CN111830563B - 纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法及装置 - Google Patents

纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法及装置，涉及纯横波二分量多层裂缝横波分裂分析，该方法包括：获取第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差；执行迭代操作，利用第n层裂缝之前各层裂缝的裂缝方向及快慢波时差确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系，根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，依次确定出第二层裂缝至最后一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。本发明解决了现有技术无法对二分量纯横波进行多层横波分裂分析的技术问题。

Description

纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法及装置
技术领域
本发明涉及纯横波二分量多层裂缝横波分裂分析方法，具体而言，涉及一种纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法及装置。
背景技术
地下介质中，方位各向异性是广泛存在的，并常与裂缝发育有关。当横波斜交穿过裂缝时，会发双折射，即横波分裂现象，分裂为平行于裂缝方向偏振的快横波和垂直于裂缝方向偏振的慢横波，快横波和慢横波以不同速度传播，野外地震勘探生产中三分量检波器接收到的是快、慢横波混叠在一起的信号，该信号在转换横波径向(R)分量动校叠加后的方位道集的相应同相轴表现为随方位角起伏，甚至表现为沿时间裂开的分别具有断点的两组同相轴，并且两组同相轴的时间间隔取决于时差大小，在切向(T)分量上表现为具有较强能量并且同相轴发生极性反转。直接对R分量进行处理会导致叠加成像质量的降低，甚至出现假构造。此时需要进行快、慢横波分离，对分离出的快、慢横波分别进行处理；或者进一步对慢横波进行时差校正，再将校正后的慢横波与快横波反旋转到径向和切向，得到校正后的R’和校正后的T’，此时，T’的能量基本被校正到R’，从而只剩下少量的能量残余，这个过程可以称作横波分裂校正。对于纯横波，横波分裂现象在两个水平分量的表现与转换横波类似，不同的是，其快慢横波时差是转换快慢横波时差的2倍，因此纯横波比转换横波分裂强度更大。
在进行横波分裂校正时，以上所述的快、慢横波分离需要依据裂缝方向，横波分裂校正除需要依据裂缝方向外还需要依据快、慢波时差。而裂缝方向和快、慢波时差如何获取，是这项处理的关键，这个求取过程称作横波分裂分析。横波分裂分析技术于上世纪七、八十年代在多波地震勘探领域得到发展和应用，国内外学者先后提出了一些不同的分析方法，Alford旋转法将正交排列的四分量横波数据转到裂缝方向及其法向，准则是四分量数据矩阵次对角元素最小；李向阳等利用四分量横波地震数据的线性变换估计裂缝方位，对于转换横波地震数据，李提出利用T分量能量为零来求取裂缝方向，继而再利用快、慢波互相关方法求取两种波的时差。此外，对于转换横波地震数据，国内外学者逐步发展了2分量横波分裂分析方法，除了最小二乘法等解析方法外，常用的分析方法还包括各种扫描算法，根据目标函数的不同，可以进一步划分为快慢波相关法、切向能量最小法(simmons,2009)、径向能量最大法等。以上方法都在相应的横波或转换横波数据中得到了应用，对于2分量纯横波地震数据，第一层裂缝的横波分裂分析方法与转换横波分裂分析方法类似，可以由以上方法求得其裂缝方向和快慢波时差，但是对于包含二层裂缝及以上的多层裂缝情况，以上方法均不适用，该发明主要解决该问题，可以有效实现二分量纯横波多层裂缝横波分裂分析。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法及装置，以解决现有技术无法对二分量纯横波进行多层横波分裂分析的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法，该方法包括：
获取第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差；
执行迭代操作，利用第n层裂缝之前各层裂缝的裂缝方向及快慢波时差确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系，根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，依次确定出第二层裂缝至最后一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，n为大于或等于2的自然数。
可选的，所述根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，包括：
根据第n层裂缝的该对应关系采用求目标函数最小值的方法确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
可选的，所述根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，包括：根据以下目标函数确定第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，
Figure BDA0002030197260000021
其中，winns、winne分别为第n层裂缝的时窗起、止时间，αmin和αmax分别为最小径向方位角和最大径向方位角，u0I为透过第n层裂缝的未分裂波场的切向分量或径向分量，A(θn,Δtn)为第n层裂缝时窗起止时间内该分量的能量，当A(θn,Δtn)达到最小时，对应的θn为第n层裂缝的裂缝方向，对应的Δtn为第n层裂缝的快慢波时差。
可选的，所述透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系为：
u0(ω)＝R1 -1D1h′…Rn-1 -1Dn-1h′Rn -1Dn′RnDn-1h′Rn-1…D1h′R1u(ω)
其中：
Figure BDA0002030197260000031
Figure BDA0002030197260000032
Figure BDA0002030197260000033
Figure BDA0002030197260000034
