本發(fā)明涉及成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及彈性高斯束偏移成像方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在當(dāng)前偏移方法中，針對3D彈性TI介質(zhì)的偏移成像還沒有完整有效的方法。彈性波動(dòng)方程法由于TI介質(zhì)彈性參數(shù)過多(一般21個(gè)彈性參數(shù)均為非零)、并且橫波波速較低等原因，導(dǎo)致3D情況計(jì)算量和存儲量需要一到兩個(gè)數(shù)量級的巨大增加。準(zhǔn)聲波波動(dòng)方程是不具有具體物理意義的，它只能實(shí)現(xiàn)相對準(zhǔn)確的走時(shí)計(jì)算，而振幅信息無物理意義，因此，僅適用于常規(guī)各向異性偏移。當(dāng)前射線方法中一般利用相角和群角等幾何方法表示相速度和群速度，該表示只適用于2D TI介質(zhì)，在3D TI介質(zhì)中不適合用這種表示方式。當(dāng)前的各向異性高斯束方法也只是對2D TI單分量數(shù)據(jù)成像，更靠近實(shí)際的3D彈性TI介質(zhì)多分量高斯束偏移還沒有完整的實(shí)現(xiàn)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供彈性高斯束偏移成像方法和系統(tǒng)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了完整有效的3D彈性TI介質(zhì)多分量高斯束偏移方法，給出了合理的偏移成像公式，并且在偏移過程中實(shí)現(xiàn)了彈性介質(zhì)中的多波型自動(dòng)分離。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了彈性高斯束偏移成像方法，包括：

獲取初始參數(shù)信息和多分量地震記錄，并根據(jù)所述初始參數(shù)信息確定高斯窗半寬度和束中心點(diǎn)的坐標(biāo)位置；

在每個(gè)所述束中心點(diǎn)的高斯窗范圍內(nèi)，對所述多分量地震記錄進(jìn)行分解得到多分量局部平面波；

利用波型分離矩陣將所述多分量局部平面波轉(zhuǎn)換為多波型標(biāo)量局部平面波；

射入不同方向的高斯束，并計(jì)算矢量形式的表達(dá)式，根據(jù)所述矢量形式的表達(dá)式計(jì)算所述高斯束的復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅；

利用波場偏移成像公式，根據(jù)所述標(biāo)量局部平面波、所述復(fù)數(shù)走時(shí)和所述復(fù)數(shù)振幅計(jì)算成像點(diǎn)的求和疊加；

修改所述束中心點(diǎn)和炮集并進(jìn)行迭代計(jì)算以得到所有所述多分量地震記錄的偏移成像。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，所述波型分離矩陣包括自由空間模型矩陣、海底模型矩陣和自由地表模型矩陣，所述波場偏移成像公式包括PP矢量波場偏移互相關(guān)成像公式和PS矢量波場偏移互相關(guān)成像公式，所述初始參數(shù)信息包括海水波速、海底介質(zhì)密度、彈性波速、第一預(yù)設(shè)常數(shù)、第二預(yù)設(shè)常數(shù)、參考頻率和參考有效半寬度。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，所述矢量形式的表達(dá)式包括群速度矢量和偏振矢量，所述射入不同方向的高斯束，計(jì)算所述矢量形式的表達(dá)式包括：

根據(jù)各向異性參數(shù)、傾斜對稱軸方向矢量和波前傳播方向計(jì)算橫向各向同性介質(zhì)中的群速度和偏振方向；

利用所述傾斜對稱軸方向矢量和慢度矢量構(gòu)造轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系；

利用所述轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系將傾斜橫向各向同性介質(zhì)中的所述群速度和所述偏振方向轉(zhuǎn)換為垂直橫向各向同性介質(zhì)中的所述群速度矢量和所述偏振矢量。

結(jié)合第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，所述利用所述傾斜對稱軸方向矢量和所述慢度矢量構(gòu)造轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系包括：

根據(jù)下式計(jì)算所述轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系的坐標(biāo)基：

