一种三维三分量矢量波场分离的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了三维三分量矢量波场分离的方法，所述方法包括：建立正交的O-Z-R-T三维坐标系；检测纵波、快横波以及慢横波的波矢量方向；根据纵波在入射面上的投影矢量的波矢量方向、快横波的波矢量方向建立第一仿射坐标系，将接收坐标系矢量Z、R旋转变换到第一仿射坐标系中从而获得纵波在R-O-Z平面的投影矢量、快横波；将纵波在R-O-Z平面的投影矢量和T轴上的偏振投影矢量旋转变换到所述第二仿射坐标系中获得纵波和慢横波。本发明专利技术能够对纵波P、快横波SV、慢横波SH的矢量波场进行分离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地震数据分析领域，具体地说，涉及一种三维三分量矢量波场分离的方法和系统。
技术介绍
在三维三分量矢量(3 DIMENSION 3 COMPONENT，3D3C)地震勘探来中，通常需要检波器来接受来自地下介质的地震波，包括纵波P和横波S。在其定义的O-Z-R-T三维正交坐标系中，其Z分量作为垂直分量的纵波P，R分量和T分量作为水平分量接收横波S,即沿X或Y水平方向的横波S中的一横波旋转变换到指向震源-检波器方位的R分量，将另外一横波变换到与震源-检波器方位正交的T分量，该过程可称为RT旋转变换。 当地下介质为各向同性且水平时，由于低速带的存在，可假设纵波P完全被Z分量接收，即纵波P具备真振幅，而RT旋转变换后的横波S能量可以集中到R分量上，与此同时，剩余的噪音分量则集中到T分量上。这种假设使早期的三维三分量地震勘探在岩性油藏、缝洞油气藏、煤炭以及煤层气等复杂储层的发挥了重要作用。但是，在勘探条件以及勘探目标不断复杂的情况下，三维三分量(3DMENSI0N 3COMPONENT, 3D3C)地震勘探的上述这种假设无法满足实际的要求，比如检波器接收的地震波发生“波型泄漏”现象，水平分量R、T与垂直分量Z都接收到纵波P与横波S的部分偏振投影。产生“波型泄漏”现象通常有如下两个原因I.纵波P不完全被Z分量接收当低速带较浅、偏移距较大或者地维存在三维倾斜面时，纵波P会斜交地面出射，从而导致z、R、T分量上均能接收到纵波P的能量。2.横波S不完全被R分量接收当低速带较浅、偏移距较大或者地维存在三维倾斜面时，横波S会斜交地面出射，导致Z、R、T分量上均能接收到横波S的能量，其中，R分量和T分量上接收到的横波S分别称为快横波SV、慢横波SH。当地下介质为各向异性介质如水平对称轴的横观各向同性介质(Horizontal transverse isotropic, HTI),或者倾斜对称轴的横观各向同性介质(TiltedTransverse Isotropic, TTI)时,会有横波分裂现象的产生，即不同含裂隙地层的快、慢横波复合在一起形成复合波，此时快横波SV、慢横波SH分别为横波S复合波在R、T分量上的投影。可见，压制“波型泄漏”的效应是多分量地震数据处理的一个重要方面，也是难点所在，即如何有效分离纵波P、快横波SV、慢横波SH。目前发展的算法主要有两大类一类是基于波场“域”转换的方法，典型的方法有在f-k域滤波、tao-p域滤波等；另一类是基于地震波振动特性(极化特性)不同的滤波方法，例如偏振方向滤波、协方差矩阵特征值分析或解析信号分析极化滤波等。例如，专利技术专利(公开号CN1404582A)是基于波动方程上下行波的分解，在Dankbaar. J. ff. M.发表于 1985 年的文章(Geophys. Prosp. 33:970-986)方法的基础上，通过波动方程的求散度和旋度的变换，分解涨缩P波和剪切S波；只是该专利技术克服了Dankbarr方法对于浅层低、降速带不适应问题，通过浅层速度结构的求取，校正了浅层各向异性或不均一性对深层纵、横波场分离所产生的误差。专利(公开号CN101630017A)公开保护的是针对VSP数据的波场分离技术，通过仿射坐标变换实现。针对地面三分量地震勘探数据，该专利提出了一种仿射坐标变换和波场分离的实现方法与技术路线，但是该专利技术只能实现波场的分离，不能实现之后的再合成，无法真正有效地恢复波场的全振幅属性。专利(公开号CN101251603A)只能对二分量进行处理，忽略了实际采集数据的三分量特征；在不断速度分析和抽道集过程中，速度比模型会破坏该方法的效果；该方法损伤了三分量地震信号所具有的矢量特征，保幅性差，不利于后续的解释与反演。此外，在波型 泄漏严重的地区，或地表复杂信噪比较差的地区，尤其是浅层低、降速带厚度较薄的地区，该技术无法实现完全的波场分离。以上方法都能在一定程度上实现波场分离，获得压制噪声后的地震波数据，但是由于其无法实现完全的波场分离，造成了地震数据分析时精确性不足。