CN115236730B - 一种层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像方法，基于波场延拓的全波场模拟技术进行改进，在每个地层的层位点，分别模拟获得不同阶次的层间多次波波场，根据不同阶次层间多次波的传播路径，将不同阶次层间多次波进行反传，对不同阶次的层间多次波波场在上行波场和下行波场中分别进行互相关成像。输入数据包括地质模型数据和只含有层间多次波的地震记录，通过波场延拓、设置震源、人工边界反射压制、循环递归波场分阶模拟，实现层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像。本发明将已有成像方法中作为噪声信号的层间多次波地震信号变为有效信号，进行地震波场偏移成像，可用于恢复地下构造信息。
Description
技术领域
本发明属于地震波场偏移成像技术领域，涉及层间多次波波场模拟、人工边界反射处理、波场延拓技术和频率域互相关成像条件，尤其涉及一种针对含盐丘、断层、孔洞和裂缝等复杂地质构造的层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像方法。
背景技术
中国的四川地区、鄂尔多斯地区和塔里木地区有大量的碳酸盐岩储层。裂缝和孔洞是碳酸盐岩储层油气主要的储集体。常规的反射波偏移成像无法突出地下裂缝、盐丘、以及孔洞等复杂构造体。由于受到盐丘体的屏蔽作用，偏移剖面中的盐下构造无法识别，反应不同构造的同相轴会丢失，导致经过地震数据处理后的成像结果无法反应真实的地下构造。
在勘探地震学领域，多次波是指在地层中发生过一次以上向下反射且被地表检波器接收的地震信号。按照反射层位不同，多次波可分为表面多次波和层间多次波两类。在传统反射波偏移成像方法中，多次波通常被认为是一种噪声，会使反射波发生畸变，影响偏移成像的精度。在深层含有高低速地层的地区或者断层、裂缝发育地区，层间多次波能量高于反射波能量导致拾取不准确的速度谱，严重影响地震偏移成像和解释精度。在传统的地震数据处理中，多次波必须被压制，这个过程也称为去噪。多种方法被用于压制层间多次波，有逆散射级数法[1]，拉东变换法[2]，预测反褶积方法[3]，虚同相轴方法[4][5]等。
近些年来，研究发现多次波携带的构造信息比反射波更加丰富，包括小角度信息，且有更高的横向照明孔径和覆盖范围。因此，许多学者致力于研究多次波成像。多次波成像领域也取得了显著的成果。多次波成像研究大致可分为以下几类：一种是将表面多次波转化为反射波，再利用传统的逆时偏移方法进行成像[6]。或者是将炮集数据作为正传波场，基于预测方法获得表面多次波数据作为反传波场，再利用互相关方法进行偏移成像[7]。还有一些学者基于反演思想，利用最小二乘方法对表面多次波进行成像，提高成像质量[8]。叶月明等(2019)提出只利用一阶和二阶表面多次波进行成像，进一步提高多次波的成像效果[9]。Wapenaar等详细推导了Marchenko方程，创新性地提出利用Marchenko方法对层间多次波进行聚焦成像，但是目前只是停留在理论阶段[10]。Berkhout提出利用伴随方法对层间多次波进行成像[11][12]。Li等提出基于稀疏约束反演的表面多次波成像方法[13]。刘伊克等详细推导并分析了多次波成像的基本原理，指出多次波成像的巨大挑战在于不同阶次多次波对应的地震波场之间互相关将产生大量的串扰噪声[7]。目前有效降低串扰噪声方法有最小二乘逆时偏移成像[14]，或是将一次波和多次波进行联合反演成像[15]。基于上面的叙述可知，多次波成像技术研究在表面多次波方面比较完善，在于表面多次波传播机理比较简单，容易进行预测和识别，与一次波具有一定的周期性关系。而层间多次波形成机理复杂，研究难度大，对层间多次波研究比较少。但是层间多次波的存在严重影响深层地震勘探研究，尤其对于陆地勘探，层间多次波极为发育，严重影响地震数据的处理和解释。在中国西北和西南地区，碳酸盐岩储层的层间多次波发育，严重降低该地区储层成像和解释的准确度。利用层间多次波成像可以增加复杂构造区域的有用信息，辅助勘探区块解释。对于油气勘探来说，层间多次波成像是非常重要的。但是，由于其成像的复杂性，现有技术难以实现利用层间多次波进行成像的有效技术方案。
参考文献：
[1]Weglein A B.2003.Inverse scattering series and seismicexploration,AGU Spring Meeting Abstracts.
