CN113031062B - 一种基于波场分离的相关加权逆时偏移成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于波场分离的相关加权逆时偏移成像方法，属于地震偏移成像领域，具体包括以下步骤：在逆时偏移成像过程中，首先基于Poynting矢量实现了震源波场和检波点波场的波场分离，并得到震源波场与检波点波场的左上、左下、右上、右下行波及相应的16个波场分离成像剖面，然后将这16个波场分离的成像结果分别与参考剖面(即常规基于波场分离的逆时偏移成像结果)做相关处理，最终将所得的相关值作为权重分别赋予各波场分离的成像结果，从而实现基于波场分离的相关加权逆时偏移成像。模型实验结果表明，相比于常规基于波场分离的逆时偏移方法，本方法无需对各波场分离后的成像结果进行人为取舍，可显著提高逆时偏移的成像精度。
Description
技术领域
本发明属于地震偏移成像领域，具体涉及一种基于波场分离的相关加权逆时偏移成像方法。
背景技术
精确的地下构造偏移成像可为后续的地震资料解释及油气藏精细描述工作提供可靠的保障，其一直以来都是地震勘探领域研究的热点。逆时偏移基于双程波波动方程，能适应任意复杂速度模型，且无成像角度限制，理论上其可对回折波、棱柱波、多次波等多种类型的波进行成像，是当前公认的成像精度最高的偏移方法。然而，逆时偏移由于需要求解双程波方程，其在地震波传播到反射界面时会产生背向反射，而常规互相关成像条件不加以区分地将所有波场应用于成像，这会不可避免地产生偏移噪声。
目前压制偏移噪声的方法主要有压制背向反射方法、滤波方法及波场分离法三大类。压制背向反射方法通常采用无反射声波方程进行成像，从而抑制背向反射的产生，达到压制偏移噪声的目的。但这类方法仅对垂向或接近垂向的入射波有较好的背向反射压制效果，而对于大角度的入射波，其背向反射压制效果并不理想。滤波方法是根据逆时偏移成像结果的低频低波数特征进行去噪处理。常用的高通滤波法实现简单，但合适的滤波器阈值范围较难选取，在去噪的同时往往会损失较多的有效信息；拉普拉斯滤波虽可获得较好的偏移噪声压制效果，但其需对滤波后的成像结果进行进一步的振幅和相位校正，且会引入部分的高频噪声。波场分离法则是根据偏移噪声的产生机理，先对震源波场和检波点波场进行波场分离，然后有选择性地提取有效波场分量参与成像，从而实现地下构造的准确成像，因此该类方法受到了业界的广泛青睐。然而，常规波场分离方法在应用过程中尚存在以下问题：对于波场分离后得到的多种成像剖面，业界通常采取人为的选择性组合，这样获得的新的成像剖面受人为影响因素过大且普适性往往不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种基于波场分离的相关加权逆时偏移成像方法。本发明在逆时偏移成像过程中，首先基于Poynting矢量实现了震源波场和检波点波场的波场分离，并得到震源波场与检波点波场的左上、左下、右上、右下行波及相应的16个波场分离成像剖面，然后将这16个波场分离的成像结果分别与参考剖面(即常规基于波场分离的逆时偏移成像结果)做相关处理，最终将所得的相关值作为权重分别赋予各波场分离的成像结果，从而实现基于波场分离的相关加权逆时偏移成像。模型实验结果表明，相比于常规基于波场分离的逆时偏移方法，本方法无需对各波场分离后的成像结果进行人为取舍，可显著提高逆时偏移的成像精度。
本发明采取以下技术方案：
一种基于波场分离的相关加权逆时偏移成像方法，其特征在于所述方法具体包括以下步骤：
(1)给定水平层状介质速度模型V(x,z)与密度模型D(x,z)，给定震源子波f和地震记录M，炮点与检波点均在地表，利用一阶应力—速度声波方程式(1)进行有限差分正演模拟，得到每个时刻的震源波场S(x,z,t)：
式中，x、z分别为空间坐标，vx、vz分别为质点在x和z方向的振动速度，p为应力，t为时间，ρ为密度，v为声波速度；
(2)以地震记录M为扰动，同样利用式(1)进行有限差分逆时延拓，得到每个时刻的检波点波场R(x,z,t)；
(3)将每个时刻的震源波场S(x,z,t)和检波点波场R(x,z,t)进行零延迟互相关，如式(2)所示，得到逆时偏移成像剖面I0(x,z)：
式中，S(x,z,t)和R(x,z,t)分别为每个时刻的震源波场及检波点波场，I0(x,z)为逆时偏移剖面，x、z分别为空间坐标，t为时间；
(4)计算每个时刻震源波场的Poynting矢量Ps以及每个时刻检波点波场的Poynting矢量Pr，计算公式如下：
式中，S(x,z,t)和R(x,z,t)分别为每个时刻的震源波场及检波点波场，Ps为震源波场的Poynting矢量，