其中，(i′,j′,k′)為所述坐標(biāo)基，n為所述傾斜對稱軸方向矢量，p為所述慢度矢量。

結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中，所述方法還包括：

根據(jù)下式計(jì)算所述自由空間模型矩陣：

其中，為所述自由空間模型矩陣，δ_mn為克羅內(nèi)克Kronecker Delta函數(shù)，為3×3偏振矩陣，ν為波形符號；

或者，

根據(jù)下式計(jì)算所述海底模型矩陣：

其中，為所述海底模型矩陣，為與彈性參數(shù)對應(yīng)的權(quán)重矩陣，ρ為所述海底介質(zhì)密度，υ為彈性波速，p_x,p_y分別為x軸和y軸的慢度分量，為ν波慢度z分量；

或者，

根據(jù)下式計(jì)算所述PP矢量波場偏移互相關(guān)成像公式：

其中，I_PP(x)為PP反射波在成像點(diǎn)x的互相關(guān)成像，C^PP為與成像效果無關(guān)的第一預(yù)設(shè)常數(shù)，常數(shù)a為束中心間隔大小，ω_l和w_l分別為所述高斯束參考頻率和參考有效半寬度，L＝(0,L_x,L_y)為所述束中心坐標(biāo)，為P波震源高斯束初始慢度矢量，為接收點(diǎn)P波高斯束初始慢度矢量，為所述高斯束的第一標(biāo)量振幅表達(dá)式；

或者，

根據(jù)下式計(jì)算所述PS矢量波場偏移互相關(guān)成像公式：

其中，I_PS(x)為PS轉(zhuǎn)換波在成像點(diǎn)x的互相關(guān)成像，C^PS為與成像效果無關(guān)的第二預(yù)設(shè)常數(shù)，為所述高斯束的第二標(biāo)量振幅表達(dá)式，為成像在多分量數(shù)據(jù)中提取的標(biāo)量數(shù)據(jù)。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了彈性高斯束偏移成像系統(tǒng)，包括：

獲取單元，用于獲取初始參數(shù)信息和多分量地震記錄，并根據(jù)所述初始參數(shù)信息確定高斯窗半寬度和束中心點(diǎn)的坐標(biāo)位置；

分解單元，用于在單個(gè)所述束中心點(diǎn)的高斯窗范圍內(nèi)，對所述多分量地震記錄進(jìn)行分解得到多分量局部平面波；

轉(zhuǎn)換單元，用于利用波型分離矩陣將所述多分量局部平面波轉(zhuǎn)換為多波型標(biāo)量局部平面波；

第一計(jì)算單元，用于射入不同方向的高斯束，并計(jì)算矢量形式的表達(dá)式，根據(jù)所述矢量形式的表達(dá)式計(jì)算所述高斯束的復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅；

第二計(jì)算單元，用于利用波場偏移成像公式，根據(jù)所述標(biāo)量局部平面波、所述復(fù)數(shù)走時(shí)和所述復(fù)數(shù)振幅計(jì)算成像點(diǎn)的求和疊加；

第三計(jì)算單元，用于修改所述束中心點(diǎn)和炮集并進(jìn)行迭代計(jì)算以得到所有所述多分量地震記錄的偏移成像。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，所述波型分離矩陣包括自由空間模型矩陣、海底模型矩陣和自由地表模型矩陣，所述波場偏移成像公式包括PP矢量波場偏移互相關(guān)成像公式和PS矢量波場偏移互相關(guān)成像公式，所述初始參數(shù)信息包括海水波速、海底介質(zhì)密度、彈性波速、第一預(yù)設(shè)常數(shù)、第二預(yù)設(shè)常數(shù)、參考頻率和參考有效半寬度。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，所述矢量形式的表達(dá)式包括群速度矢量和偏振矢量，所述第一計(jì)算單元包括：

根據(jù)各向異性參數(shù)、傾斜對稱軸方向矢量和波前傳播方向計(jì)算橫向各向同性介質(zhì)中的所述群速度和所述偏振方向；

利用所述傾斜對稱軸方向矢量和所述慢度矢量構(gòu)造轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系；

