CN116027403A - 一种基于波场分解的成像方法以及设备 - Google Patents

一种基于波场分解的成像方法以及设备 Download PDF

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CN116027403A CN202211308840.5A CN202211308840A CN116027403A CN 116027403 A CN116027403 A CN 116027403A CN 202211308840 A CN202211308840 A CN 202211308840A CN 116027403 A CN116027403 A CN 116027403A
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黄建平
宋成
陈亮
胡兵
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Abstract

本说明书实施例公开了一种基于波场分解的成像方法以及设备。通过根据正演数值模拟进行正向延拓生成震源端波场，以及，对地震记录进行反向延拓生成检波点端波场；将所述震源端波场分解得到震源端的左下波场、右下波场、左上波场和右上波场，以及，将所述检波点端波场分解得到检波点端波场的左下波场、右下波场、左上波场和右上波场；根据所述震源端的左下波场、检波点端的右上波场、震源端的右下波场和检波点端的左上波场得到正倾角反射层，以及，根据所述震源端的左上波场、检波点端的右下波场、震源端的右上波场和检波点端的左下波场得到负倾角反射层；对所述正倾角反射层和所述负倾角反射层进行相关得到最终的绕射波成像结果。

Description

一种基于波场分解的成像方法以及设备
技术领域
本说明书涉及勘探地球物理学领域，尤其涉及一种基于波场分解的成像方法以及设备。
背景技术
随着国内外油气田勘探开发的不断深入，油气勘探的重点已面向深地、深海等构造复杂、尺度小、埋藏深的非常规资源领域。非常规油气的典型储层主要有：碳酸盐岩、河道砂体、高陡构造和致密砂岩等，这些储层大多表现为孔隙、孔洞、裂缝及其相互组合的特点，在地震勘探的过程中表现为丰富的绕射波信息。
传统的地震资料处理通常是根据一次反射波信息来估算介质速度、成像地下连续反射层和地质构造，但是地下小尺度非均质构造的地震响应通常以绕射波信息来表示，无法有效地利用绕射波所携带的精确信息。
基于此，需要一种可以对绕射体准确成像的方案。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以对绕射体准确成像的方案。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
第一方面，提供一种基于波场分解的成像方法，包括：根据正演数值模拟进行正向延拓生成震源端波场，以及，对地震记录进行反向延拓生成检波点端波场；将所述震源端波场分解得到震源端的左下波场
Figure BDA0003907083750000011
右下波场
Figure BDA0003907083750000012
左上波场
Figure BDA0003907083750000013
和右上波场
Figure BDA0003907083750000014
以及，将所述检波点端波场分解得到检波点端波场的左下波场
Figure BDA0003907083750000015
右下波场
Figure BDA0003907083750000016
左上波场
Figure BDA0003907083750000017
和右上波场
Figure BDA0003907083750000018
根据所述震源端的左下波场、检波点端的右上波场、震源端的右下波场和检波点端的左上波场得到正倾角反射层，以及，根据所述震源端的左上波场、检波点端的右下波场、震源端的右上波场和检波点端的左下波场得到负倾角反射层；对所述正倾角反射层和所述负倾角反射层进行相关得到最终的绕射波成像结果。
在第二方面，提供计算机设备，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第一方面所述的方法。
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：通过根据正演数值模拟进行正向延拓生成震源端波场，以及，对地震记录进行反向延拓生成检波点端波场；将所述震源端波场分解得到震源端的左下波场
Figure BDA0003907083750000021
右下波场
Figure BDA0003907083750000022
左上波场
Figure BDA0003907083750000023
和右上波场
Figure BDA0003907083750000024
以及，将所述检波点端波场分解得到检波点端波场的左下波场
Figure BDA0003907083750000025
右下波场
Figure BDA0003907083750000026
左上波场
Figure BDA0003907083750000027
和右上波场
Figure BDA0003907083750000028
根据所述震源端的左下波场、检波点端的右上波场、震源端的右下波场和检波点端的左上波场得到正倾角反射层，以及，根据所述震源端的左上波场、检波点端的右下波场、震源端的右上波场和检波点端的左下波场得到负倾角反射层；对所述正倾角反射层和所述负倾角反射层进行相关得到最终的绕射波成像结果，从而实现利用特征差异较方便的分离出绕射波，并对绕射体实现准确成像。
