本發(fā)明涉及地震勘探資料處理與解釋技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種基于角度波場分步提取的逆時(shí)偏移角道集成像方法。

背景技術(shù)：

逆時(shí)偏移成像方法是目前地震勘探中最精確的成像技術(shù)。逆時(shí)偏移的角度成像道集，能夠用于層析速度反演，提高偏移速度模型和成像質(zhì)量；用于疊前屬性反演與分析，提高油氣預(yù)測精度。目前地震勘探中采用的逆時(shí)偏移角度道集成像技術(shù)，通常采用坡印廷矢量估計(jì)方法，或者局部平面波分解方法等單一的波場傳播角度估計(jì)方法。其中，坡印廷矢量方法雖然存在計(jì)算高效的優(yōu)點(diǎn)，但不能很好地處理波場交叉情況下的波矢量估計(jì)；局部平面波分解方法雖然能夠很好地處理波前交叉情況下的角度估計(jì)，但在傳播方向計(jì)算中存在不確定性，易出現(xiàn)180°方向誤差。上述基于單一波前矢量估計(jì)算法的逆時(shí)偏移角道集成像技術(shù)雖各具優(yōu)勢，但仍存在不足，無法很好地滿足地震勘探疊前角度成像的要求。為此我們發(fā)明了一種新的基于角度波場分步提取的逆時(shí)偏移角道集成像方法，解決了以上技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠克服單一采用局部平面波分解可能出現(xiàn)的波場傳播方向估計(jì)錯(cuò)誤，并克服單一采用坡印廷矢量估計(jì)方法不能很好解決交叉波場傳播方向估計(jì)的問題的基于角度波場分步提取的逆時(shí)偏移角道集成像方法。

本發(fā)明的目的可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：基于角度波場分步提取的逆時(shí)偏移角道集成像方法，該基于角度波場分步提取的逆時(shí)偏移角道集成像方法包括：步驟1，在逆時(shí)偏移過程中，在波場外推的每個(gè)時(shí)間片上，進(jìn)行空間的傅立葉變換，把波場從空間域變換到波數(shù)域；步驟2，在波數(shù)域依據(jù)能量譜提取局部平面波，得到平面波波前方向；步驟3，利用坡印廷矢量方法計(jì)算波場矢量傳播方向；步驟4，在選取的局部平面波時(shí)窗內(nèi)，沿垂直于平面波的波前矢量方向選擇帶狀空間窗，將其中統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)最多的波矢量方向作為波前傳播方向，從而得到該平面波準(zhǔn)確的波前擴(kuò)散方向；步驟5，利用角度成像條件，實(shí)現(xiàn)逆時(shí)偏移角道集成像。

本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：

在步驟2中，在波數(shù)域內(nèi)，按照能量譜大小，只提取正波數(shù)方向的局部平面波，分別實(shí)現(xiàn)炮點(diǎn)波場和檢波點(diǎn)波場的局部平面波分解；此時(shí)可以確定相應(yīng)平面波波場的波前傳播角度為或

在步驟3中，對分解后的局部平面波場，使用坡印廷矢量方向估計(jì)方法，利用波場的振幅梯度和相位梯度，計(jì)算局部平面波場的傳播方向。

在步驟3中，坡印廷矢量的計(jì)算公式為，

其中，u(x,t)為t時(shí)刻地下空間點(diǎn)x處的波場，為波場的空間導(dǎo)數(shù)，為波場的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。

在步驟4中，沿垂直于平面波波前的波矢量方向選擇帶狀空間窗，在此帶狀空間窗內(nèi)，以設(shè)定的波矢量方向和平面波波前矢量方向角度差異大小，對波前矢量方向進(jìn)行角度濾波，并以統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)最多的波前方向?yàn)樽罱K的波前擴(kuò)散方向。

在步驟5中，利用上述分步策略，計(jì)算得到傳播方向分別為ps和pr的炮端波場us和接收端波場ur后，利用相關(guān)成像條件，直接獲取角度成像道集。

在步驟5中，獲取角度成像道集的公式為：

i(x,θ)＝∫us(x,t,ps)ur(x,t,pr)dt(2)

其中，x為空間點(diǎn)坐標(biāo)，θ為地下反射張角，θ＝arccos(ps-pr)，i(x,θ)為空間點(diǎn)x處反射角度為θ的成像道集，us為炮端波場，ur為接收端波場，ps、pr分別為炮端s和接收端波場r的傳播角度，t為當(dāng)前波場外推時(shí)刻。

