起伏地表的地震叠后正演方法技术

起伏地表的地震叠后正演方法，对起伏地表的地质模型进行矩形封装，起伏地表上方采用任意速度值或密度值进行充填，再采用斯奈尔定理计算反射系数模型；消除起伏地表的反射影响并变换到频率域作为初始波场，利用单程波动方程的傅立叶有限差分延拓算子沿着深度轴从下往上进行波场延拓，且保持输入基准面（起伏地表）和输出基准面之间的波场为零；将延拓后的频率域的波场变换到时间域进行成像，通过常规的显示软件将成像结果处理为地震剖面图像，对于起伏地表的地质模型具有很好的地震波场模拟效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及反射波地震波场数值模拟过程中的地震叠后正演技术范畴，是一种起伏地表地震波场数值模拟的叠后正演方法。
技术介绍
地震波场的数值模拟就是在假定已知地下介质的结构模型和相应物理参数的情况下，模拟地震波在地下各种介质中的传播规律，并计算在地面或地下各观测点所应观测到的数值地震记录的一种地震模拟方法。它一方面可以为地震数据采集、处理、解释提供理论依据，评估方法的科学性、可行性和先进性；另一方面可以用来检验各种解释成果的可信性，以及各种反演算法的正确性和可靠性。从地震波传播的角度，可以将常规的地震叠后正演技术分为射线追踪方法和波动方程方法。射线追踪方法可以灵活地处理起伏地表，但是它以地震波的运动学为基础，将地震波波动理论简化为射线理论，主要考虑地震波传播的运动学特征，缺少地震波的动力学信息，计算结果在一定程度上是近似的，应用有一定限制条件，对复杂的地质构造成像精度低，有时会出现盲区。波动方程方法通过数值方法直接求解波动方程，包含了地震波传播的动力学特征，波场信息丰富，模拟结果较为准确，但是它只能处理水平地表的情况，波场延拓的基准面必须为一个水平界面。
技术实现思路
本专利技术是要提供一种基于单程波动方程的适用于，它不但能够适应起伏的地表条件，而且采用单程波动方程进行计算，具有很快的计算速度和很高的复杂构造的成像精度。本专利技术的基于单程波动方程的起伏地表的地震叠后正演技术，具体步骤包括 (1)采用矩形框对目标地质模型进行整体封装，矩形框的顶面即为输出的基准面，起伏地表上方采用任意速度值或密度值进行充填，并采用规则网格对速度模型和密度模型进行网格化。(2)采用斯奈尔定理计算反射系数，并利用雷克子波进行褶积处理，得到反射系数模型。(3)消除起伏地表的反射影响，并变换到频率域作为初始延拓波场。(4)利用单程波动方程的傅立叶有限差分延拓算子沿着深度轴从下往上进行波场延拓，且保持输入基准面(起伏地表)和输出基准面之间的波场为零。(5)将延拓后的频率域的波场变换到时间域进行成像。(6)通过常规的显示软件将成像结果处理为地震剖面图像。本专利技术的基于单程波动方程的，在输入基准面和输出基准面之间保持一个数值为零的波场层来解决波动方程地震叠后正演中的起伏地表问题，吸取了射线追踪方法灵活处理起伏地表的优点。本专利技术的基于单程波动方程的，利用傅立叶有限差分延拓算子在频率域进行波场延拓计算，具有较强的处理横向变速的能力，对于复杂构造具有很高的成像精度，改善了射线追踪方法对于复杂构造成像精度低的缺点。本专利技术的具体实现原理如下选定的矩形框的顶面为波场延拓的基准面，其为一个水平界面，且位于起伏地表的最高点之上；矩形框的右边界、左边界和底边界与输入的地质模型完全重合。对封装后的地质模型进行规则的网格剖分，于是起伏的地表形态被离散化后成为规则网格的一部分，起伏地表之上的网格采用任意的速度值和密度值进行充填。利用斯奈尔定理计算反射系数， R(x,y,zi,t)=Den(x,y,zi+1,t)×Vel(x,y,zi+1,t)-Den(x,y,zi,t)×Vel(x,y,zi,t)Den(x,y,zi+1,t)×Vel(x,y,zi+1,t)+Den(x,y,zi,t)×Vel(x,y,zi,t)]]>并采用雷克子波(主频根据目标工区的地层特征选定，一般介于10Hz～90Hz之间)进行褶积处理。消除起伏地表的反射影响，并采用傅立叶变换将它变换到频率域R(x，y，z，ω)，作为初始延拓的波场。