4c示出了数值例子的多分量炮集记录的P分量；

图5a示出了纵波速度场；

图5b示出了横波速度场；

图6示出了图2中步骤S400的具体步骤；

图7示出了图2中步骤S500的具体步骤；

图8为采用常规三分量高斯束叠前深度偏移得到的PS成像结果；

图9为采用本发明实施例海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法得到的四分量叠前深度偏移PS成像结果；

图10为采用常规三分量高斯束叠前深度偏移得到的PP成像结果；

图11为采用本发明实施例海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法得到的四分量叠前深度偏移PP成像结果；

图12为工业标准模型(截断Marmousi2模型)的纵波速度场；

图13为工业标准模型的常规三分量高斯束叠前深度偏移PS成像结果；

图14为采用本发明实施例海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法得到的工业标准模型的四分量叠前深度偏移PS成像结果。

图15是本发明实施例中的海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移装置的结构框图一；

图16示出了图15中位移矢量获取模块40的具体结构；

图17示出了图15中成像模块50的具体结构；

图18为本发明实施例电子设备的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

下面结合附图对本申请所述的一种海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法进行详细的说明。虽然本申请提供了如下述实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施例提供的执行顺序。

值得说明的是，本申请涉及的公式中，使用了分量表示与矢量(张量)表示形式，比如M_IJ为M的分量，

为e^v的分量，且本申请中的公式遵守爱因斯坦求和约定，并且该约定应用于下表符号，比如

另外，由于弹性波传播方向和偏振方向在偏移过程中的重要性以及弹性KH积分的复杂性，我们需要对慢度矢量做正向约定，在没有特殊说明的情况下，慢度矢量p及其分量军营满足正向约定，即均由边界指向介质内侧，以便高斯束的应用。

现有技术中，海底观测系统利用海底四分量(4C)探测器同时记录海底质点速度矢量和声波水压，海底4C采集相较于陆上3C采集多了一个压力分量，这就为海底4C地震数据的处理和解释带来了更大的机遇与挑战。但是，海底边界条件的不完整会造成P波和S波不能完全分离，海底的记录方式会引起上、下行波的混叠，这样在进行反射波成像时会受到与之能量相当的自由表面多次波的干扰，这些因素导致现有多波多分量高斯束偏移方法对于海底地震数据成像的精度低，不能满足应用需求。

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供的海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质，获取海底四分量地震数据和初始参数信息，该初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角；采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波；分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束；获取各高斯束的位移矢量；根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。其中，通过利用海底四分量数据进行弹性波矢量成像，有效利用了海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，有助于获得更加可靠的地下介质弹性模型。

另外，本发明提供的海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质，在进行波型分离时采用波类型分离公式：

其中，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波，ν代表地震波模式，包括P、S1、S2三种模式，D_n(L,p,ω)为海底四分量地震数据中第n个位移分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，P'(L,p,ω)为海底四分量地震数据中水压分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，L表示高斯窗中心点坐标，p表示慢度矢量，ω表示高斯束参考角频率，i表示虚数单位；另外，W为权重矩阵，

式中，λ和μ为拉梅系数，p₁，p₂和p₃分别为z、x和y方向上的慢度分量，e₁、e₂和e₃代表某波型偏振方向单位矢量坐标基，α代表纵波速度，P代表纵波，S1、S2分别代表由横波分解得到的线性偏振横波，该权重矩阵同时与多波几何参数和介质弹性参数有关。通过采用上述权重矩阵和波类型分离公式，能够解决海底情况下矢量波场偏移成像中存在的多波型耦合及非物理成像噪声问题，实现PP波和PS波的完全分离，进而实现转换波的准确成像，并且，能够实现上行波和下行波的准确分离，进而消除检波点端自由表面多次波。

有鉴于此，本申请提供了一种海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移装置，该装置可以为一种服务器S1，参见图1，该服务器S1可以与至少一个客户端设备B1通信连接，所述客户端设备B1可以将海底四分量地震数据和初始参数信息发送至所述服务器S1，所述服务器S1可以在线接收所述海底四分量地震数据和初始参数信息。所述服务器S1可以在线或者离线对获取的海底四分量地震数据和初始参数信息进行预处理，该初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角；然后采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波；分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束；获取各高斯束的位移矢量；根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。而后，所述服务器S1可以将深度域构造成像结果在线发送至所述客户端设备B1。所述客户端设备B1可以在线接收所述深度域构造成像结果。