本發(fā)明中的基于角度波場分步提取的逆時(shí)偏移角道集成像方法，相比于常規(guī)基于單一采用局部平面波分解，或者單一采用坡印廷矢量的波場傳播矢量方向估計(jì)的方法，本發(fā)明綜合利用不同波場傳播矢量方向估計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)，采用角度波場的分步提取策略，以局部平面波分解提取單一的局部平面波，確定角度；在此基礎(chǔ)上以坡印廷矢量估計(jì)結(jié)果為約束，對平面波分解提取的局部波場進(jìn)行伸縮方向確定。并通過在空間窗內(nèi)進(jìn)行角度濾波，選擇統(tǒng)計(jì)數(shù)量最多的方向?yàn)樽罱K的波場傳播矢量方向。因此，本發(fā)明能夠克服單一采用局部平面波分解可能出現(xiàn)的波場傳播方向估計(jì)錯(cuò)誤，并克服單一采用坡印廷矢量估計(jì)方法不能很好解決交叉波場傳播方向估計(jì)的問題，有效提高復(fù)雜介質(zhì)復(fù)雜波場情況下的逆時(shí)偏移角道集成像質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中交叉波場示意圖；

圖2為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中交叉波場空間波數(shù)能量譜示意圖；

圖3為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中基于圖2箭頭指引的空間波數(shù)能量譜提取的平面波波前的示意圖；

圖4為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中交叉波場坡印廷矢量估計(jì)結(jié)果的示意圖；

圖5為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中水平層狀介質(zhì)中速度模型的示意圖

圖6為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中圖5模型中0.5s時(shí)刻震源波場采用單一坡印廷矢量得到的波場傳播方向估計(jì)結(jié)果的示意圖；

圖7為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中圖5模型中0.5s時(shí)刻震源波場采用單一局部平面波分解得到的波場傳播方向估計(jì)結(jié)果的示意圖；

圖8為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中圖5模型中0.5s時(shí)刻震源波場采用本發(fā)明得到的波場傳播方向估計(jì)結(jié)果的示意圖；

圖9為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中sigsbee模型的速度模型的示意圖；

圖10為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中單一坡印廷矢量方法得到的角度成像道集的示意圖；

圖11為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中單一平面波分解得到的角度成像道集的示意圖；

圖12為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中本發(fā)明中的方法得到的角度成像道集的示意圖；

圖13為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中常規(guī)逆時(shí)偏移成像剖面結(jié)果的示意圖；

圖14為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中單一坡印廷矢量方法得到的角度道集的疊加剖面結(jié)果的示意圖；

圖15為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中單一局部平面波分解得到的角度道集的疊加剖面結(jié)果的示意圖；

圖16為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中本發(fā)明中的方法得到的角度道集的疊加剖面結(jié)果的示意圖；

圖17為本發(fā)明的基于角度波場分步提取的逆時(shí)偏移角道集成像方法的一具體實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合附圖所示，作詳細(xì)說明如下。

如圖17所示，圖17為本發(fā)明的基于角度波場分步提取的逆時(shí)偏移角道集成像方法的流程圖。

在步驟101，在逆時(shí)偏移過程中，在波場外推的每個(gè)時(shí)間片上，進(jìn)行空間的傅立葉變換，把波場從空間域變換到波數(shù)域。

在步驟102，在波數(shù)域依據(jù)能量譜提取局部平面波，得到平面波波前方向。

在步驟103，利用坡印廷矢量方法計(jì)算波場矢量傳播方向。

在步驟104，在選取的局部平面波時(shí)窗內(nèi)，沿垂直于平面波的波前矢量方向選擇帶狀空間窗，將其中統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)最多的波矢量方向作為波前傳播方向，從而得到該平面波準(zhǔn)確的波前擴(kuò)散方向。

在步驟105，利用角度成像條件，實(shí)現(xiàn)逆時(shí)偏移角道集成像。

在應(yīng)用本發(fā)明的一具體實(shí)施例中，包括了以下步驟:在逆時(shí)偏移波場外推過程中，首先利用時(shí)間-空間域傅立葉變換方法，將當(dāng)前時(shí)刻的外推波場(如圖1)變換到波數(shù)域。在波數(shù)域(如圖2)，按照能量譜大小，只提取正波數(shù)方向的局部平面波(如圖3)，分別實(shí)現(xiàn)炮點(diǎn)波場和檢波點(diǎn)波場的局部平面波分解。此時(shí)可以確定相應(yīng)平面波波場的波前傳播角度為或(如圖3中實(shí)線、虛線箭頭所示)。

然后，對分解后的局部平面波場，使用坡印廷矢量方向估計(jì)方法，利用波場的振幅梯度和相位梯度，計(jì)算局部平面波場的傳播方向，如圖4，其中，矩形框?yàn)閳D3對應(yīng)平面波波前的坡印廷矢量方向；粗箭頭所示為最終確定的波前傳播矢量方向。坡印廷矢量的計(jì)算公式為，

其中，u(x,t)為t時(shí)刻地下空間點(diǎn)x處的波場，為波場的空間導(dǎo)數(shù)，為波場的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。

在此基礎(chǔ)上，沿垂直于平面波波前的波矢量方向選擇帶狀空間窗(如圖4矩形框所示)，在此帶狀空間窗內(nèi)，以設(shè)定的波矢量方向和平面波波前矢量方向角度差異大小，對波前矢量方向進(jìn)行角度濾波，并以統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)最多的波前方向?yàn)樽罱K的波前擴(kuò)散方向(如圖4粗箭頭所示)。