利用所述轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系將所述群速度和所述偏振方向轉(zhuǎn)換為垂直橫向各向同性介質(zhì)中的所述群速度矢量和所述偏振矢量。

結(jié)合第二方面的第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，還包括：

根據(jù)下式計(jì)算所述轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系的坐標(biāo)基：

其中，(i′,j′,k′)為所述坐標(biāo)基，n為所述傾斜對稱軸方向矢量，p為所述慢度矢量。

結(jié)合第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中，還包括：

根據(jù)下式計(jì)算所述自由空間模型矩陣：

其中，為所述自由空間模型矩陣，δ_mn為克羅內(nèi)克Kronecker Delta函數(shù)，為3×3偏振矩陣，ν為波形符號；

或者，

根據(jù)下式計(jì)算所述海底模型矩陣：

其中，為所述海底模型矩陣，為與彈性參數(shù)對應(yīng)的權(quán)重矩陣，ρ為所述海底介質(zhì)密度，υ為彈性波速，p_x,p_y分別為x軸和y軸的慢度分量，為ν波慢度z分量；

或者，

根據(jù)下式計(jì)算所述PP矢量波場偏移互相關(guān)成像公式：

其中，I_PP(x)為PP反射波在成像點(diǎn)x的互相關(guān)成像，C^PP為與成像效果無關(guān)的第一預(yù)設(shè)常數(shù)，常數(shù)a為束中心間隔大小，ω_l和w_l分別為所述高斯束參考頻率和參考有效半寬度，L＝(0,L_x,L_y)為所述束中心坐標(biāo)，為P波震源高斯束初始慢度矢量，為接收點(diǎn)P波高斯束初始慢度矢量，為所述高斯束的第一標(biāo)量振幅表達(dá)式；

或者，

根據(jù)下式計(jì)算所述PS矢量波場偏移互相關(guān)成像公式：

其中，I_PS(x)為PS轉(zhuǎn)換波在成像點(diǎn)x的互相關(guān)成像，C^PS為與成像效果無關(guān)的第二預(yù)設(shè)常數(shù)，為所述高斯束的第二標(biāo)量振幅表達(dá)式，為成像在多分量數(shù)據(jù)中提取的標(biāo)量數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提供了彈性高斯束偏移成像方法和系統(tǒng)，包括獲取初始參數(shù)信息和多分量地震記錄，確定高斯窗半寬度和束中心點(diǎn)的坐標(biāo)位置；在每個(gè)束中心點(diǎn)的高斯窗范圍內(nèi)，對多分量地震記錄進(jìn)行分解得到多分量局部平面波；利用波型分離矩陣將多分量局部平面波轉(zhuǎn)換為多波型標(biāo)量局部平面波；射入不同方向的高斯束，并計(jì)算矢量形式的表達(dá)式，高斯束的復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅；利用波場偏移成像公式，根據(jù)標(biāo)量局部平面波、復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅計(jì)算成像點(diǎn)的求和疊加；修改束中心點(diǎn)和炮集并進(jìn)行迭代計(jì)算得到偏移成像。本發(fā)明設(shè)計(jì)了完整有效的3D彈性TI介質(zhì)多分量高斯束偏移方法，利用矢量表示形式來描述波場傳播屬性，給出了合理的偏移成像公式，具有很高的應(yīng)用性。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性高斯束偏移成像方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的步驟S103方法流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性高斯束偏移成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的3D彈性TTI介質(zhì)對稱軸和局部坐標(biāo)系；

圖5(a)為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性Hess模型Thomsen參數(shù)模型V_P0；

圖5(b)為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性Hess模型Thomsen參數(shù)模型ε；

圖5(c)為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性Hess模型Thomsen參數(shù)模型δ；

圖6(a)為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性Hess模型TI介質(zhì)PP成像效果；

圖6(b)為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性Hess模型TI介質(zhì)PS成像效果；

圖7(a)為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性Hess模型各向同性PP成像效果；

圖7(b)為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性Hess模型各向同性PS成像效果；

圖8(a)為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性均勻TTI介質(zhì)PP成像脈沖響應(yīng)；

