各向异性介质共炮域高斯束偏移成像方法技术

本发明专利技术公开了一种各向异性介质共炮域高斯束偏移成像方法，该方法包括如下步骤：步骤一、建立初始速度模型，并利用速度场进行各向异性正演模拟，得到相应的地震记录；步骤二、利用各向异性介质运动学射线追踪方程，获得走时及射线路径；步骤三、利用各向异性介质动力学射线追踪方程，获得复值的动力学射线参数P和Q；步骤四、对每个束中心位置进行加窗局部倾斜叠加并计算由震源和接收点出射的高斯束；步骤五、利用震源波场与不同波型的反向延拓的接收波场之间的零时刻互相关来计算成像值；步骤六、通过对所有的成像值加得到最终的共炮域成像结果。本发明专利技术实现了基于相速度的各向异性介质共炮域高斯束叠前深度偏移成像，进一步提高了计算效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于地震勘探资料处理领域，特别是一种利用相速度实现各向异性介质 共炮域高斯束偏移成像的方法。
技术介绍
地球介质的各向异性是普遍存在的，而传统的勘探地震学主要是以地球介质具有 完全弹性和各向同性的物理假设为基础。各向异性介质条件下，如果采用传统各向同性的 深度偏移算法会引起成像误差，出现地下成像不准确、断层断面等陡倾角反射界面成像质 量差等问题。高斯束偏移是一种具有较高计算效率的偏移成像方法。目前，随着研究的深入 和技术的发展，地震各向异性研究逐渐引起人们的关注。各向异性偏移可以提供更为准确 的成像剖面，从而为地震资料解释提供重要支持。 目前，各向异性偏移主要有波动方程类偏移和射线类偏移。波动方程类偏移具有 较高的成像精度，但计算效率比较低;射线类偏移是一种具有较高计算效率的偏移成像方 法，然而，它不能对复杂的地质构造有效成像。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种利用相速度实现各向异性介质共炮域 高斯束偏移成像方法，该方法兼顾了波动方程类偏移和射线类偏移的优点，在提高成像精 度的同时进一步提高了计算效率，该方法可以对存在各向异性的复杂地质构造较准确成 像。 为达到上述目的，本专利技术提供一种，用 于地震勘探数据处理，该方法包括如下步骤： 步骤一、建立初始速度模型，并利用速度场进行各向异性正演模拟，得到相应的地 震记录； 步骤二、利用各向异性介质运动学射线追踪方程，获得走时及射线路径； 步骤三、利用各向异性介质动力学射线追踪方程，获得复值的动力学射线参数P和 Q； 步骤四、对每个束中心位置进行加窗局部倾斜叠加并计算由震源和接收点出射的 高斯束； 步骤五、利用震源波场与不同波型的反向延拓的接收波场之间的零时刻互相关来 计算成像值； 步骤六、通过对所有的成像值加得到最终的共炮域成像结果。 所述步骤二具体包括： 定义广义各向异性介质中运动学追踪方程： 式中，τ为旅行时，V为相速度，并且Vi为群速度V的分量（i = 1，2)，凡=为慢 度Ρ的分量(i = l，2); 进一步推导TTI介质中的相速度表达式：其中，VpQ为垂直速度，3和￡为各向异性参数，Θ为相速度角，υ为对称轴与垂直方向 的夹角，群速度可以通过相速度计算得到：将式(3)和式(4)代入到式(2)中，可以得到式(5): 式中，ρχ和ρζ分别为慢度ρ在X和ζ轴方向上的分量，求解式(5)后，可以得到走时τ及 对应的射线路径(x，z)。 所述步骤三具体包括：给出基于相速度的各向异性动力学射线追踪方程如下： d〇M/ dx = AmnQn+BmnPn (6) cIPm/cI τ = _CmnQn_DmnPn 式中，Q和P表示复值的动力学射线参数，=_Θτ/%^，A，B，C，D表示计算系数，q为 慢度或者称为射线参数，y表示坐标轴，下标Μ和N表示坐标轴方向，其中Μ表示X轴方向，N表 示ζ轴方向。相关系数表达式： 其中VN为射线中心坐标系中群速度矢量V的分量，将式(8)带入式(4)中，得出复值 的动力学射线参数P和Q。 在所述步骤四中，将震源波场和束中心处的波场通过高斯束来表示，如同其他偏 移方法，高斯束偏移成像是基于地震波场Φ (r，ω )满足标量波动方程的假设：式中，v(r)为地下介质中点r处速度，Φ(γ, ω )为地震波场，该波场值由下式所示 的有界积分确定： 式中，V = (X7，0)表示地表z'=0检波点的位置，，ω )为格林函数，表示点 V处的震源在点r处的地震响应，Φ (V，ω )为检波点处的地震波场，ω为频率，χ，ζ分别表 示X和ζ轴方向上坐标，*表示复值共辄。 点V处的震源产生的地震波场在点r处高频近似解为： 式中，,ρ' ;ω)为震源点V处激发的高斯束，矢量?/表示射线的方向，?