一种高效率多分量地震资料真振幅偏移成像方法技术

一种高效率多分量地震资料真振幅偏移成像方法，应用于多分量地震数据处理技术领域，该方法是在弹性波逆时偏移方法的基础上进行了改进，特征是直接以多分量地震资料为输入，通过编码算法、分段成像等措施，再在反演的框架下，实现基于反演的弹性波逆时偏移。本发明专利技术将编码、时间分段及反演的思想引入弹性波逆时偏移中，与常规弹性波逆时偏移相比，本发明专利技术可以获得高精度且振幅保真的叠前深度偏移剖面，同时算法的效率很高。本发明专利技术完整地保持纵横波的矢量特性、振幅以及相位特性，偏移剖面具有保真性；有效地消除了纵横波之间串扰造成的偏移假象，提高了成像的精度；有效降低了弹性波逆时偏移的存储量，提高了计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效率多分量地震资料真振幅偏移成像方法
本专利技术属于地球物理勘探领域，涉及多分量地震资料叠前偏移成像处理，特别涉及一种高效率、低存储多分量地震资料真振幅偏移成像方法。
技术介绍
传统油气勘探中绝大多数以纵波勘探方法为主，该方法认为地下介质中只存在纵波，然而，实际地下介质中传播的波场不仅有纵波，而且还有横波以及转换波等波型，即地震波场是弹性波场。多分量地震资料自然地包含了纵波，横波以及转换波等多种波型，采用传统单分量地震数据处理方法来处理多分量地震资料必然存在较大的误差，甚至导致处理结果错误。叠前深度偏移是地震数据处理流程中至关重要的一个环节。目前已有的多分量地震资料叠前深度偏移成像方法可以分为三类：射线类偏移方法、单程波类偏移方法和弹性波逆时偏移方法。其中，弹性波逆时偏移是精度最高，算法最稳健的一种。尽管如此，弹性波逆时偏移依然存在诸多的劣势，如：纵横波串扰造成严重的偏移假象、横波极性反转造成偏移剖面存在相消干涉、偏移剖面振幅不保真、偏移剖面分辨率低、偏移算法的计算效率低等，此外，若应用纵横波分离技术，则会引起波场的振幅及相位信息发生变化，改变波场的动力学特性。所述这些问题使得弹性波逆时偏移较难应用于实际多分量地震资料的叠前深度偏移中。为此，须建立一套新的、以“高效率、高精度、保幅”为特点的高效率多分量地震资料真振幅叠前深度偏移成像方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于弹性波方程的、以“高精度、高效率、低存储、保幅”为特点的多分量地震资料叠前深度偏移成像方法。为了实现以上目的，本专利技术提供一种高效率多分量地震资料真振幅偏移成像方法，包括以下步骤：(a)：通过野外观测获得的多炮多分量地震记录D(xr，t；xs)＝(Dx，Dy，Dz)，给定背景模型、预设参数，确定进行偏移成像的多分量地震记录、观测系统参数及震源函数S(x，t；xs)，其中，x表示空间位置矢量，xs表示震源位置矢量，xr表示检波点位置矢量，t表示时间变量；(b)：基于读取的观测系统参数，设计平面波编码函数C(xs，p)，具体为：C(xs，p)＝fδ(t-p·xs)，(1)其中，p为射线参数变量，fδ表示脉冲函数；此处平面波编码函数C(xs，p)等价于时移函数，时移量p·xs随震源点位置xs不同而改变，射线参数p具体为：其中，α为地表纵波速度，θ为入射角；通过不同的入射角θ，可以获得不同的射线参数p；通过所述编码函数，并利用每一个射线参数p对观测的多炮多分量地震记录D(xr,t；xs)进行编码，获得关于每一个射线参数p的编码多分量炮集DC(xr,t；p)，具体为：DC(xr,t；p)＝∫D(xr,t；xs)·C(xs,p)dxs；(3)同样，采用相同的编码函数，并利用每一个射线参数p对步骤(a)中所述观测系统中的震源函数S(x,t；xs)进行编码，获得每个射线参数p的编码震源函数SC(x,t；p)，具体为：SC(x,t；p)＝∫S(x,t；xs)·C(xs,p)dxs；(4)(c)：利用背景模型及观测的多炮多分量地震记录的最大记录时间tmax，设计记录时间t的分段区间，具体为：将记录时间t分为三段，用下式表示：其中，tR1，tR2和tR3分别表示记录时间的三个区间范围，t1(x)和t2(x)的具体计算式为：其中，αmax为背景模型的