分别为震源波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量，Pr为检波点波场的Poynting矢量，
分别为检波点波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量，x、z分别为空间坐标，t为时间；
(5)基于Poynting矢量实现震源波场和检波点波场的波场分离，分别得到震源波场和检波点波场的左上、左下、右上、右下行波，具体表达式为：
式中，S(x,z,t)和R(x,z,t)分别为每个时刻的震源波场及检波点波场，Slu(x,z,t)、Sld(x,z,t)、Sru(x,z,t)、Srd(x,z,t)分别为震源波场的左上、左下、右上、右下行波，Rlu(x,z,t)、Rld(x,z,t)、Rru(x,z,t)、Rrd(x,z,t)分别为检波点波场的左上、左下、右上、右下行波，
分别为震源波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量，
分别为检波点波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量，x、z分别为空间坐标，t为时间；
(6)根据步骤(5)得到的波场分离结果，进一步得到相应的16个波场分离成像剖面，其表达式为：
式中，I1(x,z)、I2(x,z)……I16(x,z)为相应的16个波场分离成像剖面，Slu(x,z,t)、Sld(x,z,t)、Sru(x,z,t)、Srd(x,z,t)分别为震源波场的左上、左下、右上、右下行波，Rlu(x,z,t)、Rld(x,z,t)、Rru(x,z,t)、Rrd(x,z,t)分别为检波点波场的左上、左下、右上、右下行波，x、z分别为空间坐标，t为时间；
(7)舍去I4(x,z)、I8(x,z)、I12(x,z)、I16(x,z)4个成像剖面，将保留的12个成像剖面叠加得到参考剖面Iref(x,z)，即常规基于波场分离的逆时偏移成像结果，其表达式如下：
式中，Iref(x,z)为参考剖面，I1(x,z)、I2(x,z)、I3(x,z)、I5(x,z)、I6(x,z)、I7(x,z)、I9(x,z)、I10(x,z)、I11(x,z)、I13(x,z)、I14(x,z)、I15(x,z)为保留的12个成像剖面；
(8)将步骤(6)得到的16个成像剖面分别与步骤(7)得到的参考剖面做相关处理：
式中，k为1至16的序号，C为相关值，I(x,z)为波场分离成像剖面，Iref(x,z)为参考剖面，x、z分别为空间坐标；
(9)将所得的相关值作为权重分别赋予各波场分离的成像剖面，得到最终的基于波场分离的相关加权逆时偏移成像结果，具体表达式如下：
式中，k为1至16的序号，C为相关值即权重，I(x,z)为波场分离成像剖面，Ifinal(x,z)为最终的基于波场分离的相关加权逆时偏移成像结果。
本发明与现有技术相比的有益效果：
相对于常规方法而言，基于波场分离的相关加权逆时偏移成像方法可进一步压制偏移噪声，并可有效克服常规方法中的成像条件过多依赖于人为选取的缺陷。本发明即在逆时偏移成像过程中，首先基于Poynting矢量实现了震源波场和检波点波场的波场分离，并得到震源波场与检波点波场的左上、左下、右上、右下行波及相应的16个波场分离成像剖面，然后将这16个波场分离的成像结果分别与参考剖面(即常规基于波场分离的逆时偏移成像结果)做相关处理，最终将所得的相关值作为权重分别赋予各波场分离的成像结果，从而实现基于波场分离的相关加权逆时偏移成像。该方法无需对各波场分离后的成像结果进行人为取舍，在较好压制偏移噪声的基础上，实现地下构造的高精度成像，从而为后续的地震资料解释提供精确的构造信息。
附图说明
图1为水平层状介质速度模型；
图2为水平层状介质密度模型；
图3为震源波场的波场快照(t＝300ms)；
图4为震源波场的左上行波波场快照(t＝300ms)；
图5为震源波场的左下行波波场快照(t＝300ms)；
图6为震源波场的右上行波波场快照(t＝300ms)；
图7为震源波场的右下行波波场快照(t＝300ms)；
图8为常规逆时偏移结果；
图9为参考剖面(即常规基于波场分离的逆时偏移成像结果)；
图10为基于波场分离的相关加权逆时偏移成像结果。
具体实施方式
下面通过实例结合附图来对本发明的技术方案作进一步解释，但本发明的保护范围不受任何形式上的限制。
实施例1
