一种薄层位移多波地震波场的模拟方法及系统技术方案

公开了一种薄层位移多波地震波场的模拟方法及系统。该方法包括以下步骤：1)基于薄层位移反射透射矩阵方程获得频率域薄层位移PP波反射系数Rpp和PS波反射系数Rps；2)对地震子波w(t)进行FFT变换，获得频率域地震子波w(f)；3)获得频率域PP波及PS波反射地震波场；4)对步骤3)所获得的频率域PP波及PS波反射地震波场进行逆FFT变换，获得时间域PP波及PS波反射地震波场。本发明专利技术可以精准地模拟基于位移波函数的薄层介质反射PP波及PS波，且反射波场包含转换波及层间多次波信息，可以全面、精确地反映薄层对地震子波的改造作用。

【技术实现步骤摘要】
一种薄层位移多波地震波场的模拟方法及系统
本专利技术涉及地震勘探
，更具体地，涉及一种薄层位移多波地震波场的模拟方法及系统。
技术介绍
随着我国油气田、煤田等资源开发的不断深入，薄(互)储层、岩性、碳酸盐岩、非常规油气等复杂油气藏及煤储层成为勘探的重点。在我国东部地区，绝大多数的中、新生代陆相含油气盆地大都以薄层砂、泥岩沉积为主，并夹有少量的碳酸盐岩、页岩及膏盐层，这些地层岩性和厚度横向变化均较大，而且厚度远远低于常规地震勘探的垂向分辨率，以薄层的形式存在。我国煤系地层绝大部分煤层及围岩物性差异较大，煤层顶、底岩层为良好的波阻抗分界面，可以形成较强的反射波检测。由于煤层厚度多在2～10m之间，且常以薄互层的形式存在，反射响应非单一界面产生，而是顶底反射、层间多次波、转换波叠加而成的复合波。因此，对薄层、薄互层的地震波场进行定性或定量分析，是油气、煤田地震勘探的基础。其中，地震波场的正演数值模拟是全面认识地震波在复杂介质中的传播特征、服务于解释观测数据并搞清地质构造的一种有效手段。地震正演模拟主要包括射线追踪法、有限差分(元)法和反射率法。射线追踪法计算成本较低，能够处理复杂形态的地质体；缺点是精度低且难以处理方位各向异性介质中不同类型横波之间的耦合问题。有限差分法应用范围比较广泛，能够较精确地模拟任意非均匀介质中的地震波场；缺点是计算成本较高，难以直接应用于地震波场的反演，同时需要采用吸收边界条件。反射率法是一种数值变换方法，它是实现层状半空间介质中地震全波场模拟的最有效方法，其精度高于有限差分法和射线追踪法，计算成本介于二者之间；不足之处是只适用于垂向非均匀介质。对于薄层的模拟，反射率法能满足精度要求，且具有计算效率高，可直接应用于反演的特点。薄层中地震波传播理论及波场模拟技术一直受到人们的重视。Meissner和Meixner(MeissnerR，MeixnerE.Deformationofseismicwaveletsbythinlayersandlayeredboundaries.GeophysProsp，1969，17(1)：1-27)给出了指定类型反射波的薄层反射系数公式，Liu和Schmitt给出了薄层顶、底反射叠加的近似声波反射系数(LiuY，SchmittD.R.AmplitudeandAVOresponsesofasinglethinbed.Geophysics，2003，68(4)：1161-1168)，Pan和Kristopher在Liu等人的基础上讨论了薄层弹性波的AVO特征(Pan,W.,andA.Kristopher,2013,AVO/AVFanalysisofthin-bedinelasticmedia:83rdAnnualInternationalMeeting,SEG,ExpandedAbstracts,373–377.)。布列霍夫斯基赫给出了层状介质的位移位传播矩阵，汪恩华等、Chen和Liu将其用于薄层介质情况，并具体讨论了薄层位移位的地震波AVO特征及波场模拟(JI.M.布列霍夫斯基赫著，杨训人译.分层介质中的波.北京：科学出版社，1960；汪恩华.适用于AVO分析的层状介质反射系数公式及模型计算.石油地球物理勘探，1991，4(26)：425～429；汪恩华，贺振华，李庆忠.基于薄层的反射系数谱理论与模型正演.成都理工学院学报，2001，28(1)：70～74；ChenTS，LiuY.Multi-componentAVOresponseofthinbedsbasedonreflectancespectrumtheory.AppliedGeophysics，2006，3(1)：27-36)。但以上薄层地震波场传播理论及模拟技术无法实现薄层位移多波地震波场的模拟。因此，有必要开发一种能够模拟薄层位移多波地震波场的方法和系统。公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
针对现有技术中的上述问题，本专利技术的目的在于针对薄层介质，给出薄层位移反射透射矩阵方程，并在其基础上实现薄层介质中的位移多波地震波场的正演模拟。根据本专利技术的一方面，提出一种薄层位移多波地震波场的模拟方法，可以包括以下步骤：1)基于薄层位移反射透射矩阵方程获得频率域薄层位移PP波反射系数Rpp和PS波反射系数Rps；2)对地震子波w(t)进行FFT变换，获得频率域地震子波w(f)；3)基于步骤1)获得的频率域薄层位移PP波反射系数Rpp和PS波反射系数Rps以及步骤2)获得的频率域地震子波w(f)，获得频率域PP波及PS波反射地震波场；4)对步骤3)所获得的频率域PP波及PS波反射地震波场进行逆FFT变换，获得时间域PP波及PS波反射地震波场。优选地，所述薄层位移反射透射矩阵方程为：在公式(1)中，Rpp为频率域薄层位移PP波反射系数，Rps为频率域薄层位移PS波反射系数，Tpp为频率域薄层位移PP波透射系数，Tps为频率域薄层位移PP波透射系数，的定义如下：在公式(2)-(6)中，a11＝a44＝2sin2β2cosP+cos2β2cosQ，a12＝a34＝-j(tanα2cos2β2sinP-sin2β2sinQ)，a22＝a33＝cos2β2cosP+2sin2β2cosQ，a31＝a42＝2jρ2ωvS2sinβ2cos2β2(cosQ-cosP)，其中，α1、α2、α3分别为在第1、2、3层中纵波的波射线与法线的夹角，β1、β2、β3分别为在第1、2、3层中横波的波射线与法线的夹角，vPi,vSi,ρi(i＝1,2,3)分别为第1、2、3层的纵波速度、横波速度及密度，第1层为薄层之上地层，第2层为薄层，第3层为薄层之下地层，h为薄层厚度，ω＝2πf，f为入射波的频率，根据本专利技术的另一方面，提出一种薄层位移多波地震波场的模拟装置。所述装置包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：1)基于薄层位移反射透射矩阵方程获得频率域薄层位移PP波反射系数Rpp和PS波反射系数Rps；2)对地震子波w(t)进行FFT变换，获得频率域地震子波w(f)；3)基于步骤1)获得的频率域薄层位移PP波反射系数Rpp和PS波反射系数Rps以及步骤2)获得的频率域地震子波w(f)，获得频率域PP波及PS波反射地震波场；4)对步骤3)所获得的频率域PP波及PS波反射地震波场进行逆FFT变换，获得时间域PP波及PS波反射地震波场。优选地，所述薄层位移反射透射矩阵方程为：在公式(1)中，Rpp为频率域薄层位移PP波反射系数，Rps为频率域薄层位移PS波反射系数，Tpp为频率域薄层位移PP波透射系数，Tps为频率域薄层位移PP波透射系数，的定义如下：在公式(2)-(6)中，a11＝a44＝2sin2β2cosP+cos2β2cosQ，a12＝a34＝-j(tanα2cos2β2sinP-sin2β2sinQ)，a22＝a33＝cos2β2cosP+2sin2β2cosQ，a31＝a42＝2jρ2ωvs2sinβ2cos2β本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄层位移多波地震波场的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基于薄层位移反射透射矩阵方程获得频率域薄层位移PP波反射系数Rpp和PS波反射系数Rps；2)对地震子波w(t)进行FFT变换，获得频率域地震子波w(f)；3)基于步骤1)获得的频率域薄层位移PP波反射系数Rpp和PS波反射系数Rps以及步骤2)获得的频率域地震子波w(f)，获得频率域PP波及PS波反射地震波场；4)对步骤3)所获得的频率域PP波及PS波反射地震波场进行逆FFT变换，获得时间域PP波及PS波反射地震波场。

