CN113820742A - 一种粘声各向异性介质中的成像方法 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例公开了一种粘声各向异性介质中的成像方法。通过正向延拓算子生成每个时刻的正向传播波场，以及通过反向延拓算子生成每个时刻的反向传播波场，进而用震源归一化互相关成像条件，得到最终的逆时偏移成像结果。在逆时偏移成像过程中同时校正地下粘滞性和强各向异性对地震波传播造成的影响，可得到保幅且高分辨率成像结果，同时，本发明的逆时反偏移延拓算子可自动压制高频噪声，避免了高频噪声引起的不稳定。

Description

一种粘声各向异性介质中的成像方法

技术领域

本说明书涉及勘探地球物理学领域，尤其涉及一种粘声各向异性介质中的成像方法。

背景技术

地震勘探是当前寻找油气最常用的方法，其通过人工激发地震波向地下传播，遇到地下地层界面后反射回到地表，并由布置在地表的检波器接收，通过逆时偏移成像方法恢复地下油气分布情况的勘探方法。可为钻井采油提供井位布设信息，偏移成像方法精度越高，钻井成功率也越高。

近年来，随着勘探开发的深入，勘探开发逐渐从东部浅层转向西部深层，由简单构造转向复杂构造。西部复杂地下介质广泛发育粘滞性及各向异性特性，如充填流体的裂缝表现出粘滞性及各向异性。这些粘滞性及各向异性会造成地震波振幅衰减，相位产生畸变，若在逆时偏移成像时忽略这些粘滞性及各向异性影响则会造成成像结果中同相轴能量较弱，且同相轴未能准确归位，降低成像分辨率。继而影响油气分布的解释，增加了钻井成本风险。粘声各向异性逆时偏移在振幅补偿过程中，会放大野外采集数据中的高频成分，这些高频成分按指数规律急剧放大，最终使得模拟波场不稳定，因此急需一种稳定的衰减补偿算子，从而实现稳定精确的逆时偏移成像。

因此有必要开发一种粘声各向异性介质中稳定的成像方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种粘声各向异性介质中稳定的成像方法

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种粘声各向异性介质中的成像方法，包括：

获取初始参数场，包括ε参数和δ参数、各向异性倾角参数φ模型和品质因子Q；

采用如下正向延拓算子生成每个时刻的正向传播波场：

其中，v_p0表示介质中纵波传播速度，p表示采集到的应力场，即地震波场值，φ表示各向异性倾角参数，ε和δ表示Thomsen各向异性参数值，γ＝arctan(1/Q)/πω₀表示参考角频率，x表示沿着水平方向变量，z表示沿着垂直方向变量，t表示地震波传播时间，f表示时间域震源函数；

C₁＝2εcos⁴φ+2δsin²φcos²φ,C₂＝2εsin⁴φ+2δsin²φcos²φ,

C₃＝-4εsin2φcos²φ+δsin4φ,C₄＝-4εsin2φsin²φ-δsin4φ,

C₅＝3εsin²2φ-δsin²2φ+2δcos²2φ,

FFT为快速傅里叶变换运算符，FFT^-1为快速傅里叶变换逆变换运算符，k_x和k_z分别为横向和纵向的波数值；

采用如下波场反向延拓算子生成每个时刻的反向传播波场：

其中，r表示检波器接收到的炮记录，

使用震源归一化互相关成像条件对同一时刻的正向传播波场和反向传播波场进行成像，生成成像结果。

本说明书实施例还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，其中，所述处理器执行所述程序时实现如前所述的成像方法。

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，本发明通过正向延拓算子生成每个时刻的正向传播波场，以及通过反向延拓算子生成每个时刻的反向传播波场，进而用震源归一化互相关成像条件，得到最终的逆时偏移成像结果。在逆时偏移成像过程中同时校正地下粘滞性和强各向异性对地震波传播造成的影响，可得到保幅且高分辨率成像结果，同时，本发明的逆时反偏移延拓算子可自动压制高频噪声，避免了高频噪声引起的不稳定。

附图说明

图1为本发明粘声各向异性介质中稳定的逆时偏移成像方法的流程框图；

图2为偏移速度v_p0模型；

图3为各向异性Thomsen参数ε模型；

图4为各向异性Thomsen参数δ模型；

图5为向异性倾角φ参数模型；

图6为品质因子Q模型；

图7为对不含粘滞性影响的炮记录进行的声波各向异性逆时偏移成像结果；

图8为对含粘滞性影响的炮记录进行的声波各向异性逆时偏移成像结果；

图9为对含粘滞性影响的炮记录进行的粘声波各向同性逆时偏移成像结果；

图10为对含粘滞性影响的炮记录进行的粘声波各向异性逆时偏移成像结果。

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。

对应的，本申请实施例还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，其中，所述处理器执行所述程序时实现前述的粘滞性介质中声波地震数据正演模拟方法。

