CN111999769B - 一种复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法。该方法包括：获取复杂地表条件下各向异性PP波和PS波地震记录、高程参数和各向异性参数、倾角信息；构建每炮PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场；基于高程参数以及倾角信息，将每炮PP波和极性校正后的PS波地震记录直接在复杂地表合成局部平面波；获取每炮PP波和PS波相应束中心点的复杂地表反向延拓波场；分别获得每炮各向异性PP波和PS波的叠前深度偏移剖面；将所有单炮PP波和PS波偏移剖面叠加，获得PP波和PS波深度域偏移成像剖面。本发明直接对复杂地表条件下各向异性多分量地震数据进行偏移成像，获得复杂地表条件下各向异性PP波和PS波准确有效的叠前深度偏移成像剖面。

Description

一种复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法
技术领域
本发明涉及地震勘探领域，特别是涉及一种复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法。
背景技术
多分量地震勘探技术可以同时获得纵波和转换波资料，相比于单一的纵波勘探，能够提供更多的地下介质信息，充分利用多分量地震资料可以有效地提高地震勘探的分辨能力。但是，如何对多分量地震资料获得准确的偏移成像是多分量地震勘探技术的关键。各向异性对于地震波场在地下介质中的传播具有显著的影响，而地下介质中广泛存在各向异性，因此随着地震勘探精度要求的不断提高，各向异性对多分量地震偏移成像的影响越来越不可忽略。
此外，油气地震勘探的目标逐渐由平原地区转向丘陵、山地等复杂地表区域，除了地下介质的各向异性，复杂地表问题也是陆上地震勘探中非常棘手的问题，起伏的地表以及近地表速度的横向变化对多分量地震数据的偏移成像提出了严峻的挑战。常规的表层波场校正方法只有在地形平缓且近地表速度较小的地区才可以获得较好的处理效果，但是当地表高程变化较大或近地表速度横向变化剧烈时，常规的处理手段可能会扭曲波场，无法获得准确的成像结果。相比之下，直接从复杂地表进行偏移成像的方法可以有效地消除地表高程和近地表速度变化引起的走时、振幅误差，可以对地下复杂地质构造准确成像。为此，随着油气勘探开发的不断发展，必须建立一套新的、适用于复杂地表条件下各向异性多分量地震资料的准确、有效的直接叠前深度偏移成像方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法，以解决常规的偏移成像方法准确度低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法，包括：
获取待进行偏移成像的复杂地表条件下各向异性PP波和PS波共炮点道集的地震记录、复杂地表的高程参数和各向异性参数；
根据所述复杂地表的高程参数，确定所述复杂地表条件下，每一炮的地震记录对应的炮点和检波点位置的倾角信息；
基于所述各向异性介质参数，获得每一炮从复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束复值振幅和复值时间，并构建每一炮PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场，直接在复杂地表震源进行波场正向延拓；
对于每一炮复杂地表条件下各向异性PP波和PS波的地震记录，沿水平方向加入一系列重叠的窗口，确定PP波和极性校正后的PS波的地震记录，并将所述PP波和极性校正后的PS波的地震记录沿水平方向划分一系列局部区域，基于所述复杂地表的高程参数以及所述倾角信息，将所述局部区域内的PP波和极性校正后的PS波地震记录直接在复杂地表合成局部平面波；
根据不同波型的地震记录在所述局部区域内的局部平面波，结合复杂地表束中心点处出射的P波和S波各向异性射线束，直接在所述复杂地表进行PP波和PS波反向延拓，并获取每一炮PP波和PS波相应束中心点的复杂地表反向延拓波场；
基于偏移成像条件，对所述每一炮PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场及所述每一炮PP波和PS波相应束中心点的复杂地表反向延拓波场进行互相关成像，并分别获取每一炮在复杂地表条件下，各向异性PP波和PS波的叠前深度偏移剖面；
将所有单炮的各向异性PP波和PS波的叠前深度偏移剖面进行叠加，获取复杂地表条件下各向异性PP波和PS波深度域偏移成像剖面。
