一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法及系統(tǒng)，該方法在彈性波逆時偏移方法基礎(chǔ)上進行了改進，可直接以多分量地震資料為輸入，在反演的框架下，通過在偏移的不同步驟采用不同的波場延拓算子以及新的成像條件，從而實現(xiàn)基于反演的多分量地震資料偏移成像。本發(fā)明將反演的思想引入彈性波逆時偏移中，與常規(guī)彈性波逆時偏移相比可獲得高精度、高分辨率、高信噪比、振幅保真的疊前深度偏移剖面；能有效克服橫波極性反轉(zhuǎn)造成的同相軸相消干涉，且在完整地保持縱橫波矢量特性、振幅以及相位特性的同時，有效地消除縱橫波之間串擾造成的偏移假象，提高了成像的精度，可應(yīng)用到各種復(fù)雜介質(zhì)模型的多分量地震資料偏移中，且成像剖面明確，便于后期地質(zhì)解譯。
【專利說明】
一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于地球物理勘探領(lǐng)域，涉及多分量地震資料疊前偏移成像處理，特別涉 及一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過去的幾十年中，油氣勘探中絕大多數(shù)以縱波勘探方法為主，該方法是基于聲 學(xué)介質(zhì)假設(shè)的，它認為地下介質(zhì)中只存在縱波。然而，隨著油氣勘探的深入發(fā)展，勘探的目 標日趨復(fù)雜，這種基于聲波方程的單分量地震數(shù)據(jù)處理方法越來越顯得有些能力不足，尤 其對于復(fù)雜構(gòu)造成像。因為，地下介質(zhì)中傳播的波場不僅有縱波，而且還有橫波以及轉(zhuǎn)換波 等波型，也就是說地震波場是彈性波場。多分量地震資料自然地包含了縱波，橫波以及轉(zhuǎn)換 波等波型，與單一的縱波相比，縱橫波之間的耦合可以更好的保持地震波場的運動學(xué)（走 時、路徑等)和動力學(xué)(波形、振幅、頻率、相位、偏振特性等)特性。此外，由于橫波的存在，使 得多分量地震資料可以更有效地識別亮點反射，更好的進行儲層流體識別、裂縫分布估計、 各向異性分析等。因此針對多分量地震資料，發(fā)展基于彈性介質(zhì)假設(shè)的偏移成像方法成為 今后偏移成像的研究重點。
[0003] 眾所周知，疊前深度偏移已經(jīng)成為當前油氣勘探業(yè)界的主流方法，根據(jù)偏移過程 中所用波場延拓算子的不同，目前已有的多分量地震資料疊前深度偏移成像方法可以分為 三類。一是射線類偏移方法，如Kirchhoff偏移和束偏移等;二是單程波類偏移方法，如彈性 屏法等;三是基于雙程波動方程的逆時偏移方法。對于復(fù)雜構(gòu)造來講，逆時偏移是精度最 高，算法最穩(wěn)健的一種。對于多分量地震資料逆時偏移，其實現(xiàn)方式有多種，可以概括為兩 類:一是基于聲波方程，如將多分量地震資料分離成縱波資料和橫波資料，對每一種資料都 采用傳統(tǒng)的聲波逆時偏移進行成像。二是基于彈性波方程，如直接對多分量資料進行笛卡 爾分量成像，或利用波場的矢量勢和標量勢進行成像等。對基于聲波方程的多分量地震資 料偏移方法而言，該實現(xiàn)方式忽略了多分量數(shù)據(jù)的矢量特性，造成地下介質(zhì)屬性信息被忽 略，這必然帶來成像誤差。此外，對多分量地震資料進行的縱橫波分離往往不是完美的，這 種不徹底的分離也必然會造成偏移剖面中出現(xiàn)串擾假象。對基于彈性波方程的多分量地震 資料偏移方法而言，縱橫波之間的串擾，橫波極性反轉(zhuǎn)等問題，在不同程度和方面影響著偏 移的精度。除此之外，在逆時偏移中所采用的波場延拓算子存在誤差，它并非波場正向延拓 算子的精確逆，而是利用波場正向延拓算子的伴隨算子來替代的。再加上，實際地震資料是 不完整的，采集孔徑有限，而且資料中存在假頻、噪音等，綜合這些因素，使得逆時偏移剖面 存在采集腳印、分辨率低、振幅不均衡、假象嚴重等問題。因此，基于常規(guī)的彈性波逆時偏移 方法無法很好的實現(xiàn)對多分量地震資料的高精度、高分辨率、搞信噪比、保幅成像。為此，必 須建立一套新的基于彈性波方程的、以"高精度、高分辨率、高信噪比、保幅"為特點的多分 量地震資料逆時偏移成像方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種基于彈性波方程的、 以"高精度、高分辨率、高信噪比、保幅"為特點的多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方 法及系統(tǒng)。
[0005] 為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供的一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方 法，包括以下步驟：
[0006] (a):讀取預(yù)設(shè)參數(shù)、給定的背景模型及觀測的多炮多分量地震記錄D=(Dx，D y， Dz)，確定進行偏移成像的所有多分量地震記錄；
[0007] (b):針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置震源子波，基于各向同性介質(zhì)縱橫波 分解的彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的每 一個時刻的震源波場，該震源波場包含矢量縱波震源波場;從而獲得每一炮對應(yīng)的震源波 場；
[0008] (c):針對每一炮，首先對與該炮對應(yīng)的觀測的多分量地震記錄進行預(yù)處理，之后 同樣基于各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程，對該炮的經(jīng)過預(yù)處理的多分量地震記錄
>進行波場逆時延拓，獲得該炮的每一個時刻的檢波點波場，該檢波點波場 包含矢量縱波檢波點波場和矢量橫波檢波點波場;在相同的時刻，對于該炮的震源波場以 及檢波點波場應(yīng)用成像條件，獲得該炮的單炮偏移剖面;進而獲得每一炮對應(yīng)的單炮偏移 剖面;將所有炮的單炮偏移剖面進行疊加，獲得初始偏移剖面，也即第0次迭代的偏移剖面
[0009] 所述的進行預(yù)處理具體為：
[0010]⑴ V V *
V.