最大速度，hz代表深度，hx代表水平距离；(d)：针对每一个射线参数p，均执行以下操作：利用每一个射线参数p，通过步骤(b)中的编码方式获得与该射线参数对应的编码震源函数，基于常规的各向同性介质的弹性波方程，利用上述给定的背景模型对该编码震源进行波场正向延拓，获得该射线参数对应的每个时刻的震源波场，在该震源波场延拓的每一个时间步中，利用步骤(c)中的记录时间分段区间作为时间约束条件，利用常规的弹性波场能量计算方程计算震源波场每个时刻、每个位置的波场能量值，通过能量数值大小判断，获得每个时间区间内、每个位置波场能量最大值所对应的时刻，将此时刻作为该时间区间内、该位置所对应的成像时间T(x)，在该时刻、该位置处，利用成像条件公式，保存成像条件中与震源波场相关的项，同时保存该时刻、该位置的波场最大能量值；进而获得每一个射线参数对应的成像时间、成像条件中与震源波场相关的项及波场最大能量值；最终将每一个射线参数对应的每一个时间段内的波场最大能量值进行叠加，获得照明度补偿因子；(e)：针对每一个射线参数p，均执行以下操作：对每一个射线参数p，同样基于所述的各项同性介质的弹性波方程，对该射线参数p对应的步骤(b)所述编码多分量炮集DC(xr,t；p)进行波场逆时延拓，获得该射线参数对应的每一个时刻的检波点波场，在该检波点波场延拓的每一个时间步中，利用步骤(d)中保存的每个时间段、每个位置的成像时间T(x)，判断当前时刻是否满足成像时间，如果不满足，则不进行成像，如果满足，则按照成像条件，利用步骤(d)中保存的成像条件中与震源波场相关的项以及检波点波场进行成像，获得该射线参数对应的偏移剖面；进而获得每一个射线参数对应的偏移剖面；将所有的射线参数对应的偏移剖面进行叠加，同时利用步骤(d)中照明度补偿因子对叠加的偏移剖面进行能量补偿，获得初始偏移剖面，也即第0次迭代的偏移剖面(f)：针对每一个射线参数p，执行以下操作：对每一个射线参数p，通过步骤(b)中的编码方式获得与该射线参数对应的编码震源函数，同样基于所述的各向同性介质的弹性波方程，利用上述给定的背景模型对该编码震源进行波场正向延拓，获得该射线参数对应的背景波场；利用步骤(e)中所述的初始偏移剖面I0、所述的该射线参数的背景波场以及步骤(a)中给定的背景模型，构建该射线参数对应的虚拟震源；基于带有所述虚拟震源的各向同性介质弹性波方程，利用给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该射线参数对应的反偏移波场，对该射线参数对应的反偏移波场进行记录采样，获得该射线参数对应的编码多分量反偏移炮集；进而获得每一个射线参数对应的编码多分量反偏移炮集，所有炮的编码多分量炮集构成了初始编码多分量反偏移炮集，也即第0次迭代的编码多分量反偏移炮集此时，设置当前的迭代次数为i＝0；(g)：设置当前的迭代次数i＝i+1，基于第i-1次迭代所得的所述偏移剖面和第i-1次迭代所得的所述编码多分量反偏移炮集进行反演迭代；在第i次迭代中，针对每一个射线参数p，将第i-1次迭代所得的该射线参数对应的编码多分量反偏移炮集di-1与该射线参数对应的观测的编码多分量炮集DC作差，计算该射线参数对应的编码多分量炮集残差；进而获得所有射线参数对应的编码多分量炮集残差所述的将第i-1次迭代所得的该射线参数对应的编码多分量反偏移炮集di-1与该射线参数对应的观测的编码多分量炮集DC作差，计算该射线参数对应的编码多分量炮集残差，具体为：Δdi-1＝di-1-DC；(7)(h)：针对每一个射线参数p，执行以下操作：对每一个射线参数p，同样基于所述的各向同性介质的弹性波方程，对该射线参数对应的编码多分量炮集残差进行波场逆时延拓，获得该射线参数对应的每一个时刻的检波点波场，在该检波点波场延拓的每一个时间步中，利用步骤(d)中保存的每个时间段、每个位置的成像时间T(x)，判断当前时刻是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率多分量地震资料真振幅偏移成像方法，其特征在于包括以下步骤：(a)：通过野外观测获得的多炮多分量地震记录D(x

【技术特征摘要】