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种三维三分量矢量波场分离的方法和系统，基于两步仿射坐标系的旋转变换压制“波型泄漏”，对3D3C纵波P、快横波SV、慢横波SH的矢量波场进行分离，提高矢量波场的信噪比。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种三维三分量矢量波场分离的方法，该方法包括建立正交的O-Z-R-T三维坐标系，其中，R-O-Z平面与R_0_T平面正交，Z轴方向与地面垂直向上，所述R轴指向震源方向，O点为地震波地表接收点，T轴方向与所述R轴方向正切；检测纵波的波矢量方向、Z-O-T平面下慢横波的波矢量初始方向、纵波在R-O-Z平面的投影波矢量的波矢量方向和R-O-Z平面下快横波的波矢量方向；根据所述纵波在R-O-Z平面的投影矢量的波矢量方向、所述快横波的波矢量方向建立第一仿射坐标系，将纵波在R-O-Z平面的投影的偏振投影矢量、R-O-Z平面内快横波的偏振投影矢量旋转变换到所述第一仿射坐标系中，从而获得纵波在R-O-Z平面的投影矢量、快横波；根据所述R-O-Z平面向所述第一仿射坐标系的旋转变换，获取所述Z轴旋转到所述纵波在R-O-Z平面的投影矢量的波矢量方向的角度，依据所述角度将所述慢横波的波矢量初始方向旋转得到所述慢横波的波矢量参考方向；根据所述慢横波的波矢量参考方向、所述纵波的波矢量方向建立第二仿射坐标系，将所述纵波在R-O-Z平面的投影矢量和所述T轴上的偏振投影矢量旋转变换到所述第二仿射坐标系中，从而获得纵波和慢横波。进一步地，所述方法包括根据纵波单位波矢量和横波单位波矢量，对纵波在R-O-Z平面的投影矢量和快横波进行分解，获取所述纵波在R-O-Z平面的投影矢量与纵波单位波矢量平行的部分、快横波与横波单位波矢量平行的部分，分别输出为纵波在R-O-Z平面的投影有效信号分量和快横波的有效信号分量。进一步地，所述方法包括根据所述纵波、快横波、慢横波进行振幅分离。进一步地，输出为纵波在R-O-Z平面的投影有效信号分量和快横波的有效信号分量之前包括对所述纵波在R-O-Z平面的投影矢量和所述快横波所在象限的所有波矢量进行叠加，获得纵波单位矢量和快横波单位矢量。进一步地，输出为纵波在R-O-Z平面的投影有效信号分量和快横波的有效信号分量包括将纵波在R-O-Z平面的投影矢量按照平行纵波单位矢量进行分解、快横波按照平行快横波单位矢量进行分解，分别获得纵波在R-O-Z平面的投影有效信号分量和快横波的有效信号分量；将纵波在R-O-Z平面的投影矢量按照垂直于纵波单位矢量进行分解、快横波按照垂直于快横波单位矢量进行分解，分别获得纵波在R-O-Z平面的投影的噪音分量和快横波的噪音分量。进一步地，获得纵波单位矢量和快横波单位矢量的步骤包括确定纵波在R-O-Z平面的投影矢量和快横波所在象限的角平分线矢量；对纵波在R-O-Z平面的投影矢量和快横波所在象限的所有波矢量进行叠加分别得到叠加后的纵波在R-O-Z平面的投影矢量和叠加后的快横波；根据叠加后的纵波在R-O-Z平面的投影矢量、叠加后的快横波以及两者各自所在象限内的角平分线矢量，分别获得纵波单位矢量和快横波单位矢量。进一步地，根据叠加后的纵波在R-本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维三分量矢量波场分尚的方法，其特征在于，包括 建立正交的O-Z-R-T三维坐标系，其中，R-O-Z平面与R-O-T平面正交，Z轴方向与地面垂直向上，所述R轴指向震源方向，O点为地震波地表接收点，T轴方向与所述R轴方向正切；检测纵波的波矢量方向、Z-O-T平面下慢横波的波矢量初始方向、纵波在R-O-Z平面的投影波矢量的波矢量方向和R-O-Z平面下快横波的波矢量方向； 根据所述纵波在R-O-Z平面的投影矢量的波矢量方向、所述快横波的波矢量方向建立第一仿射坐标系，将纵波在R-O-Z平面的投影的偏振投影矢量、R-O-Z平面内快横波的偏振投影矢量旋转变换到所述第一仿射坐标系中，从而获得纵波在R-O-Z平面的投影矢量、快横波； 根据所述R-O-Z平面向所述第一仿射坐标系的旋转变换，获取所述Z轴旋转到所述纵波在R-O-Z平面的投影矢量的波矢量方向的角度，依据所述角度将所述慢横波的波矢量初始方向旋转得到所述慢横波的波矢量参考方向； 根据所述慢横波的波矢量参考方向、所述纵波的波矢量方向建立第二仿射坐标系，将所述纵波在R-O-Z平面的投影矢量和所述T轴上的偏振投影矢量旋转变换到所述第二仿射坐标系中，从而获得纵波和慢横波。