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。

如图1所示，图1为本说明书实施例所提供的成像方法的流程示意图。

S101，获取初始参数场。

输入反演得到的偏移速度参数模型、各向异性Thomsen参数模型：包括ε参数和δ参数、各向异性倾角参数φ模型(各向异性参数决定了地震波传播速度沿某一方向具有优势的特性)、及品质因子Q模型(品质因子决定了地震波传播过程中振幅衰减程度，值越小衰减越严重)，并建立相应的地震数值模拟及偏移成像观测系统。

S103，采用正向延拓算子生成每个时刻的正向传播波场。

正演数值模拟采用的粘声各向异性介质中地震波波动方程如下：

其中，C₁＝2εcos⁴φ+2δsin²φcos²φ,C₂＝2εsin⁴φ+2δsin²φcos²φ,

C₃＝-4εsin2φcos²φ+δsin4φ,C₄＝-4εsin2φsin²φ-δsin4φ,

C₅＝3εsin²2φ-δsin²2φ+2δcos²2φ,v_p0表示介质中纵波传播速度，p表示采集到的应力场，即地震波场值，φ表示各向异性倾角参数，ε和δ表示Thomsen各向异性参数值，γ＝arctan(1/Q)/π是一个无量纲的量，对于任何的正值Q，存在0＜γ＜0.5。ω₀表示参考角频率，x表示沿着水平方向变量，z表示沿着垂直方向变量，t表示地震波传播时间，f表示时间域震源函数。值得说明的是，方程右端第二项用于描述波场振幅衰减特征，若该项为0，则方程退化为各向异性声波方程。我们使用有限差分-伪谱混合法求解方程(1)，则方程(1)可重新表示为

其中，

这些变量q₁-q₇为数值求解方便假设的中间变量，没有实际的物理意义。

方程(2)的空间二阶及空间高阶偏导的差分离散格式为：

其中，i和j分别表示水平方向和垂直方向的空间网格点位置。k表示时间离散，Δx表示离散网格的横向间距，Δz表示离散网格的纵向间距，Δt表示差分离散的时间采样间距，a₀和a_nn表示有限差分离散的差分系数。当N值取6时，代表了空间12阶差分精度。

中间变量q₁-q₇在波数域求解，其数值表达式为：

其中，FFT为快速傅里叶变换运算符，FFT^-1为快速傅里叶变换逆变换运算符，k_x和k_z分别为横向和纵向的波数值，Uⁿ表示n时刻离散的应力场，Vⁿ表示n时刻离散的辅助应力场。

将上述每一项的差分离散形式代入方程(2)，即可得到粘声各向异性介质正向延拓的差分递推格式：

也即公式(22)为可以使用的计算模拟的差分方程形式。

S105，采用波场反向延拓算子生成每个时刻的反向传播波场。

根据地震波逆时延拓算子，将采集到的炮记录从检波器位置反向传播至地下反射点位置，稳定的粘声各向异性介质逆时延拓满足如下波动方程：

其中，r表示检波器接收到的炮记录。值得说明的是，在波场逆时反传过程中，衰减项由正变为负，振幅由衰减变为补偿。此时，波场中的高频成分随着有效信号的补偿也会增加，但其以指数方式增加，最终造成波场模拟不稳定，影响最终的成像结果。而我们提出的方程(23)可自动压制波场传播过程中的高频成分，保证了波场的稳定传播。方程(23)中的ω_η为截止角频率参数，该参数的选取决定了自动压制高频成分的范围，当ω_η选取较大时，可能会由于压制的高频太少，造成模拟不稳定，当ω_η选取较小时，可能会由于压制的高频太多，造成有效信号也被去除。因此，选择一个合适的ω_η决定了最终成像效果的好坏。同样使用有限差分-伪谱法求解方程(23)，则方程(23)可重新表示为