圖8(b)為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性均勻VTI介質(zhì)PP成像脈沖響應(yīng)；

圖8(c)為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性均勻各向同性介質(zhì)PP成像脈沖響應(yīng)。

圖標(biāo)：

10-獲取單元；20-分解單元；30-轉(zhuǎn)換單元；40-第一計(jì)算單元；50-第二計(jì)算單元；60-第三計(jì)算單元。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

目前的3D彈性TI介質(zhì)多分量高斯束偏移還沒有完整的實(shí)現(xiàn)方法，基于此，本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性高斯束偏移成像方法和系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了完整有效的3D彈性TI介質(zhì)多分量高斯束偏移方法，給出了合理的偏移成像公式，并且在偏移過程中實(shí)現(xiàn)了彈性介質(zhì)中的多波型自動(dòng)分離，具有很高的應(yīng)用性。

實(shí)施例一：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性高斯束偏移成像方法流程圖。

參照圖1，彈性高斯束偏移成像方法包括：

步驟S101，獲取初始參數(shù)信息和多分量地震記錄，并根據(jù)初始參數(shù)信息確定高斯窗半寬度和束中心點(diǎn)的坐標(biāo)位置；

具體地，依據(jù)介質(zhì)物性參數(shù)、波場屬性以及單炮集信息確定高斯束初始參數(shù)信息，束中心間隔、高斯窗半寬度等，并確定一系列束中心點(diǎn)坐標(biāo)位置。

步驟S102，在每個(gè)束中心點(diǎn)的高斯窗范圍內(nèi)，對多分量地震記錄進(jìn)行分解得到多分量局部平面波；

具體地，在單個(gè)束中心點(diǎn)的高斯窗范圍內(nèi)，對多分量地震記錄利用局部傾斜疊加分解為多分量局部平面波。

步驟S103，利用波型分離矩陣將多分量局部平面波轉(zhuǎn)換為多波型標(biāo)量局部平面波；

步驟S104，射入不同方向的高斯束，并計(jì)算矢量形式的表達(dá)式，根據(jù)矢量形式的表達(dá)式計(jì)算高斯束復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅；

具體地，從震源點(diǎn)和束中心點(diǎn)分別入射不同方向的高斯束，利用各向異性運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)射線追蹤計(jì)算出每條高斯束有效范圍內(nèi)的復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅。

步驟S105，利用波場偏移成像公式，根據(jù)標(biāo)量局部平面波、復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅計(jì)算成像點(diǎn)的求和疊加；

具體地，依據(jù)PP和PS矢量波場偏移成像公式，利用震源和束中心高斯束的復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅，以及分離后的標(biāo)量局部平面波，計(jì)算成像點(diǎn)的求和疊加。

步驟S106，修改束中心點(diǎn)和炮集并進(jìn)行迭代計(jì)算以得到所有多分量地震記錄的偏移成像。

具體地，修改束中心點(diǎn)，重復(fù)執(zhí)行步驟S102至步驟S105的操作，直到束中心點(diǎn)循環(huán)結(jié)束，完成單炮偏移成像，而后修改到下一炮集，重復(fù)執(zhí)行步驟S101至步驟S106的操作，直到炮集循環(huán)結(jié)束，完成所有地震記錄的偏移成像。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，波型分離矩陣包括自由空間模型矩陣、海底模型矩陣，波場偏移成像公式包括PP矢量波場偏移互相關(guān)成像公式和PS矢量波場偏移互相關(guān)成像公式，初始參數(shù)信息包括海水波速、海底介質(zhì)密度、彈性波速、第一預(yù)設(shè)常數(shù)、第二預(yù)設(shè)常數(shù)、參考頻率和參考有效半寬度。