基于上述内容，所述客户端设备B1可以具有显示界面，使得用户能够根据界面查看所述服务器S1发送的所述深度域构造成像结果。

可以理解的是，所述客户端设备B1可以包括智能手机、平板电子设备、网络机顶盒、便携式计算机、台式电脑、个人数字助理(PDA)、车载设备、智能穿戴设备等。其中，所述智能穿戴设备可以包括智能眼镜、智能手表、智能手环等。

在实际应用中，进行海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移的部分可以在如上述内容所述的服务器S1侧执行，即，如图1所示的架构，也可以所有的操作都在所述客户端设备B1中完成。具体可以根据所述客户端设备B1的处理能力，以及用户使用场景的限制等进行选择。本申请对此不作限定。若所有的操作都在所述客户端设备B1中完成，所述客户端设备B1还可以包括处理器，用于进行海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移的具体处理。

所述服务器与所述客户端设备之间可以使用任何合适的网络协议进行通信，包括在本申请提交日尚未开发出的网络协议。所述网络协议例如可以包括TCP/IP协议、UDP/IP协议、HTTP协议、HTTPS协议等。当然，所述网络协议例如还可以包括在上述协议之上使用的RPC协议(Remote Procedure Call Protocol，远程过程调用协议)、REST协议(Representational State Transfer，表述性状态转移协议)等。

本申请采用基于海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移方法，通过利用海底四分量数据进行弹性波矢量成像，有效利用了海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，有助于获得更加可靠的地下介质弹性模型。具体通过下述实施例及应用场景进行具体说明。

为了能够有效利用海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，本申请实施例提供一种海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法，参见图2，所述海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法具体包括如下内容：

步骤S100：获取海底四分量地震数据和初始参数信息，该初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角。

其中，高斯束的参考频率和射线倾角与地震数据的实际频率相关。所述初始参数信息还包括：射线数量、高斯窗之间的距离以及地震波的传播速度等。

高斯束的半宽度及其中心点坐标与观测系统信息(参见图3，示出了海底接收情况)有关。

另外，海底四分量地震数据在三维情况下为Z、X、Y、P’分量地震记录，二维情况下为Z、X、P’分量地震记录，其中，X、Y、Z分别代表检波器地震记录的三个正交分量，P’代表水听器的水压分量(如图4a至图4c所示,分别示出了海底四分量地震数据的X、Z、P’分量)。

海底四分量地震数据由多个单炮地震数据组成。

针对每个单炮数据，进行步骤S200至步骤S400的处理，然后在步骤S500中，将各单炮数据的处理结果叠加，得到完成的处理结果。

步骤S200：采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波。

该标量局部平面波包括：标量局部平面P波、标量局部平面S1波以及标量局部平面S2波。

其中，通过对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行倾斜叠加至高斯束中心实现平面波分解，得到横波和纵波数据，参见图5a和图5b,分别示出了纵波速度场和横波速度场。其中，倾斜叠加是将数据从时间域变换到了tau-p域，该变换相当于平面波分解。

然后，再利用波类型分离公式进行波类型分离。

其中，将水压分量地震记录作为应力边界条件并与位移分量(或速度分量)记录组合成完整的应力应变边界条件，在此框架下进行多波型的分离。

具体地，该波类型分离公式为：

其中，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波，ν代表地震波模式，包括P、S1、S2三种模式(P表示纵波,S1和S2表示横波S的两种线性偏振横波，在3D各向同性介质中，S波一般情况下为椭圆偏振，为了表示和计算方便，将其分解为S1和S2两种线性偏振横波)，D_n(L,p,ω)为海底四分量地震数据中第n个位移分量(检波器记录到的三个正交的代表位移的地震记录分量)经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，P'(L,p,ω)为海底四分量地震数据中水压分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，L表示高斯窗中心点坐标，p表示慢度矢量，ω表示高斯束参考角频率，i表示虚数单位，iω相当于对时间的一阶求导；

另外，W为权重矩阵，

式中，λ和μ为拉梅系数，p₁、p₂和p₃分别为z、x和y方向上的慢度分量，e₁、e₂和e₃分别代表S1、S2、P波型偏振方向单位矢量坐标基，

代表P的坐标基，S1、S2类比；α代表纵波速度，P代表纵波，S1、S2分别代表由横波分解得到的线性偏振横波，该权重矩阵同时与多波几何参数和介质弹性参数有关。

步骤S300：分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束。

其中，按照初始参数信息中的高斯束的参考频率、射线倾角以及射线数量进行射出，为每个高斯窗构建高斯束。

值得说明的是，为每个高斯窗构建高斯束的过程可以多线程同时进行，也可以分别进行，一般在算力足够且对处理速度要求高时可以采用多线程同时进行，当算力不足或者对处理速度要求不高时，可以分别进行，本发明实施例对此不作限制。