可选的，所述根据所述复杂地表的高程参数，确定所述复杂地表条件下，每一炮的地震记录对应的炮点和检波点位置的倾角信息，具体包括：
根据所述复杂地表的高程参数，利用三点微分公式计算复杂地表每一炮地震记录对应的炮点和检波点位置的倾角信息。
可选的，所述基于所述各向异性介质参数，获得每一炮从复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束复值振幅和复值时间，并构建每一炮PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场，直接在复杂地表震源进行波场正向延拓，具体包括：
根据复杂地表条件下各向异性PP波和PS波的地震记录读取每一炮的震源在复杂地表的位置坐标，确定震源的位置；
从所述震源位置处沿不同方向出射P波各向异性射线束，通过二维各向异性射线追踪获得相应的P波各向异性射线束复值振幅和复值时间；
所述通过二维各向异性射线追踪获得相应的P波各向异性射线束复值振幅和复值时间，具体包括：
(a)求解二维各向异性射线追踪方程组，获取P波各向异性射线束中心射线的路径和走时信息，具体为：
二维各向异性射线追踪方程组为：
式(1)中，τ是沿射线的旅行时，xj是直角坐标系中的坐标，是慢度矢量的分量，j＝1,3；akl为密度归一化的各向异性弹性参数，k＝1,3,5；l＝1,3,5；gj为Christoffel矩阵特征向量的分量；
所述二维各向异性射线追踪方程组不受各向异性强弱限制，适应于强各向异性介质，且对于各向异性介质中P波和S波具有相同的形式；
(b)在(a)中所述P波各向异性射线束中心射线的路径上，利用动力学射线方程组求取射线动力学参数φ和ψ，具体为：
各向异性介质中动力学射线方程组为：
式(2)中，G是Christoffel矩阵特征值，pn是沿射线法线方向的射线参数；
(c)基于所述P波各向异性射线束中心射线的走时信息以及所述射线动力学参数，获取P波各向异性射线束的复值振幅A和复值时间T，具体为：
式(3)中，V0是射线初始位置P波的群速度，L0是各向异性射线束的初始束宽，ωr是参考频率；V是沿射线路径P波的群速度，n是射线附近位置到中心射线的垂直距离；
利用所述复杂地表震源出射的P波各向异性射线束构建PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场，具体为：
式(4)中，为复杂地表震源位置/>处的P波正向波场，ω为角频率，/>为地下任意一点的位置坐标；xs为复杂地表震源位置的水平分量，zs为复杂地表震源位置的垂直分量，/>为复杂地表震源直接出射的P波射线参数矢量；/>为复杂地表震源直接出射的P波射线参数矢量的水平分量；/>为复杂地表震源直接出射的P波射线参数矢量的垂直分量；/>为从复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束表达式，具体为：
式(5)中，和/>分别为复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束的复值振幅和复值时间；i为虚数。
可选的，所述对于每一炮复杂地表条件下各向异性PP波和PS波的地震记录，沿水平方向加入一系列重叠的窗口，确定PP波和极性校正后的PS波的地震记录，并将所述PP波和极性校正后的PS波的地震记录沿水平方向划分一系列局部区域，基于所述复杂地表的高程参数以及所述倾角信息，将所述局部区域内的PP波和极性校正后的PS波地震记录直接在复杂地表合成局部平面波，具体包括：
在所述复杂地表条件下，各向异性PS波的地震记录存在极性反转现象，根据PS波记录的极性特征对所述PS波极性进行校正，具体为：
式(6)中，为复杂地表接收点位置，xr为复杂地表接收点位置的水平分量，zr为复杂地表接收点位置的垂直分量，/>表示复杂地表条件下各向异性PS波地震记录，t为PS波地震记录采样时间；利用符号函数sgn(xr-xs)校正PS波地震记录的极性反转现象，当接收点位置的水平坐标xr大于震源位置的水平坐标xs时，即xr＞xs时，符号函数sgn(xr-xs)＝1；当xr＜xs时，符号函数sgn(xr-xs)＝-1；
所述局部区域内各向异性PP波和极性校正后的PS波地震记录合成的局部平面波的公式为：
