CN112285778B - 一种粘声TTI介质中纯qP波的逆时偏移成像方法 - Google Patents

一种粘声TTI介质中纯qP波的逆时偏移成像方法 Download PDF

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Abstract

本说明书实施例公开了一种TTI介质中纯qP波最小二乘逆时偏移成像方法。本发明通过粘声TTI介质纯qP波正演方程得到每个时刻的正传波场，然后通过粘声TTI介质纯qP波反传方程，从而得到每个时刻的反传波场，然后运用互相关成像条件求得逆时偏移成像结果。与现有技术相比，本发明能够在地下介质存在粘滞性和强各向异性特性时，得到振幅保真且成像分辨率更高的成像结果。

Description

一种粘声TTI介质中纯qP波的逆时偏移成像方法
技术领域
本说明书涉及勘探地球物理学领域，尤其涉及一种粘声TTI介质中纯qP波的逆时偏移成像方法。
背景技术
地震勘探技术是石油物探的主流技术，近年来，石油勘探开发逐渐从含浅层、简单地质构造地区过渡到含深层-超深层、复杂地质构造地区。深层-超深层地层中的复杂缝洞网及缝洞网内部充填的流体分别表现出强各向异性特征及粘滞性衰减特征。
这些各向异性和衰减特性会引起地震波波形畸变和振幅损失。在地震偏移成像时，若忽略这些各向异性及粘滞衰减产生的影响则会导致绕射波不能完全收敛，反射波不能准确归位及成像振幅失真等问题，从而降低地震勘探成像精度与成像分辨率。
粘声VTI(Vertical Transverse Isotropy)介质的逆时偏移成像处理研究较早且日趋成熟，VTI介质即具有垂直对称轴的各向异性介质。而这种方式往往不能适用于具有倾斜对称轴的强各向异性介质(即transverse isotropy with a tilted axis ofsymmetry，TTI)，因此有必要开发一种适合更复杂粘声TTI介质的逆时偏移方法。
基于此，需要一种更准确的粘声TTI介质中纯qP波的逆时偏移成像方案。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种准确的TTI介质中纯qP波的逆时偏移成像方案。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
确定初始速度场c、各向异性ε参数、各向异性δ参数、各向异性倾角
Figure BDA0002750144260000021
参数、品质因子Q、雷克子波震源f(ps)和采集得到的炮记录f(pr)；
采用如下离散正演方程确定在第n个离散时刻的正传波场
Figure BDA0002750144260000022
Figure BDA0002750144260000023
其中，V1 n是与正传波场
Figure BDA0002750144260000024
对应的第一辅助应力场，n表示第n个离散时刻，
Figure BDA0002750144260000025
为预先确定的表示空间四阶偏导数的离散格式的算子，x表示横坐标，z表示纵坐标，i表示横坐标方向上的空间坐标，j表示纵坐标方向的空间坐标，t表示波场传播时间，ps表示雷克子波震源的位置，pr表示接收到炮记录的位置，τ为根据品质因子Q所确定的计算系数，kx表示横向波数，kz表示纵向波数；
采用如下离散反传方程确定在第n个离散时刻的反传波场
Figure BDA0002750144260000026
Figure BDA0002750144260000031
其中，
Figure BDA0002750144260000032
是与反传波场
Figure BDA0002750144260000033
所对应的第二辅助应力场，σ表示正则化因子，且0＜σ＜1；
互相关同一时刻的所述正传波场
Figure BDA0002750144260000034
和反传波场
Figure BDA0002750144260000035
得到成像结果。
本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
与现有技术相比，本发明通过粘声TTI介质纯qP波正演方程得到每个时刻的正传波场，然后通过粘声TTI介质纯qP波反传方程，从而得到每个时刻的反传波场，然后运用互相关成像条件求得逆时偏移成像结果。与现有技术相比，本发明能够在地下介质存在粘滞性和强各向异性特性时，得到振幅保真且成像分辨率更高的成像结果。
附图说明
图1为本申请实施例所提供的方案的流程示意图。
图2为初始速度场c的示意图。
图3为品质因子Q的示意图。
图4为各向异性ε参数的示意图。
图5为各向异性参数δ的示意图模型。
图6为向异性倾角
Figure BDA0002750144260000041
参数的示意图。
图7为常规技术中的声波各向同性逆时偏移成像结果。
图8为常规技术中的粘声各向同性逆时偏移成像结果。