[2]Sacchi M,Ulrych T.1995.High-resolution velocity gathers and offsetspace reconstruction.Geophysics,60(4):1169-1177.
[3]Taner M T.1980.Long-period sea-floor multiples and theirsuppression.Geophysical Prospecting,28:30-48.
[4]Ikelle L T.2006.A construct of internal multiples from surfacedata only:the concept of virtual seismic events,Geophysical JournalInternational,164(2):383-393.
[5]Liu J H,Hu T Y,Peng G X,Cui Y F.2017.Removal of internal multiplesby iterative construction of virtual primaries.Geophysical JournalInternational,215(1):81-101.
[6]Berkhout A J,Verschuur D J.2003.Transformation of multiples intoprimary reflections.SEG Technical Program Expanded Abstracts:1925-1928.
[7]Liu Y K,Chang X,Jin D G,He R Q,Sun H C,Zheng Y C.2011,Reverse timemigration of multiples for subsalt imaging.Geophysics,76:WB209-WB216.
[8]Liu Y K,He B,Zheng Y C.2020.Controlled-order multiple waveforminversion.Geophysics,85:R243-R250.
[9]叶月明,郭庆新,庄锡进等.2019.不同阶次自由表面相关多次波预测与成像方法.地球物理学报,62(6):2237-2248.
[10]Wapenaar K,Thorbecke J,van der Neut J,Broggini F,Slob E,SniederR.2014.Marchenko imaging.Geophysics,79:WA39-WA57.
[11]Berkhout A J.2014a.An outlook on the future of seismic imaging,Part II:Full-Wavefield Migration.Geophysical Prospecting,62(5):931-949.
[12]Berkhout A J.2014b.An outlook on the future of seismic imaging,Part III:Joint Migration Inversion.Geophysical Prospecting,62(5):950-971.
[13]Li Q,Wang D L.2019.Multiples inversion imaging using a one-waypropagation operator.Applied Geophysics,67(2):1341-1348.
[14]刘学建,刘伊克.2016.表面多次波最小二乘逆时偏移成像.地球物理学报,59(9):3354-3365.
[15]Lu S P,Whitmore N D,Valenciano A,Chemingui N.2011.Imaging ofprimaries and multiples with 3D SEAM synthetic.SEG Technical Program ExpandedAbstracts:3217-3221.
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像方法，输入数据包括地质模型(本发明中表示为速度模型)、震源数据和层间多次波数据，通过人工边界反射处理和波场延拓，波场正传、波场反传和设计层间多次波互相关成像条件，实现纯层间多次波成像，弥补由于反射波偏移成像造成的盐下成像构造不足问题，突出裂缝、断层、孔洞和盐丘体构造。
