一種真振幅偏移成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種地下構(gòu)造成像方法，特別是地震勘探中的偏移成像方法，主要用 于油氣資源勘探中的偏移成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震勘探方法是目前石油、天然氣及其他能源勘探的重要方法，而地震偏移作為 現(xiàn)代地震勘探數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為地震解釋和巖性反演提供必要的技術(shù)支撐。因此，發(fā) 展一種不僅能準(zhǔn)確反映地下構(gòu)造形態(tài)還能反映地層巖性變化的真振幅地震偏移技術(shù)一直 是人們關(guān)注的問題。
[0003] 目前，常規(guī)地震偏移處理技術(shù)，即現(xiàn)代常規(guī)地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)，在地震數(shù)據(jù)采集方 面只接收地表或海面的波場(chǎng)值然后，利用該地表波場(chǎng)值成像地下構(gòu)造。與采集方案配套的 偏移成像處理技術(shù)有（1)克希霍夫積分偏移法；（2)有限差分偏移法；（3)頻率波數(shù)域偏移 法；(4)逆時(shí)偏移法。這些方法的共同特點(diǎn)是依據(jù)波動(dòng)方程利用地表的波場(chǎng)值成像地下構(gòu) 造。由于波動(dòng)方程含有深度方向的二階偏導(dǎo)數(shù)，數(shù)學(xué)上要使該波動(dòng)方程能夠求解，必須已知 地表的波場(chǎng)值和地表波場(chǎng)在深度方向的偏導(dǎo)數(shù)。而現(xiàn)有技術(shù)沒有接收地表波場(chǎng)在深度方向 的偏導(dǎo)數(shù)。因此，在數(shù)學(xué)上嚴(yán)格意義的解是不存在的。為此，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)波動(dòng)方程進(jìn)行各種 近似處理，以便只利用地表波場(chǎng)值對(duì)地下構(gòu)造進(jìn)行成像。正是這種對(duì)波動(dòng)方程的近似處理 導(dǎo)致成像振幅失真。成像振幅不能真實(shí)的反映目的層的巖性變化。從而不利于巖性勘探。
[0004] 在海洋上，還可采用上下異位組合雙檢波器地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該地震數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)海洋地震勘探只采集單層波場(chǎng)的方式。地震數(shù)據(jù)采集時(shí)，如附圖1所示， 在距離海平面不同的深度各放置一條拖纜構(gòu)成上下異位的組合檢波器地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 其工作原理：海洋勘探船205在海洋200中進(jìn)行地震勘探作業(yè)時(shí)，在船205后的不同深度 上放置兩條拖纜210 (1-2)，該拖纜210 (1-2)上有至少檢波器220 (1-2)接收放置在距海 平面一定深度的震源215激發(fā)的上行波場(chǎng)和下行波場(chǎng)230 (1-2)、225 (1-2)。這樣被檢波器 220(1-2)就接收了來自海底地下結(jié)構(gòu)反射的地震信號(hào)225(1-2)和一個(gè)或多個(gè)海面反射的 鬼波信號(hào)230 (1-2)，目的是去除海洋地震勘探中的多次波，所以其本質(zhì)上仍然與常規(guī)地震 偏移處理技術(shù)相同。雖然其能提供雙層波場(chǎng)值，但其采集第二層波場(chǎng)的目的是去除海洋地 震勘探中的多次波并拓寬地震勘探的頻帶。根據(jù)已知單層波場(chǎng)的情況利用常規(guī)的偏移處理 方法進(jìn)行波場(chǎng)延拓的，根據(jù)在現(xiàn)有技術(shù)，目前常規(guī)偏移處理技術(shù)雖然能對(duì)地下構(gòu)造形態(tài)進(jìn) 行較好的成像，但是計(jì)算的振幅難以反映地下構(gòu)造的巖性變化。