【技术特征摘要】
1.一种薄层位移多波地震波场的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基于薄层位移反射透射矩阵方程获得频率域薄层位移PP波反射系数Rpp和PS波反射系数Rps；2)对地震子波w(t)进行FFT变换，获得频率域地震子波w(f)；3)基于步骤1)获得的频率域薄层位移PP波反射系数Rpp和PS波反射系数Rps以及步骤2)获得的频率域地震子波w(f)，获得频率域PP波及PS波反射地震波场；4)对步骤3)所获得的频率域PP波及PS波反射地震波场进行逆FFT变换，获得时间域PP波及PS波反射地震波场。2.根据权利要求1所述的薄层位移多波地震波场的模拟方法，其特征在于，所述薄层位移反射透射矩阵方程为：在公式(1)中，Rpp为频率域薄层位移PP波反射系数，Rps为频率域薄层位移PS波反射系数，Tpp为频率域薄层位移PP波透射系数，Tps为频率域薄层位移PP波透射系数，的定义如下：在公式(2)-(6)中，a11＝a44＝2sin2β2cosP+cos2β2cosQa12＝a34＝-j(tanα2cos2β2sinP-sin2β2sinQ)，a22＝a33＝cos2β2cosP+2sin2β2cosQa31＝a42＝2jρ2ωvS2sinβ2cos2β2(cosQ-cosP)，其中，α1、α2、α3分别为在第1、2、3层中纵波的波射线与法线的夹角，β1、β2、β3分别为在第1、2、3层中横波的波射线与法线的夹角，vPi,vSi,ρi(i＝1,2,3)分别为第1、2、3层的纵波速度、横波速度及密度，第1层为薄层之上地层，第2层为薄层，第3层为薄层之下地层，h为薄层厚度，ω＝2πf，f为入射波的频率，3.根据权利要求1所述的薄层位移多波地震波场的模拟方法，其特征在于，在步骤3)中，通过将频率域地震子波w(f)与PP波反射系数Rpp和PS波反射系数Rps分别进行点乘，以获得频率域PP波和PS波反射地震波场。4.一种薄层位移多波地震波场的模拟装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天胜，魏巍，杨春，王赟，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11