Figure BDA0002030197260000035
Figure BDA0002030197260000036
u(ω)是透过第n层裂缝的检测波场，u0(ω)是透过第n层裂缝的未分裂波场，θn、θn-1、θ1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的裂缝方向，α径向方位角，Δtn、Δtn-1、Δt1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的快慢波时差。
可选的，根据第二层裂缝的该对应关系确定第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，包括：
根据第二层裂缝的该对应关系采用求目标函数最小值的方法确定出第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
可选的，根据第二层裂缝的该对应关系确定第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，包括：根据以下目标函数确定第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，
Figure BDA0002030197260000037
其中，win2s、win2e分别为第二层裂缝的时窗起、止时间，αmin和αmax分别为最小径向方位角和最大径向方位角，u0I为透过第二层裂缝的未分裂波场的切向分量或径向分量，A(θ2,Δt2)为第二层裂缝时窗起止时间内的该分量的能量，当A(θ2,Δt2)达到最小时，对应的θ2为第二层裂缝的裂缝方向，对应的Δt2为第二层裂缝的快慢波时差。
可选的，透过第二层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系为：
u0(ω)＝R1 -1D1h′R2 -1D2′R2D1h′R1u(ω)
其中：
Figure BDA0002030197260000041
Figure BDA0002030197260000042
Figure BDA0002030197260000043
Figure BDA0002030197260000044
u(ω)是透过第二层裂缝的检测波场，u0(ω)是透过第二层裂缝的未分裂波场，θ1是第一层裂缝的裂缝方向，θ2是第二层裂缝的裂缝方向，α径向方位角，Δt1是第一层裂缝的快慢波时差，Δt2是第二层裂缝的快慢波时差。
为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置，该装置包括：
第一层裂缝数据获取单元，用于获取第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差；
迭代分析单元，用于执行迭代操作，利用第n层裂缝之前各层裂缝的裂缝方向及快慢波时差确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系，根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，依次确定出第二层裂缝至最后一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，n为大于或等于2的自然数。
可选的，所述迭代分析单元包括：
第n层裂缝方向及快慢波时差确定模块，用于根据透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系采用求目标函数最小值的方法确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
可选的，所述迭代分析单元包括：
第n层裂缝方向及快慢波时差确定模块，用于根据以下目标函数确定第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，
Figure BDA0002030197260000051
其中，winns、winne分别为第n层裂缝的时窗起、止时间，αmin和αmax分别为最小径向方位角和最大径向方位角，u0I为透过第n层裂缝的未分裂波场的切向分量或径向分量，A(θn,Δtn)为第n层裂缝时窗起止时间内该分量的能量，当A(θn,Δtn)达到最小时，对应的θn为第n层裂缝的裂缝方向，对应的Δtn为第n层裂缝的快慢波时差。
可选的，所述迭代分析单元包括：
第n层裂缝对应关系确定模块，用于根据以下公式确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系：
u0(ω)＝R1 -1D1h′…Rn-1 -1Dn-1h′Rn -1Dn′RnDn-1h′Rn-1…D1h′R1u(ω)
其中：
Figure BDA0002030197260000052
Figure BDA0002030197260000053
Figure BDA0002030197260000054
Figure BDA0002030197260000055
Figure BDA0002030197260000056
Figure BDA0002030197260000057
u(ω)是透过第n层裂缝的检测波场，u0(ω)是透过第n层裂缝的未分裂波场，θn、θn-1、θ1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的裂缝方向，α径向方位角，Δtn、Δtn-1、Δt1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的快慢波时差。
可选的，所述迭代分析单元包括：
第二层裂缝方向及快慢波时差确定模块，用于根据第二层裂缝的该对应关系采用求目标函数最小值的方法确定出第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
可选的，所述迭代分析单元包括：
第二层裂缝方向及快慢波时差确定模块，用于根据以下目标函数确定第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，
Figure BDA0002030197260000061
其中，win2s、win2e分别为第二层裂缝的时窗起、止时间，αmin和αmax分别为最小径向方位角和最大径向方位角，u0I为透过第二层裂缝的未分裂波场的切向分量或径向分量，A(θ2,Δt2)为第二层裂缝时窗起止时间内的该分量的能量，当A(θ2,Δt2)达到最小时，对应的θ2为第二层裂缝的裂缝方向，对应的Δt2为第二层裂缝的快慢波时差。
可选的，所述迭代分析单元包括：