最后利用上述分步策略，計(jì)算得到傳播方向分別為ps和pr的炮端波場us和接收端波場ur后，利用相關(guān)成像條件，可以直接獲取角度成像道集，

i(x,θ)＝∫us(x,t,ps)ur(x,t,pr)dt(4)

其中，x為空間點(diǎn)坐標(biāo)，θ為地下反射張角，θ＝arccos(ps-pr)，i(x,θ)為空間點(diǎn)x處反射角度為θ的成像道集，us為炮端波場，ur為接收端波場，ps、pr分別為炮端s和接收端波場r的傳播角度，t為當(dāng)前波場外推時(shí)刻。

所述的角度波場分步提取策略，能夠克服單一采用局部平面波分解可能出現(xiàn)的波場傳播方向估計(jì)錯(cuò)誤；能夠克服單一采用坡印廷矢量估計(jì)方法不能很好解決交叉波場傳播方向估計(jì)的問題。

在應(yīng)用本發(fā)明的一具體實(shí)施例中，為驗(yàn)證本發(fā)明方法的有效性和先進(jìn)性，采用兩個(gè)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。圖5為水平層狀模型，其參數(shù)及正演、偏移參數(shù)如下：

模型大?。簄x＝601，nz＝301，dx＝10m，dz＝10m。正演參數(shù)：震源位置為(3000m，0)，震源為30hz的雷克子波，檢波點(diǎn)間隔10m，偏移距大小為(-3000m，3000m)nt＝5000，dt＝0.5ms。逆時(shí)偏移參數(shù)：速度模型選用平滑后的速度，震源選用30hz的雷克子波，成像空間nx＝601，nz＝300，dx＝10m，dz＝10m。

圖6-圖8為水平層狀模型中0.5s時(shí)刻震源波場采用不同方法得到的下行波場的傳播方向估計(jì)結(jié)果。其中，圖6為單一坡印廷矢量估計(jì)結(jié)果；圖7為單一局部平面波分解估計(jì)結(jié)果；圖8為本發(fā)明得到的估計(jì)結(jié)果。對比可見，單一坡印廷矢量方法在波場交叉是出現(xiàn)估計(jì)方向不準(zhǔn)確問題，單一平面波分解方法存在波前伸縮方向估計(jì)錯(cuò)誤問題，本發(fā)明方法能夠正確計(jì)算得到波前傳播角度和伸縮方向。

圖9為sigsbee模型的速度模型。其模型參數(shù)、正演及偏移參數(shù)如下：

模型大?。簄x＝1000，nz＝321，dx＝10m，dz＝10m。正演參數(shù)：震源位置為(3000m，0)，選用20hz的雷克子波，檢波點(diǎn)間隔10m，偏移距大小為(-3000m，3000m)，nt＝5000，dt＝0.5ms。dsx＝10m，從3000m到7000m共布設(shè)400炮，檢波點(diǎn)間隔10m。逆時(shí)偏移參數(shù)：準(zhǔn)確速度、20hz的雷克子波，成像空間nx＝1000，nz＝321，dx＝10m，dz＝10m；角度范圍0°～60°

圖10-圖12為不同方法得到的角度成像道集。其中，圖10為單一坡印廷矢量方法的角度道集；圖11為單一平面波分解得到的角度道集；圖12為本發(fā)明方法得到的角度道集。對比可見，單一坡印廷矢量方法角度道集淺層仍舊存在低頻噪音，而且振幅幅值相對減小；單一平面波分解方法角度道集在淺層存在由于波前伸縮方向估計(jì)錯(cuò)誤導(dǎo)致的低頻噪音；本發(fā)明方法得到的角度道集振幅幅值合理，不存在噪音和誤差。

圖13-圖16為常規(guī)逆時(shí)偏移成像與不同方法得到的角度道集疊加結(jié)果對比。其中，圖13為常規(guī)逆時(shí)偏移結(jié)果；圖14為單一坡印廷矢量方法的疊加結(jié)果；圖15為單一局部平面波分解得到的疊加結(jié)果；圖16為本發(fā)明方法得到的疊加結(jié)果。對比可見，相比常規(guī)逆時(shí)偏移結(jié)果存在很強(qiáng)的淺層低頻噪音干擾，不論哪種角度道集成像方法得到的道集疊加結(jié)果，信噪比均得到很大提高。但從角度道集疊加結(jié)果對比看，同樣能夠得到與圖10-圖12相同的對比結(jié)論。

兩個(gè)模型的逆時(shí)偏移角度道集成像試驗(yàn)均很好地證明了本發(fā)明方法的正確性和先進(jìn)性。

本發(fā)明的基于角度波場分步提取的逆時(shí)偏移角道集成像方法，基于分步提取策略，綜合利用局部平面波分解和坡印廷矢量方向估計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)逆時(shí)偏移角道集的高精度成像，為地震疊前屬性反演與分析提供高質(zhì)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而降低地震解釋的難度和油藏開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。