[0005] 目前偏移方法都是在一定程度上對(duì)全聲波方程的近似求解，該問題的根源在于目 前地震勘探只記錄了地表處的波場(chǎng)，缺少地表波場(chǎng)對(duì)深度的導(dǎo)數(shù)，而聲波方程含有對(duì)深度 的二階偏導(dǎo)數(shù)，必須有兩個(gè)邊界條件才能完全、準(zhǔn)確的求解聲波方程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明公開了一種真振幅偏移成像方法，提出了陸上雙檢波器觀 測(cè)系統(tǒng)，旨在基于該觀測(cè)系統(tǒng)形成了與之配套的全聲波方程真振幅疊前深度偏移方法，克 服目前地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只記錄地表波場(chǎng)值而無法在深度域精確求解聲波方程的缺陷，利 用聲波方程精確求解地震波場(chǎng)信息，并為后續(xù)的地質(zhì)解釋人員提供可靠的地下構(gòu)造和巖性 信息，增加了地質(zhì)解釋和地震反演分析的可信度。
[0007] 本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0008] 真振幅偏移成像方法，主要包含以下步驟：
[0009] (1)在地表及地表以下，布置若干深度不同的檢波層，每一檢波層設(shè)若干檢波點(diǎn)并 放置檢波器；
[0010] (2)對(duì)各檢波點(diǎn)的地震信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；
[0011] (3)若不同檢波層的檢波點(diǎn)上下非垂直正對(duì)，則對(duì)采集的地震信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行波場(chǎng) 插值計(jì)算處理；
[0012] (4)計(jì)算地表處或最上層檢波層的波場(chǎng)關(guān)于深度的偏導(dǎo)數(shù)；
[0013] (5)對(duì)檢波點(diǎn)波場(chǎng)和炮點(diǎn)波場(chǎng)進(jìn)行波場(chǎng)延拓；
[0014] (6)利用互相關(guān)成像原理或反射系數(shù)成像原理對(duì)延拓的檢波點(diǎn)波場(chǎng)和炮點(diǎn)波場(chǎng)進(jìn) 行成像；
[0015] (7)重復(fù)步驟（5)和（6)，直到達(dá)到目標(biāo)深度，輸出偏移剖面成像。
[0016] 在上述方案基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地優(yōu)選：
[0017] 在第（1)步中，優(yōu)選是布置兩層檢波層，即雙檢波器；進(jìn)一步優(yōu)選是地表和地下各 設(shè)一層檢波層，即地表檢波層和地下檢波層，兩層檢波器層的間距優(yōu)選為20cm~50cm;兩 層檢波層中，優(yōu)選是在下的檢波層的檢波點(diǎn)位于在上的檢波層檢波點(diǎn)的垂直正下方；
[0018] 在第（1)步中，各檢波層的檢波器是單分量檢波器，也可以是多分量檢波器；
[0019] 在第（2)步中，包括多種方式傳輸采集方式，一是水平傳輸方式：同一檢波層的檢 波器以水平連接方式由一條大線負(fù)責(zé)傳輸采集對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，也可多層由一條 大線負(fù)責(zé)傳輸；二是垂直傳輸方式：不同檢波層且上下對(duì)應(yīng)的檢波器以垂直連接方式由多 條垂直線纜負(fù)責(zé)傳輸采集對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；垂直傳輸方式，可采用一體化檢波器， 即將兩個(gè)/或多個(gè)傳感器整合到一個(gè)檢波器裝置中，亦或包含壓力傳感器和能測(cè)量壓力梯 度的傳感器。三是無線傳輸方式，各檢波層的檢波器以無線傳輸方式對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集，無線傳輸則是現(xiàn)有無線傳輸技術(shù)的任意一種或幾種。