步骤S400：获取各高斯束的位移矢量。

具体地，针对每个高斯窗，获取各高斯束的位移矢量，高斯束是波动方程在高频傍轴近似情况下的一种特解。

步骤S500：根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。

具体地，针对每个高斯窗，根据该高斯窗内的标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到该高斯窗的地震偏移成像，然后将所有高斯窗的地震偏移成像进行成像点的求和叠加，得到单炮成像结果，然后将海底四分量地震数据中各单炮地震数据对应的单炮成像结果进行汇总，得到深度域构造成像结果。

本发明实施例提供的海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移方法，基于弹性波动方程和海底完整的同时包含有应力和应变信息的边界条件，通过利用海底四分量数据进行弹性波矢量成像，有效利用了海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，有助于获得更加可靠的地下介质弹性模型，并且，在进行波型分离时采用了上述的基于权重矩阵W的波类型分离公式，能够解决海底情况下矢量波场偏移成像中存在的多波型耦合及非物理成像噪声问题，实现PP波和PS波的完全分离，进而实现转换波的准确成像，并且，能够实现上行波和下行波的准确分离，进而消除检波点端自由表面多次波。

为了能够有效利用海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，在一个可选的实施例中，该海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法的步骤S400具体包括以下内容，参见图6：

步骤S410：分别对每个高斯束进行运动学射线追踪和动力学射线追踪，得到该高斯束的复数走时和复数振幅。

其中，针对每个单炮地震数据中的每个高斯窗，都要进行上述追踪。

步骤S420：根据该复数走时和该复数振幅得到该高斯束的位移矢量。

其中，利用高斯束位移矢量计算公式，根据该复数走时和复数振幅得到该高斯束位移矢量。

该高斯束位移矢量计算公式为：

其中，M(s)为波前走时在垂直射线的平面坐标系q＝(q1,q2)中的二阶偏导数组成的矩阵，点x表示地下某空间点，

是点x处的ν波高斯束位移矢量，r和p^ν分别为高斯束的入射点和入射慢度矢量，

表示复数振幅，q^T＝(q₁,q₂)是垂直射线的平面坐标系，Q_d表示动力学参数，且Q_d是一2×2的矩阵，τ(s)表示复数走时，ρ(s)表示介质密度，a^ν为ν波偏振方向矢量，且有关系式

a^P＝t+α(s)M_IJq_Je_I,

a^S1＝e₁-β(s)M_1Jq_Jt,I,J＝1,2

a^S2＝e₂-β(s)M_2Jq_Jt,，

其中，M_IJ为2×2矩阵M的元素，是波前走时在(q₁,q₂)坐标系的二阶偏导数，满足

e₁，e₂和e₃≡t是3D中心射线坐标基.式中包含了与坐标q_J相关的附加项，这是偏振方向矢量的校正项，当x离中心射线很近时，q_J很小，此时校正项可以忽略不计，α、β分别为纵波波速和横波波速。

为了能够有效利用海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，在一个可选的实施例中，该海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法的步骤S500具体包括以下内容，参见图7：

步骤S510：根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果。

其中，针对每个高斯窗，根据该高斯窗内的标量局部平面波、所有高斯束的位移矢量得到该高斯窗的地震偏移成像结果。

具体地，利用波场偏移成像公式，根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果；其中，该波场偏移成像公式如下：

I_PS(x)的计算公式中，I_PS＝I_PS1+I_PS2，

是一个求和向量，可以写成：

Sgn(x)为一单位矢量函数，并且有表达式：

其中，

为多波型海底传播模型的波场延拓积分方程：

其中，ν代表地震波模式,

表示点x处的ν波高斯束位移矢量

的第n个分量，*代表复共轭，a为束中心间隔，ω_l和w_l分别为高斯束参考频率和参考有效半宽度，L代表高斯窗中心点坐标，P为慢度矢量，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波。

值得说明的是，多波型海底传播模型的波场延拓积分方程的推导过程如下:

弹性Kirchhoff-Helmholtz积分相当于弹性波动方程的积分表示形式。积分方程反向延拓可以表示为：

其中，符号*代表复共轭，n_j为边界∑的外法线方向向量，G_ni(x,r,ω)为格林函数张量，H_nji(x,r,ω)为格林应力张量。从上式可以看出，求解该弹性波动方程既需要应变信息，也需要应力信息。当只有位移分量u_i(r,ω)已知时，不能获得波场唯一的解。当前，大多数多波多分量偏移方法均假设模型为自由地表模型，这种情况下可以直接认为应力分量τ_ij(r,ω)＝0。但是对于海底接收的情况，显然τ_ij(r,ω)≠0。假设观测数据只有上行波信号，海底界面上具有精确的应力与位移关系式，这样可以通过地震记录提供的应变信息求取应力，但是实际海底地震记录往往既包含上行波，也包含下行波。通过研究发现，四分量获得的压力信息恰好可以作为应力信息，进而四分量数据可以组合成完整的边界条件。基于此，可以实现对弹性波动方程的准确求解。

格林应力张量与格林函数张量之间存在确定的关系。根据广义虎克定律，我们可以用后者来表示前者

同时有

c_ijkl＝λδ_ijδ_kl+μ(δ_ikδ_jl+δ_ilδ_jk)

拉梅系数λ和μ存在关系

λ＝ρ(α²-2β²)

μ＝ρβ²

α和β分别为纵波和横波速度。

利用边界条件(Ravasi和Curtis，2013)

τ₁₂(r,t)＝0

τ₁₃(r,t)＝0

τ₁₁(r,t)＝-P'(r,t)

r代表检波点位置，t为时间，P'(r,t)代表水压分量地震记录。

设定∑外法线方向为

延拓公式写作

利用高频近似

将格林函数表示成高斯束的叠加形式，再将点源波场高斯束写成相移表示形式(Hill，2011)，延拓公式进一步写作

上述公式中位移分量及水压分量地震记录通过局部倾斜叠加实现局部平面波分解。多波型海底传播模型的波场延拓积分方程最终写作

其中，ν代表地震波模式,

表示点x处的ν波高斯束位移矢量

的第n个分量，*代表复共轭。a为束中心间隔，ω_l和w_l分别为高斯束参考频率和参考有效半宽度，L代表高斯束中心坐标，P为慢度矢量。D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波,可由四分量地震记录经上述的分离矩阵进行波型分离获得。

步骤S520：对各高斯窗的地震偏移成像进行叠加求和，得到单炮地震偏移成像结果。

针对每个单炮地震数据，对该单炮地震数据内所有高斯窗的地震偏移成像进行叠加求和，得到单炮地震偏移成像结果。

步骤S530：将该海底四分量地震数据中各炮点的单炮地震偏移成像结果叠加求和，得到深度域构造成像结果。

下面，结合某工区海底四分量地震数据对本发明实施例提供的海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法的成像效果进行检测：

具体地，分别应用已有的常规三分量高斯束叠前深度偏移方法和本发明实施例海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法对某工区海底四分量地震数据进行成像，图8为采用常规三分量高斯束叠前深度偏移得到的PS成像结果，图9示出了采用本申请实施例海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法得到的四分量PS波偏移成像结果，通过对比图8和图9可以看出，本申请实施例提供的海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法，可以消除由不完整的边界条件造成的不准确的波型分离而引起的假象(A2所示)；同时，可以消除检波点端自由表面多次波(A1所示)。图10示出了采用常规三分量高斯束叠前深度偏移得到的PP成像结果，图11示出了采用本申请实施例海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法得到的四分量PP波偏移成像结果，通过对比图10和图11可以看出，本申请实例相对已有的常规偏移方法，对于纵波成像结果，依然可以显著消除检波点端自由表面多次波(A1所示)。

图12为工业标准模型(截断Marmousi2模型)的纵波速度场，分别对该标准工业模型进行常规的三分量PS波偏移成像和本申请实施例提供的四分量PS波偏移成像，图13为工业标准模型的常规三分量高斯束叠前深度偏移PS成像结果，图14为采用本发明实施例海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移方法得到的工业标准模型的四分量叠前深度偏移PS成像结果，选取其中一部分区域进行放大，对比可以看出，常规三分量偏移方法直接运用到海底接收的情况其成像结果会存在大量的成像噪声，该噪声主要是由不完整的边界条件造成的不准确的波型分离而引起，而本申请实例的方法可以有效消除这类噪声，提高成像结果的分辨率。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移装置解决问题的原理与上述方法相似，因此海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移装置的实施可以参见上述方法的实施，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15是本发明实施例中的海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移装置的结构框图一。如图15所示，该海底四分量弹性波高斯束叠前深度偏移装置具体包括：数据获取模块10、波型分离模块20、高斯束构建模块30、位移矢量获取模块40以及成像模块50。