本发明方法基于全波场模拟方法，通过波场延拓以及循环递归方式，将不同阶次的多次波波场分别模拟获得。基于傅里叶有限差分的地震波场偏移方法采用互相关成像条件，通过对传统傅里叶有限差分的地震波场偏移方法进行改进，设计层间多次波互相关成像条件。将层间多次波作为输入数据，利用层间多次波互相关成像条件对不同阶数的层间多次波分别进行互相关，正传波场和反传波场在零时刻进行互相关成像。层间多次波在裂缝和孔洞等构造中比较发育，利用层间多次波成像可以有效辅助识别复杂构造，弥补反射波成像的不足，恢复盐下构造信息。
本发明的核心是：基于波场延拓的全波场模拟技术进行改进，在每个地层的层位点，分别模拟获得不同阶次的层间多次波波场，根据不同阶次层间多次波的传播路径，将不同阶次层间多次波进行反传，对不同阶次的层间多次波波场进行互相关成像。本发明基于单程波方程偏移成像，将层间多次波波场与一次反射波波场分离开，使得层间多次波的正传波场和反传波场只在对应阶次互相关成像，消除了反射波波场与层间多次波波场之间产生的虚假互相关成像值(串扰噪声)，同时，进一步将不同阶次的层间多次波波场分为上行波场和下行波场，层间多次波在上行波场和下行波场中分别互相关成像，进一步降低了层间多次波波场之间的虚假互相关成像值，提高了利用层间多次波偏移成像对复杂地层构造的准确归位精度。
本发明提供的技术方案如下：
一种层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像方法，输入数据包括地质模型数据和只含有层间多次波的地震记录，通过波场延拓、设置震源、人工边界反射压制技术、循环递归波场分阶模拟(步骤B和C)、频率域互相关成像等技术，实现不同阶次层间多次波傅里叶偏移成像；包括以下步骤(图1)：
A.模型设置，包括：获取地层的地质模型和层间多次波地震记录；定义观测系统，确定模型参数和震源子波数据，建立地震正传波场和反传波场：
A1.获取地层的地质模型数据(速度模型)和只含有该地层层间多次波的地震波场记录，将速度模型转化成反射率模型，反射率大小反映波场发生反射和透射的能量大小；
A2.定义观测系统模块，建立层间多次波地震记录(由检波点接收得到)和震源子波位置之间的对应关系，确定模型参数(包括网格步长)，用于准确获取震源子波数据或者层间多次波地震记录信号传播至每个层位点对应每个时刻的地震波场；地震波场包含地震正传波场(震源子波激发)和地震反传波场(层间多次波地震记录激发)；地震正传或者反传波场均包含下行波场和上行波场。
A3.设置震源子波模块，根据层间多次波地震记录的信号形态信息、位置信息和时间采样率，确定子波时间采样率、最大模拟时间，震源子波的类型及子波震源位置，获取震源子波数据，建立地震正传波场和反传波场；
A4.设置人工边界处理模块，根据输入地质模型的尺度和速度值，确定人工边界的吸收区域宽度和吸收因子，用于吸收传播到模型边界的地震波；
B.震源子波激发地震正传波场：
B1.初始化地震正传波场，将地层各个层位地震正传波场的下行波场和上行波场都初始化为0，加载震源子波模块，将震源子波数据赋值给地层表面层位地震正传波场的下行波场；
B2.加载人工边界处理模块，压制由于地震波传播到人工边界导致的反射波，避免模型有限边界对有效地震波场的影响；
B3.下行波场延拓计算，根据模型参数中的网格步长确定延拓步长，将震源子波激发的地震正传波场从上到下传播至各个层位点，同时存储每个层位点所有时刻的地震正传波场；
B4.地震正传波场下传至最底层的层位时，将地震正传波场进行上行延拓转换；
B5.从下到上，对地震正传波场进行上行延拓，同时存储所有层位点的上行波场；
B6.地震正传波场循环传播，获得0阶层间多次波和高阶层间多次波对应的上行波场和下行波场；
地震正传波场先从上向下传播，然后从下向上传播完成时，即为一个循环；第一个循环结束表示获得了0阶(次)层间多次波(将反射波视为0阶层间多次波)；继续执行循环，获得高阶层间多次波对应的上行波场和下行波场；
C.输入层间多次波地震记录激发地震反传波场，包括如下过程：
C1.初始化地震反传波场，层间多次波地震记录反传时，也要将各个层位点地震反传波场的下行波场和上行波场都初始化为0，根据检波点的位置，将层间多次波作为激发信号进行反传；
C2.进行波场延拓，方法与波场正传的延拓方法相同，并存储所有层位点对应所有时刻的上下行波场；
D.通过互相关成像模块，在每个层位点上对不同阶次的层间多次波波场进行频率域互相关成像，得到所有层位点的互相关成像值(包含虚假互相关成像值)；并对得到的所有层位点的虚假互相关成像值进行滤波压制，得到地震偏移成像数据，包括：
D1.根据正传波场和反传波场在0时刻相遇成像原理，对地震正传波场和地震反传波场在所有层位点进行互相关成像，同时在每个层位点对所有时刻的互相关成像值进行叠加(即互相关成像)，具体通过式(1)获得所有层位点的互相关成像值：