具體地，對于自由空間模型，即接收點(diǎn)邊界以上為固體介質(zhì)；對于海底模型，即接收點(diǎn)邊界以上為流體介質(zhì)。波型分離矩陣不僅包括自由空間模型矩陣、海底模型矩陣，還包括自由地表模型，即接收點(diǎn)邊界以上為真空的情況。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，矢量形式的表達(dá)式包括群速度矢量和偏振矢量，根據(jù)射入不同方向的高斯束，計(jì)算矢量形式的表達(dá)式包括：

如圖2所示，步驟S201，根據(jù)各向異性參數(shù)、傾斜對稱軸方向矢量和波前傳播方向計(jì)算橫向各向同性介質(zhì)中的群速度和偏振方向；

步驟S202，利用傾斜對稱軸方向矢量和慢度矢量構(gòu)造轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系；

步驟S203，利用轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系將傾斜橫向各向同性介質(zhì)中的群速度和偏振方向轉(zhuǎn)換為垂直橫向各向同性介質(zhì)中的群速度矢量和偏振矢量。

具體地，根據(jù)各向異性參數(shù)、傾斜對稱軸方向矢量和波前傳播方向計(jì)算橫向各向同性介質(zhì)中的群速度和偏振方向可參照式(1)至式(4)。在3D TTI介質(zhì)中，對于已知的Thomsen各向異性參數(shù)、傾斜對稱軸方向矢量n和波前傳播方向，可計(jì)算求得相角θ、相速度V和慢度矢量p＝(p_x,p_y,p_z)。利用慢度矢量p和對稱軸方向矢量n，可設(shè)計(jì)局部坐標(biāo)系Ox′y′z′。本實(shí)施例提供的3D TTI介質(zhì)中相速度、群速度和偏振方向的矢量表示形式。通過合理設(shè)計(jì)局部笛卡爾坐標(biāo)系，矢量表示形式使3D TTI介質(zhì)波場傳播屬性表述簡潔、規(guī)則且完整，并且該表示形式也適用于2D情況，因此具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。

垂直橫向各向同性(VTI)介質(zhì)在xoz對稱面上P和SV波相速度有Thomsen各向異性參數(shù)表示形式如公式(1)所示；

其中，“+”為P波相速度，“-”為SV波相速度，θ為波前傳播方向與VTI對稱軸的夾角，稱為相角；ε和δ為各向異性參數(shù)。P和SV波相速度對θ的導(dǎo)數(shù)與群速度的計(jì)算有關(guān)，可以通過對公式(1)兩端同時(shí)取導(dǎo)來計(jì)算如公式(2)所示；

在xoz平面內(nèi)，VTI介質(zhì)群速度矢量有以下方程組(3)；

VTI介質(zhì)xoz平面內(nèi)P波和SV波的偏振矢量滿足

其中，g_x和g_z為偏振矢量g的分量，g在y方向的分量g_y＝0。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，利用傾斜對稱軸方向矢量和慢度矢量構(gòu)造轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系包括：

根據(jù)式(5)計(jì)算轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系的坐標(biāo)基矢量：

其中，(i′,j′,k′)為坐標(biāo)基，n為傾斜對稱軸方向矢量，p為慢度矢量。

由圖4可知，對稱軸方向即為該局部坐標(biāo)系z軸方向，矢量p和n所確定的平面即為Ox′y′z′中的xoz平面。因此，局部坐標(biāo)系Ox′y′z′將TTI介質(zhì)在局部范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)為VTI介質(zhì)，式(1)、(2)、(3)、(4)所表示的相速度、群速度和偏振矢量均適用于該局部坐標(biāo)系。將該局部坐標(biāo)系中群速度和偏振矢量轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系矢量可表示為式(6)和(7)：

V_G＝V_Gxi′+V_Gzk′ (6)

g＝g_xi′+g_zk′ (7)

其中，V_G為群速度矢量，g為P和SV波偏振矢量。式中的(V_Gx，V_Gz)和(g_x，g_z)為VTI介質(zhì)中的群速度和偏振矢量，即式(3)和(4)。3D VTI介質(zhì)相當(dāng)于TTI介質(zhì)的一種特殊情況，當(dāng)n＝(0,0,1)時(shí)，TTI退化為VTI介質(zhì)。