数据获取模块10获取海底四分量地震数据和初始参数信息，所述初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角。

其中，高斯束的参考频率和射线倾角与地震数据的实际频率相关。所述初始参数信息还包括：射线数量、高斯窗之间的距离以及地震波的传播速度等。

高斯束的半宽度及其中心点坐标与观测系统信息(参见图3，示出了海底接收情况)有关。

另外，海底四分量地震数据在三维情况下为Z、X、Y、P’分量地震记录，二维情况下为Z、X、P’分量地震记录，其中，X、Y、Z分别代表检波器地震记录的三个正交分量，P’代表水听器的水压分量(如图4a至图4c所示,分别示出了海底四分量地震数据的X、Z、P’分量)。

海底四分量地震数据由多个单炮地震数据组成。

波型分离模块20采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波。

该标量局部平面波包括：标量局部平面P波、标量局部平面S1波以及标量局部平面S2波。

其中，通过对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行倾斜叠加至高斯束中心实现平面波分解，得到横波和纵波数据，参见图5a和图5b,分别示出了纵波速度场和横波速度场。其中，倾斜叠加是将数据从时间域变换到了tau-p域，该变换相当于平面波分解。

然后，再利用波类型分离公式进行波类型分离。

其中，将水压分量地震记录作为应力边界条件并与位移分量(或速度分量)记录组合成完整的应力应变边界条件，在此框架下进行多波型的分离。

具体地，该波类型分离公式为：

其中，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波，ν代表地震波模式，包括P、S1、S2三种模式(P表示纵波,S1和S2表示横波S的两种线性偏振横波，在3D各向同性介质中，S波一般情况下为椭圆偏振，为了表示和计算方便，将其分解为S1和S2两种线性偏振横波)，D_n(L,p,ω)为海底四分量地震数据中第n个位移分量(检波器记录到的三个正交的代表位移的地震记录分量)经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，P'(L,p,ω)为海底四分量地震数据中水压分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，L表示高斯窗中心点坐标，p表示慢度矢量，ω表示高斯束参考角频率，i表示虚数单位，iω相当于对时间的一阶求导；

另外，W为权重矩阵，

式中，λ和μ为拉梅系数，p₁、p₂和p₃分别为z、x和y方向上的慢度分量，e₁、e₂和e₃分别代表S1、S2、P波型偏振方向单位矢量坐标基，

代表P的坐标基，S1、S2类比；α代表纵波速度，P代表纵波，S1、S2分别代表由横波分解得到的线性偏振横波，该权重矩阵同时与多波几何参数和介质弹性参数有关。

高斯束构建模块30分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束。

其中，按照初始参数信息中的高斯束的参考频率、射线倾角以及射线数量进行射出，为每个高斯窗构建高斯束。

值得说明的是，为每个高斯窗构建高斯束的过程可以多线程同时进行，也可以分别进行，一般在算力足够且对处理速度要求高时可以采用多线程同时进行，当算力不足或者对处理速度要求不高时，可以分别进行，本发明实施例对此不作限制

位移矢量获取模块40获取各高斯束的位移矢量。

具体地，针对每个高斯窗，获取各高斯束的位移矢量，高斯束是波动方程在高频傍轴近似情况下的一种特解。

成像模块50根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。

具体地，针对每个高斯窗，根据该高斯窗内的标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到该高斯窗的地震偏移成像，然后将所有高斯窗的地震偏移成像进行成像点的求和叠加，得到单炮成像结果，然后将海底四分量地震数据中各单炮地震数据对应的单炮成像结果进行汇总，得到深度域构造成像结果。

本发明实施例提供的海底四分量地震数据高斯束叠前深度偏移装置，基于弹性波动方程和海底完整的同时包含有应力和应变信息的边界条件，通过利用海底四分量数据进行弹性波矢量成像，有效利用了海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，有助于获得更加可靠的地下介质弹性模型，并且，在进行波型分离时采用了上述的基于权重矩阵W的波类型分离公式，能够解决海底情况下矢量波场偏移成像中存在的多波型耦合及非物理成像噪声问题，实现PP波和PS波的完全分离，进而实现转换波的准确成像，并且，能够实现上行波和下行波的准确分离，进而消除检波点端自由表面多次波。