式(7)和(8)中，和/>分别为各向异性PP波直接在复杂地表合成的局部平面波分量和极性校正后的PS波地震记录直接在复杂地表合成的局部平面波分量；ωr为参考频率，/>和/>分别为相应的复杂地表局部区域内各向异性PP波地震记录的频谱和极性校正后PS波地震记录的频谱；/>为束中心点位置，Lx为束中心点位置的水平分量，Lz为束中心点位置的垂直分量，/>和分别为束中心点出射P波各向异性射线束的射线参数矢量和S波各向异性射线束的射线参数矢量，/>为P波各向异性射线束的射线参数矢量的水平分量，/>为P波各向异性射线束的射线参数矢量的垂直分量，/>为S波各向异性射线束的射线参数矢量的水平分量,/>为S波各向异性射线束的射线参数矢量的垂直分量，βL为束中心点位置处出射的各向异性射线束的出射角，αr为复杂地表倾角，h为复杂地表局部区域内接收点位置与束中心点位置之间的高程差。
可选的，所述根据不同波型的地震记录在所述局部区域内的局部平面波，结合复杂地表束中心点处出射的P波和S波各向异性射线束，直接在所述复杂地表进行PP波和PS波反向延拓，并获取每一炮PP波和PS波相应束中心点的复杂地表反向延拓波场，具体包括：
在复杂地表束中心点处出射P波各向异性射线束进行PP波反向延拓，并在复杂地表束中心点处出射S波各向异性射线束进行PS波反向延拓，PP波复杂地表束中心点反向延拓波场和PS波复杂地表束中心点反向延拓波场分别为：
式(9)和(10)中，和/>分别表示PP波复杂地表束中心点反向延拓波场和PS波复杂地表束中心点反向延拓波场，α为复杂地表束中心点的水平间隔，/>和/>分别为复杂地表束中心点位置处P波的相速度和S波的相速度，/>和/>分别为复杂地表束中心点处出射的P波各向异性射线束的复值振幅和复值时间，/>和分别为复杂地表束中心点处出射的S波各向异性射线束的复值振幅和复值时间。
可选的，所述基于偏移成像条件，对所述每一炮PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场及所述每一炮PP波和PS波相应束中心点的复杂地表反向延拓波场进行互相关成像，并分别获取每一炮在复杂地表条件下，各向异性PP波和PS波的叠前深度偏移剖面，具体包括：
在所述复杂地表条件下，各向异性PP波的叠前深度偏移成像和PS波的叠前深度偏移成像分别为：
式(11)和(12)中，和/>分别表示复杂地表条件下各向异性单炮PP波的叠前深度偏移剖面和PS波的叠前深度偏移剖面，κPP和κPS均为常数。
可选的，所述将所有单炮的各向异性PP波和PS波的叠前深度偏移剖面进行叠加，获取复杂地表条件下各向异性PP波和PS波深度域偏移成像剖面，具体包括：
在所述复杂地表条件下，各向异性PP波深度域偏移成像剖面和PS波深度域偏移成像剖面分别为：
式(13)和(14)中，N表示复杂地表条件下各向异性PP波和PS波地震记录的炮数，和/>分别为表示复杂地表条件下各向异性PP波深度域偏移成像剖面和PS波深度域偏移成像剖面。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
1)本发明直接在复杂地表进行多分量地震偏移成像，可以有效地消除地表高程和近地表速度变化的影响，获得准确的多分量地震偏移成像结果；
2)本发明通过考虑复杂地表的高程以及倾角信息，将局部区域内的各向异性PP波和极性校正后的PS波地震记录直接在复杂地表合成相应的局部平面波进行波场延拓成像，不仅明显地提高偏移的计算效率，而且使得本发明的复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法具有很好的方向性，对地下复杂地质构造具有更好的成像效果；
3)本发明直接在复杂地表出射相应的P波和S波各向异性射线束进行波场计算，消除了各向异性对多分量地震波场传播的影响，适用于任意强度各向异性介质；
4)本发明可以广泛用于复杂地表条件下各向异性多分量地震勘探领域中，特别是对于复杂地质构造具有更加明显的成像效果。
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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法的流程示意图；
图2是本发明提供的起伏地表水平界面VTI介质模型示意图；
图3是图2所示起伏地表水平界面VTI介质模型的PP波和PS波单炮地震记录示意图；其中，图3(a)是PP波单炮记录示意图，图3(b)是PS波单炮记录示意图；
图4是图2所示起伏地表水平界面VTI介质模型的单炮PP波和PS波叠前深度偏移剖面示意图：其中，图4(a)是利用本发明所述方法得到单炮PP波偏移剖面示意图，图4(b)是利用本发明所述方法得到单炮PS波偏移剖面示意图；