由于3D彈性各向異性非均勻介質(zhì)中的波場傳播非常復(fù)雜，比如快慢橫波分裂現(xiàn)象。但是在高頻近似情況下，平滑或弱各向異性中快慢橫波分裂很弱，可以忽略。因此，本發(fā)明實(shí)施例提供了3D彈性TI介質(zhì)多分量高斯束偏移公式，可根據(jù)式(8)計(jì)算PP矢量波場偏移互相關(guān)成像公式：

其中，I_PP(x)為PP反射波在成像點(diǎn)x的互相關(guān)成像，C^PP為與成像效果無關(guān)的第一預(yù)設(shè)常數(shù)，常數(shù)a為束中心間隔大小，ω_l和w_l分別為高斯束參考頻率和參考有效半寬度，L＝(0,L_x,L_y)為束中心坐標(biāo)，為P波震源高斯束初始慢度矢量，為接收點(diǎn)P波高斯束初始慢度矢量，為高斯束的第一標(biāo)量振幅表達(dá)式。

根據(jù)式(9)計(jì)算PS矢量波場偏移互相關(guān)成像公式：

其中，I_PS(x)為PS轉(zhuǎn)換波在成像點(diǎn)x的互相關(guān)成像，C^PS為與成像效果無關(guān)的第二預(yù)設(shè)常數(shù)，為高斯束的第二標(biāo)量振幅表達(dá)式，為成像在多分量數(shù)據(jù)中提取的標(biāo)量數(shù)據(jù)。

需要說明的是，式中的計(jì)算如式(10)所示：

其中，D^s和R可分別表示為式(11)和式(12)：

D^s＝D^S1(L,p_r,ω)e₂(x)-D^S2(L,p_r,ω)e₁(x) (11)

R＝p_s(x)×p_r(x) (12)

這里，R為PS成像中的參考矢量，e₁和e₂分別為中心射線坐標(biāo)系在y₁和y₂方向的坐標(biāo)基，D^P、D^S1和D^S2為標(biāo)量局部平面波(D^S1和D^S2為P-SV轉(zhuǎn)換波的分量部分)，是由多分量局部平面波D_n轉(zhuǎn)換求得，如式(13)所示：

其中，為實(shí)現(xiàn)多波型分離的轉(zhuǎn)換矩陣，ν＝P,S1,S2代表波型符號。只與接收點(diǎn)邊界的彈性參數(shù)有關(guān)，與地下復(fù)雜模型參數(shù)無關(guān)。因此假設(shè)TI介質(zhì)接收點(diǎn)邊界為各向同性或弱各向異性，則TI介質(zhì)波型分離可利用各向同性近似表示。并且與走時(shí)信息相比，振幅信息近似計(jì)算對成像效果影響很小。這時(shí)，有具體表達(dá)式。

根據(jù)式(14)計(jì)算自由空間模型矩陣：

其中，為自由空間模型矩陣，δ_mn為克羅內(nèi)克Kronecker Delta函數(shù)，為3×3偏振矩陣，ν為波形符號；

根據(jù)式(15)計(jì)算海底模型矩陣：

其中，為海底模型矩陣，為與彈性參數(shù)對應(yīng)的權(quán)重矩陣，ρ為海底介質(zhì)密度，υ為彈性波速，p_x,p_y分別為x軸和y軸的慢度分量，為ν波慢度z分量；

這里，與彈性參數(shù)對應(yīng)的權(quán)重矩陣的表達(dá)式如式(16)所示；

其中，彈性參數(shù)和物理量均為接收點(diǎn)邊界的值，υ為ν波波速，λ和μ為Lamé彈性模量，ρ^w為海水密度，為海水中的上行波慢度z分量，c^w為海水波速。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的波型分離矩陣不僅包括自由空間模型矩陣和海底模型矩陣，還包括自由地表模型，該模型即為接收點(diǎn)邊界以上為真空，是海底模型的一種特殊情況，當(dāng)海底模型中權(quán)重參數(shù)ρ^w＝0時(shí)，海底模型簡化為自由地表模型。