其中，表示第l阶多次波反传波场；/>表示第l阶多次波正传波场；Rl(zm,xn)表示第l阶多次波在每个层位点上的反射系数，即在层位点(zm,xn)(表示深度位置)的成像结果；/>表示第k炮在层位点上第l阶层间多次波的频率域震源波场；表示第k炮在层位点上第l阶层间多次波的频率域检波点波场；N表示炮数，σ表示稳定常数，一般取0.5，[·]*表示[·]的共轭，ω表示在频率域。
D2.由于层间多次波成像是一种强的非线性成像，会产生大量的虚假互相关成像值(即串扰噪声)；需要通过滤波方式压制一部分的串扰噪声，得到地震偏移成像数据；
E.设计生成输出成像模块，用于根据压制串扰噪声后的地震偏移成像数据，生成并输出地震成像剖面，可进一步分析地层构造特征。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
传统的反射波成像只利用一次反射波进行偏移成像，其它地震信号被认为是噪声，在偏移成像前需要被压制。而本发明提出的基于层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像方法是利用纯层间多次波信号进行互相关成像，可以有效地将层间多次波地震信号变废为宝，将已有成像方法中的噪声信号变为有效信号，进行地震波场偏移成像，进而恢复地下构造信息。本发明的技术优点在于：
(一)通过对传统傅里叶有限差分偏移方法进行改进，“变废为宝”，将层间多次波数据作为输入信号，发明层间多次波互相关成像条件，使得层间多次波信号适用于地震波场偏移成像；
(二)通过单程波波场延拓，以循环递归方式实现不同阶次的层间多次波波场分离以及上下行波分离，相比双程波波场，本发明采用的方法降低了不同阶之间产生的虚假互相关成像值，提高了层间多次波的成像精度；
(三)通过人工边界处理进行人工边界反射压制，降低了人工边界对偏移成像精度的影响；
(四)根据不同阶层间多次波的成像路径不同，可采用不同阶层间多次波互相关成像条件(即式(1))，使不同阶层间多次波波场之间进行准确的互相关成像，实现不同阶之间的层间多次波成像。
附图说明
图1是本发明提供的一种层间多次波傅里叶有限差分偏移成像方法的流程框图。
图2是本发明执行波场延拓过程中的波场关系示意图：
其中，(a)为下行延拓过程中的波场关系示意图；(b)为上行延拓过程中的波场关系示意图。
图3是层间多次波成像示意图：
其中，(a)为一阶层间多次波相关成像；(b)为二阶层间多次波相关成像；星号表示震源；三角形表示检波器，黑色圆点表示成像点。
图4是本发明方法验证采用的三层层状介质模型。
图5是本发明使用图4模型获得的合成地震记录：
其中，(a)为全波场记录；(b)为一次波；(c)为一阶层间多次波；(d)为二阶层间多次波。
图6是图4三层层状介质模型中不同阶层间多次波偏移成像示意图：
其中，(a)为一阶层间多次波相关成像；(b)为二阶层间多次波相关成像。
图7是本发明平层模型地震波偏移成像结果：
其中(a)为反射波偏移结果；(b)为一阶层间多次波偏移结果；(c)为二阶层间多次波偏移结果。
图8是本发明具体实施使用的复杂模型，SEG/EAGE声波速度模型。
图9是本发明具体实施的层间多次波下行波场偏移成像结果。
图10是本发明具体实施的反射波偏移成像。
图11是本发明具体实施的层间多次波上行波场偏移成像。
图12是本发明具体实施的地震波照明度对比图；
其中(a)为反射波；(b)为层间多次波。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。
本发明提供的层间多次波傅里叶有限差分偏移成像方法将噪声数据进行成像，即将已有成像方法中的噪声信号变为有效信号，进行地震波场偏移成像。本发明是单程波偏移成像方法进一步的发展，通过递归循环方式可获得不同阶次的层间多次波场，同时将层间多次波信号进行反向传播，与正传多次波场相关成像。和反射波偏移方法相比，本发明通过修改现有的传统成像条件获得适用于层间多次波偏移的成像条件。本发明的层间多次波傅里叶有限差分偏移方法利用层间多次波进行偏移成像，可以准确恢复地层的结构，同时也会产生许多的串扰噪声。由于层间多次波拥有更多的小角度信息以及更广的覆盖范围，层间多次波对一些复杂构造如裂缝和断层成像效果更加明显。而一次反射波对简单构造成像精度高，对盐下构造成像精度不足，利用层间多次波成像正好可以弥补这一缺点。层间多次波在波阻抗差异大的地区更加发育，成像也更加清楚。层间多次波偏移成像可以帮助恢复盐丘体下方的地层结构，为下地表成像提供额外的照明。同时层间多次波成像也为地震波成像提供了一个可行的技术方案，将地震波中的一次反射波和层间多次波进行分离，分别进行成像。
本发明采用傅里叶有限差分偏移方法，横向非均匀介质中二维频率域单程波方程表达式为：