第二层裂缝对应关系确定模块，用于根据以下公式确定透过第二层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系：
u0(ω)＝R1 -1D1h′R2 -1D2′R2D1h′R1u(ω)
其中：
Figure BDA0002030197260000062
Figure BDA0002030197260000063
Figure BDA0002030197260000064
Figure BDA0002030197260000065
u(ω)是透过第二层裂缝的检测波场，u0(ω)是透过第二层裂缝的未分裂波场，θ1是第一层裂缝的裂缝方向，θ2是第二层裂缝的裂缝方向，α径向方位角，Δt1是第一层裂缝的快慢波时差，Δt2是第二层裂缝的快慢波时差。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机设备，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，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法中的步骤。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在计算机处理器中执行时实现上述纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法中的步骤。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种纯横波数据二分量横波分裂分析方法，可以求得地下各裂缝层对应的裂缝方向和快、慢波时差，为对地下各裂缝层进行分裂校正提供了精确的数据基础，解决了现有技术无法对二分量纯横波进行多层横波分裂分析的技术问题。
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是本发明第一实施例纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法的流程图；
图2是本发明第二实施例纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法的流程图；
图3是本发明实施例检测到的纯横波波场数据的径向(R)分量和切向(T)分量的原始方位道集；
图4是本发明实施例应用本发明方法所求得第二层裂缝方向进行快慢波分离后的第二层快波和第二层慢波；
图5是本发明实施例应用本发明方法所求得第二层裂缝方向和快慢波时差进行横波分裂校正后的第二层径向(R)分量和第二层切向(T)分量的方位道集；
图6是本发明实施例纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置的结构框图；
图7是本发明实施例迭代分析单元的第一结构框图；
图8是本发明实施例迭代分析单元的第二结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
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，本发明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，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一层裂缝”、“第n层裂缝”，这里的裂缝可以指的是裂缝层，即第一层裂缝也可以理解为第一个裂缝层，第n层裂缝也可以理解为第n个裂缝层。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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发明。
图1是本发明第一实施例纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法的流程图，如图1所示，本实施例的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法包括步骤S101和步骤S102。
步骤S101，获取第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
在本发明的实施例中，第一层裂缝的裂缝方向和快慢波时差可以通过背景技术介绍的最小二乘法、快慢波相关法、切向能量最小法(simmons,2009)、径向能量最大法等方法求出。本发明是在第一层裂缝方向和快慢横波时差已知的基础上进行阐述。
步骤S102，执行迭代操作，利用第n层裂缝之前各层裂缝的裂缝方向及快慢波时差确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系，根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，依次确定出第二层裂缝至最后一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，n为大于或等于2的自然数。
在本发明的实施例中，提供了一种纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法，本方法通过执行迭代操作，可以依次求取每层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。在本发明的实施例中，检测波场为由检波器测量并记录的实际波场，在本发明中可以用u来表示，其径向分量和切向分量分别可以用uR、和uT表示。透过各裂缝层的未分裂波场为理论情况下各裂缝层未发生横波分裂时的波场，在本发明中可以用u0来表示，其径向分量和切向分量可以表示为u0R和u0T。
在本发明的实施例中，在求取每层裂缝的裂缝方向及快慢波时差时，需要先确定透过该层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系，进而根据检波器检测到的透过该层裂缝的检测波场就可以计算出该裂缝层在理论情况下未发生横波分裂时的波场。在本发明实施例中，为了保证数据的准确性，在确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系时还需要考虑到之前各层裂缝的影响，即在确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系时还需应用第n层裂缝之前各层裂缝的裂缝方向及快慢波时差数据。