图5是本发明提供的起伏地表向斜VTI介质模型示意图；
图6是图5所示起伏地表向斜VTI介质模型的多炮PP波和PS波叠前深度偏移剖面示意图；其中，图6(a)是利用复杂地表条件下各向同性偏移方法得到的PP波偏移剖面示意图，图6(b)是利用复杂地表条件下各向同性偏移方法得到的PS波偏移剖面示意图，图6(c)是利用本发明所述方法得到的PP波偏移剖面示意图，图6(d)是利用本发明所述方法得到的PS波偏移剖面示意图；
图7是本发明提供的起伏地表复杂构造TTI介质模型示意图；其中，图7(a)是垂向P波速度模型示意图，图7(b)是垂向S波速度模型示意图，图7(c)是Thomsen参数ε模型示意图，图7(d)是Thomsen参数δ模型示意图，图7(e)是TTI介质对称轴倾角θ°模型示意图；
图8是图7所示起伏地表复杂构造TTI介质模型的多炮PP波和PS波叠前深度偏移剖面示意图；其中，图8(a)是利用复杂地表条件下各向同性偏移方法得到的PP波偏移剖面示意图，图8(b)是利用复杂地表条件下各向同性偏移方法得到的PS波偏移剖面示意图，图8(c)是利用本发明所述方法得到的PP波偏移剖面示意图，图8(d)是利用本发明所述方法得到的PS波偏移剖面示意图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法的流程示意图，如图1所示，一种复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法，包括：
步骤101：获取待进行偏移成像的复杂地表条件下各向异性PP波和PS波共炮点道集的地震记录、复杂地表的高程参数和各向异性参数。
步骤102：根据所述复杂地表的高程参数，确定所述复杂地表条件下，每一炮的地震记录对应的炮点和检波点位置的倾角信息。
所述步骤102具体包括：根据所述复杂地表的高程参数，利用三点微分公式计算复杂地表每一炮地震记录对应的炮点和检波点位置的倾角信息。
步骤103：基于所述各向异性介质参数，获得每一炮从复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束复值振幅和复值时间，并构建每一炮PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场，直接在复杂地表震源进行波场正向延拓。
所述步骤103，具体包括：
根据复杂地表条件下各向异性PP波和PS波的地震记录读取每一炮的震源在复杂地表的位置坐标，确定震源的位置；
从所述震源位置处沿不同方向出射P波各向异性射线束，通过二维各向异性射线追踪获得相应的P波各向异性射线束复值振幅和复值时间；
所述通过二维各向异性射线追踪获得相应的P波各向异性射线束复值振幅和复值时间，具体包括：
(a)求解二维各向异性射线追踪方程组，获取P波各向异性射线束中心射线的路径和走时信息，具体为：
二维各向异性射线追踪方程组为：
式(1)中，τ是沿射线的旅行时，xj是直角坐标系中的坐标，是慢度矢量的分量，j＝1,3；akl为密度归一化的各向异性弹性参数，k＝1,3,5；l＝1,3,5；gj为Christoffel矩阵特征向量的分量；
所述二维各向异性射线追踪方程组不受各向异性强弱限制，适应于强各向异性介质，且对于各向异性介质中P波和S波具有相同的形式；
(b)在(a)中所述P波各向异性射线束中心射线的路径上，利用动力学射线方程组求取射线动力学参数φ和ψ，具体为：
各向异性介质中动力学射线方程组为：
式(2)中，G是Christoffel矩阵特征值，pn是沿射线法线方向的射线参数；
(c)基于所述P波各向异性射线束中心射线的走时信息以及所述射线动力学参数，获取P波各向异性射线束的复值振幅A和复值时间T，具体为：
式(3)中，V0是射线初始位置P波的群速度，L0是各向异性射线束的初始束宽，ωr是参考频率；V是沿射线路径P波的群速度，n是射线附近位置到中心射线的垂直距离；
利用所述复杂地表震源出射的P波各向异性射线束构建PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场，具体为：
式(4)中，为复杂地表震源位置/>处的P波正向波场，ω为角频率，/>为地下任意一点的位置坐标；xs为复杂地表震源位置的水平分量，zs为复杂地表震源位置的垂直分量，/>为复杂地表震源直接出射的P波射线参数矢量；/>为复杂地表震源直接出射的P波射线参数矢量的水平分量；/>为复杂地表震源直接出射的P波射线参数矢量的垂直分量；/>为从复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束表达式，具体为：