[0011] 其中，t表示波的傳播時間；
[0012] (d):針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置震源子波，基于各向同性介質(zhì)縱橫波 耦合的彈性波方程，利用(a)中給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的背 景波場;利用（c)中所述的初始偏移剖面1〇、所述的該炮的背景波場以及(a)中給定的背景 模型，構(gòu)建該炮的虛擬震源;基于帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波耦合的彈性波 方程，利用給定的背景模型對該炮點進行波正向延拓，獲得該炮的反偏移波場，對該炮的反 偏移波場進行記錄采樣，獲得該炮的多分量反偏移記錄;進而獲得每一炮對應(yīng)的多分量反 偏移記錄，所有炮的多分量反偏移記錄構(gòu)成了初始多分量反偏移記錄，也即第0次迭代的多 分量反偏移記錄峋此時，設(shè)置當前的迭代次數(shù)為i = 〇;
[0013] (e):設(shè)置當前的迭代次數(shù)i = i + l，基于第i-1次迭代所得到的所述偏移剖面 & = 和第i-Ι次迭代所得到的所述多分量反偏移記錄t ，進行反 演迭代；
[0014] 在第i次迭代中，針對每一炮，利用第i-Ι次迭代所得到的該炮的多分量反偏移記 錄dH和與該炮對應(yīng)的觀測的多分量地震記錄計算該炮的多分量殘差記錄，進而獲得所有 炮對應(yīng)的多分量殘差記錄
[0015] 所述的利用第i-1次迭代所得到的該炮的多分量反偏移記錄cU-jP與該炮對應(yīng)的 觀測的多分量地震記錄計算該炮的多分量殘差記錄具體為：
[0016]
(2)
[0017] (f):針對每一炮，首先對該炮的多分量殘差記錄進行預(yù)處理，之后同樣基于各向同性 介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程，對經(jīng)過預(yù)處理的多分量殘差記錄
進行波場逆時延拓獲得該炮的每一個時刻的檢波點波場，該檢波點波場包含矢量縱波檢波 點波場和矢量橫波檢波點波場;在相同的時刻，對于該炮的檢波點波場以及該炮的由步驟 (b)得到的震源波場應(yīng)用所述成像條件，獲得該炮的單炮梯度剖面;進而獲得每一炮對應(yīng)的 單炮梯度剖面;將所有炮的單炮梯度剖面進行疊加，獲得本次迭代的梯度剖面，也即第i次 迭代的梯度剖面孓
[0018] 所述的對該炮的所述多分量殘差記錄進行預(yù)處理具體為：
[0019]
(3；)
[0020] (g):利用最優(yōu)化反演算法，構(gòu)建第i次迭代的下降方向剖面i:.
[0021] (h):針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置震源子波，同樣基于各向同性介質(zhì)縱 橫波耦合的彈性波方程，利用(a)中給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮 的背景波場;利用步驟(g)中所獲得的第i次迭代的下降方向剖面^、該炮的背景波場以及 給定的背景模型，構(gòu)建該炮的虛擬震源;基于帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波親 合的彈性波方程，利用給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的反偏移波 場，對該炮的反偏移波場進行記錄采樣，獲得該炮的多分量擾動反偏移記錄;進而獲得每一 炮對應(yīng)的多分量擾動反偏移記錄，所有炮的多分量擾動反偏移記錄構(gòu)成了第i次迭代的多 分量擾動反偏移記錄A/, = 再利用步長公式計算本次迭代的優(yōu)化步長αι;
[0022] 所述的步長公式為
[0023]
[0024] 所述方程(4)中，求和變量k包含笛卡爾坐標的x，y和ζ三個方向；xs表示震源點位 置，Χι·表示檢波點位置；
[0025] (i):利用步驟(h)得到的優(yōu)化步長〇1及步驟(g)得到的下降方向剖面Γι，更新第i次 迭代的偏移剖面利用優(yōu)化步長及步驟(h)得到的多分量擾動反偏移記錄ScU， 更新第i次迭代的多分量反偏移記錄di = di-i+ai5di;
[0026] 所述更新第i次迭代的所述偏移剖面^ = 具體為：
[0027](5)
[0028] 所述更新第
i次迭代的所述多分量反偏移記錄cUick-i+ajcU具體為：
[0029]
(6)
[0030] (j):第i次迭代完后，計算第i次迭代的目標泛函值h，判斷當前迭代是否滿足收 斂標準，如果滿足則輸出最新的偏移剖面為最終的偏移剖面1 = (11)1)，11");否則重復(fù)步驟 (e)至（i)，直至獲得最終偏移剖面；
[0031 ] 所沭計筧第i次佚代的目標抒函倌fi具體為：
[0032](7? \ v * -
? ' 入/
[0033]所述方程（7)中，求和變量k包含笛卡爾坐標的x，y和z三個方向；Xs表示震源點位 置，Xr表示檢波點位置；
[0034]所述的收斂標準具體為：
[0035]
(8)
[0036] 所述方程(8)中，theshold表示迭代停止的閾值標準，通常選取0.00001為最佳。
[0037]本發(fā)明實施采用的技術(shù)方案還包括:在步驟(b)，步驟(c)和步驟(f)中所述的各向 同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程為：
[0038]
[0039] 所述方程(9)中，VP = (VXP，VyP，VZP)τ表示矢量縱波速度波場;V s = (Vxs，Vys，Vzs )? 不矢直橫波速度波場;V = Vp+Vs = ( Vx，Vy，Vz "表不矢直速度波場；G = ( Οχχ，Gyy，，〇xy，Oyz， σζχ)τ表示矢量應(yīng)力波場;λ和μ表示介質(zhì)拉梅常數(shù);p表示介質(zhì)密度;t表示時間；x，y和z分別 表示笛卡爾坐標的x，y和z三個方向。