本发明提出的一种基于波场分离的相关加权逆时偏移成像方法。本发明以水平层状介质模型来模拟野外真实的地下介质情况，水平层状介质速度模型如图1所示，第一层速度为2500m/s，第二层速度为3000m/s，水平层状介质密度模型如图2所示，第一层密度为1800kg/m3，第二层密度为2800kg/m3，模型横向长度为1500m，纵向长度为1500m。
下面详细阐述本发明具体实施方式：
(1)基于上述水平层状介质速度模型与密度模型，给定震源子波f和地震记录M，炮点位置在水平坐标750m处，共301道接收，道间隔为5m，炮点与检波点均在地表，深度为0m，时间采样间隔为0.5ms，接收记录长度为1s。利用一阶应力—速度声波方程(如式(1)所示)进行有限差分正演模拟，得到每个时刻的震源波场S(x,z,t)：
式中，x、z分别为空间坐标，vx、vz分别为质点在x和z方向的振动速度，p为应力，t为时间，ρ为密度，v为声波速度。
(2)以地震记录M为扰动，同样利用式(1)进行有限差分逆时延拓，得到每个时刻的检波点波场R(x,z,t)。
(3)将每个时刻的震源波场S(x,z,t)和检波点波场R(x,z,t)进行零延迟互相关(如式(2)所示)，得到逆时偏移成像剖面I0(x,z)：
式中，S(x,z,t)和R(x,z,t)分别为每个时刻的震源波场及检波点波场，I0(x,z)为逆时偏移剖面，x、z分别为空间坐标，t为时间。
(4)计算每个时刻震源波场的Poynting矢量Ps以及每个时刻检波点波场的Poynting矢量Pr，计算公式如下：
式中，S(x,z,t)和R(x,z,t)分别为每个时刻的震源波场及检波点波场，Ps为震源波场的Poynting矢量，
分别为震源波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量，Pr为检波点波场的Poynting矢量，
分别为检波点波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量，x、z分别为空间坐标，t为时间。
(5)基于Poynting矢量实现震源波场和检波点波场的波场分离，分别得到震源波场和检波点波场的左上、左下、右上、右下行波，具体表达式为：
式中，S(x,z,t)和R(x,z,t)分别为每个时刻的震源波场及检波点波场，Slu(x,z,t)、Sld(x,z,t)、Sru(x,z,t)、Srd(x,z,t)分别为震源波场的左上、左下、右上、右下行波，Rlu(x,z,t)、Rld(x,z,t)、Rru(x,z,t)、Rrd(x,z,t)分别为检波点波场的左上、左下、右上、右下行波，
分别为震源波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量，
分别为检波点波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量。x、z分别为空间坐标，t为时间。
(6)根据步骤(5)得到的波场分离结果，进一步得到相应的16个波场分离成像剖面，其表达式为：
式中，I1(x,z)、I2(x,z)……I16(x,z)为相应的16个波场分离成像剖面，Slu(x,z,t)、Sld(x,z,t)、Sru(x,z,t)、Srd(x,z,t)分别为震源波场的左上、左下、右上、右下行波，Rlu(x,z,t)、Rld(x,z,t)、Rru(x,z,t)、Rrd(x,z,t)分别为检波点波场的左上、左下、右上、右下行波，x、z分别为空间坐标，t为时间。
(7)舍去I4(x,z)、I8(x,z)、I12(x,z)、I16(x,z)4个成像剖面，将保留的12个成像剖面叠加得到参考剖面Iref(x,z)(即常规基于波场分离的逆时偏移成像结果)，其表达式如下：
式中，Iref(x,z)为参考剖面，I1(x,z)、I2(x,z)、I3(x,z)、I5(x,z)、I6(x,z)、I7(x,z)、I9(x,z)、I10(x,z)、I11(x,z)、I13(x,z)、I14(x,z)、I15(x,z)为保留的12个成像剖面。
(8)将步骤(6)得到的16个成像剖面分别与步骤(7)得到的参考剖面做相关处理：
式中，k为1至16的序号，C为相关值，I(x,z)为波场分离成像剖面，Iref(x,z)为参考剖面，x、z分别为空间坐标。
(9)将所得的相关值作为权重分别赋予各波场分离的成像剖面，得到最终的基于波场分离的相关加权逆时偏移成像结果，具体表达式如下：
式中，k为1至16的序号，C为相关值(权重)，I(x,z)为波场分离成像剖面，Ifinal(x,z)为最终的基于波场分离的相关加权逆时偏移成像结果。