式(5)中，和/>分别为复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束的复值振幅和复值时间；i为虚数。
步骤104：对于每一炮复杂地表条件下各向异性PP波和PS波的地震记录，沿水平方向加入一系列重叠的窗口，确定PP波和极性校正后的PS波的地震记录，并将所述PP波和极性校正后的PS波的地震记录沿水平方向划分一系列局部区域，基于所述复杂地表的高程参数以及所述倾角信息，将所述局部区域内的PP波和极性校正后的PS波地震记录直接在复杂地表合成局部平面波。
所述步骤104，具体包括：
在所述复杂地表条件下，各向异性PS波的地震记录存在极性反转现象，根据PS波记录的极性特征对所述PS波极性进行校正，具体为：
式(6)中，为复杂地表接收点位置，xr为复杂地表接收点位置的水平分量，zr为复杂地表接收点位置的垂直分量，/>表示复杂地表条件下各向异性PS波地震记录，t为PS波地震记录采样时间；利用符号函数sgn(xr-xs)校正PS波地震记录的极性反转现象，当接收点位置的水平坐标xr大于震源位置的水平坐标xs时，即xr＞xs时，符号函数sgn(xr-xs)＝1；当xr＜xs时，符号函数sgn(xr-xs)＝-1；/>
所述局部区域内各向异性PP波和极性校正后的PS波地震记录合成的局部平面波的公式为：
式(7)和(8)中，和/>分别为各向异性PP波直接在复杂地表合成的局部平面波分量和极性校正后的PS波地震记录直接在复杂地表合成的局部平面波分量；ωr为参考频率，/>和/>分别为相应的复杂地表局部区域内各向异性PP波地震记录的频谱和极性校正后PS波地震记录的频谱；/>为束中心点位置，Lx为束中心点位置的水平分量，Lz为束中心点位置的垂直分量，/>和分别为束中心点出射P波各向异性射线束的射线参数矢量和S波各向异性射线束的射线参数矢量，/>为P波各向异性射线束的射线参数矢量的水平分量，/>为P波各向异性射线束的射线参数矢量的垂直分量，/>为S波各向异性射线束的射线参数矢量的水平分量,/>为S波各向异性射线束的射线参数矢量的垂直分量，βL为束中心点位置处出射的各向异性射线束的出射角，αr为复杂地表倾角，h为复杂地表局部区域内接收点位置与束中心点位置之间的高程差。
步骤105：根据不同波型的地震记录在所述局部区域内的局部平面波，结合复杂地表束中心点处出射的P波和S波各向异性射线束，直接在所述复杂地表进行PP波和PS波反向延拓，并获取每一炮PP波和PS波相应束中心点的复杂地表反向延拓波场。
所述步骤105，具体包括：
在复杂地表束中心点处出射P波各向异性射线束进行PP波反向延拓，并在复杂地表束中心点处出射S波各向异性射线束进行PS波反向延拓，PP波复杂地表束中心点反向延拓波场和PS波复杂地表束中心点反向延拓波场分别为：
/>
式(9)和(10)中，和/>分别表示PP波复杂地表束中心点反向延拓波场和PS波复杂地表束中心点反向延拓波场，α为复杂地表束中心点的水平间隔，/>和/>分别为复杂地表束中心点位置处P波的相速度和S波的相速度，/>和/>分别为复杂地表束中心点处出射的P波各向异性射线束的复值振幅和复值时间，/>和分别为复杂地表束中心点处出射的S波各向异性射线束的复值振幅和复值时间。
步骤106：基于偏移成像条件，对所述每一炮PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场及所述每一炮PP波和PS波相应束中心点的复杂地表反向延拓波场进行互相关成像，并分别获取每一炮在复杂地表条件下，各向异性PP波和PS波的叠前深度偏移剖面。
所述步骤106，具体包括：
在所述复杂地表条件下，各向异性PP波的叠前深度偏移成像和PS波的叠前深度偏移成像分别为：
式(11)和(12)中，和/>分别表示复杂地表条件下各向异性单炮PP波的叠前深度偏移剖面和PS波的叠前深度偏移剖面，κPP和κPS均为常数。
步骤107：将所有单炮的各向异性PP波和PS波的叠前深度偏移剖面进行叠加，获取复杂地表条件下各向异性PP波和PS波深度域偏移成像剖面。
所述步骤107，具体包括：
在所述复杂地表条件下，各向异性PP波深度域偏移成像剖面和PS波深度域偏移成像剖面分别为：
式(13)和(14)中，N表示复杂地表条件下各向异性PP波和PS波地震记录的炮数，和/>分别为表示复杂地表条件下各向异性PP波深度域偏移成像剖面和PS波深度域偏移成像剖面。