[0040] 本發(fā)明實施采用的技術(shù)方案還包括:在步驟(d)和步驟(h)中所述的各向同性介質(zhì) 縱橫波耦合的彈性波方程為：
[0041]
[0042] 本發(fā)明實施采用的技術(shù)方案還包括:步驟(c)和步驟(f)中所述成像條件為：
[0043]
[0044] 所述方程(11沖，在步驟(c沖，儼=邱，= %;在步驟(f沖，gf; %，gf =
[0045] 所述方程（11)中，表示震源波場中的矢量縱波速度波場， < =表示檢波點波場中的矢量縱波速度波場，C = f表示檢波點 波場中的矢量橫波速度波場。
[0046] 本發(fā)明實施采用的技術(shù)方案還包括:在步驟(d)和步驟(h)中所述基于帶有所述虛 擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波耦合的彈性波方程，利用給定的背景模型對該炮點進行波正 向延拓，獲得該炮的矢量反偏移波場，其特征在于此處的帶有所述虛擬震源的各向同性介 質(zhì)縱橫波耦合的彈性波方程可表示為：
[0047]
[0048] 所述方程(12)中，虛擬震源矢量F = (Fxx，F(xiàn)yy，F(xiàn)zz，F(xiàn)xy，F(xiàn)yz，F(xiàn) zx)τ可以表示為：
[0049]
[0050] 所述方程（12)中，5￥=0￥^￥^1)7表示反偏移矢量速度波場4〇=0(^>^^ 〇ζζ, δσΧγ, 5oyz, δσζχ)表不反偏移矢里_應(yīng)力波場；
[0051 ]所述方程（13)中，在步驟（d)中，,=ΑΓ，《% _= ΑΓ ;在步驟(h)中，mi = ripp，m2 = rips〇
[0052]本發(fā)明還提供一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像系統(tǒng)，包括初始化模 塊、震源波場計算模塊、初始偏移剖面計算模塊、初始多分量反偏移記錄計算模塊和反演迭 代模塊；
[0053]所述初始化模塊用于讀取預(yù)設(shè)參數(shù)、給定的背景模型及觀測的多分量地震記錄， 確定進行偏移成像的所有多分量地震記錄；
[0054]所述震源波場計算模塊用于利用各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程進行波 場正向延拓獲得每一炮對應(yīng)的每一個時刻的震源波場；
[0055] 所述初始偏移剖面計算模擬用于計算所有炮的疊加偏移剖面，具體為針對每一 炮，首先對所述該炮的觀測的多分量地震記錄進行預(yù)處理，之后基于所述各向同性介質(zhì)縱 橫波分解的彈性波方程，對經(jīng)過所述預(yù)處理的該炮的多分量地震記錄進行波場逆時延拓， 獲得該炮的每一個時刻的檢波點波場，該檢波點波場包含矢量縱波檢波點波場和矢量橫波 檢波點波場;在相同的時刻，對于所述該炮的震源波場以及所述該炮的檢波點波場應(yīng)用成 像條件，獲得該炮的單炮偏移剖面;對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述單炮偏移 剖面;將所有炮的所述單炮偏移剖面進行疊加，獲得初始偏移剖面；
[0056] 所述初始多分量反偏移記錄計算模塊用于計算所有炮的多分量反偏移記錄，具體 為:針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置所述震源子波，基于各向同性介質(zhì)縱橫波耦合的 彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的背景波場； 利用所述初始偏移剖面、所述的該炮的背景波場以及所述給定的背景模型，構(gòu)建該炮的虛 擬震源;基于帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波耦合的彈性波方程，利用所述給定 的背景模型對該炮點進行波正向延拓，獲得該炮的反偏移波場，對該所述炮的反偏移波場 進行記錄采樣，獲得該炮的多分量反偏移記錄;對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所 述多分量反偏移記錄，所有炮的所述多分量反偏移記錄構(gòu)成了初始多分量反偏移記錄； [0057]所述反演迭代模塊是用于利用最優(yōu)化反演算法對偏移剖面進行更新，獲得最終的 偏移剖面；
[0058] 本發(fā)明實施采用的技術(shù)方案還包括:所述反演迭代模塊包括多分量殘差記錄計算 單元、梯度剖面計算單元、下降方向剖面計算單元、擾動多分量反偏移記錄計算單元、步長 計算單元、偏移剖面及多分量反偏移記錄更新計算單元、收斂條件判斷單元：
[0059] 所述分量殘差記錄計算單元用于利用多分量反偏移記錄和觀測的多分量地震記 錄計算多分量殘差記錄，具體為，設(shè)置當前迭代次數(shù)，針對每一炮，利用前一次迭代所得到 的該炮的所述多分量反偏移記錄和該炮的所述觀測的多分量地震記錄計算該炮的多分量 殘差記錄，對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述多分量殘差記錄；
[0060] 所述梯度剖面計算單元用于計算本次迭代的梯度剖面，具體為，針對每一炮，首先 對所述該炮的多分量殘差記錄進行預(yù)處理，之后基于所述各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性 波方程，對經(jīng)過所述預(yù)處理的該炮的多分量殘差記錄進行波場逆時延拓獲得該炮的每一個 時刻的檢波點波場，該檢波點波場包含矢量縱波檢波點波場和矢量橫波檢波點波場;在相 同的時刻，對于所述該炮的震源波場以及所述該炮的檢波點波場應(yīng)用所述成像條件，獲得 該炮的單炮梯度剖面;對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述單炮梯度剖面;將所有 炮的所述單炮梯度剖面進行疊加，獲得本次迭代的梯度剖面；
[0061] 所述下降方向剖面計算單元用于利用最優(yōu)化反演算法，構(gòu)建本次迭代的下降方向 剖面；