给定频率ω，提取该频率处的初始波场W(x，y，z，ω)，用上行波方程沿着深度轴采用傅立叶有限差分波场延拓算子从下往上进行波场延拓，延拓后的波场为W′(x，y，0，ω)，该过程可以表示为，W′(x，y，0，ω)＝FFDz其中x，y分别是空间直角坐标系中的两个水平方向的坐标，z是深度方向的坐标，ω是圆频率，FFDz是傅立叶有限差分波场延拓算子，Den(x，y，z，t)是网格化的密度值，Vel(x，y，z，t)是网格化的速度值。延拓过程中下一深度zi的输入波场为上一深度zi+1的延拓结果，同时在输出基准面和输入基准面之间设置一个零波场层参与正常的波场传播和延拓过程。对所有的频率进行循环计算，得到输出基准面上的频率域波场U(x，y，0，ω)。对U(x，y，0，ω)进行反傅立叶变换变换到时间域成像，就得到最后的模拟波场I(x，y，t)，然后通过常规的显示软件将成像结果处理为地层剖面图像。上述延拓算子是根据单程波动方程近似逼近得到的，采用频率域的稳定的傅立叶有限差分算子实现(Ristow，1994)。该波场延拓算子可近似为，ω2v2+∂2∂x2=A1+A2+A3]]>式中，A1=ω2c2+∂2∂x2;]]>A2=(ωv-ωc);]]>A3=ωvav2ω2∂2∂x21+bv2ω2∂2∂x2]]> 其中v是实际速度场，c是参考速度场，ω是角频率，参数a，b的取值影响到波场成像的最大倾角 本专利技术采用基于单程波动方程的适应于起伏地表的地震波场叠后数值模拟方法，具有如下特点，主要表现为(1)可以灵活地处理地震叠后正演中的起伏地表条件。(2)将起伏地表、单程波动方程和频率域的傅立叶有限差分波场延拓算子有机结合。(3)对于起伏地表条件下的复杂构造具有精确的波场成像效果。附图说明图1是是一个水平地层的二维起伏地表模型，地表的最大起伏高差为380米。图2是用本技术对图1中的速度模型进行地震叠后正演模拟后的结果，可以看出水平地层的反射同相轴不再平直，而是与地表形态相反；此外，模拟仅包含一次反射波，信噪比高。图3是一个复杂地质构造的二维起伏地表模型，近地表处包含两个速度为2000米/秒的低速异常体。图4是用本技术对图3中的速度模型进行地震叠后正演模拟后的结果，可以看出近地表的两个低速异常体的反射时间基本一致，不受起伏地形的影响；此外，由于起伏地形和低速异常体的影响，位于模型中部的水平地层的反射同相轴发生了严重的扭曲。具体实施例方式基于单程波动方程的，具体为以下步骤 (1)采用矩形框对目标地质模型进行整体封装，矩形框的顶面即为输出的基准面，起伏地表上方采用任意速度值或密度值进行充填，并采用规则网格对速度模型和密度模型进行网格化。如果只有速度模型，则采用密度与速度的经验公式计算密度模型。(2)采用斯奈尔定理计算反射系数，并利用雷克子波进行褶积处理，得到反射系数模型。雷克子波的主频根据工区的地层特点进行选择(一般介于10Hz～90Hz之间)。(3)消除起伏地表的反射影响，并变换到频率域作为初始延拓波场。(4)利用单程波动方程的傅立叶有限差分延拓算子沿着深度轴从下往上进行波场延拓，且保持输入基准面(起伏地表)和输出基准面之间的波场为零。本文档来自技高网...

【技术保护点】
起伏地表的地震叠后正演方法，其特征在于采用以下步骤：（１）采用矩形框对目标地质模型进行整体封装，矩形框的顶面即为输出的基准面，起伏地表上方采用任意速度值或密度值进行充填，并采用规则网格对速度模型和密度模型进行网格化。（２）采 用斯奈尔定理计算反射系数，并利用雷克子波进行褶积处理，得到反射系数模型。（３）消除起伏地表的反射影响，并变换到频率域作为初始延拓波场。（４）利用单程波动方程的傅立叶有限差分延拓算子沿着深度轴从下往上进行波场延拓，且保持输入基 准面（起伏地表）和输出基准面（矩形顶面）之间的波场为零。（５）将延拓后的频率域的波场变换到时间域进行成像。（６）通过常规的显示软件将成像结果处理为地震剖面图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊晓军，贺振华，黄德济，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]