图16示出了图15中位移矢量获取模块40的具体结构。如图16所示，该位移矢量获取模块40包括：射线追踪单元41以及位移矢量计算单元42。

射线追踪单元41分别对每个高斯束进行运动学射线追踪和动力学射线追踪，得到该高斯束的复数走时和复数振幅。

其中，针对每个单炮地震数据中的每个高斯窗，都要进行上述追踪。

位移矢量计算单元42根据所述复数走时和所述复数振幅得到该高斯束的位移矢量。

其中，利用高斯束位移矢量计算公式，根据该复数走时和复数振幅得到该高斯束位移矢量。

该高斯束位移矢量计算公式为：

其中，

是点x处的ν波高斯束位移矢量，r和p^ν分别为高斯束的入射点和入射慢度矢量，

表示复数振幅，q^T＝(q₁,q₂)是垂直射线的平面坐标系，Q_d表示动力学参数，且Q_d是一2×2的矩阵，τ(s)表示复数走时，ρ(s)表示介质密度，a^ν为ν波偏振方向矢量，且有关系式

a^P＝t+α(s)M_IJq_Je_I,

a^S1＝e₁-β(s)M_1Jq_Jt,I,J＝1,2

a^S2＝e₂-β(s)M_2Jq_Jt,，

其中，M_IJ为2×2矩阵M的元素，是波前走时在(q₁,q₂)坐标系的二阶偏导数，满足

e₁，e₂和e₃≡t是3D中心射线坐标基.式中包含了与坐标q_J相关的附加项，这是偏振方向矢量的校正项，当x离中心射线很近时，q_J很小，此时校正项可以忽略不计，α、β分别为纵波波速和横波波速。

图17示出了图15中成像模块50的具体结构。如图17所示，该成像模块50包括：高斯窗成像单元51、单炮成像单元52以及深度域成像单元53。

高斯窗成像单元51根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果。

其中，针对每个高斯窗，根据该高斯窗内的标量局部平面波、所有高斯束的位移矢量得到该高斯窗的地震偏移成像结果。

具体地，利用波场偏移成像公式，根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果；其中，该波场偏移成像公式如下：

I_PS(x)的计算公式中，I_PS＝I_PS1+I_PS2，

是一个求和向量，可以写成：

Sgn(x)为一单位矢量函数，并且有表达式：

其中，

为多波型海底传播模型的波场延拓积分方程：

其中，ν代表地震波模式,

表示点x处的ν波高斯束位移矢量

的第n个分量，*代表复共轭，a为束中心间隔，ω_l和w_l分别为高斯束参考频率和参考有效半宽度，L代表高斯窗中心点坐标，P为慢度矢量，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波。

值得说明的是，多波型海底传播模型的波场延拓积分方程的推导过程如下:

弹性Kirchhoff-Helmholtz积分相当于弹性波动方程的积分表示形式。积分方程反向延拓可以表示为：

其中，符号*代表复共轭，n_j为边界∑的外法线方向向量，G_ni(x,r,ω)为格林函数张量，H_nji(x,r,ω)为格林应力张量。从上式可以看出，求解该弹性波动方程既需要应变信息，也需要应力信息。当只有位移分量u_i(r,ω)已知时，不能获得波场唯一的解。当前，大多数多波多分量偏移方法均假设模型为自由地表模型，这种情况下可以直接认为应力分量τ_ij(r,ω)＝0。但是对于海底接收的情况，显然τ_ij(r,ω)≠0。假设观测数据只有上行波信号，海底界面上具有精确的应力与位移关系式，这样可以通过地震记录提供的应变信息求取应力，但是实际海底地震记录往往既包含上行波，也包含下行波。通过研究发现，四分量获得的压力信息恰好可以作为应力信息，进而四分量数据可以组合成完整的边界条件。基于此，可以实现对弹性波动方程的准确求解。

格林应力张量与格林函数张量之间存在确定的关系。根据广义虎克定律，我们可以用后者来表示前者

同时有

c_ijkl＝λδ_ijδ_kl+μ(δ_ikδ_jl+δ_ilδ_jk)

拉梅系数λ和μ存在关系

λ＝ρ(α²-2β²)

μ＝ρβ²

α和β分别为纵波和横波速度。

利用边界条件(Ravasi和Curtis，2013)