图9为常规技术中的声波TTI介质中纯qP波逆时偏移成像结果。
图10为本发明所采用的方案的偏移成像结果。
图11为本申请方案所提供的参考剖面的示意图。
图12为分别抽取图7、8、9、10、11偏移距为2.1km处的单道对比的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
首先对本说明书实施例中的正传波场和反传波场的计算原理进行解释说明。
正演数值模拟采用的粘声TTI介质纯qP波波动方程如下：
Figure BDA0002750144260000042
其中，偏移速度模型c、各向异性ε参数模型、各向异性δ参数模型、各向异性倾角参数
Figure BDA0002750144260000051
模型、品质因子Q模型、雷克子波震源f(ps)和采集得到的炮记录f(pr)，为已经预先确定或者观测得到的量。
Figure BDA0002750144260000052
表示粘滞性振幅衰减项，若该项为0，则方程(1)可退化为TTI介质纯qP波方程。τ＝τε/τδ-1是一个无量纲的变量，τε和τδ分别为纵波应力和应变的弛豫时间常数，可用品质因子Q计算得到：
Figure BDA0002750144260000053
ω0为震源的中心角频率。c表示拟初始速度场，U1(p,t)即是在方程(1)的形式下所对应的采集得到的正传波场，V1(p,t)是为方便求解假设的与U1(p,t)对应的第一辅助应力场，φ表示各向异性倾角信息，ε和δ表示Thomsen各向异性参数值,p＝(x,z)表示位置坐标，x和z分别表示纵横向坐标，f(ps)表示震源项，ps表示震源位置，t表示波场传播时间。
将衰减项
Figure BDA0002750144260000054
及辅助方程
Figure BDA0002750144260000055
在波数域进行差分离散求解，可得：
Figure BDA0002750144260000056
Figure BDA0002750144260000057
其中，FFT表示快速傅里叶变换，FFT-1表示快速傅里叶变换逆变换，kx表示横向波数，kz表示纵向波数，
Figure BDA0002750144260000058
表示n时刻离散的正传波场，V1 n表示n时刻离散的第一辅助应力场。
时间偏导差分离散形式：
Figure BDA0002750144260000059
其中，Δt表示时间采样间隔。
因此，空间高阶偏导差分离散形式为：
Figure BDA0002750144260000061
其中，
Figure BDA0002750144260000062
为表示空间四阶偏导数的离散格式的算子。i和j分别表示x方向和z方向的空间坐标，V可以是第一辅助应力场V1，也可以是后续部分提到的第二辅助应力场V2。
将以上差分离散形式代入波动方程(1)，可得粘声TTI介质纯qP波正演模拟的离散形式，即差分递推公式：
Figure BDA0002750144260000063
同时，在将炮记录从检波器处逆时反传到整个波场时，粘声TTI介质纯qP波的逆时反传波场满足如下波动方程：
Figure BDA0002750144260000071
U2(p,t)即为在方程(7)形式下的反传波场，V2(p,t)即为与其对应的第二辅助应力场。pr表示接收到炮记录的位置。
如上公式(7)所示，在逆时反传时，衰减项需要改变符号，由公式(1)的负号(能量衰减)变为正号(能量补偿)。粘声TTI介质波动方程逆时反传补偿衰减能量时，波动方程解的高频成分呈指数方式增长，高频成分振幅迅速增强，造成反传波场不稳定。
基于此，本发明采用添加正则化项的方式来压制高频成分，稳定的逆时反传波动方程如下所示：
Figure BDA0002750144260000081
Figure BDA0002750144260000082
即为添加的正则化项，σ表示正则化因子，且0＜σ＜1。σ值选取越大对高频噪声的压制越明显，但是对有效信号的压制也会越多。因此，针对不同模型可以选择一个合适的正则化参数。正则化项空间偏导差分离散形式：
Figure BDA0002750144260000083
因此，可得粘声TTI介质中纯qP波逆时反传差分公式为：
Figure BDA0002750144260000091
基于前述原理，本申请提供一种粘声TTI介质中纯qP波的逆时偏移成像方法，如图1所示，图1为本申请所提供的一种粘声TTI介质中纯qP波的逆时偏移成像方法的流程示意图，包括：
S101，确定初始速度场c、各向异性ε参数、各向异性δ参数、各向异性倾角
Figure BDA0002750144260000092
参数、品质因子Q、雷克子波震源f(ps)和采集得到的炮记录f(pr)。
S103，基于前述已经确定的各参数，采用离散正演方程(6)确定在第n个离散时刻的正传波场
Figure BDA0002750144260000093
即根据c、ε、δ、