在本发明的实施例中，在确定出透过某层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系后(即得到未分裂波场u0的表达式之后)，可以根据该对应关系(即未分裂波场u0的表达式)确定出该层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。在本发明的可选实施例中可以应用切向能量最小法计算出该层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
从以上描述可以看出，本发明提供了一种纯横波数据二分量横波分裂分析方法，可以求得地下各裂缝层对应的裂缝方向和快、慢波时差，为对地下各裂缝层进行分裂校正提供了精确的数据基础，解决了现有技术无法对二分量纯横波进行多层横波分裂分析的技术问题。
图2是本发明第二实施例纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法的流程图，如图2所示，本实施例的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法包括步骤S201至步骤S203。
步骤S201，获取第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
在本发明的实施例中，第一层裂缝的裂缝方向和快慢波时差可以分别用θ1和Δt1表示。在本发明中，第一层裂缝的裂缝方向和快慢波时差可以通过背景技术介绍的最小二乘法、快慢波相关法、切向能量最小法(simmons,2009)、径向能量最大法等方法求出。本发明是在第一层裂缝方向和快慢横波时差已知的基础上进行阐述。
步骤S202，利用第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差确定透过第二层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系，并根据第二层裂缝的该对应关系确定出第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
在本发明实施例中，在进行对第二层裂缝的横波分裂分析时，即计算出第二层裂缝的裂缝方向和快、慢波时差，需要先确定出透过第二层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系。在本发明的实施例中，记未分裂的横波波场为u0，用径向分量和切向分量表示为u0R、u0T，其径向方位角记为α。横波在方位各向异性界面处发生分裂，偏振方向变为平行裂缝方向和垂直裂缝方向两个分量，记裂缝方向为θ，快、慢横波到达时间延迟即快、慢波时差记为Δt，检波器记录的检测波场记为u，用径向分量和切向分量表示为uR、和uT。
在本发明的实施例中，检波器记录的透过第二层裂缝的检测波场u与未分裂波场u0的关系在频率域可以表示为：
u(ω)＝R1 -1D1hR2 -1D2R2D1hR1u0(ω) (1)
其中：
Figure BDA0002030197260000101
Figure BDA0002030197260000102
Figure BDA0002030197260000103
Figure BDA0002030197260000104
通过公式(1)可以推导出透过第二层裂缝的未分裂波场u0的表达式为：
u0(ω)＝R1 -1D1h′R2 -1D2′R2D1h′R1u(ω) (6)
在公式(6)中：
Figure BDA0002030197260000105
Figure BDA0002030197260000106
在上述公式(1)至(8)中，θ1是第一层裂缝的裂缝方向，Δt1是第一层裂缝的快慢波时差。θ2是第二层裂缝的裂缝方向，Δt2是第二层裂缝的快慢波时差，α为径向方位角。
由上述公式(6)至(8)可见，在本发明中，在对第二层裂缝进行分裂校正时，不仅需要第二层裂缝的裂缝方向θ2和快慢波时差Δt2，同时还需要第一个裂缝层的裂缝方向θ1和快慢波时差Δt1，在本发明中，θ1和Δt1为已知，可以采用如背景技术所述的多种方法求出。
在本发明实施例中，在得到透过第二层裂缝的未分裂波场u0的表达式(6)后可以应用切向能量最小法计算出第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。在本发明的实施例中，为了计算第二层裂缝的裂缝方向和快慢波时差，建立了如下的目标函数：
Figure BDA0002030197260000111
在公式(9)中，win2s、win2e分别为第二层裂缝的时窗起、止时间，u0I为透过第二层裂缝的未分裂波场u0的切向分量或径向分量。在本发明中，当纯横波为SV横波震源纯横波时，u0I为第二层裂缝的未分裂波场u0的切向分量，即u0T；当纯横波为SH横波震源纯横波时，u0I为第二层裂缝的未分裂波场u0的径向分量，即u0R。在公式(9)中，αmin和αmax分别为分量u0I中径向方位角α的最小值和最大值，即最小和最大径向方位角。A(θ2,Δt2)为第二层裂缝时窗起止时间内分量u0I的能量，当目标函数A(θ2,Δt2)的值最小时，对应的θ2为第二层裂缝的裂缝方向，对应的Δt2为第二层裂缝的快慢波时差。
在本发明的可选实施例中，在通过上述公式(9)计算出第二层裂缝的裂缝方向和快慢波时差后，可以进行第二层裂缝的横波分裂校正，得到第二层裂缝的横波分裂校正后的波场数据。例如图5的B3区域为图3的B1区域所示第二层裂缝数据进行横波分裂校正后的结果。
步骤S203，利用前n-1层裂缝的裂缝方向及快慢波时差确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系，并根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差
在本发明的实施例中，首次推导出对多层裂缝任意一层进行2分量纯横波分裂分析的方法，即推导出计算纯横波多层裂缝任意一层的裂缝方向及快慢波时差的计算公式。
在本发明的实施例中，透过第n层裂未分裂波场u0与检测波场u在频率域的关系为：
u0(ω)＝R1 -1D1h′…Rn-1 -1Dn-1h′Rn -1Dn′RnDn-1h′Rn-1…D1h′R1u(ω) (10)
在公式(10)中：
Figure BDA0002030197260000121
Figure BDA0002030197260000122
Figure BDA0002030197260000123
Figure BDA0002030197260000124