[0020] 在第（3)步中的波場(chǎng)插值計(jì)算：當(dāng)下層檢波器Rn未處于上層檢波器正下方時(shí)， 首先根據(jù)上檢波層記錄的波場(chǎng)值，采用一定的插值技術(shù)計(jì)算出下檢波層上檢波點(diǎn)L正上 方的虛擬檢波點(diǎn)R%的波場(chǎng)值，如圖3所示；用同樣的插值算法對(duì)下檢波層記錄的波場(chǎng)值進(jìn) 行插值，計(jì)算上檢波層上檢波點(diǎn)Rcu正下方的虛擬檢波器的波場(chǎng)值；這種插值計(jì)算也同樣適 用于三維情況；
[0021] 在第（4)步中，波場(chǎng)對(duì)關(guān)于深度的偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算：通過插值計(jì)算或?qū)嶋H記錄的上下 層檢波器波場(chǎng)值之后，在已知雙層波場(chǎng)值情況下，利用利用差商公式計(jì)算地表或最上層檢 波層波場(chǎng)關(guān)于深度的偏導(dǎo)數(shù)；這種求導(dǎo)算法也同樣適用于三維情況；
[0022] 在第（5)步中，波場(chǎng)延拓可采用兩種方式：
[0023] (a)偏移處理方式一：即已知地表或最上層波場(chǎng)值及其偏導(dǎo)數(shù)值進(jìn)行波場(chǎng)延拓成 像；
[0024] 空間-頻率域的聲波方程及邊界條件寫為：
[0025]
[0026] 基于此，將公式⑴修改為
[0027]
[0028] 根據(jù)公式（2)和邊值條件（1. b)、（1. c)即可實(shí)現(xiàn)波場(chǎng)延拓；
[0029] (b)偏移處理方式二：即已知地表或最上層波場(chǎng)及地下一定深度的另一檢波層波 場(chǎng)進(jìn)行偏移成像；
[0030] 頻率波數(shù)域的聲波方程及其邊界條件可以寫為：
[0033] 根據(jù)公式（4)和邊值條件（3. b)、（3. c)即可實(shí)現(xiàn)波場(chǎng)延拓。
[0034] 本發(fā)明中部分參數(shù)術(shù)語(yǔ)及其含義：
[0035] 1.網(wǎng)格剖分間距：A z、A x、A y ; A z為z方向網(wǎng)格剖分間距，也是延拓步長(zhǎng)；A x 為x方向網(wǎng)格剖分間距，Ay為y方向網(wǎng)格剖分間距；
[0036] 2.角頻率：; -,2d2
[0037]x方向的波數(shù)為女2 =-^，y方向的波數(shù)為七=-7了； 1 &2 '
[0038] 3.地震波場(chǎng)值：u (X，y, z, t)，將其在時(shí)間域上做傅里葉變換后為以x,y,z,?);
[0039] 鞏x，y，z = 〇，似)為在z = 0深度處的波場(chǎng)值u(x, y, z = 0, t)關(guān)于時(shí)間估j(傅里葉變 換后的結(jié)果；
[0040] WHz = 0,似)為在z = 〇深度處的波場(chǎng)值u (X, y, z = 0, t)關(guān)于X, y, t做傅里 葉變換后的結(jié)果；
[0041] = Az，w)為在z =AZ深度處的波場(chǎng)值u(x,y,z=AZ,t)關(guān)于時(shí)間做傅 里葉變換后的結(jié)果；
[0042] ^(Hz = Az, w)為在 z =Az深度處的波場(chǎng)值u(x,y,z=Az,t)關(guān)于x,y,t做 傅里葉變換后的結(jié)果；
[0043] 紅為在z= 2Az深度處的波場(chǎng)值u(x,y,z= 2Az,t)關(guān)于X,y,t 做傅里葉變換后的結(jié)果；
[0044] 4?模型速度：v(x,y,z)
[0045] 5.頻率域地震波場(chǎng)值對(duì)z方向的一階偏導(dǎo)數(shù)：;
[0046] 6.頻率域地震波場(chǎng)值對(duì)z方向的二階偏導(dǎo)數(shù)：(X，y，z，w);
[0047] 頻率波數(shù)域地震波場(chǎng)值對(duì)z方向的二階偏導(dǎo)數(shù);
[0048] 7?對(duì)x的二階偏導(dǎo)數(shù)
[0049] 對(duì)y的二階偏導(dǎo)數(shù)
[0050] 8.伴隨算子：
[0051] 9?譜投影算子：P= (I-sign(L))/2 ;1為單位矩陣；sign(L)表示伴隨算子的符號(hào) 函數(shù)。
[0052] 10.z方向的波數(shù)