1.一种高效率多分量地震资料真振幅偏移成像方法，其特征在于包括以下步骤：(a)：通过野外观测获得的多炮多分量地震记录D(xr,t；xs)＝(Dx,Dy,Dz)，给定背景模型、预设参数，确定进行偏移成像的多分量地震记录、观测系统参数及震源函数S(x,t；xs)，其中，x表示空间位置矢量，xs表示震源位置矢量，xr表示检波点位置矢量，t表示时间变量；(b)：基于读取的观测系统参数，设计平面波编码函数C(xs,p)，具体为：C(xs,p)＝fδ(t-p·xs)，(1)其中，p为射线参数变量，fδ表示脉冲函数；此处平面波编码函数C(xs,p)等价于时移函数，时移量p·xs随震源点位置xs不同而改变，射线参数p具体为：其中，α为地表纵波速度，θ为入射角；通过不同的入射角θ，可以获得不同的射线参数p；通过所述编码函数，并利用每一个射线参数p对观测的多炮多分量地震记录D(xr,t；xs)进行编码，获得关于每一个射线参数p的编码多分量炮集DC(xr,t；p)，具体为：DC(xr,t；p)＝∫D(xr,t；xs)·C(xs,p)dxs；(3)同样，采用相同的编码函数，并利用每一个射线参数p对步骤(a)中所述观测系统中的震源函数S(x,t；xs)进行编码，获得每个射线参数p的编码震源函数SC(x,t；p)，具体为：SC(x,t；p)＝∫S(x,t；xs)·C(xs,p)dxs；(4)(c)：利用背景模型及观测的多炮多分量地震记录的最大记录时间tmax，设计记录时间t的分段区间，具体为：将记录时间t分为三段，用下式表示：其中，tR1，tR2和tR3分别表示记录时间的三个区间范围，t1(x)和t2(x)的具体计算式为：其中，αmax为背景模型的最大速度，hz代表深度，hx代表水平距离；(d)：针对每一个射线参数p，均执行以下操作：利用每一个射线参数p，通过步骤(b)中的编码方式获得与该射线参数对应的编码震源函数，基于常规的各向同性介质的弹性波方程，利用上述给定的背景模型对该编码震源进行波场正向延拓，获得该射线参数对应的每个时刻的震源波场，在该震源波场延拓的每一个时间步中，利用步骤(c)中的记录时间分段区间作为时间约束条件，利用常规的弹性波场能量计算方程计算震源波场每个时刻、每个位置的波场能量值，通过能量数值大小判断，获得每个时间区间内、每个位置波场能量最大值所对应的时刻，将此时刻作为该时间区间内、该位置所对应的成像时间T(x)，在该时刻、该位置处，利用成像条件公式，保存成像条件中与震源波场相关的项，同时保存该时刻、该位置的波场最大能量值；进而获得每一个射线参数对应的成像时间、成像条件中与震源波场相关的项及波场最大能量值；最终将每一个射线参数对应的每一个时间段内的波场最大能量值进行叠加，获得照明度补偿因子；(e)：针对每一个射线参数p，均执行以下操作：对每一个射线参数p，同样基于所述的各项同性介质的弹性波方程，对该射线参数p对应的步骤(b)所述编码多分量炮集DC(xr,t；p)进行波场逆时延拓，获得该射线参数对应的每一个时刻的检波点波场，在该检波点波场延拓的每一个时间步中，利用步骤(d)中保存的每个时间段、每个位置的成像时间T(x)，判断当前时刻是否满足成像时间，如果不满足，则不进行成像，如果满足，则按照成像条件，利用步骤(d)中保存的成像条件中与震源波场相关的项以及检波点波场进行成像，获得该射线参数对应的偏移剖面；进而获得每一个射线参数对应的偏移剖面；将所有的射线参数对应的偏移剖面进行叠加，同时利用步骤(d)中照明度补偿因子对叠加的偏移剖面进行能量补偿，获得初始偏移剖面，也即第0次迭代的偏移剖面(f)：针对每一个射线参数p，执行以下操作：对每一个射线参数p，通过步骤(b)中的编码方式获得与该射线参数对应的编码震源函数，同样基于所述的各向同性介质的弹性波方程，利用上述给定的背景模型对该编码震源进行波场正向延拓，获得该射线参数对应的背景波场；利用步骤(e)中所述的初始偏移剖面I0、所述的该射线参数的背景波场以及步骤(a)中给定的背景模型，构建该射线参数对应的虚拟震源；基于带有所述虚拟震源的各向同性介质弹性波方程，利用给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该射线参数对应的反偏移波场，对该