附图说明
图1a为本说明书实施例所提供的一种基于波场分解的成像方法的流程示意图；
图1b为本发明的一个实施例的流程框图；
图2为本发明的一个实施例的原始速度场；
图3为本发明的一个实施例的初始速度场；
图4为本发明的一个实施例的观测地震数据(实部)；
图5为本发明的一个实施例的观测地震数据(虚部)；
图6为本发明的一个实施例的观测数据800ms的波场快照；
图7为本发明的一个实施例的800ms的波场快照分离的上左向波场快照；
图8为本发明的一个实施例的800ms的波场快照分离的下左向波场快照；
图9为本发明的一个实施例的800ms的波场快照分离的上右向波场快照；
图10为本发明的一个实施例的800ms的波场快照分离的下右向波场快照；
图11为本发明的一个实施例的正、负倾角反射层示意图；
图12为本发明一个实施例的正倾角反射层成像；
图13是本发明的一个实施例的负倾角反射层成像；
图14是本发明的一个实施例的常规逆时偏移结果；
图15是本发明的一个实施例的绕射波逆时偏移结果。
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。
在第一方面，如图1a所示，图1b为本说明书实施例所提供的一种基于波场分解的成像方法的流程示意图，包括：
S101，根据正演数值模拟进行正向延拓生成震源端波场，以及，对地震记录进行反向延拓生成检波点端波场。
具体的正向延拓和反向延拓可以参见图1b中所示。即首先可以构建解析波场，根据正演数值模拟和采集到的地震记录分别进行正向和反向延拓；震源项的解析波场和检波点端的解析波场分别为：
Figure BDA0003907083750000041
Figure BDA0003907083750000042
uS为震源端波场，fS为震源处激发的地震子波，uR为检波点端波场，dR为检波点端激发的地震子波。
S103，将所述震源端波场分解得到震源端的左下波场
Figure BDA0003907083750000043
右下波场
Figure BDA0003907083750000044
左上波场
Figure BDA0003907083750000045
和右上波场
Figure BDA0003907083750000046
以及，将所述检波点端波场分解得到检波点端波场的左下波场
Figure BDA0003907083750000047
右下波场
Figure BDA0003907083750000048
左上波场
Figure BDA0003907083750000049
和右上波场
Figure BDA00039070837500000410
对于震源端波场和检波点端波场分解的方式是相同的，以下以震源端波场作为示例进行具体的说明分离的方式。
这里采用Hilbert变换构建解析波场(以震源项为例)：
Figure BDA00039070837500000411
构建解析波场后，在解析波场外推的每个时间层上进行空间傅里叶变换，将时间-空间域的波场转换到频率-波数域，这样在解析波场中仅包含正频率信息，在根据空间波数的正负来判断波场的方向，进而实现波场的上下左右分解，将所得波场进行互相关成像。
震源端解析波场的实部和虚部分别表示为：
Figure BDA00039070837500000412
Figure BDA00039070837500000413
式中，
Figure BDA00039070837500000414
分别为uS,fS的Hilbert变换，即解析波场的虚部。检波点端解析波场的实部和虚部分别表示为：
Figure BDA0003907083750000051
Figure BDA0003907083750000052
式中，
Figure BDA0003907083750000053
分别为uR,fR的Hilbert变换。在解析波场中仅包含正频率w信息，将每一时刻的波场分别进行空间二维傅里叶变换处理变换到频率波数域，直接通过空间波数k的正负来判断波场的方向.
即通过空间波数k的正负来判断任意点波场U(kx,kz,w)的四个方向，
Figure BDA0003907083750000054
其中，Uup,Udown,Uleft,Uright是的频率-波数域转换后的波场形式，w为正频率，kx为横向波数，kz为纵向波数，Uup代表上行波，Udown代表下行波，Uleft代表左行波，Uright代表右行波。
从而可以将震源端和检波点端的每一时刻波场都分解为左上、左下、右上和右下的波场并分别记录下来。即将U(kx,kz,w)中波数同时满足Udown和Uleft的波场确定为震源端的左下波场
Figure BDA0003907083750000055
将U(kx,kz,w)中波数同时满足Udown和Uright的波场确定为震源端的右下波场
Figure BDA0003907083750000056
将U(kx,kz,w)中波数同时满足和Uup的Uleft的波场确定为震源端的左上波场
Figure BDA0003907083750000057
将U(kx,kz,w)中波数同时满足和Uup的Uright的波场确定为震源端的右上波场
Figure BDA0003907083750000058
对于检波点端的四个方向上的波场同样如此。