在公式(10)至(14)中，u(ω)是透过第n层裂缝的检测波场，u0(ω)是透过第n层裂缝的未分裂波场，θn、θn-1、θ1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的裂缝方向，α径向方位角，Δtn、Δtn-1、Δt1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的快慢波时差。
由上述公式(10)可见，在本发明中，在对第n层裂缝进行横波分裂分析时，不仅需要第n层裂缝的裂缝方向θn和快慢波时差Δtn，同时还需要第n层裂缝以前各层裂缝的裂缝方向和快慢波时差。
在本发明实施例中，在得到透过第n层裂缝的未分裂波场u0的表达式(10)后可以采用求目标函数最小值的方法计算出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。在本发明的实施例中，为了计算第n层裂缝的裂缝方向和快慢波时差，建立了如下的目标函数：
Figure BDA0002030197260000125
Figure BDA0002030197260000131
在公式(15)中，winns、winne分别为第n层裂缝的时窗起、止时间，u0I为透过第n层裂缝的未分裂波场u0的切向分量或径向分量。在本发明中，当纯横波为SV横波震源纯横波时，u0I为透过第n层裂缝的未分裂波场u0的切向分量，即u0T；当纯横波为SH横波震源纯横波时，u0I为透过第n层裂缝的未分裂波场u0的径向分量，即u0R。在公式(15)中，αmin和αmax分别为分量u0I中径向方位角α的最小值和最大值，即最小和最大径向方位角。A(θn,Δtn)为第n层裂缝时窗起止时间内的分量u0I的能量，当第n层裂缝的该分量的能量A(θn,Δtn)达到最小时，对应的θn为第n层裂缝的裂缝方向，对应的Δtn为第n层裂缝的快慢波时差。
在本发明的实施例中，通过本发明推导出的计算纯横波多层裂缝任意一层的裂缝方向及快慢波时差的计算公式(公式(10)和(15))，可以退化出任意一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差的计算公式，当然也可以退化出第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差的计算公式。在本发明的可选实施例中，第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差也可以通过本发明退化出的第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差的计算公式计算得出。
在本发明的可选实施例中，在通过上述公式(15)计算出第n层裂缝的裂缝方向和快慢波时差后，可以进行第n层裂缝的横波分裂校正，得到第n层裂缝的横波分裂校正后的波场数据。
在本发明的实施例中，经过上述步骤S201至步骤S203可以实现依次对波场数据中第一层裂缝至最后一层裂缝进行横波分裂分析，即依次计算出各层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
下面结合实例验证本发明方法计算的裂缝方向及快慢波时差的准确性，计算的裂缝方向及快慢波时差的准确性可以从横波分裂校正的结果反映出。
图3是本发明实施例检测到的纯横波数据的径向(R)分量和切向(T)分量的原始方位道集，如图3所示，图像左边R0为R分量的原始方位道集，图像右边T0为T分量的原始方位道集。图3中的区域B1为第二层裂缝的时窗。
图4是本发明实施例应用该方法所求得第二层裂缝方向进行快慢波分离后的的第二层快横波和第二层慢横波，图4中左边L2-S1为第二层裂缝的快波，右边L2-S2为第二层裂缝的慢波。图4中的C2区域为第二层裂缝的时窗。
图5是本发明实施例应用该方法所求得第二层裂缝方向和快慢波时差进行横波分裂校正后的径向(R)分量和切向(T)分量的方位道集，图像左边L2-R为第二层横波分裂校正后R分量的方位道集，图像右边L2-T为第二层横波分裂校正后T分量的方位道集。图5中的区域B3为第二层裂缝的时窗。
本实例的具体实施步骤为：
1)图3所示的模型数据，分别是SV源纯横波R分量和T分量，B1区域为透过第二层裂缝的横波记录，从图中可以看出，同相轴非常复杂，并且两个分量能量都比较强。
2)根据图3中B1区域第二个裂缝层的时窗，通过上述公式(1)和(9)计算出第二层裂缝的裂缝方向和快、慢波时差。应用计算出的裂缝方向进行快慢波分离得到的快横波和慢横波可以见图4，由图4可见，慢横波和快横波同相轴都比较复杂，但是慢横波同相轴相对快横波明显地具有一个时间延迟。图5为应用该裂缝方向和快慢波时差进行横波分裂校正后的R分量和T分量。由图5的B3区域可见，由于数值误差导致T分量有一些能量残余，但是大部分能量已经校正到R分量，并且R分量该同相轴变得平直。上述图3至图5均采用了完全统一的显示参数，并且显示振幅比较强。
3)基于同样的方法，可以得到接下来每个裂缝层的裂缝信息和处理结果，实现对每个裂缝层进行横波分裂分析和校正。
通过上述根据本发明方法计算出的裂缝方向及快慢波时差进行各层裂缝的横波分裂校正的结果可以看出，各裂缝层的横波分裂校正后的切向分量上的能量已经经过修正变的很小，这样验证了本发明的方法计算出的裂缝方向和快慢波时差精确度较高。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置，可以用于实现上述实施例所描述的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法，如下面的实施例所述。由于纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置解决问题的原理与纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法相似，因此纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置的实施例可以参见纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法的实施例，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6是本发明实施例纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置的结构框图，如图6所示，本发明实施例纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置包括：第一层裂缝数据获取单元1和迭代分析单元2。
第一层裂缝数据获取单元1，用于获取第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