Figure BDA0002750144260000094
Q和f(ps)确定得到任意时刻的
Figure BDA0002750144260000095
Figure BDA0002750144260000096
S105，基于前述已经确定的各参数，采用离散反传方程(9)确定在第n个离散时刻的反传波场
Figure BDA0002750144260000101
即根据c、ε、δ、
Figure BDA00027501442600001011
Q和f(pr)确定得到任意时刻的
Figure BDA0002750144260000102
Figure BDA0002750144260000103
S107，互相关同一时刻的所述正传波场
Figure BDA0002750144260000104
和反传波场
Figure BDA0002750144260000105
得到成像结果。
具体而言，可以采用零延迟互相关成像条件，即可得到粘声TTI介质中纯qP波逆时偏移成像结果；互相关成像表达式为：
Figure BDA0002750144260000106
Mig(p)为成像结果，
Figure BDA0002750144260000107
表示对位置点p进行叠加，
Figure BDA0002750144260000108
表示对时间进行叠加，U1(p,n)表示在第n时刻处于位置点p的正传波场
Figure BDA0002750144260000109
U2(p,n)表示在第n时刻处于位置点p的反传波场
Figure BDA00027501442600001010
与现有技术相比，本发明通过粘声TTI介质纯qP波正演方程得到每个时刻的正传波场，然后通过粘声TTI介质纯qP波反传方程，从而得到每个时刻的反传波场，然后运用互相关成像条件求得逆时偏移成像结果。与现有技术相比，本发明能够在地下介质存在粘滞性和强各向异性特性时，得到振幅保真且成像分辨率更高的成像结果。
进一步地，还可以对于前述的成像结果Mig(p)进行低频滤波。例如，采用拉普拉斯Laplace滤波去除成像剖面中的低频噪声，Laplace滤波表达式为：
Figure BDA0002750144260000111
其中的Migf(p)即为滤除低频噪声的成像结果。
将本发明的方案，应用于国际标准的Bp2004模型数据，还取得了理想的实验效果，该模型中存在粘滞性和强各向异性特征。输入初始速度场(如图2所示)、品质因子Q模型(如图3所示)、各向异性Thomsen参数ε(如图4所示)、各向异性Thomsen参数δ参数(如图5所示)及各向异性倾角
Figure BDA0002750144260000112
参数模型(如图6所示)，并建立相应的观测系统
基于前述参数，进行粘声TTI介质纯qP波正演模拟，并计算得到每个时刻的正传波场。根据粘声TTI介质偏移算子逆时反传采集到的地震波场，并记录每个时刻的反传波场。采用互相关成像条件进行成像，得到逆时偏移成像剖面。本发明的粘声TTI介质纯qP波逆时偏移方法所得到的成像剖面(如图10所示)。
相比于常规技术中的声波各向同性逆时偏移结果(如图7所示)和常规技术中的粘声各向同性逆时偏移成像结果(如图8所示)，本申请的反射同相轴能够正确归位，成像位置较为清晰，尤其是深部地层。
相比常规技术中的声波TTI介质纯qP波逆时偏移成像结果(如图9所示)，中深部反射能量得到补偿，得到了更为精确可靠的保幅成像剖面。
图12为不同成像方法得到的成像剖面在偏移距为2.1km处的单道对比图。其中的参考道来自对声波TTI介质纯qP波正演模拟数采用声波TTI介质纯qP波逆时偏移得到的成像剖面(如图11所示)，由于该成像剖面偏移算子考虑了采集炮记录的所有基本地质特征，所以得到的成像位置及成像振幅较准确。
图12可进一步说明本发明方法可补偿中深部振幅衰减，准确归位含强各向异性特征的地震数据。即对同时存在粘滞性和强各向异性(TTI介质)的介质地区地震资料进行高精度成像，为后续的复杂地质构造准确的解释及井位布设提供基础保障。
对应的，本申请实施例还提供一种计算机设备，所述设备包括包括存储器、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，其中，所述处理器执行所述程序时实现如前所述的一种粘声TTI介质中纯qP波的逆时偏移成像方法。
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，对于装置、设备和介质类实施例而言，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，这里就不再一一赘述。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤或模块可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