[0062] 所述擾動多分量反偏移記錄計算單元用于計算每一炮對應(yīng)的擾動多分量反偏移 記錄，具體為，針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置所述震源子波，基于所述各向同性介 質(zhì)縱橫波耦合的彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得 該炮的背景波場;利用獲得的本次迭代的所述下降方向剖面、所述的該炮的背景波場以及 所述給定的背景模型，構(gòu)建該炮的虛擬震源;基于所述帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì) 縱橫波耦合的彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該 炮的反偏移波場，對該炮的所述反偏移波場進行記錄采樣，獲得該炮的多分量擾動反偏移 記錄;對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述多分量擾動反偏移記錄，所有炮的所述 多分量擾動反偏移記錄構(gòu)成了本次迭代的多分量擾動反偏移記錄；
[0063] 所述步長計算單元用于利用步長公式計算本次迭代的優(yōu)化步長；
[0064] 所述偏移剖面及多分量反偏移記錄更新計算單元用于更新所述偏移剖面和所述 多分量反偏移記錄，具體為，利用所述優(yōu)化步長、前一次迭代所得所述偏移剖面以及本次迭 代所得的所述下降方向剖面更新所述偏移剖面;利用所述優(yōu)化步長、前一次迭代所得所述 多分量反偏移記錄以及本次迭代所得的所述多分量擾動反偏移記錄更新所述多分量反偏 移記錄；
[0065] 利用所述優(yōu)化步長及下降方向剖面，更新本次迭代的偏移剖面;利用所述優(yōu)化步 長及所述多分量擾動反偏移記錄，更新本次迭代的多分量反偏移記錄；
[0066] 所述收斂條件判斷單元用于判斷本次迭代是否滿足收斂停止標準，具體為，計算 本次迭代的目標泛函值，判斷本次迭代是否滿足收斂標準，如果滿足則輸出最新的所述偏 移剖面為最終的偏移剖面;否則重復(fù)此反演模塊，直至獲得所述最終偏移剖面。
[0067] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1)本發(fā)明將反演的思想引入彈 性波逆時偏移中，與常規(guī)彈性波逆時偏移相比，本發(fā)明可以獲得高精度、高分辨率、高信噪 比、振幅保真的偏移剖面;2)本發(fā)明所用成像條件自然地校正了橫波極性，無需極性反轉(zhuǎn)校 正運算便可有效克服橫波極性反轉(zhuǎn)造成的偏移剖面相消干涉;3)本發(fā)明采用的成像方式， 無需額外的縱橫波分離運算，而且完整地保持了縱橫波的矢量特性、振幅以及相位特性，有 效地消除了縱橫波之間串擾造成的偏移假象，極大地提高了成像的精度;4)本發(fā)明所得成 像剖面物理意義非常明確，便于后期地質(zhì)解譯;5)本發(fā)明可以廣泛用于油氣勘探領(lǐng)域中，特 別是對于復(fù)雜構(gòu)造深部的成像效果更加明顯。
【附圖說明】
[0068] 圖1是本發(fā)明提供的多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法流程示意圖；
[0069] 圖2是本發(fā)明提供的二維陡傾角斷層模型圖；其中，圖2(a)是拉梅常數(shù)λ模型；圖2 (b)是拉梅常數(shù)μ的模型；
[0070] 圖3是圖2所示二維陡傾角斷層模型的多炮疊加偏移剖面:其中，圖3(a)是利用傳 統(tǒng)方法所得的水平分量剖面，圖3(b)是利用傳統(tǒng)方法所得的垂直分量剖面，圖3(c)是利用 傳統(tǒng)方法所得的ΡΡ剖面，圖3(d)是利用傳統(tǒng)方法所得的PS剖面，圖3(e)是利用本發(fā)明方法 所得的初始ΡΡ剖面，圖3(f)是利用本發(fā)明方法所得的初始PS剖面；
[0071] 圖4是圖2所示二維陡傾角斷層模型的多炮疊加偏移剖面:其中，圖4(a)是利用本 發(fā)明方法所得的ΡΡ剖面;圖4(b)是利用本發(fā)明方法所得的PS剖面；
[0072] 圖5是本發(fā)明提供的切除直達波后的單炮地震記錄:其中，圖5(a)是觀測記錄水平 分量；圖5(b)是觀測記錄垂直分量；圖5(c)是利用本發(fā)明方法所得的反偏移記錄水平分量； 圖5(d)是利用本發(fā)明方法所得的反偏移記錄垂直分量；
[0073]圖6是本發(fā)明提供的Marmousi-ii模型：其中，圖6(a)是拉梅常數(shù)λ模型；圖6(b)是 拉梅常數(shù)μ模型；
[0074]圖7是圖6所示Marmousi-ii模型的多炮疊加偏移剖面:其中，圖7(a)是利用傳統(tǒng)方 法所得的水平分量剖面；圖7(b)是利用傳統(tǒng)方法所得的垂直分量剖面；圖7(c)是利用傳統(tǒng) 方法所得的PP剖面；圖7(d)是利用傳統(tǒng)方法所得的PS剖面；圖7(e)是利用本發(fā)明方法所得 的PP剖面;圖7(f)是利用本發(fā)明方法所得的PS剖面；
[0075] 圖8是本發(fā)明提供的SEG/EAGE Salt模型:其中，圖8(a)是縱波速度模型；圖8(b)是 橫波速度模型；
[0076] 圖9是圖8所示SEG/EAGE Salt模型的多炮疊加偏移剖面:其中，圖9(a)是利用傳統(tǒng) 方法所得的PP剖面；圖9(b)是利用傳統(tǒng)方法所得的PS剖面(經(jīng)過極性反轉(zhuǎn)校正）；圖9(c)是 利用本發(fā)明方法所得的PP剖面;圖9(d)是利用本發(fā)明方法所得的PS剖面；
[0077] 圖10是本發(fā)明提供的多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0078] 為了是本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，一下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0079] 請參閱圖1，是本發(fā)明提供的多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法流程示 意圖。本發(fā)明實施例的多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法包括以下步驟：