本發(fā)明提供了彈性高斯束偏移成像方法和系統(tǒng)，包括獲取初始參數(shù)信息和多分量地震記錄，確定高斯窗半寬度和束中心點(diǎn)的坐標(biāo)位置；在每個(gè)束中心點(diǎn)的高斯窗范圍內(nèi)，對多分量地震記錄進(jìn)行分解得到多分量局部平面波；利用波型分離矩陣將多分量局部平面波轉(zhuǎn)換為多波型標(biāo)量局部平面波；射入不同方向的高斯束，并計(jì)算矢量形式的表達(dá)式，高斯束的復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅；利用波場偏移成像公式，根據(jù)標(biāo)量局部平面波、復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅計(jì)算成像點(diǎn)的求和疊加；修改束中心點(diǎn)和炮集并進(jìn)行迭代計(jì)算得到偏移成像。本發(fā)明設(shè)計(jì)了完整有效的3D彈性TI介質(zhì)多分量高斯束偏移方法，利用矢量表示形式來描述波場傳播屬性，給出了合理的偏移成像公式，具有很高的應(yīng)用性。

實(shí)施例二：

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性高斯束偏移成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

參照圖3，彈性高斯束偏移成像系統(tǒng)包括：

獲取單元10，用于獲取初始參數(shù)信息和多分量地震記錄，并根據(jù)初始參數(shù)信息確定高斯窗半寬度和束中心點(diǎn)的坐標(biāo)位置；

分解單元20，用于在單個(gè)束中心點(diǎn)的高斯窗范圍內(nèi)，對多分量地震記錄進(jìn)行分解得到多分量局部平面波；

轉(zhuǎn)換單元30，用于利用波型分離矩陣將多分量局部平面波轉(zhuǎn)換為多波型標(biāo)量局部平面波；

第一計(jì)算單元40，用于射入不同方向的高斯束，并計(jì)算矢量形式的表達(dá)式，根據(jù)矢量形式的表達(dá)式計(jì)算高斯束復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅；

第二計(jì)算單元50，用于利用波場偏移成像公式，根據(jù)標(biāo)量局部平面波、復(fù)數(shù)走時(shí)和復(fù)數(shù)振幅計(jì)算成像點(diǎn)的求和疊加；

第三計(jì)算單元60，用于修改束中心點(diǎn)和炮集并進(jìn)行迭代計(jì)算以得到所有多分量地震記錄的偏移成像。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，波型分離矩陣包括自由空間模型矩陣、海底模型矩陣和自由地表模型矩陣，波場偏移成像公式包括PP矢量波場偏移互相關(guān)成像公式和PS矢量波場偏移互相關(guān)成像公式，初始參數(shù)信息包括海水波速、海底介質(zhì)密度、彈性波速、第一預(yù)設(shè)常數(shù)、第二預(yù)設(shè)常數(shù)、參考頻率和參考有效半寬度。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，矢量形式的表達(dá)式包括群速度矢量和偏振矢量，第一計(jì)算單元40包括：

根據(jù)各向異性參數(shù)、傾斜對稱軸方向矢量和波前傳播方向計(jì)算橫向各向同性介質(zhì)中的群速度和偏振方向；

利用傾斜對稱軸方向矢量和慢度矢量構(gòu)造轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系；

利用轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系將群速度和偏振方向轉(zhuǎn)換為垂直橫向各向同性介質(zhì)中的群速度矢量和偏振矢量。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，還包括：

根據(jù)式(5)計(jì)算轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系的坐標(biāo)基；

根據(jù)式(14)計(jì)算自由空間模型矩陣；

根據(jù)式(15)計(jì)算海底模型矩陣；

根據(jù)式(8)計(jì)算PP矢量波場偏移互相關(guān)成像公式；

根據(jù)式(9)計(jì)算PS矢量波場偏移互相關(guān)成像公式。

本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性高斯束偏移成像系統(tǒng)，與上述實(shí)施例提供的彈性高斯束偏移成像方法具有相同的技術(shù)特征，所以也能解決相同的技術(shù)問題，達(dá)到相同的技術(shù)效果。