Claims (4)

1.一种粘声TTI介质中纯qP波的逆时偏移成像方法，包括：
确定初始速度场c、各向异性ε参数、各向异性δ参数、各向异性倾角φ参数、品质因子Q、雷克子波震源f(ps)和采集得到的炮记录f(pr)；
采用如下离散正演方程确定在第n个离散时刻的正传波场
Figure FDA0003454481270000016
Figure FDA0003454481270000011
其中，
Figure FDA0003454481270000012
是与正传波场
Figure FDA0003454481270000013
对应的第一辅助应力场，n表示第n个离散时刻，
Figure FDA0003454481270000014
为预先确定的表示空间四阶偏导数的离散格式的算子，x表示横坐标，z表示纵坐标，t表示波场传播时间，ps表示雷克子波震源的位置，pr表示接收到炮记录的位置，τ为根据品质因子Q所确定的计算系数，kx表示横向波数，kz表示纵向波数；
采用如下离散反传方程确定在第n个离散时刻的反传波场
Figure FDA0003454481270000015
Figure FDA0003454481270000021
其中，
Figure FDA0003454481270000022
是与反传波场
Figure FDA00034544812700000214
所对应的第二辅助应力场，σ表示正则化因子，且0＜σ＜1；
互相关同一时刻的所述正传波场
Figure FDA0003454481270000023
和反传波场
Figure FDA0003454481270000024
得到成像结果。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
对所述成像结果采用拉普拉斯滤波，得到滤除低频噪声的成像结果。
3.如权利要求1所述的方法，互相关同一时刻的所述正传波场
Figure FDA0003454481270000025
和反传波场
Figure FDA0003454481270000026
得到成像结果，包括：
采用如下方式对同一时刻的正传波场
Figure FDA00034544812700000212
和反传波场
Figure FDA00034544812700000213
进行零延迟互相关：
Figure FDA0003454481270000027
其中，
Figure FDA0003454481270000028
表示对位置点p进行叠加，
Figure FDA0003454481270000029
表示对时间进行叠加，Mig(p)表示成像结果，U1(p,n)表示在第n时刻处于位置点p的正传波场
Figure FDA00034544812700000210
表示在第n时刻处于位置点p的反传波场
Figure FDA00034544812700000211
4.一种计算机设备，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，其中，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3任一所述的方法。
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