τ₁₂(r,t)＝0

τ₁₃(r,t)＝0

τ₁₁(r,t)＝-P'(r,t)

r代表检波点位置，t为时间，P'(r,t)代表水压分量地震记录。

设定∑外法线方向为

延拓公式写作

利用高频近似

将格林函数表示成高斯束的叠加形式，再将点源波场高斯束写成相移表示形式(Hill，2011)，延拓公式进一步写作

上述公式中位移分量及水压分量地震记录通过局部倾斜叠加实现局部平面波分解。多波型海底传播模型的波场延拓积分方程最终写作

其中，ν代表地震波模式,

表示点x处的ν波高斯束位移矢量

的第n个分量，*代表复共轭。a为束中心间隔，ω_l和w_l分别为高斯束参考频率和参考有效半宽度，L代表高斯束中心坐标，P为慢度矢量。D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波,可由四分量地震记录经上述的分离矩阵进行波型分离获得。

单炮成像单元52对各高斯窗的地震偏移成像进行叠加求和，得到单炮地震偏移成像结果。

针对每个单炮地震数据，对该单炮地震数据内所有高斯窗的地震偏移成像进行叠加求和，得到单炮地震偏移成像结果。

深度域成像单元53将所述海底四分量地震数据中各炮点的单炮地震偏移成像结果叠加求和，得到深度域构造成像结果。

上述实施例阐明的装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为电子设备，具体的，电子设备例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

在一个典型的实例中电子设备具体包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现下述步骤：

获取海底四分量地震数据和初始参数信息，该初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角；

采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波；

分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束；

获取各高斯束的位移矢量；

根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。

从上述描述可知，本发明实施例提供的电子设备，可用于海底四分量弹性波高斯束深度偏移，通过利用海底四分量数据进行弹性波矢量成像，有效利用了海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，有助于获得更加可靠的地下介质弹性模型。

下面参考图18，其示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备600的结构示意图。

如图18所示，电子设备600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM))603中的程序而执行各种适当的工作和处理。在RAM603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602、以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。

以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡，调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口606。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装如存储部分608。

特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现下述步骤：

获取海底四分量地震数据和初始参数信息，该初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角；

采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波；

分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束；

获取各高斯束的位移矢量；

根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。

从上述描述可知，本发明实施例提供的计算机可读存储介质，可用于海底四分量弹性波高斯束深度偏移，通过利用海底四分量数据进行弹性波矢量成像，有效利用了海底节点四分量数据中包含丰富的弹性波场信息，有助于获得更加可靠的地下介质弹性模型。

在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理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权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法，其特征在于，包括：

获取海底四分量地震数据和初始参数信息，所述初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角；

采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波；

分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束；

获取各高斯束的位移矢量；

根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。

2.根据权利要求1所述的海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法，其特征在于，所述波类型分离公式为：

其中，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波，ν代表地震波模式，包括P、S1、S2三种模式，D_n(L,p,ω)为海底四分量地震数据中第n个位移分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，P'(L,p,ω)为海底四分量地震数据中水压分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，L表示高斯窗中心点坐标，p表示慢度矢量，ω表示高斯束参考频率，i表示虚数单位；

另外，W为权重矩阵，

式中，λ和μ为拉梅系数，p₁，p₂和p₃分别为z、x和y方向上的慢度分量，e₁、e₂和e₃代表某波型偏振方向单位矢量坐标基，α代表纵波速度，P代表纵波，S1、S2分别代表由横波分解得到的线性偏振横波，该权重矩阵同时与多波几何参数和介质弹性参数有关。

3.根据权利要求2所述的海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法，其特征在于，所述获取各高斯束的位移矢量，包括：

分别对每个高斯束进行运动学射线追踪和动力学射线追踪，得到该高斯束的复数走时和复数振幅；

根据所述复数走时和所述复数振幅得到该高斯束的位移矢量。

4.根据权利要求3所述的海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法，其特征在于，所述根据复数走时和复数振幅得到该高斯束位移矢量，包括：

利用高斯束位移矢量计算公式，根据所述复数走时和复数振幅得到该高斯束位移矢量，

所述高斯束位移矢量计算公式为：

其中，

是点x处的ν波高斯束位移矢量，r和p^ν分别为高斯束的入射点和入射慢度矢量，

表示复数振幅，q^T＝(q₁,q₂)是垂直射线的平面坐标系，Q_d来表示动力学参数，且Q_d是一2×2的矩阵，τ(s)表示复数走时，ρ(s)表示介质密度，a^ν为ν波偏振方向矢量，且有关系式