其中，表示频率域的波场，x和z分别代表在空间上的两个坐标轴方向，i表示虚数,kz表示均方根算子，且有/>(v表示介质速度)。由于无法直接利用均方根算子对波场/>进行延拓，需要将均方根算子kz设置在参考速度v0中进行计算。令/>(/>表示在参考速度中的均方根算子)，并将kz和/>进行泰勒级数展开和使用连分式表达式，式(2)可以进一步分解为以下三个方程：
和
其中，方程(3)表示相移算子。方程(4)表示慢度修正项,Δl表示慢度，其值为Δl＝1/v-1/v0。方程(5)是横向上强速度差异的修正项，a和b为常系数。实际上，方程(3)，(4)和(5)可以等效为：
方程(6)是傅里叶有限差分延拓算子。利用波场延拓算子和迭代循环，可以实现高精度层间多次波的分阶数值模拟。
层间多次波分阶方法具体是：
地震波场在传播过程中的关系如图2所示，其中上标n表示第n个地层界面，下标u表示上行波，下标d表示下行波，则和/>分别表示在地层界面zn上面的下行波场和上行波场，/>和/>分别表示在界面zn下面的下行波场和上行波场。在界面zn上，满足关系：
其中，符号T表示透射系数矩阵，符号R表示反射系数矩阵。同时引入算符W表示波场延拓算子。在下行延拓的过程中，界面zn-1下方的下行波场经过下行延拓到界面zn上方，得到入射波场/>
同时在上行延拓过程中，界面zn+1上方的上行波场经过上行延拓到界面zn下方，得到入射波场/>
单程波数值模拟是以循环递归方式完成波场传播。当波场传播至某一层界面时，均要满足方程(7)-(10)的关系式，如地震波从界面zm传播至界面zn时，可以得到关于界面zn的下行波和上行波表达式分别为：
其中，符号S表示一次源，可以理解为在界面zm激发的二次震源。在推导公式(11)和(12)过程中隐含了如下的条件：
公式(13)和(14)表示透射矩阵与反射矩阵之间的关系，I表示单位对角矩阵。根据公式(11)和(12)，波场在不同的界面之间不断地传播和散射，在地表被观测系统接收，形成地震记录。
层间多次波互相关成像方法具体是：
本发明提出利用傅里叶有限差分偏移方法进行层间多次波成像。基本过程以一阶和二阶层间多次波的地震波场偏移成像为例，其中图3中(a)表示一阶层间多次波成像，图3中(b)表示二阶层间多次波成像。在每一个深度点对正传多次波波场和反传波场进行互相关成像。如图3中(a)所示，一阶层间多次波成像包含5种成像路径，检波点R1-R5分别表示接收5种成像路径的一阶层间多次波地震信号。对于检波器R1表示的成像路径来说，震源激发正向传播波场传播至x1点与R1检波点的反向传播波场相遇成像；对于检波器R2表示的成像路径，正向传播波场传播至x2点与R2检波点的反向传播波场相遇成像。对于其它类型一阶层间多次波成像路径(x3，x4和x5)，可以此类推。图中的黑色圆点表示层间多次波成像的位置。如图3b所示，二阶层间多次波成像包含2种成像路径，检波点R6和R7分别表示接收2种成像路径的二阶层间多次波地震信号，对于检波器R6表示的成像路径来说，震源激发正向传播波场传播至x6点与R6检波点的反向传播波场相遇成像，检波器R7表示成像路径也是如此。图3示意图仅表示不同阶次层间多次波成像条件可能存在的成像路径，不代表全部成像路径。对于二阶或高阶层间多次波成像，其成像路径也更加复杂。
本发明提出一种只针对层间多次波的互相关成像条件，其表达式为：
其中，Im表示成像结果，MF表示正向传播波场，MB表示反向传播波场，tmax表示最大的接收时间。
符号M表示所有阶次的层间多次波，在地震正传波场中表示为MF，在地震反传波场中表示为MB，进一步将其展开可得：
M(x,z；t)＝M1(x,z；t)+M2(x,z；t)+M3(x,z；t)+…+Mn(x,z；t)， (16)
其中，M1表示一阶层间多次波，M2表示二阶层间多次波，Mn表示n阶层间多次波。把公式(16)代入公式(15)中展开可得式(17)：
式中，第一项表示不同阶次层间多次波的真实成像结果，表示一阶层间多次波互相关成像结果，/>表示二阶层间多次波互相关成像结果。第二项和第三项表示假成像结果。根据公式(17)可知，假成像结果的组合数明显多于真成像结果。因此利用层间多次波进行成像，由于不同阶数多次波之间的成像条件不同，对多次波使用单一成像条件时，会导致不同阶数多次波之间形成串扰噪声，降低成像质量。但是对于层间多次波来说，其成像条件更加复杂，不仅不同阶数的多次波之间会形成串扰，即使是同阶层间多次波之间也会形成串扰，即图3表示的不同成像路径之间形成的虚假互相关成像值。这是层间多次波区别于表面多次波的特征之一，也是目前无法对实际地震资料中层间多次波进行有效成像的根本原因。但是进一步的试验发现，利用层间多次波成像形成的真实构造同相轴能量比虚假构造的同相轴能量更强，且具有一定周期性，可利用一些叠后去噪方法消除虚假构造，如叠后虚同相轴方法，滤波方法等。