在本发明的实施例中，第一层裂缝的裂缝方向和快慢波时差可以分别用θ1和Δt1表示。在本发明中，第一层裂缝的裂缝方向和快慢波时差可以通过背景技术介绍的最小二乘法、快慢波相关法、切向能量最小法(simmons,2009)、径向能量最大法等方法求出。本发明是在第一层裂缝方向和快慢横波时差已知的基础上进行阐述。
迭代分析单元2，用于执行迭代操作，利用第n层裂缝之前各层裂缝的裂缝方向及快慢波时差确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系，根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，依次确定出第二层裂缝至最后一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，n为大于或等于2的自然数。
在本发明的实施例中，在求取每层裂缝的裂缝方向及快慢波时差时，需要先确定透过该层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系，进而根据检波器检测到透过该层裂缝的检测波场就可以计算出该层裂缝在理论情况下未发生横波分裂时的波场。在本发明实施例中，为了保证数据的准确性，在确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系时还需要考虑到之前各层裂缝的影响，即在透过确定第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系时还需应用第n层裂缝之前各层裂缝的裂缝方向及快慢波时差数据。
在本发明的实施例中，在确定出透过某层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系后(即得到该层裂缝的未分裂波场u0的表达式之后)，可以根据该对应关系(即未分裂波场u0的表达式)确定出该层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。在本发明的可选实施例中可以应用切向能量最小法计算出该层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
图7是本发明实施例迭代分析单元的第一结构框图，如图7所示，本发明实施例迭代分析单元2包括：第n层裂缝对应关系确定模块201和第n层裂缝方向及快慢波时差确定模块202。
在本发明的实施例中，第n层裂缝方向及快慢波时差确定模块202，用于根据透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系采用求目标函数最小值的方法确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
在本发明的另一实施例中，第n层裂缝方向及快慢波时差确定模块202，可以根据以下目标函数确定第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，
Figure BDA0002030197260000161
其中，winns、winne分别为第n层裂缝的时窗起、止时间，αmin和αmax分别为最小径向方位角和最大径向方位角，u0I为透过第n层裂缝的未分裂波场的切向分量或径向分量，A(θn,Δtn)为第n层裂缝时窗起止时间内该分量的能量，当A(θn,Δtn)达到最小时，对应的θn为第n层裂缝的裂缝方向，对应的Δtn为第n层裂缝的快慢波时差。
在本发明的实施例中，第n层裂缝对应关系确定模块201，用于根据以下公式确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系：
u0(ω)＝R1 -1D1h′…Rn-1 -1Dn-1h′Rn -1Dn′RnDn-1h′Rn-1…D1h′R1u(ω)
其中：
Figure BDA0002030197260000162
Figure BDA0002030197260000163
Figure BDA0002030197260000164
Figure BDA0002030197260000165
Figure BDA0002030197260000166
Figure BDA0002030197260000167
u(ω)是透过第n层裂缝的检测波场，u0(ω)是透过第n层裂缝的未分裂波场，θn、θn-1、θ1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的裂缝方向，α径向方位角，Δtn、Δtn-1、Δt1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的快慢波时差。
图8是本发明实施例迭代分析单元的第二结构框图，如图8所示，本发明实施例迭代分析单元2包括：第二层裂缝对应关系确定模块203和第二层裂缝方向及快慢波时差确定模块204。
在本发明的实施例中，第二层裂缝方向及快慢波时差确定模块204，用于根据第二层裂缝的该对应关系采用求目标函数最小值的方法确定出第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
在本发明的另一实施例中，第二层裂缝方向及快慢波时差确定模块204，具体用于根据以下目标函数确定第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，
Figure BDA0002030197260000171
其中，win2s、win2e分别为第二层裂缝的时窗起、止时间，αmin和αmax分别为最小径向方位角和最大径向方位角，u0I为透过第二层裂缝的未分裂波场的切向分量或径向分量，A(θ2,Δt2)为第二层裂缝时窗起止时间内的该分量的能量，当A(θ2,Δt2)达到最小时，对应的θ2为第二层裂缝的裂缝方向，对应的Δt2为第二层裂缝的快慢波时差。
在本发明的实施例中，第二层裂缝对应关系确定模块203，具体用于根据以下公式确定透过第二层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系：
u0(ω)＝R1 -1D1h′R2 -1D2′R2D1h′R1u(ω)
其中：
Figure BDA0002030197260000172
Figure BDA0002030197260000173
Figure BDA0002030197260000174
Figure BDA0002030197260000175