[0080] 步驟S100:讀取預(yù)設(shè)參數(shù)、給定的背景模型及觀測的多炮多分量地震記錄D=(DX， Dy，D z)，確定進行偏移成像的所有多分量地震記錄；
[0081] 步驟S200:針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置震源子波，基于各向同性介質(zhì)縱 橫波分解的彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮 的每一個時刻的震源波場，該震源波場包含矢量縱波震源波場;對所有炮均執(zhí)行該操作， 獲得每一炮對應(yīng)的所述震源波場；
[0082] 所述的各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程為：
[0083]
[0084] 所述方程(9)中，VP = (VXP，VyP，VZP)τ表示矢量縱波速度波場;V s = (Vxs，Vys，Vzs )? 示矢量橫波速度波場;v= (Vx，Vy，Vz )1?示矢量速度波場;σ = (σχχ，σγγ，σζζ，σχγ，σγζ，。^"表示 矢量應(yīng)力波場;λ和μ表示介質(zhì)拉梅常數(shù);ρ表示介質(zhì)密度;t表示時間；χ，y和ζ分別表示笛卡 爾坐標的x，y和ζ三個方向；
[0085] 步驟S300:針對每一炮，首先對該炮的所述觀測的多分量地震記錄進行預(yù)處理，之 后基于所述各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程，對經(jīng)過所述預(yù)處理的該炮的多分量地 震記錄6 = 進行波場逆時延拓，獲得該炮的每一個時刻的檢波點波場，該檢波 點波場包含矢量縱波檢波點波場和矢量橫波檢波點波場;在相同的時刻，對于該炮的所述 震源波場以及該炮的所述檢波點波場應(yīng)用成像條件，獲得該炮的單炮偏移剖面;對所有炮 執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述單炮偏移剖面;將所有炮的所述單炮偏移剖面進行疊 加，獲得初始偏移剖面，也即第〇次迭代的偏移剖面i〇=fir，/rh
[0086] 所述的對該炮的所述觀測的多分量地震記錄進行預(yù)處理具體為：
[0087]
(1)
[0088]其中，t表示波的傳播時間；
[0089]所述成像條件為：
[0090]
[0091] 所述方程(11)中，偏移剖面具體為
[0092] 所述方程（11)中，表示震源波場中的矢量縱波速度波場， 表示檢波點波場中的矢量縱波速度波場，C 表示檢波點 波場中的矢量橫波速度波場；
[0093] 步驟S400:針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置所述震源子波，基于各向同性介 質(zhì)縱橫波耦合的彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得 該炮的背景波場;利用步驟S100中所述的初始偏移剖面1〇、所述的該炮的背景波場以及所 述給定的背景模型，構(gòu)建該炮的虛擬震源;基于帶有虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波親合 的彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波正向延拓，獲得該炮的反偏移波 場，對該炮的所述反偏移波場進行記錄采樣，獲得該炮的多分量反偏移記錄;對所有炮執(zhí)行 該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述多分量反偏移記錄，所有炮的所述多分量反偏移記錄構(gòu)成 了初始多分量反偏移記錄，也即第〇次迭代的多分量反偏移記錄此時，設(shè)置 當前的迭代次數(shù)為i = 0;
[0094] 在步驟S400中所述的各向同性介質(zhì)縱橫波耦合的彈性波方程為：
[0095]
[0096] 在步驟S400中所述帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波耦合的彈性波方程 可表示為：
[0097]
[0098] 所述方程(12)中，虛擬震源矢量F = (Fxx，F(xiàn)yy，F(xiàn)zz，F(xiàn)xy，F(xiàn)yz，F(xiàn) zx)τ可以表示為：
[0099]
[0100] 所述方程（12)中，6￥=0￥^￥^￥2)7表示反偏移矢量速度波場4〇=0 〇)〇^(%^ 〇ζζ, δσΧγ, 5oyz, δσζχ)表不反偏移矢里_應(yīng)力波場；
[0101] 所述方程（13)中，叫= /r' ％ =
[0102] 步驟S500:設(shè)置當前的迭代次數(shù)i = i+l，基于第i-1次迭代所得到的所述偏移剖面 Ii 和第i_l次迭代所得到的所述多分量反偏移記錄今i ，進行反 演迭代；
[0103] 在第i次迭代中，針對每一炮，利用第i-Ι次迭代所得到的該炮的所述多分量反偏 移記錄cU-jP該炮的所述觀測的多分量地震記錄D計算該炮的多分量殘差記錄，對所有炮執(zhí) 行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述多分量殘差記錄
[0104] 所述的利用第i-1次迭代所得到的該炮的所述多分量反偏移記錄dH和該炮的所 述觀測的多分量地震記錄D計算該炮的多分量殘差記錄具體為：
[0105]
(2)