基于本发明所提供的复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法，以下面三个实施例对本发明进行进一步阐述：
具体实施方式一：
图2是本发明提供的起伏地表水平界面VTI介质模型示意图，模型的地表形态以及各向异性参数如图中所示，模型网格为301ⅹ201，纵横向网格间距均为10m。在此模型起伏地表面水平方向的中间位置设置单个爆炸震源，采用适用于复杂地表条件下各向异性介质的弹性波有限差分正演方法模拟图2所示模型的弹性波单炮地震记录，震源子波为主频30Hz的Ricker子波，地震记录采样时间设置为2s，采样间隔为2ms。采用中间放炮两边接收观测系统，共301道接收，道间距为10m。图3是图2所示起伏地表水平界面VTI介质模型的PP波和PS波单炮地震记录示意图，其中，图3(a)是PP波单炮记录示意图，图3(b)是PS波单炮记录示意图，从图3(b)中可以看到PS波的极性反转现象。图4是图2所示起伏地表水平界面VTI介质模型的单炮PP波和PS波叠前深度偏移剖面，其中图4(a)是利用本发明所述方法得到的单炮PP波偏移剖面示意图，图4(b)是利用本发明所述方法得到的单炮PS波偏移剖面示意图，偏移过程中校正了PS波极性反转现象且消除了直达波的影响。从图4(a)和图4(b)中可以看到，利用本发明方法得到的单炮PP波和PS波偏移剖面，模型中水平界面均获得了准确的成像。
具体实施方式二：
图5是本发明提供的起伏地表向斜VTI介质模型示意图，模型的地表形态及各向异性参数如图5所示，模型网格为401ⅹ301，纵横向网格间距均为10m。采用适用于复杂地表条件下各向异性介质的弹性波有限差分方法模拟图5所示起伏地表向斜VTI介质模型的弹性波地震记录，在此模型起伏地表面上设置40个爆炸震源，炮间距为100m，震源子波为主频30Hz的Ricker子波，每炮401道接收，道间距为10m。图6是图5所示起伏地表向斜VTI介质模型的多炮PP波和PS波叠前深度偏移剖面示意图，其中图6(a)是利用复杂地表条件下各向同性偏移方法得到的PP波偏移剖面示意图，图6(b)是利用复杂地表条件下各向同性偏移方法得到的PS波偏移剖面示意图，图6(c)是利用本发明所述方法得到的PP波偏移剖面示意图，图6(d)是利用本发明所述方法得到的PS波偏移剖面示意图。从图6(a)和图6(b)中可以看到，对于各向同性偏移方法得到的PP波和PS波偏移剖面，由于在偏移过程中忽略了各向异性的影响，偏移剖面上具有明显的成像错误，并且在整个剖面上噪声影响严重，如图6(a)和图6(b)中的白色箭头所示，尤其对于PS波，甚至很难获得准确的聚焦成像。从图6(c)和图6(d)中可以看到，利用本发明方法得到的PP波和PS波偏移剖面均获得了准确的聚焦成像结果。通过对起伏地表向斜VTI介质模型进行PP波和PS波偏移测试，验证了本发明方法对于复杂地表条件下VTI介质的有效性。
具体实施方式三：
图7是本发明提供的起伏地表复杂构造TTI介质模型示意图，其中图7(a)是垂向P波速度模型示意图，图7(b)是垂向S波速度模型示意图，图7(c)是Thomsen参数ε模型示意图，图7(d)是Thomsen参数δ模型示意图，图7(e)是TTI介质对称轴倾角θ°模型示意图。模型网格为601ⅹ351，纵横向网格间距均为10m。采用适用于复杂地表条件下各向异性介质的弹性波有限差分方法模拟图7所示起伏地表复杂构造TTI介质模型的弹性波地震记录，在此模型起伏地表面上设置119个爆炸震源，炮间距为50m，震源子波为主频25Hz的Ricker子波，每炮601道接收，道间距为10m。图8是图7所示起伏地表复杂构造TTI介质模型的多炮PP波和PS波叠前深度偏移剖面示意图，其中图8(a)是利用复杂地表条件下各向同性偏移方法得到的PP波偏移剖面示意图，图8(b)是利用复杂地表条件下各向同性偏移方法得到的PS波偏移剖面示意图，图8(c)是利用本发明方法得到的PP波偏移剖面示意图，图8(d)是利用本发明方法得到的PS波偏移剖面示意图。从图8(a)和图8(b)所示的各向同性PP波和PS波偏移剖面可以看到，偏移剖面中断层构造具有明显的成像错误，断层构造下方的反射界面未能获得准确的聚焦成像，并且PP和PS成像剖面上存在明显的焦散干扰。从图8(c)和图8(d)中可以看到，利用本发明方法得到的PP波和PS波偏移剖面均获得了准确的聚焦成像结果，复杂断层构造成像准确，断点清晰。通过对起伏地表复杂构造TTI介质模型进行偏移测试，进一步验证了本发明方法对于复杂地表条件下TTI介质的有效性。