对比图3及图4、图5、图6、图7可知，震源波场的左上、左下、右上及右下行波得到了较好的分离。对比图8、图9及图10可知，常规逆时偏移成像结果存在明显的偏移噪声和假象，这严重降低了成像质量。在常规基于波场分离的逆时偏移成像结果中，大部分的偏移噪声和假象得到消除，但仍有部分噪声与假象残留，而在基于波场分离的相关加权逆时偏移成像结果中，偏移噪声与假象基本完全消除。因此，采用本发明方法来进行逆时偏移能够获得高精度的成像结果，可为后续地震资料解释及油气藏精细描述工作奠定良好的基础。
Claims (1)
1.一种基于波场分离的相关加权逆时偏移成像方法，其特征在于所述方法具体包括以下步骤：
(1)给定水平层状介质速度模型V(x,z)与密度模型D(x,z)，给定震源子波f和地震记录M，炮点与检波点均在地表，利用一阶应力—速度声波方程式(1)进行有限差分正演模拟，得到每个时刻的震源波场S(x,z,t)：
式中，x、z分别为空间坐标，vx、vz分别为质点在x和z方向的振动速度，p为应力，t为时间，ρ为密度，v为声波速度；
(2)以地震记录M为扰动，同样利用式(1)进行有限差分逆时延拓，得到每个时刻的检波点波场R(x,z,t)；
(3)将每个时刻的震源波场S(x,z,t)和检波点波场R(x,z,t)进行零延迟互相关，如式(2)所示，得到逆时偏移成像剖面I0(x,z)：
式中，S(x,z,t)和R(x,z,t)分别为每个时刻的震源波场及检波点波场，I0(x,z)为逆时偏移剖面，x、z分别为空间坐标，t为时间；
(4)计算每个时刻震源波场的Poynting矢量Ps以及每个时刻检波点波场的Poynting矢量Pr，计算公式如下：
式中，S(x,z,t)和R(x,z,t)分别为每个时刻的震源波场及检波点波场，Ps为震源波场的Poynting矢量，
分别为震源波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量，Pr为检波点波场的Poynting矢量，
分别为检波点波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量，x、z分别为空间坐标，t为时间；
(5)基于Poynting矢量实现震源波场和检波点波场的波场分离，分别得到震源波场和检波点波场的左上、左下、右上、右下行波，具体表达式为：
式中，S(x,z,t)和R(x,z,t)分别为每个时刻的震源波场及检波点波场，Slu(x,z,t)、Sld(x,z,t)、Sru(x,z,t)、Srd(x,z,t)分别为震源波场的左上、左下、右上、右下行波，Rlu(x,z,t)、Rld(x,z,t)、Rru(x,z,t)、Rrd(x,z,t)分别为检波点波场的左上、左下、右上、右下行波，
分别为震源波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量，
分别为检波点波场Poynting矢量的水平分量与垂直分量，x、z分别为空间坐标，t为时间；
(6)根据步骤(5)得到的波场分离结果，进一步得到相应的16个波场分离成像剖面，其表达式为：
式中，I1(x,z)、I2(x,z)……I16(x,z)为相应的16个波场分离成像剖面，Slu(x,z,t)、Sld(x,z,t)、Sru(x,z,t)、Srd(x,z,t)分别为震源波场的左上、左下、右上、右下行波，Rlu(x,z,t)、Rld(x,z,t)、Rru(x,z,t)、Rrd(x,z,t)分别为检波点波场的左上、左下、右上、右下行波，x、z分别为空间坐标，t为时间；
(7)舍去I4(x,z)、I8(x,z)、I12(x,z)、I16(x,z)4个成像剖面，将保留的12个成像剖面叠加得到参考剖面Iref(x,z)，即常规基于波场分离的逆时偏移成像结果，其表达式如下：
式中，Iref(x,z)为参考剖面，I1(x,z)、I2(x,z)、I3(x,z)、I5(x,z)、I6(x,z)、I7(x,z)、I9(x,z)、I10(x,z)、I11(x,z)、I13(x,z)、I14(x,z)、I15(x,z)为保留的12个成像剖面；
(8)将步骤(6)得到的16个成像剖面分别与步骤(7)得到的参考剖面做相关处理：
式中，k为1至16的序号，C为相关值，I(x,z)为波场分离成像剖面，Iref(x,z)为参考剖面，x、z分别为空间坐标；
(9)将所得的相关值作为权重分别赋予各波场分离的成像剖面，得到最终的基于波场分离的相关加权逆时偏移成像结果，具体表达式如下：
式中，k为1至16的序号，C为相关值即权重，I(x,z)为波场分离成像剖面，Ifinal(x,z)为最终的基于波场分离的相关加权逆时偏移成像结果。
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