實(shí)施例三：

首先，利用2D彈性Hess模型來驗(yàn)證本發(fā)明實(shí)施例的正確性，模型在z和x方向的網(wǎng)格采樣分別為1500和3617，網(wǎng)格間隔均為20ft。圖5(a)(b)(c)分別顯示了Thomsen形式的彈性參數(shù)模型V_P0，ε和δ，V_S0通過波速比來確定,圖中橫坐標(biāo)為距離，縱坐標(biāo)為深度。Hess模型為VTI模型，是TI模型的一種特殊情況，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)的TI介質(zhì)方法均適用于VTI介質(zhì)。由圖5可知，該模型近地表為各向同性介質(zhì)，與本發(fā)明實(shí)施例中的假設(shè)是符合的，模型還存在各向同性高速鹽丘體。模型地震數(shù)據(jù)是利用有限差分法合成的，為二維二分量地震記錄，并且包含一定的隨機(jī)和頻散噪音。偏移模型是對原始模型平滑處理后得到的，包括，V_P0，V_S0，ε和δ四種模型。圖6(a)(b)分別給出了本發(fā)明實(shí)施例方法執(zhí)行后的PP和PS成像，與圖5模型相比可知，PP和PS均可以準(zhǔn)確成像，并且PP與PS之間不存在明顯的串?dāng)_噪音。圖7(a)(b)分別是在各向同性偏移方法中的PP和PS成像，即不考慮各向異性參數(shù)情況。與圖5模型對比，各向同性偏移成像不能把地震信號聚焦在準(zhǔn)確的成像位置。該模型試驗(yàn)驗(yàn)證了本發(fā)明實(shí)施例在VTI介質(zhì)偏移中成像定位的準(zhǔn)確性，以及所提供的多波分離方法的合理性。

為了驗(yàn)證本發(fā)明在3D TI介質(zhì)中應(yīng)用的合理性，我們提供本發(fā)明在簡單均勻介質(zhì)中的脈沖響應(yīng)。3D TI介質(zhì)非零彈性參數(shù)過多，致使3D TI介質(zhì)有限差分記錄合成非常困難，因此，我們利用脈沖響應(yīng)來驗(yàn)證本發(fā)明的合理性。該模型在x，y，z方向的網(wǎng)格采樣分別為401,401,181，采樣間隔均為10m。該均勻3D TI介質(zhì)Thomsen形式彈性參數(shù)分別為V_P0＝2000m/s,V_S0＝1155m/s,ε＝0.2,δ＝0.1，對稱軸方向矢量為圖8(a)(b)(c)分別顯示了3D TTI、VTI和各向同性均勻介質(zhì)模型的PP成像脈沖響應(yīng)在剖面x＝2km、剖面y＝2km和切片z＝1km的脈沖截圖。對比圖8(a)(b)(c)可以看出，TTI介質(zhì)脈沖響應(yīng)的同相軸在x和y方向的對稱性均有明顯的傾斜，VTI和各向同性介質(zhì)中同相軸均在x和y方向?yàn)閷ΨQ分布的，對稱軸為z軸。比較圖8(b)和8(c)可知，在z軸上VTI和各向同性介質(zhì)旅行時(shí)分布是相同的，而在傾斜方向上，兩種介質(zhì)的旅行時(shí)分布有明顯差別。該脈沖響應(yīng)測試驗(yàn)證了各向異性參數(shù)ε,δ和傾斜對稱軸n在偏移成像中所起的明顯作用，也驗(yàn)證了本發(fā)明的在3D TI介質(zhì)中應(yīng)用的有效性。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的彈性高斯束偏移成像方法和系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括存儲了程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述程序代碼包括的指令可用于執(zhí)行前面方法實(shí)施例中所述的方法，具體實(shí)現(xiàn)可參見方法實(shí)施例，在此不再贅述。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)和裝置的具體工作過程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲在一個(gè)存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機(jī)存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

最后應(yīng)說明的是：以上所述實(shí)施例，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。