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，进一步包括根据纵波单位波矢量和横波单位波矢量，对纵波在R-O-Z平面的投影矢量和快横波进行分解，获取所述纵波在R-O-Z平面的投影矢量与纵波单位波矢量平行的部分、快横波与横波单位波矢量平行的部分，分别输出为纵波在R-O-Z平面的投影有效信号分量和快横波的有效信号分量。3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，进一步包括根据所述纵波、快横波、慢横波进行振幅分离。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，输出为纵波在R-O-Z平面的投影有效信号分量和快横波的有效信号分量之前包括 对所述纵波在R-O-Z平面的投影矢量和所述快横波所在象限的所有波矢量进行叠加，获得纵波单位矢量和快横波单位矢量。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，输出为纵波在R-O-Z平面的投影有效信号分量和快横波的有效信号分量包括 将纵波在R-O-Z平面的投影矢量按照平行纵波单位矢量进行分解、快横波按照平行快横波单位矢量进行分解，分别获得纵波在R-O-Z平面的投影有效信号分量和快横波的有效信号分量； 将纵波在R-O-Z平面的投影矢量按照垂直于纵波单位矢量进行分解、快横波按照垂直于快横波单位矢量进行分解，分别获得纵波在R-O-Z平面的投影的噪音分量和快横波的噪音分量。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，获得纵波单位矢量和快横波单位矢量的步骤包括 确定纵波在R-O-Z平面的投影矢量和快横波所在象限的角平分线矢量； 对纵波在R-O-Z平面的投影矢量和快横波所在象限的所有波矢量进行叠加分别得到叠加后的纵波在R-O-Z平面的投影矢量和叠加后的快横波； 根据叠加后的纵波在R-O-Z平面的投影矢量、叠加后的快横波以及两者各自所在象限内的角平分线矢量，分别获得纵波单位矢量和快横波单位矢量。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据叠加后的纵波在R-O-Z平面的投影矢量、快横波以及两者各自所在象限内的角平分线矢量分别获得纵波单位矢量和快横波单位矢量的步骤中，包括 将纵波在R-O-Z平面的投影矢量和快横波所在象限的角平分线矢量分别作为初始纵波单位矢量和初始快横波单位矢量； 分别在不同象限内对叠加后的纵波在R-O-Z平面的投影矢量和叠加后的快横波进行矢量差值和单位化处理，以对初始纵波单位矢量和初始快横波单位矢量进行迭代处理，分别获得纵波单位矢量和快横波单位矢量。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括 如果所述纵波在R-O-Z平面的投影所有波矢量位于一、三象限，取第一象限的角平分线矢量D = IA^eii+1/^&;把第一象限内与D夹角小于90°的全部波矢量叠加得到第一象限内叠加后的纵波在R-O-Z平面的投影矢量Cl1 ;把第三象限内与D夹角大于90°的全部波矢量叠加得到第三象限内叠加后的纵波在R-O-Z平面的投影矢量d2，然后对第一象限内叠加后的纵波在R-O-Z平面的投影矢量Cl1和第三象限内叠加后的纵波在R-O-Z平面的投影矢量d2进行矢量差值和单位化处理，并对初始纵波单位矢量进行迭代处理，获得纵波单位矢量； 如果所述快横波的所有波矢量位于二、四象限，取第四象限的角平分线矢量.D = IA^eji-l/Wez;把第二象限内与D夹角小于90。的全部波矢量叠加得到第二象限内叠加后的快横波Cl1 ;把第四象限内与D夹角大于90°的全部波矢量叠加得到第四象限内叠加后的快横波d2，然后对第二象限内叠加后的快横波Cl1和第四象限内叠加后的快横波d2进行矢量差值和单位化处理，并对初始快横波单位矢量进行迭代处理，获得快横波单位矢量。9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括 如果所述快横波的所有波矢量位于一、三象限，取第一象限的角平分线矢量D = I/士efi+lA/^ez;把第一象限内与D夹角小于90。的全部波矢量叠加得到第一象限内叠加后的快横波Cl1 ;把第三象限内与D夹角大于90°的全部波矢量叠加得到第三象限内叠加后的快横波d2，然后根对第一象限内叠加后的快横波Cl1和第三象限内叠加后的快横波d2得到进行矢量差值和单位化处理，并对初始快横波...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦俊，王赟，
申请(专利权)人：北京多分量地震技术研究院，
类型：发明
国别省市：