上面具体分析了层间多次波互相关成像技术，基于本发明的全波场模拟技术，通过波场延拓以及循环递归方式，将不同阶次的多次波波场分别模拟获得。对不同阶次的层间多次波地震波场分别进行互相关成像，公式(17)就进一步变成公式(18)：
其中表示第l阶层间多次波反传波场；/>表示第l阶层间多次波正传波场；Iml(x,z)表示第l阶层间多次波的成像结果。将公式(18)变换到频率域进行层间多次波互相关成像，同时对所有炮的结果进行叠加，公式就可以变形成公式(1)。
为了进一步验证本发明在地质模型当中的有效性，构建一个三层层状模型，如图4所示。模型的大小为2000m×2000m，网格大小为10m，纵向和横向上分别有201个网格点。炮间距为100m，总共21炮。模型速度从上到下依次为2300，1500，3000m/s，产生两个强反射界面。介质的密度为2000kg/m3，震源为30Hz的雷克子波，时间采样间隔为1ms。
图5是被地表检波器记录的全波场、反射波、一阶和二阶层间多次波炮集数据。基于本发明的层间多次波互相关成像条件(即式(15)-(18))对层间多次波进行偏移成像。对于该层状模型来说，不同阶次的层间多次波成像路径如下图6所示，黑色圆点表示成像点。利用层间多次波的正传波场和反传波场在每个层位点进行互相关成像。图7是反射波和不同阶次层间多次波偏移成像结果对比，其中(a)是一次反射波偏移结果，(b)和(c)分别是一阶和二阶层间多次波偏移结果。从偏移结果可知基于图6的成像路径，应用层间多次波下行成像，由于层间多次波在第一个反射界面上没有成像点，无法在该层位进行成像(图7(b)和(c))。和原始速度模型对比可以看出第二个反射界面构造通过层间多次波偏移成像准确恢复。该实验结果验证了本发明提出的层间多次波成像方法的准确性和可用性。
由于地下盐丘高速体的存在，对地震波传播有一定屏蔽作用。常规的反射波成像无法恢复盐下构造，导致盐下构造成像不清楚，而层间多次波成像对盐下构造恢复拥有一定的优越性。本发明利用SEG/EAGE盐丘模型进行层间多次波成像。图8是盐丘速度模型，该模型含有多种复杂的构造—高速盐丘体、复杂的断层和裂缝。使用主频30Hz的雷克子波作为震源，最长的记录时间为6s，1ms采样间隔。该模型横向上有1341个网格点，纵向上有301个网格点。
图9是一阶层间多次波下行波场偏移成像结果。从图中可观察到盐丘模型主要层位都得到了准确的恢复，但是由于不同层位产生的同阶层间多次波存在成像串扰，所以会出现一些虚假同相轴。受高速盐丘体的影响(速度差异大)，在盐丘体附近的层间多次波能量非常强，多次波偏移成像结果更加清楚。而远离盐丘体地区，由于地层之间波阻抗差异小，导致多次波不发育，多次波成像效果不明显。图10是反射波偏移成像结果，可以观察到浅层以及盐丘体上面的构造恢复非常好。但是盐丘体下面构造的同相轴能量非常弱，甚至缺失，成像非常不清楚，这是由于高速盐丘体的屏蔽作用造成的。图11是一阶层间多次波上行波场偏移结果，可以看到盐丘体附近的构造恢复非常好，尤其是盐下地层和裂缝构造非常清楚。这是由于盐丘体附近波阻抗差异大，产生的多次波能量强，成像效果也更好。但是不可避免地产生了串扰噪声。通过对比图10和11，可以观察到层间多次波对于盐丘体以及断层构造的成像具有良好的优越性。在反射波偏移结果中，由于高速盐丘体的存在，掩盖了盐下构造，层位恢复不明显，甚至缺失。而对于层间多次波，盐下构造成像非常明显，断层和裂缝同相轴信息得到准确恢复。白色箭头表示地层的同相轴对比，黑色虚线框内的同相轴表示裂缝构造。结果说明层间多次波成像可以弥补反射波成像的不足，增加偏移成像的构造信息，对于复杂的构造，也比反射波拥有更高的成像优越性。多次波成像也为地下成像提供了额外的照明度。图12是反射波偏移和层间多次波偏移的照明度对比，在右边使用相同炮数的叠加结果。可以看出层间多次波在横向上拥有更宽的照明度。
需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (4)
1.一种层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像方法，其特征是，基于波场延拓的全波场模拟技术进行改进，在每个地层的层位点，分别模拟获得不同阶次的层间多次波波场，根据不同阶次层间多次波的传播路径，将不同阶次层间多次波进行反传，对不同阶次的层间多次波波场在上行波场和下行波场中分别进行互相关成像；
输入数据包括地质模型数据和只含有层间多次波的地震记录，通过波场延拓、设置震源、人工边界反射压制、循环递归波场分阶模拟，实现层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像；包括以下步骤：