S105，根据所述震源端的左下波场、检波点端的右上波场、震源端的右下波场和检波点端的左上波场得到正倾角反射层，以及，根据所述震源端的左上波场、检波点端的右下波场、震源端的右上波场和检波点端的左下波场得到负倾角反射层。
传统的RTM零延时互相关成像条件公式为：
Figure BDA0003907083750000061
为避免低频噪声和成像假象，将波场进行上、下行波分解，将源检两端同向传播的波场进行相关成像：
Figure BDA0003907083750000062
由于多数情况下上行波场的成像贡献不突出，所以只采用源检两端的下行波场进行相关成像：
Figure BDA0003907083750000063
在本说明书实施例中，具体的互相关方式为震源端的左下波场和检波点端的右上波场以及震源端的右下波场和检波点端的左上波场分别互相关再相加得到正倾角反射层，以及，再将震源端的左上波场和检波点端的右下波场以及震源端的右上波场和检波点端的左下波场分别互相关再相加得到负倾角反射层，即采用如下方式进行互相关得到正倾角反射层Ill和负倾角反射层Irr：
Figure BDA0003907083750000064
其中“正倾角反射层”为向右水平线逆时针旋转到反射层夹角为钝角的层皆为“正倾角反射层”，“负倾角反射层”为向右水平线逆时针旋转到反射层夹角为锐角的层皆为“负倾角反射层”。
S107，对所述正倾角反射层和所述负倾角反射层进行相关得到最终的绕射波成像结果。
即采用Idiffraction＝IrrgIll进行成像即可，Idiffraction为绕射波逆时偏移成像结果。
以所述的“正倾角反射层”为例，在震源端入射波场为下右行波的情况下，由几何关系可知，检波点端出射波场必定为下左行波，也即不可能为下右行波，因此Irr的成像结果中没有正倾角反射层的像；在震源端波场为下左行波时，检波点端出射波场可能为下左行波，因此Ill的成像结果中含有正倾角反射层的像。同理，Ill的成像结果中没有负倾角反射层的像，而Irr的成像结果中含有负倾角反射层的像。而绕射波由于不符合Snell定律，波场入射到绕射体上，绕射体向各个方向出射绕射波，因此绕射体在Irr、Ill中均成像，再根据绕射波逆时偏移成像结果公式成像出绕射体即可。
通过根据正演数值模拟进行正向延拓生成震源端波场，以及，对地震记录进行反向延拓生成检波点端波场；将所述震源端波场分解得到震源端的左下波场
Figure BDA0003907083750000071
右下波场
Figure BDA0003907083750000072
左上波场
Figure BDA0003907083750000073
和右上波场
Figure BDA0003907083750000074
以及，将所述检波点端波场分解得到检波点端波场的左下波场
Figure BDA0003907083750000075
右下波场
Figure BDA0003907083750000076
左上波场
Figure BDA0003907083750000077
和右上波场
Figure BDA0003907083750000078
根据所述震源端的左下波场、检波点端的右上波场、震源端的右下波场和检波点端的左上波场得到正倾角反射层，以及，根据所述震源端的左上波场、检波点端的右下波场、震源端的右上波场和检波点端的左下波场得到负倾角反射层；对所述正倾角反射层和所述负倾角反射层进行相关得到最终的绕射波成像结果，从而实现利用特征差异较方便的分离出绕射波，并对绕射体实现准确成像。
为了更具体地说明本发明的方法，以一个三层洼陷模型为例(如图2所示)说明本发明的方法。
首先布控观测系统，观测系统分布为：在地表以50米间隔在距0点500米处每隔50米放一炮，共计100炮，每炮都是600个检波点接收，检波点间隔为10米。接下来是平滑速度场(如图3所示)，用于RTM成像。
然后是观测到的野外数据(如图4、图5所示)，空间采样间隔为10米，时间采样间隔为1毫秒，时间采样点数为2048个，主频为30赫兹。利用平滑速度场进行波动方程正向延拓，根据野外观测到的地震记进行波动方程反向延拓，得到每一时刻的波场快照(如图6所示)，为第51炮在800毫秒时记录的波长快照，吸收边界为300米。
图7、图8、图9和图10分别为该波场快照分离出的左上、左下、右上和右下的波场快照，可以看到各个方向的波场被较为清晰的分离出来了。
震源端的左下波场和检波点端的左下波场互相关得到“正倾角反射层”的像(如图11所示)，可以看到正倾角反射层以及洼陷处的几个绕射体被成像出来；再将震源端的右下波场和检波点端的右下波场互相关得到“负倾角反射层”的像(如图12所示)，负倾角反射层和洼陷处的绕射体也都一一成像出来。
图14为最终的绕射波逆时偏移成像结果，可以看到洼陷处的四个拐点被精确地刻画出来，并且底部的三个绕射体也能够准确成像。与图13常规RTM结果进行对比，也是具有很大的借鉴意义的，本发明的方法可以作为常规成像方法的一种辅助手段，帮助更好的解释地下地质构造情况。因此，本发明方法相对与现有技术方法，可以有效地利用绕射波所携带的精确信息，辅助油气勘探常规成像方法，实现对地下地质构造的高精度保幅成像。
在第二方面，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基于波场分解的成像方法。
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。
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)