u(ω)是透过第二层裂缝的检测波场，u0(ω)是透过第二层裂缝的未分裂波场，θ1是第一层裂缝的裂缝方向，θ2是第二层裂缝的裂缝方向，α径向方位角，Δt1是第一层裂缝的快慢波时差，Δt2是第二层裂缝的快慢波时差。
从以上描述可以看出，本发明提供了一种纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置，用于实现纯横波数据二分量横波分裂分析方法，应用该装置可以求得地下各裂缝层对应的裂缝方向和快、慢波时差，为对地下各裂缝层进行分裂校正提供了精确的数据基础，解决了现有技术无法对二分量纯横波进行多层横波分裂分析的技术问题。
为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，还提供了一种计算机设备，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，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法中的步骤。
处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及单元，如本发明上述方法实施例中对应的程序单元。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及作品数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个单元存储在所述存储器中，当被所述处理器执行时，执行上述实施例中的方法。
上述计算机设备具体细节可以对应参阅上述实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在计算机处理器中执行时实现上述纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法中的步骤。本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明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，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，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法，其特征在于，包括：
获取第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差；
执行迭代操作，利用第n层裂缝之前各层裂缝的裂缝方向及快慢波时差确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系，根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，依次确定出第二层裂缝至最后一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，n为大于或等于2的自然数；
所述透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系为：
u0(ω)＝R1 -1D1h′…Rn-1 -1Dn-1h′Rn -1Dn′RnDn-1h′Rn-1…D1h′R1u(ω)
其中：
Figure QLYQS_1
Figure QLYQS_2
Figure QLYQS_3
Figure QLYQS_4
Figure QLYQS_5
Figure QLYQS_6
u(ω)是透过第n层裂缝的检测波场，u0(ω)是透过第n层裂缝的未分裂波场，θn、θn-1、θ1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的裂缝方向，α径向方位角，Δtn、Δtn-1、Δt1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的快慢波时差。
2.根据权利要求1所述的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法，其特征在于，所述根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，包括：
根据第n层裂缝的该对应关系采用求目标函数最小值的方法确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
3.根据权利要求1所述的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法，其特征在于，所述根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，包括：根据以下目标函数确定第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，
Figure QLYQS_7
其中，winns、winne分别为第n层裂缝的时窗起、止时间，αmin和αmax分别为最小径向方位角和最大径向方位角，u0I为透过第n层裂缝的未分裂波场的切向分量或径向分量，A(θn,Δtn)为第n层裂缝时窗起止时间内该分量的能量，当A(θn,Δtn)达到最小时，对应的θn为第n层裂缝的裂缝方向，对应的Δtn为第n层裂缝的快慢波时差。
4.根据权利要求1所述的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法，其特征在于，根据第二层裂缝的该对应关系确定第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，包括：
根据第二层裂缝的该对应关系采用求目标函数最小值的方法确定出第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
5.根据权利要求1所述的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法，其特征在于，根据第二层裂缝的该对应关系确定第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，包括：根据以下目标函数确定第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，
Figure QLYQS_8
其中，win2s、win2e分别为第二层裂缝的时窗起、止时间，αmin和αmax分别为最小径向方位角和最大径向方位角，u0I为透过第二层裂缝的未分裂波场的切向分量或径向分量，A(θ2,Δt2)为第二层裂缝时窗起止时间内的该分量的能量，当A(θ2,Δt2)达到最小时，对应的θ2为第二层裂缝的裂缝方向，对应的Δt2为第二层裂缝的快慢波时差。