A.模型设置，包括：
获取地层的地质模型和只含有该地层层间多次波的地震波场记录，将速度模型转化成反射率模型；确定模型参数和震源子波数据，建立地震正传波场和反传波场：
B.震源子波激发地震正传波场，包括：
B1.初始化地震正传波场，将地层各个层位地震正传波场的下行波场和上行波场均初始化为0；将震源子波数据赋值给地层表面层位地震正传波场的下行波场；
B2.压制由于地震波传播到人工边界导致的反射波；
B3.进行下行波场延拓计算；
根据模型参数中的网格步长确定延拓步长，将震源子波激发的地震正传波场从上到下传播至各个层位点，同时存储每个层位点所有时刻的地震正传波场；
B4.地震正传波场下传至最底层的层位时，将地震正传波场进行上行延拓转换；
B5.从下到上，对地震正传波场进行上行延拓，同时存储所有层位点地震正传波场的上行波场；
B6.地震正传波场循环传播，获得0阶层间多次波和高阶层间多次波对应的上行波场和下行波场；
C.输入层间多次波地震记录激发地震反传波场，包括如下过程：
C1.初始化地震反传波场，将各个层位点地震反传波场的下行波场和上行波场均初始化为0，根据检波点的位置，将层间多次波作为激发信号进行反传；
C2.采用步骤B3的方法进行波场延拓，并存储所有层位点对应所有时刻的上下行波场；
D.进行互相关成像：在每个层位点上对不同阶的层间多次波波场进行频率域互相关成像，得到所有层位点的互相关成像值，其中包含虚假互相关成像值；并对得到的所有层位点的虚假互相关成像值进行滤波压制，得到地震偏移成像数据，包括：
D1.在每个层位点对所有时刻的互相关成像值进行叠加即互相关成像，具体通过式(1)获得所有层位点的互相关成像值：
其中，Rl(zm,xn)表示第l阶多次波在每个层位点上的反射系数，即在层位点(zm,xn)位置的成像结果；表示第l阶多次波反传波场；/>表示第l阶多次波正传波场；表示第k炮在层位点上第l阶层间多次波的频率域震源波场；/>表示第k炮在层位点上第l阶层间多次波的频率域检波点波场；N表示炮数，σ表示稳定常数；[·]*表示[·]的共轭，ω表示频率域；
其中，将只针对层间多次波的互相关成像条件表示为式(15)：
其中，Im表示成像结果，MF表示正向传播波场，MB表示反向传播波场，tmax表示最大的接收时间；
所有阶次的层间多次波展开表示为式(16)：
M(x,z；t)＝M1(x,z；t)+M2(x,z；t)+M3(x,z；t)+…+Mn(x,z；t)， (16)
其中，符号M表示所有阶次的层间多次波，在地震正传波场中表示为MF，在地震反传波场中表示为MB；M1表示一阶层间多次波，M2表示二阶层间多次波，Mn表示n阶层间多次波；
将只针对层间多次波的互相关成像条件表示为式(17)：
式中，第一项表示不同阶次层间多次波的真实成像结果，其中表示一阶层间多次波互相关成像结果，/>表示二阶层间多次波互相关成像结果；第二项和第三项表示假成像结果；
对不同阶次的层间多次波地震波场分别进行互相关成像，表示成式(18)：
其中，表示第l阶层间多次波反传波场；/>表示第l阶层间多次波正传波场；Iml(x,z)表示第l阶层间多次波的成像结果；
D2.通过滤波方式压制层间多次波成像产生的串扰噪声，得到地震偏移成像数据；
E.根据压制串扰噪声后的地震偏移成像数据，生成并输出地震成像剖面；
通过上述步骤，实现层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像。
2.如权利要求1所述层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像方法，其特征是，进一步地，步骤A定义观测系统模块、震源子波模块和人工边界处理模块；
观测系统模块用于建立由检波点接收得到的层间多次波地震记录与震源子波位置之间的对应关系，确定模型参数；模型参数包括网格步长；
震源子波模块用于根据层间多次波地震记录的信号形态信息、位置信息和时间采样率，确定子波时间采样率、最大模拟时间，震源子波的类型及子波震源位置，获取震源子波数据，建立地震正传波场和反传波场；
人工边界处理模块根据输入地质模型的尺度和速度值，确定人工边界的吸收区域宽度和吸收因子，用于吸收传播到模型边界的地震波。
3.如权利要求1所述层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像方法，其特征是，步骤B6中，地震正传波场循环传播，获得0阶层间多次波和高阶层间多次波对应的上行波场和下行波场；地震正传波场先从上向下传播，然后从下向上传播完成时，即为一个循环；第一个循环结束表示获得0阶层间多次波；反射波为0阶层间多次波；继续执行循环，获得高阶层间多次波对应的上行波场和下行波场。