其中，M_IJ为2×2矩阵M的元素，是波前走时在(q₁,q₂)坐标系的二阶偏导数，满足

e₁，e₂和e₃≡t是3D中心射线坐标基.式中包含了与坐标q_J相关的附加项，这是偏振方向矢量的校正项，当x离中心射线很近时，q_J很小，此时校正项可以忽略不计，α、β分别为纵波波速和横波波速。

5.根据权利要求4所述的海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法，其特征在于，所述根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果，包括：

根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果；

对各高斯窗的地震偏移成像进行叠加求和，得到单炮地震偏移成像结果；

将所述海底四分量地震数据中各炮点的单炮地震偏移成像结果叠加求和，得到深度域构造成像结果。

6.根据权利要求5所述的海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法，其特征在于，根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果，包括：

利用波场偏移成像公式，根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果；其中，所述波场偏移成像公式如下：

I_PS(x)的计算公式中，I_PS＝I_PS1+I_PS2，

是一个求和向量，可以写成：

Sgn(x)为一单位矢量函数，并且有表达式：

其中，

为多波型海底传播模型的波场延拓积分方程：

其中，ν代表地震波模式,

表示点x处的ν波高斯束位移矢量

的第n个分量，*代表复共轭，a为束中心间隔，ω_l和w_l分别为高斯束参考频率和参考有效半宽度，L代表高斯窗中心点坐标，p为慢度矢量，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波。

7.根据权利要求6所述的海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法，其特征在于，所述标量局部平面波包括：标量局部平面P波、标量局部平面S1波以及标量局部平面S2波。

8.一种海底四分量弹性波高斯束深度偏移装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，获取海底四分量地震数据和初始参数信息，所述初始参数信息包括：高斯窗数量、每个高斯窗的半宽度及其中心点坐标、高斯束的参考频率和射线倾角；

波型分离模块，采用波类型分离公式对每个高斯窗内的海底四分量地震数据进行波型分离，得到各高斯窗对应的标量局部平面波；

高斯束构建模块，分别以各高斯窗的中心点为起点向不同方向射出高斯束；

位移矢量获取模块，获取各高斯束的位移矢量；

成像模块，根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到深度域构造成像结果。

9.根据权利要求8所述海底四分量弹性波高斯束深度偏移装置，其特征在于，所述波类型分离公式为：

其中，D^ν是多波型分解后的标量局部平面ν波，ν代表地震波模式，包括P、S1、S2三种模式，D_n(L,p,ω)为海底四分量地震数据中第n个位移分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，P'(L,p,ω)为海底四分量地震数据中水压分量经局部倾斜叠加后形成的局部平面波，L表示高斯窗中心点坐标，p表示慢度矢量，ω表示高斯束参考角频率，i表示虚数单位；

另外，W为权重矩阵，

式中，λ和μ为拉梅系数，p₁，p₂和p₃分别为z、x和y方向上的慢度分量，e₁、e₂和e₃代表某波型偏振方向单位矢量坐标基，α代表纵波速度，P代表纵波，S1、S2分别代表由横波分解得到的线性偏振横波，该权重矩阵同时与多波几何参数和介质弹性参数有关。

10.根据权利要求9所述海底四分量弹性波高斯束深度偏移装置，其特征在于，所述位移矢量获取模块包括：

射线追踪单元，分别对每个高斯束进行运动学射线追踪和动力学射线追踪，得到该高斯束的复数走时和复数振幅；

位移矢量计算单元，根据所述复数走时和所述复数振幅得到该高斯束的位移矢量。

11.根据权利要求10所述海底四分量弹性波高斯束深度偏移装置，其特征在于，所述成像模块包括：

高斯窗成像单元，根据标量局部平面波、高斯束的位移矢量得到各高斯窗的地震偏移成像结果；

单炮成像单元，对各高斯窗的地震偏移成像进行叠加求和，得到单炮地震偏移成像结果；

深度域成像单元，将所述海底四分量地震数据中各炮点的单炮地震偏移成像结果叠加求和，得到深度域构造成像结果。

12.根据权利要求11所述海底四分量弹性波高斯束深度偏移装置，其特征在于，所述标量局部平面波包括：标量局部平面P波、标量局部平面S1波以及标量局部平面S2波。

13.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至7任一项所述的海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法的步骤。

14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的海底四分量弹性波高斯束深度偏移方法的步骤。

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