6.根据权利要求1所述的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定方法，其特征在于，透过第二层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系为：
u0(ω)＝R1 -1D1h′R2 -1D2′R2D1h′R1u(ω)
其中：
Figure QLYQS_9
Figure QLYQS_10
Figure QLYQS_11
Figure QLYQS_12
u(ω)是透过第二层裂缝的检测波场，u0(ω)是透过第二层裂缝的未分裂波场，θ1是第一层裂缝的裂缝方向，θ2是第二层裂缝的裂缝方向，α径向方位角，Δt1是第一层裂缝的快慢波时差，Δt2是第二层裂缝的快慢波时差。
7.一种纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置，其特征在于，包括：
第一层裂缝数据获取单元，用于获取第一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差；
迭代分析单元，用于执行迭代操作，利用第n层裂缝之前各层裂缝的裂缝方向及快慢波时差确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系，根据第n层裂缝的该对应关系确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，依次确定出第二层裂缝至最后一层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，n为大于或等于2的自然数；
所述迭代分析单元包括：第n层裂缝对应关系确定模块，用于根据以下公式确定透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系：
u0(ω)＝R1 -1D1h′...Rn-1 -1Dn-1h′Rn -1Dn′RnDn-1h′Rn-1...D1h′R1u(ω)
其中：
Figure QLYQS_13
Figure QLYQS_14
Figure QLYQS_15
Figure QLYQS_16
Figure QLYQS_17
Figure QLYQS_18
u(ω)是透过第n层裂缝的检测波场，u0(ω)是透过第n层裂缝的未分裂波场，θn、θn-1、θ1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的裂缝方向，α径向方位角，Δtn、Δtn-1、Δt1分别是第n层裂缝、第n-1层裂缝、第一层裂缝的快慢波时差。
8.根据权利要求7所述的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置，其特征在于，所述迭代分析单元包括：
第n层裂缝方向及快慢波时差确定模块，用于根据透过第n层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系采用求目标函数最小值的方法确定出第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
9.根据权利要求7所述的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置，其特征在于，所述迭代分析单元包括：
第n层裂缝方向及快慢波时差确定模块，用于根据以下目标函数确定第n层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，
Figure QLYQS_19
其中，winns、winne分别为第n层裂缝的时窗起、止时间，αmin和αmax分别为最小径向方位角和最大径向方位角，u0I为透过第n层裂缝的未分裂波场的切向分量或径向分量，A(θn,Δtn)为第n层裂缝时窗起止时间内该分量的能量，当A(θn,Δtn)达到最小时，对应的θn为第n层裂缝的裂缝方向，对应的Δtn为第n层裂缝的快慢波时差。
10.根据权利要求7所述的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置，其特征在于，所述迭代分析单元包括：
第二层裂缝方向及快慢波时差确定模块，用于根据第二层裂缝的该对应关系采用求目标函数最小值的方法确定出第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差。
11.根据权利要求7所述的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置，其特征在于，所述迭代分析单元包括：
第二层裂缝方向及快慢波时差确定模块，用于根据以下目标函数确定第二层裂缝的裂缝方向及快慢波时差，
Figure QLYQS_20
其中，win2s、win2e分别为第二层裂缝的时窗起、止时间，αmin和αmax分别为最小径向方位角和最大径向方位角，u0I为透过第二层裂缝的未分裂波场的切向分量或径向分量，A(θ2,Δt2)为第二层裂缝时窗起止时间内的该分量的能量，当A(θ2,Δt2)达到最小时，对应的θ2为第二层裂缝的裂缝方向，对应的Δt2为第二层裂缝的快慢波时差。
12.根据权利要求7所述的纯横波多层裂缝裂缝方向及快慢波时差确定装置，其特征在于，所述迭代分析单元包括：
第二层裂缝对应关系确定模块，用于根据以下公式确定透过第二层裂缝的未分裂波场与检测波场的对应关系：
u0(ω)＝R1 -1D1h′R2 -1D2′R2D1h′R1u(ω)
其中：
Figure QLYQS_21
Figure QLYQS_22
Figure QLYQS_23
Figure QLYQS_24
u(ω)是透过第二层裂缝的检测波场，u0(ω)是透过第二层裂缝的未分裂波场，θ1是第一层裂缝的裂缝方向，θ2是第二层裂缝的裂缝方向，α径向方位角，Δt1是第一层裂缝的快慢波时差，Δt2是第二层裂缝的快慢波时差。
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计算机程序时实现权利要求1至6任一项所述方法中的步骤。
14.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在计算机处理器中执行时实现如权利要求1至6任意一项所述方法中的步骤。
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