本发明获取复杂地表条件下各向异性PP波和PS波地震记录、复杂地表的高程参数和各向异性参数；获得复杂地表的倾角信息；利用复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束构建每炮PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场；通过考虑所述复杂地表的高程以及倾角信息，将每炮所述的PP波和极性校正后的PS波地震记录直接在复杂地表合成相应的局部平面波；获取每炮PP波和PS波相应束中心点的复杂地表反向延拓波场；基于偏移成像条件，分别获得每炮复杂地表条件下各向异性PP波和PS波的叠前深度偏移剖面；将所有单炮PP波和PS波偏移剖面进行叠加，获得最终的PP波和PS波深度域偏移成像剖面。采用本发明方法，可以直接对复杂地表条件下各向异性多分量地震数据进行偏移成像，获得复杂地表条件下各向异性PP波和PS波准确有效的叠前深度偏移成像剖面。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法，其特征在于，包括：
获取待进行偏移成像的复杂地表条件下各向异性PP波和PS波共炮点道集的地震记录、复杂地表的高程参数和各向异性介质参数；
根据所述复杂地表的高程参数，确定所述复杂地表条件下，每一炮的地震记录对应的炮点和检波点位置的倾角信息；
基于所述各向异性介质参数，获得每一炮从复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束复值振幅和复值时间，并构建每一炮PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场，直接在复杂地表震源进行波场正向延拓；
对于每一炮复杂地表条件下各向异性PP波和PS波的地震记录，沿水平方向加入一系列重叠的窗口，确定PP波和极性校正后的PS波的地震记录，并将所述PP波和极性校正后的PS波的地震记录沿水平方向划分一系列局部区域，基于所述复杂地表的高程参数以及所述倾角信息，将所述局部区域内的PP波和极性校正后的PS波地震记录直接在复杂地表合成局部平面波，具体包括：
在所述复杂地表条件下，各向异性PS波的地震记录存在极性反转现象，根据PS波记录的极性特征对所述PS波极性进行校正，具体为：
式(6)中，为复杂地表接收点位置，xr为复杂地表接收点位置的水平分量，zr为复杂地表接收点位置的垂直分量，/>表示复杂地表条件下各向异性PS波地震记录，t为PS波地震记录采样时间；利用符号函数sgn(xr-xs)校正PS波地震记录的极性反转现象，当接收点位置的水平坐标xr大于震源位置的水平坐标xs时，即xr＞xs时，符号函数sgn(xr-xs)＝1；当xr＜xs时，符号函数sgn(xr-xs)＝-1；
所述局部区域内各向异性PP波和极性校正后的PS波地震记录合成的局部平面波的公式为：
式(2)和(3)中，和/>分别为各向异性PP波直接在复杂地表合成的局部平面波分量和极性校正后的PS波地震记录直接在复杂地表合成的局部平面波分量；ωr为参考频率，/>和/>分别为相应的复杂地表局部区域内各向异性PP波地震记录的频谱和极性校正后PS波地震记录的频谱；/>为束中心点位置，Lx为束中心点位置的水平分量，Lz为束中心点位置的垂直分量，/>和/>分别为束中心点出射P波各向异性射线束的射线参数矢量和S波各向异性射线束的射线参数矢量，/>为P波各向异性射线束的射线参数矢量的水平分量，/>为P波各向异性射线束的射线参数矢量的垂直分量，/>为S波各向异性射线束的射线参数矢量的水平分量,/>为S波各向异性射线束的射线参数矢量的垂直分量，βL为束中心点位置处出射的各向异性射线束的出射角，αr为复杂地表倾角，h为复杂地表局部区域内接收点位置与束中心点位置之间的高程差；
根据不同波型的地震记录在所述局部区域内的局部平面波，结合复杂地表束中心点处出射的P波和S波各向异性射线束，直接在所述复杂地表进行PP波和PS波反向延拓，并获取每一炮PP波和PS波相应束中心点的复杂地表反向延拓波场，具体包括：
在复杂地表束中心点处出射P波各向异性射线束进行PP波反向延拓，并在复杂地表束中心点处出射S波各向异性射线束进行PS波反向延拓，PP波复杂地表束中心点反向延拓波场和PS波复杂地表束中心点反向延拓波场分别为：
式(4)和(5)中，和/>分别表示PP波复杂地表束中心点反向延拓波场和PS波复杂地表束中心点反向延拓波场，α为复杂地表束中心点的水平间隔，/>和/>分别为复杂地表束中心点位置处P波的相速度和S波的相速度，/>和/>分别为复杂地表束中心点处出射的P波各向异性射线束的复值振幅和复值时间，/>和分别为复杂地表束中心点处出射的S波各向异性射线束的复值振幅和复值时间；L0是各向异性射线束的初始束宽；