射线参数对应的反偏移波场进行记录采样，获得该射线参数对应的编码多分量反偏移炮集；进而获得每一个射线参数对应的编码多分量反偏移炮集，所有炮的编码多分量炮集构成了初始编码多分量反偏移炮集，也即第0次迭代的编码多分量反偏移炮集此时，设置当前的迭代次数为i＝0；(g)：设置当前的迭代次数i＝i+1，基于第i-1次迭代所得的所述偏移剖面和第i-1次迭代所得的所述编码多分量反偏移炮集进行反演迭代；在第i次迭代中，针对每一个射线参数p，将第i-1次迭代所得的该射线参数对应的编码多分量反偏移炮集di-1与该射线参数对应的观测的编码多分量炮集DC作差，计算该射线参数对应的编码多分量炮集残差；进而获得所有射线参数对应的编码多分量炮集残差所述的将第i-1次迭代所得的该射线参数对应的编码多分量反偏移炮集di-1与该射线参数对应的观测的编码多分量炮集DC作差，计算该射线参数对应的编码多分量炮集残差，具体为：Δdi-1＝di-1-DC；(7)(h)：针对每一个射线参数p，执行以下操作：对每一个射线参数p，同样基于所述的各向同性介质的弹性波方程，对该射线参数对应的编码多分量炮集残差进行波场逆时延拓，获得该射线参数对应的每一个时刻的检波点波场，在该检波点波场延拓的每一个时间步中，利用步骤(d)中保存的每个时间段、每个位置的成像时间T(x)，判断当前时刻是否满足成像时间，如果不满足，则不进行成像，如果满足，则按照成像条件，利用步骤(d)中保存的成像条件中与震源波场相关的项以及检波点波场进行成像，获得该射线参数对应的梯度剖面；进而获得每一个射线参数对应的梯度剖面；将所有的射线参数对应的梯度剖面进行叠加，同时利用步骤(d)中照明度补偿因子对叠加的梯度剖面进行能量补偿，获得本次迭代的梯度剖面，也即第i次迭代的梯度剖面(i)：利用最优化反演算法，构建第i次迭代的下降方向剖面(j)：针对每一个射线参数p，通过步骤(b)中的编码方式获得与该射线参数对应的编码震源函数，同样基于所述的各向同性介质的弹性波方程，利用上述给定的背景模型对该编码震源进行波场正向延拓，获得该射线参数对应的背景波场；利用步骤(i)中所获得的第i次迭代的下降方向剖面ri、所述的该射线参数的背景波场以及步骤(a)中给定的背景模型，构建该射线参数对应的虚拟震源；同样基于带有所述虚拟震源的各向同性介质弹性波方程，利用给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该射线参数对应的扰动反偏移波场，对该射线参数对应的扰动反偏移波场进行记录采样，获得该射线参数对应的编码多分量扰动反偏移炮集；进而获得每一个射线参数对应的编码多分量扰动反偏移炮集，所有炮的编码多分量扰动炮集构成了第i次迭代的编码多分量扰动反偏移炮集再利用步长公式计算本次迭代的优化步长αi；所述的步长公式为所述方程(8)中，求和变量k包含笛卡尔坐标的x，y和z三个方向；(k)：利用步骤(j)得到的优化步长αi及步骤(i)得到的下降方向剖面ri，更新第i次迭代的偏移剖面Ii＝Ii-1+αiri；利用述优化步长αi及步骤(j)得到的编码多分量扰动反偏移炮集δdi，更新第i次迭代的所述编码多分量反偏移炮集di＝di-1+αiδdi；所述更新第i次迭代的偏移剖面Ii＝Ii-1+αiri具体为：所述更新第i次迭代的多分量反偏移记录di＝di-1+αiδdi具体为：(l)：第i次迭代完后，计算第i次迭代的目标泛函值fi，判断当前迭代是否满足收敛标准，如果满足则输出最新的偏移剖面为最终的偏移剖面否则重复步骤(g)至(k)，直至获得最终偏移剖面；所述计算第i次迭代的目标泛函值fi具体为：所述方程(11)中，求和变量k包含笛卡尔坐标的x，y和z三个方向；所述的收敛标准具体为：所述方程(12)中，theshold表示迭代停止的阈值标准，通常选取0.001。2.根据权利要求1所述的一种高效率多分量地震资料真振幅偏移成像方法，其特征在于步骤(d)，步骤(e)，步骤(f)，步骤(h)和步骤(j)中所述的各向同性介质的弹性波方程为：

【专利技术属性】
技术研发人员：谷丙洛，李振春，
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