1.一种基于波场分解的成像方法，包括：
根据正演数值模拟进行正向延拓生成震源端波场，以及，对地震记录进行反向延拓生成检波点端波场；
将所述震源端波场分解得到震源端的左下波场
Figure FDA0003907083740000011
右下波场
Figure FDA0003907083740000012
左上波场
Figure FDA0003907083740000013
和右上波场
Figure FDA0003907083740000014
以及，将所述检波点端波场分解得到检波点端波场的左下波场
Figure FDA0003907083740000015
右下波场
Figure FDA0003907083740000016
左上波场
Figure FDA0003907083740000017
和右上波场
Figure FDA0003907083740000018
根据所述震源端的左下波场、检波点端的右上波场、震源端的右下波场和检波点端的左上波场得到正倾角反射层，以及，根据所述震源端的左上波场、检波点端的右下波场、震源端的右上波场和检波点端的左下波场得到负倾角反射层；
对所述正倾角反射层和所述负倾角反射层进行相关得到最终的绕射波成像结果。
2.如权利要求1所述的方法，其中，将所述震源端波场分解得到震源端的左下波场
Figure FDA0003907083740000019
右下波场
Figure FDA00039070837400000110
左上波场
Figure FDA00039070837400000111
和右上波场
Figure FDA00039070837400000112
包括：
对震源端波场进行空间二维傅里叶变换处理变换到频率波数域波场U(kx,kz,w)，通过空间波数k的正负来判断任意点波场U(kx,kz,w)的四个方向，
Figure FDA00039070837400000113
其中，Uup,Udown,Uleft,Uright是的频率-波数域转换后的波场形式，w为正频率，kx为横向波数，kz为纵向波数，Uup代表上行波，Udown代表下行波，Uleft代表左行波，Uright代表右行波；
将U(kx,kz,w)中波数同时满足Udown和Uleft的波场确定为震源端的左下波场
Figure FDA0003907083740000021
将U(kx,kz,w)中波数同时满足Udown和Uright的波场确定为震源端的右下波场
Figure FDA0003907083740000022
将U(kx,kz,w)中波数同时满足和Uup的Uleft的波场确定为震源端的左上波场
Figure FDA0003907083740000023
将U(kx,kz,w)中波数同时满足和Uup的Uright的波场确定为震源端的右上波场
Figure FDA0003907083740000024
3.如权利要求1所述的方法，其中，根据所述震源端的左下波场、检波点端的右上波场、震源端的右下波场和检波点端的左上波场得到正倾角反射层，以及，根据所述震源端的左上波场、检波点端的右下波场、震源端的右上波场和检波点端的左下波场得到负倾角反射层，包括：
采用如下方式进行互相关得到正倾角反射层Ill和负倾角反射层Irr：
Figure FDA0003907083740000025
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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Young Reverse-Time Migration of a Methane Gas Hydrate Distributed Acoustic Sensing Three-Dimensional Vertical Seismic Profile Dataset

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