其中，

这些变量q₁-q₁₁与前边一样，为数值求解方便假设的中间变量，没有实际的物理意义。相比方程(2)，多出来的空间偏导的差分格式为：

相比方程(2)多出来的中间变量q₈，q₉，q₁₀，q₁₁在波数域求解的数值表达式为：

将上述离散格式代入公式(24)，可以得到稳定的粘声各向异性逆时延拓算子差分格式递推表达式为：

S107，使用震源归一化互相关成像条件对同一时刻的正向传播波场和反向传播波场进行成像，生成成像结果。

震源归一化互相关成像条件表示为：

其中，Mig(x,z)表示最终的成像结果，S(x,z,t)为从震源发出的正向传播地震波场，R(x,z,t)为接收点发出的反向延拓地震波场，

表示所有的地震震源成像结果的叠加，

表示每一炮所有时刻的波场互相关成像结果的叠加。

进一步地，还可以对步骤S107得到的震源归一化互相关成像结果使用高频滤波器，去除成像结果中的低频噪声，从而得到一个更加清晰的生成滤波后的成像结果。

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，本发明通过正向延拓算子生成每个时刻的正向传播波场，以及通过反向延拓算子生成每个时刻的反向传播波场，进而用震源归一化互相关成像条件，得到最终的逆时偏移成像结果。在逆时偏移成像过程中同时校正地下粘滞性和强各向异性对地震波传播造成的影响，可得到保幅且高分辨率成像结果，同时，本发明的逆时反偏移延拓算子可自动压制高频噪声，避免了高频噪声引起的不稳定。

对应的，本申请实施例还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，其中，所述处理器执行所述程序时实现前述的成像方法。

将本发明粘声各向异性介质中地震波逆时偏移成像方法，应用于一个气烟囱模型数据，得到了很好的实验结果，该模型含有粘滞性及各向异性参数场，中间倒梯形区域中含低速及低Q值，该区域为一含气构造。输入的反演得到的偏移速度模型如图2所示、品质因子Q模型如图3所示、各向异性Thomsen参数ε模型如图4所示、各向异性Thomsen参数δ模型如图5所示、各向异性倾角参数φ模型如图6所示。

根据输入的模型参数及实际数据采集需要建立相应的观测系统；接下来，根据波场正传延拓算子，计算粘声各向异性介质中地震波正演模拟波场，并保存每个时刻计算的正向传播波场值。根据稳定的粘声各向异介质逆时偏移延拓算子，沿反向时间延拓采集到的地震波场，并记录下每个时刻得到的波场值。使用震源归一化互相关成像条件，对每个时刻记录到的正反向延拓波场进行成像，并将每个时刻成像结果叠加得到逆时偏移成像剖面。

首先，利用声波各向异性波动方程计算得到炮记录，利用声波各向异性逆时偏移成像算子对正演得到的炮记录进行成像，得到的偏移成像结果作为参考，如图7所示。

然后，利用粘声各向异性声波方程正演得到炮记录。使用声波各向异性逆时偏移成像算子得到的成像结果如图8所示，相比图7，振幅出现明显减弱，且倒梯形构造同相轴出现绕射波不收敛情况。

使用粘声各向同性逆时偏移成像算子得到的成像结果如图9所示，相比图7，振幅也出现明显减弱。

使用粘声各向异性逆时偏移成像算子得到的成像结果如图10所示，相比图8和图9，振幅得到有效恢复，绕射波得到有效收敛，成像分辨率更高，结果与图7一致，地下构造得到很好的成像。

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。

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 (3)

1.一种粘声各向异性介质中的成像方法，包括：

获取初始参数场，包括ε参数和δ参数、各向异性倾角参数φ模型和品质因子Q；

采用如下正向延拓算子生成每个时刻的正向传播波场：

其中，v_p0表示介质中纵波传播速度，p表示采集到的应力场，即地震波场值，φ表示各向异性倾角参数，ε和δ表示Thomsen各向异性参数值，γ＝arctan(1/Q)/πω₀表示参考角频率，x表示沿着水平方向变量，z表示沿着垂直方向变量，t表示地震波传播时间，f表示时间域震源函数；

C₁＝2εcos⁴φ+2δsin²φcos²φ,C₂＝2εsin⁴φ+2δsin²φcos²φ,

C₃＝-4εsin2φcos²φ+δsin4φ,C₄＝-4εsin2φsin²φ-δsin4φ,

C₅＝3εsin²2φ-δsin²2φ+2δcos²2φ,

FFT为快速傅里叶变换运算符，FFT^-1为快速傅里叶变换逆变换运算符，k_x和k_z分别为横向和纵向的波数值；

采用如下波场反向延拓算子生成每个时刻的反向传播波场：

其中，r表示检波器接收到的炮记录，

使用震源归一化互相关成像条件对同一时刻的正向传播波场和反向传播波场进行成像，生成成像结果。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：使用滤波器，去除所述成像结果中的预设频率范围内的波场，生成滤波后的成像结果。

3.一种计算机设备，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2任一所述的方法。

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