[0106] 步驟S600:針對每一炮，首先對該炮的所述多分量殘差記錄進行預(yù)處理，之后基于 所述各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程，對經(jīng)過所述預(yù)處理的該炮的多分量殘差記錄 進行波場逆時延拓獲得該炮的檢波點波場，該檢波點波場包含矢 量縱波檢波點波場和矢量橫波檢波點波場;在相同的時刻，對于該炮的所述震源波場以及 該炮的所述檢波點波場應(yīng)用所述成像條件，獲得該炮的單炮梯度剖面;對所有炮執(zhí)行該操 作，獲得每一炮對應(yīng)的所述單炮梯度剖面;將所有炮的所述單炮梯度剖面進行疊加，獲得本 次迭代的梯度剖面，也即第i次迭代的梯度剖面晃=
[0107] 所述的對該炮的所述多分量殘差記錄進行預(yù)處理具體為：
[0108]
(:3:>
[0109] 所述對于該炮的所述震源波場以及該炮的所述檢波點波場應(yīng)用所述成像條件，具 體為基于所述方程(11)，其中，=輯
[0110] 步驟S700:利用最優(yōu)化反演算法，構(gòu)建第i次迭代的下降方向剖面^=&，^嚴）；
[0111] 步驟S800:針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置所述震源子波，基于所述各向同 性介質(zhì)縱橫波耦合的彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓， 獲得該炮的背景波場;利用步驟S700中所獲得的第i次迭代的所述下降方向剖面 Γι、所述的 該炮的背景波場以及所述給定的背景模型，構(gòu)建該炮的虛擬震源;基于所述的各向同性介 質(zhì)縱橫波耦合的彈性波方程，利用所述給定的背景模型以及所述的該炮的虛擬震源對該炮 點進行波場正向延拓，獲得該炮的反偏移波場，對該炮的所述反偏移波場進行記錄采樣，獲 得該炮的多分量擾動反偏移記錄;對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述多分量擾 動反偏移記錄，所有炮的所述多分量擾動反偏移記錄構(gòu)成了第i次迭代的多分量擾動反偏 移記錄Λ/; 再利用步長公式計算本次迭代的優(yōu)化步長α1;
[0112] 所述利用步驟S700中所獲得的第i次迭代的所述下降方向剖面Γι、所述的該炮的 背景波場以及所述給定的背景模型，構(gòu)建該炮的虛擬震源，具體為基于所述方程（13)，其 中，mi = ripp，m2 = rips;
[0113] 所述的步長公式為
[0114]
[0115]所述方程(4)中，求和變量k包含笛卡爾坐標的x，y和z三個方向；Xs表示震源點位 置，Xr表示檢波點位置；
[0116] 步驟S900:利用步驟S800得到的所述優(yōu)化步長αι及步驟S700得到的所述下降方向 剖面η，更新第i次迭代的所述偏移剖面利用所述優(yōu)化步長及步驟S800得到 的所述多分量擾動反偏移記錄3di，更新第i次迭代的所述多分量反偏移記錄di = di-i+ai3 di；
[0117] 所述更新第i次迭代的所述偏移剖面= 具體為：
[0118]
(5)
[0119] 所述更新第i次迭代的所述多分量反偏移記錄cUid^+ajcU具體為：
[0120]
(6)
[0121]步驟S1000:第i次迭代完后，計算第i次迭代的目標泛函值h，判斷當前迭代是否 滿足收斂標準，如果滿足則輸出最新的所述偏移剖面為最終的偏移剖面I = (Ipp，Ips);否則 重復(fù)步驟S500至S1000,直至獲得所述最終偏移剖面；
[0122] 所述計算第i次迭代的目標泛函值h具體為：
[0123]
a)
[0124] 所述方程(7)中，求和變量k包含笛卡爾坐標的x，y和z三個方向；xs表示震源點位 置，Xr表示檢波點位置；
[0125] 所述的收斂標準具體為：
[0126]
(8)
[0127] 所述方程(8)中，theshold表示迭代停止的閾值標準，通常選取0.00001為最佳。
[0128] 本發(fā)明涉及一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法及系統(tǒng)，本發(fā)明是在 彈性波逆時偏移方法的基礎(chǔ)上進行了改進，特征是直接以多分量地震資料為輸入，在反演 的框架下，通過在偏移的不同步驟采用不同的波場延拓算子以及采用新的成像條件，從而 實現(xiàn)基于反演的彈性波逆時偏移。本發(fā)明將反演的思想引入彈性波逆時偏移中，與常規(guī)彈 性波逆時偏移相比，本發(fā)明可以獲得高精度、高分辨率、高信噪比、振幅保真的疊前深度偏 移剖面。本發(fā)明有效克服了橫波極性反轉(zhuǎn)造成的偏移剖面相消干涉，而且在完整地保持縱 橫波的矢量特性、振幅以及相位特性的同時，有效地消除了縱橫波之間串擾造成的偏移假 象，極大地提高了成像的精度。本發(fā)明可以應(yīng)用到各種復(fù)雜介質(zhì)模型的多分量地震資料偏 移中，它可以獲得模型不同參數(shù)的各自構(gòu)造，且成像剖面物理意義非常明確，便于后期地質(zhì) 解譯。
[0129] 相應(yīng)的，本發(fā)明提供一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像系統(tǒng)，如圖10所 示，該系統(tǒng)包括：
[0130]初始化模塊、震源波場計算模塊、初始偏移剖面計算模塊、初始多分量反偏移記錄 計算模塊和反演迭代模塊；
[0131]所述初始化模塊用于讀取預(yù)設(shè)參數(shù)、給定的背景模型及觀測的多炮多分量地震記 錄，確定進行偏移成像的所有多分量地震記錄；
[0132] 所述震源波場計算模塊用于利用各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程進行波 場正向延拓獲得每一炮對應(yīng)的每一個時刻的震源波場；
[0133] 所述初始偏移剖面計算模擬用于計算所有炮的疊加偏移剖面，具體為針對每一 炮，首先對所述該炮的觀測的多分量地震記錄進行預(yù)處理，之后基于所述各向同性介質(zhì)縱 橫波分解的彈性波方程，對經(jīng)過所述預(yù)處理的該炮的多分量地震記錄進行波場逆時延拓， 獲得該炮的每一個時刻的檢波點波場，該檢波點波場包含矢量縱波檢波點波場和矢量橫波 檢波點波場;在相同的時刻，對于所述該炮的震源波場以及所述該炮的檢波點波場應(yīng)用成 像條件，獲得該炮的單炮偏移剖面;對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述單炮偏移 剖面;將所有炮的所述單炮偏移剖面進行疊加，獲得初始偏移剖面；