/χ 和ρΖ ζ分别表不矢量ρΖ矢量在X轴和Ζ轴方向上的分量。 当高斯束中心不在震源点V而在其附近的rQ处时，需要在积分插入一个相移因子 以补偿相移的影响，得到格林函数表达式为： 其中矢量p'表示射线的方向，i表示复数中的虚数单位，; ω )为震源点 附近的ro处激发的高斯束。 为了在式（10)所示的Kirchhoff偏移叠加式中使用式（12)，需要将式（10)中的积 分范围分为小的积分区域，以保证使用式（12)时，积分区域中心点Π )接近震源点V，为了减 小计算误差，引入如下所示的高斯函数： 其中，L表示束中心位置，a为束中心间隔，ωι为高斯束的宽度，ω为频率。 各向异性介质中，为了保证射线充分覆盖，采样率如下所示： 其中，VQmin为地表Ζ = 0处的最小垂直速度，Vmin(Pmax)和Vmin(Pmin)分别为最小垂直 速度处最大射线参数Pm和最小射线参数pmin对应的相速度，射线参数pmax和pmin可以通过步 骤二中的运动学射线追踪得到。在所述步骤五中，共炮域高斯束叠前深度偏移成像公式为：式中，X为地下成像点，xs为震源位置，pd为束中心处的射线参数，为束中心处射 线参数Pd在X轴方向上的分量，D(L，xs，pd，ω )为高斯时窗的共炮域道集上的局部倾斜叠加， 系数C为一个与束中心网格相关的常数，1](1^3丄，？(1，〇)为共炮域的高斯束成像算子，如下 所示： 式中，p，pd分别为震源和束中心处的射线参数和'fx,L,prf，^ 分别为震源和检波点处对应的地下波场的高斯束。 本专利技术的方法推导了 TTI介质中相速度表达式，通过引入相速度和群速度，修改和 简化各向异性运动学和动力学射线追踪方程。实现了基于相速度的各向异性介质共炮域高 斯束叠前深度偏移成像。该方法兼顾了波动方程类偏移和射线类偏移的优点，在提高成像 精度的同时进一步提高了计算效率。【附图说明】 图1为本专利技术水平层状模型示意图； 图2为本专利技术水平层状模型的地震记录；图3为本专利技术水平层状模型试算中的单炮偏移成像结果示意图；图4为各向异性Hess模型示意图；图5为本专利技术Hess模型高斯束叠前深度偏移成像结果示意图；图6为本专利技术Hess模型局部放大显示的结果；图7为TTI介质倾斜模型示意图； 图8为TTI介质倾斜模型的地震记录； 图9为本专利技术TTI介质倾斜模型的偏移成像结果；图10为本专利技术的方法流程图。【具体实施方式】 为便于对本专利技术的方法及达到的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施 例详细说明如下。 实现各向异性高斯束偏移的关键在于运动学和动力学射线追踪。本专利技术在前人推 导出的基于弹性参数的各向异性运动学和动力学射线追踪方程及以相速度的形式重新给 出的广义各向异性介质中运动学和动力学射线追踪方程的基础上，修改了运动学和动力学 射线追踪方程，进一步提高了计算效率和成像精度。结合图10,本专利技术的各向异性介质共炮 域高斯束偏移成像方法通过以下步骤实现。 1、建立初始速度模型，并利用该速度场进行各向异性正演模拟，得到相应的地震 记录。 2、利用各向异性介质运动学射线追踪，获得走时及射线路径。 Cerveny的基于弹性参数的运动学射线追踪方程如下式所示： 式中，τ为旅行时，aijkiicijki/p为密度归一化的弹性参数，g是极化矢量， Ρ?=?「/&;为慢度矢量。式（1)所示的方程右边的函数计算十分耗时，并且在每一步计算中 都需要求解特征值问题本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种各向异性介质共炮域高斯束偏移成像方法，用于地震勘探数据处理，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一、建立初始速度模型，并利用速度场进行各向异性正演模拟，得到相应的地震记录；步骤二、利用各向异性介质运动学射线追踪方程，获得走时及射线路径；步骤三、利用各向异性介质动力学射线追踪方程，获得复值的动力学射线参数P和Q；步骤四、对每个束中心位置进行加窗局部倾斜叠加并计算由震源和接收点出射的高斯束；步骤五、利用震源波场与不同波型的反向延拓的接收波场之间的零时刻互相关来计算成像值；步骤六、通过对所有的成像值加得到最终的共炮域成像结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，李振春，刘强，张凯，丁鹏程，肖建恩，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37