4.如权利要求1所述层间多次波傅里叶有限差分的地震波场偏移成像方法，其特征是，关于界面zn的下行波和上行波分别表示为：
其中，符号S表示一次震源，R表示反射系数矩阵；W表示波场延拓算子；上标n表示第n个地层界面，下标u表示上行波，下标d表示下行波；和/>分别表示在地层界面zn上面的下行波场和上行波场；/>和/>分别表示在界面zn下面的下行波场和上行波场；/>为在界面zm激发的二次震源；
在界面zn上，满足关系：
其中，T表示透射系数矩阵；
透射矩阵与反射矩阵之间的关系表示为式(13)和(14)：
其中，I表示单位对角矩阵。
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|---|---|---|---|---|
| CN116859461B (zh) * | 2023-09-05 | 2023-11-10 | 中国地震局地球物理研究所 | 一种多次波成像方法及系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104991268A (zh) * | 2015-07-03 | 2015-10-21 | 中国地质大学（北京） | 一种真振幅偏移成像方法 |
| CN108037526A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-05-15 | 中国石油大学(华东) | 基于全波波场vsp/rvsp地震资料的逆时偏移方法 |
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| CN110780348A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-02-11 | 中国石油大学(华东) | 基于立体成像条件的一次波和多次波联合成像方法及系统 |
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6819628B2 (en) * | 2003-04-07 | 2004-11-16 | Paradigm Geophysical (Luxembourg) S.A.R.L. | Wave migration by a krylov space expansion of the square root exponent operator, for use in seismic imaging |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104991268A (zh) * | 2015-07-03 | 2015-10-21 | 中国地质大学（北京） | 一种真振幅偏移成像方法 |
| CN108037526A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-05-15 | 中国石油大学(华东) | 基于全波波场vsp/rvsp地震资料的逆时偏移方法 |
| CN110879416A (zh) * | 2018-09-05 | 2020-03-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种层间多次波压制方法 |
| CN110161561A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-23 | 北京大学 | 一种油气储层中的可控层位分阶层间多次波模拟方法 |
| CN110780348A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-02-11 | 中国石油大学(华东) | 基于立体成像条件的一次波和多次波联合成像方法及系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 基于自适应变步长波场延拓的可控层分阶层间多次波模拟;匡伟康;胡天跃;段文胜;李劲松;李艳东;;地球物理学报;20200507(第05期);全文 * |
| 多分量地震波波场分解研究;胡天跃, 张广娟, 赵伟, 温书亮;地球物理学报;20040517(第03期);全文 * |
| 数据自相关多次波偏移成像;郑忆康;王一博;徐嘉亮;常旭;姚振兴;;地球物理学报;20150315(第03期);全文 * |
| 自适应虚同相轴方法压制地震层间多次波;刘嘉辉;胡天跃;彭更新;;地球物理学报;20180315(第03期);全文 * |
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