基于偏移成像条件，对所述每一炮PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场及所述每一炮PP波和PS波相应束中心点的复杂地表反向延拓波场进行互相关成像，并分别获取每一炮在复杂地表条件下，各向异性PP波和PS波的叠前深度偏移剖面，具体包括：
在所述复杂地表条件下，各向异性PP波的叠前深度偏移成像和PS波的叠前深度偏移成像分别为：
式(6)和(7)中，和/>分别表示复杂地表条件下各向异性单炮PP波的叠前深度偏移剖面和PS波的叠前深度偏移剖面，κPP和κPS均为常数；
将所有单炮的各向异性PP波和PS波的叠前深度偏移剖面进行叠加，获取复杂地表条件下各向异性PP波和PS波深度域偏移成像剖面，具体包括：
在所述复杂地表条件下，各向异性PP波深度域偏移成像剖面和PS波深度域偏移成像剖面分别为：
式(8)和(9)中，N表示复杂地表条件下各向异性PP波和PS波地震记录的炮数，和分别为表示复杂地表条件下各向异性PP波深度域偏移成像剖面和PS波深度域偏移成像剖面。
2.根据权利要求1所述的复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法，其特征在于，所述根据所述复杂地表的高程参数，确定所述复杂地表条件下，每一炮的地震记录对应的炮点和检波点位置的倾角信息，具体包括：
根据所述复杂地表的高程参数，利用三点微分公式计算复杂地表每一炮地震记录对应的炮点和检波点位置的倾角信息。
3.根据权利要求1所述的复杂地表各向异性多分量地震资料叠前深度偏移方法，其特征在于，所述基于所述各向异性介质参数，获得每一炮从复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束复值振幅和复值时间，并构建每一炮PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场，直接在复杂地表震源进行波场正向延拓，具体包括：
根据复杂地表条件下各向异性PP波和PS波的地震记录读取每一炮的震源在复杂地表的位置坐标，确定震源的位置；
从所述震源位置处沿不同方向出射P波各向异性射线束，通过二维各向异性射线追踪获得相应的P波各向异性射线束复值振幅和复值时间；
所述通过二维各向异性射线追踪获得相应的P波各向异性射线束复值振幅和复值时间，具体包括：
(a)求解二维各向异性射线追踪方程组，获取P波各向异性射线束中心射线的路径和走时信息，具体为：
二维各向异性射线追踪方程组为：
式(10)中，τ是沿射线的旅行时，xj是直角坐标系中的坐标，是慢度矢量的分量，j＝1,3；akl为密度归一化的各向异性弹性参数，k＝1,3,5；l＝1,3,5；gj为Christoffel矩阵特征向量的分量；
所述二维各向异性射线追踪方程组不受各向异性强弱限制，适应于强各向异性介质，且对于各向异性介质中P波和S波具有相同的形式；
(b)在(a)中所述P波各向异性射线束中心射线的路径上，利用动力学射线方程组求取射线动力学参数φ和ψ，具体为：
各向异性介质中动力学射线方程组为：
式(11)中，G是Christoffel矩阵特征值，pn是沿射线法线方向的射线参数；
(c)基于所述P波各向异性射线束中心射线的走时信息以及所述射线动力学参数，获取P波各向异性射线束的复值振幅A和复值时间T，具体为：
式(12)中，V0是射线初始位置P波的群速度，L0是各向异性射线束的初始束宽，ωr是参考频率；V是沿射线路径P波的群速度，n是射线附近位置到中心射线的垂直距离；
利用所述复杂地表震源出射的P波各向异性射线束构建PP波和PS波相应的复杂地表震源处P波正向波场，具体为：
式(13)中，为复杂地表震源位置/>处的P波正向波场，ω为角频率，/>为地下任意一点的位置坐标；xs为复杂地表震源位置的水平分量，zs为复杂地表震源位置的垂直分量，/>为复杂地表震源直接出射的P波射线参数矢量；/>为复杂地表震源直接出射的P波射线参数矢量的水平分量；/>为复杂地表震源直接出射的P波射线参数矢量的垂直分量；/>为从复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束表达式，具体为：
式(14)中，和/>分别为复杂地表震源直接出射的P波各向异性射线束的复值振幅和复值时间；i为虚数。
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