[0134] 所述初始多分量反偏移記錄計算模塊用于計算所有炮的多分量反偏移記錄，具體 為:針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置所述震源子波，基于各向同性介質(zhì)縱橫波耦合的 彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的背景波場； 利用所述初始偏移剖面、所述的該炮的背景波場以及所述給定的背景模型，構(gòu)建該炮的虛 擬震源;基于帶有虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波耦合的彈性波方程，利用所述給定的背 景模型對該炮點進行波正向延拓，獲得該炮的反偏移波場，對該所述炮的反偏移波場進行 記錄采樣，獲得該炮的多分量反偏移記錄;對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述多 分量反偏移記錄，所有炮的所述多分量反偏移記錄構(gòu)成了初始多分量反偏移記錄；
[0135] 所述反演迭代模塊是用于利用最優(yōu)化反演算法對偏移剖面進行更新，獲得最終的 偏移剖面；
[0136] 本發(fā)明實施采用的技術(shù)方案還包括:所述反演迭代模塊包括多分量殘差記錄計算 單元、梯度剖面計算單元、下降方向剖面計算單元、擾動多分量反偏移記錄計算單元、步長 計算單元、偏移剖面及多分量反偏移記錄更新計算單元、收斂條件判斷單元：
[0137] 所述分量殘差記錄計算單元用于利用多分量反偏移記錄和觀測的多分量地震記 錄計算多分量殘差記錄，具體為，設(shè)置當前迭代次數(shù)，針對每一炮，利用前一次迭代所得到 的該炮的所述多分量反偏移記錄和該炮的所述觀測的多分量地震記錄計算該炮的多分量 殘差記錄，對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述多分量殘差記錄；
[0138] 所述梯度剖面計算單元用于計算本次迭代的梯度剖面，具體為，針對每一炮，首先 對所述該炮的多分量殘差記錄進行預(yù)處理，之后基于所述各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性 波方程，對經(jīng)過所述預(yù)處理的該炮的多分量殘差記錄進行波場逆時延拓獲得該炮的檢波點 波場，該檢波點波場包含矢量縱波檢波點波場和矢量橫波檢波點波場;在相同的時刻，對于 所述該炮的震源波場以及所述該炮的檢波點波場應(yīng)用所述成像條件，獲得該炮的單炮梯度 剖面;對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述單炮梯度剖面;將所有炮的所述單炮梯 度剖面進行疊加，獲得本次迭代的梯度剖面；
[0139] 所述下降方向剖面計算單元用于利用最優(yōu)化反演算法，構(gòu)建本次迭代的下降方向 剖面；
[0140] 所述擾動多分量反偏移記錄計算單元用于計算每一炮對應(yīng)的擾動多分量反偏移 記錄，具體為，針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置所述震源子波，基于所述各向同性介 質(zhì)縱橫波耦合的彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得 該炮的背景波場;利用獲得的本次迭代的所述下降方向剖面、所述的該炮的背景波場以及 所述給定的背景模型，構(gòu)建該炮的虛擬震源;基于所述帶有虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫 波耦合的彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的 反偏移波場，對該炮的所述反偏移波場進行記錄采樣，獲得該炮的多分量擾動反偏移記錄； 對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述多分量擾動反偏移記錄，所有炮的所述多分 量擾動反偏移記錄構(gòu)成了本次迭代的多分量擾動反偏移記錄；
[0141] 所述步長計算單元用于利用步長公式計算本次迭代的優(yōu)化步長；
[0142] 所述偏移剖面及多分量反偏移記錄更新計算單元用于更新所述偏移剖面和所述 多分量反偏移記錄，具體為，利用所述優(yōu)化步長、前一次迭代所得所述偏移剖面以及本次迭 代所得的所述下降方向剖面更新所述偏移剖面;利用所述優(yōu)化步長、前一次迭代所得所述 多分量反偏移記錄以及本次迭代所得的所述多分量擾動反偏移記錄更新所述多分量反偏 移記錄；
[0143] 利用所述優(yōu)化步長及下降方向剖面，更新本次迭代的偏移剖面;利用所述優(yōu)化步 長及所述多分量擾動反偏移記錄，更新本次迭代的多分量反偏移記錄；
[0144] 所述收斂條件判斷單元用于判斷本次迭代是否滿足收斂停止標準，具體為，計算 本次迭代的目標泛函值，判斷本次迭代是否滿足收斂標準，如果滿足則輸出最新的所述偏 移剖面為最終的偏移剖面;否則重復(fù)此反演模塊，直至獲得所述最終偏移剖面。
[0145] 為進一步說明本發(fā)明的可行性和有效性，下面舉三個實例：
[0146] 實例 1:
[0147] 圖2是二維陡傾角斷層模型圖；其中，圖2(a)是拉梅常數(shù)λ模型；圖2(b)是拉梅常數(shù) μ的模型。在此模型上設(shè)置49個爆炸震源，震源子波設(shè)定為雷克子波，主頻為15赫茲，起始震 源點的位于（150m，100m)處，炮間隔為100m。采用中間放炮兩邊接收觀測系統(tǒng)，單邊最大偏 移距2300m，最小偏移距為150m，道間距為10m。是圖3是圖2所示二維陡傾角斷層模型的多炮 疊加偏移剖面:其中，圖3(a)是利用傳統(tǒng)方法所得的水平分量剖面，圖3(b)是利用傳統(tǒng)方法 所得的垂直分量剖面，圖3(c)是利用傳統(tǒng)方法所得的PP剖面，圖3(d)是利用傳統(tǒng)方法所得 的PS剖面，圖3(e)是利用本發(fā)明方法所得的初始PP剖面，圖3(f)是利用本發(fā)明方法所得的 初始PS剖面。從圖3(a)和圖3(b)中可以看出，兩個剖面均存在比較明顯的縱橫波串擾噪聲， 且每個剖面均包含兩個模型參數(shù)的構(gòu)造，剖面的分辨率較低，振幅不均衡。從圖3(c)和圖3 (d)中可以看出，盡管兩個剖面縱橫波串擾假象被壓制，橫波極性反轉(zhuǎn)造成了PS剖面出現(xiàn)嚴 重的相消干涉，同時兩個剖面的分辨率和振幅均衡性較差，每個剖面均包含兩個模型參數(shù) 的構(gòu)造。從圖3(e)和圖3(f)中可以看出，本發(fā)明方法所得的初始剖面較好地壓制了縱橫波 之間的串擾假象，橫波極性反轉(zhuǎn)也被自動校正，PP剖面只包含拉梅常數(shù)λ的構(gòu)造，PS剖面只 包含拉梅常數(shù)μ的構(gòu)造，但是兩個剖面的分辨率比較低，振幅也不均衡，圖4是圖2所示二維 陡傾角斷層模型的多炮疊加偏移剖面:其中，圖4(a)是利用本發(fā)明方法所得的ΡΡ剖面；圖4 (b)是利用本發(fā)明方法所得的PS剖面。從圖4(a)和圖4(b)中可以看出，本發(fā)明方法所得的最 終剖面具有很高的精度、分辨率和信噪比，而且振幅是均衡性很好。對比圖3和圖4可以證 明，本發(fā)明方法能夠獲得高質(zhì)量的偏移剖面，同時也證明了本發(fā)明方法的可行性及有效性。 圖5是切除直達波后的單炮地震記錄:其中，圖5(a)是觀測記錄水平分量；圖5(b)是觀測記 錄垂直分量；圖5(c)是利用本發(fā)明方法所得的反偏移記錄水平分量；圖5(d)是利用本發(fā)明 方法所得的反偏移記錄垂直分量。從圖5中可以看出，本發(fā)明方法所得反偏移記錄與觀測記 錄匹配非常好，這間接地驗證了本發(fā)明方法的有效性。
[0148] 實例2:
[0149] 圖6是Marmousi-ii模型：其中，圖6(a)是拉梅常數(shù)λ模型；圖6(b)是拉梅常數(shù)μ模 型。該模型是驗證各種偏移方法成像效果的國際標準模型之一。在此模型上設(shè)置47個爆炸 震源，震源子波設(shè)定為雷克子波，主頻為15赫茲，起始震源點的位于（100m，100m)處，炮間隔 為200m。采用中間放炮兩邊接收觀測系統(tǒng)，單邊最大偏移距3500m，最小偏移距為100m，道間 距為10m。圖7是圖6所示Marmousi-ii模型的多炮疊加偏移剖面:其中，圖7(a)是利用傳統(tǒng)方 法所得的水平分量剖面；圖7(b)是利用傳統(tǒng)方法所得的垂直分量剖面；圖7(c)是利用傳統(tǒng) 方法所得的PP剖面；圖7(d)是利用傳統(tǒng)方法所得的PS剖面；圖7(e)是利用本發(fā)明方法所得 的PP剖面;圖7(f)是利用本發(fā)明方法所得的PS剖面。從圖7(a)和圖7(b)中可以看出，傳統(tǒng)的 笛卡爾分量成像條件不能壓制縱橫波之間的串擾，造成成像結(jié)果存在嚴重的串擾假象。從 圖7(c)和圖7(d)中可以看出，傳統(tǒng)方法所得的PP剖面和PS剖面在壓制縱橫波串擾方面相比 于傳統(tǒng)的笛卡爾分量成像條件要好，但縱橫波串擾假象并沒有被完全壓制，此外，橫波極性 反轉(zhuǎn)造成了 PS剖面存在嚴重的同相軸干涉相消，使得剖面質(zhì)量大幅度降低，嚴重影響后續(xù) 的解釋工作。由圖7也可以看出，兩種傳統(tǒng)方法的成像剖面振幅嚴重失衡，深部剖面相對振 幅并不保真。與其相比，本發(fā)明方法所得成像剖面可見圖7(e)和圖7(f)，從中可以看出，本 發(fā)明方法成像效果更好，縱橫波串擾幾乎被完全消除，橫波極性反轉(zhuǎn)自動得到校正，偏移剖 面的分辨率和精度更高，信噪比也更好，振幅均衡性更佳。
[0150] 實例3:
[0151] 圖8是SEG/EAGE Salt模型：其中，圖8(a)是縱波速度模型；圖8(b)是橫波速度模 型。該模型是驗證各種偏移方法成像效果的國際標準鹽丘模型之一。在此模型上設(shè)置39個 爆炸震源，震源子波設(shè)定為雷克子波，主頻為12赫茲，起始震源點的位于（170m，100m)處，炮 間隔為150m。采用中間放炮兩邊接收觀測系統(tǒng)，單邊最大偏移距4800m，最小偏移距為170m， 道間距為l〇m。圖9是圖8所示SEG/EAGE Salt模型的多炮疊加偏移剖面:其中，圖9(a)是利用 傳統(tǒng)方法所得的PP剖面；圖9(b)是利用傳統(tǒng)方法所得的PS剖面(經(jīng)過極性反轉(zhuǎn)校正）；圖9 (c)是利用本發(fā)明方法所得的PP剖面；圖9(d)是利用本發(fā)明方法所得的PS剖面。從圖9中可 以看出，本發(fā)明方法所得偏移剖面具有更高的分辨率、更好的信噪比、精度也更高，此外我 們也可以清晰地看出本發(fā)明方法所得剖面具有很高的振幅保真性。
[0152] 以上描述和實施例僅用于說明本發(fā)明，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等 同變化和改進，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法，其特征在于包括W下步驟： (曰）：讀取預(yù)設(shè)參數(shù)、給定的背景模型及觀測的多炮多分量地震記錄〇=(護，〇"，〇3)，確 定進行偏移成像的多分量地震記錄； (b):針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置震源子波，基于各向同性介質(zhì)縱橫波分解 的彈性波方程，利用上述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的每一個 時刻的震源波場，該震源波場包含矢量縱波震源波場，從而獲得每一炮對應(yīng)的震源波場； (C):針對每一炮，首先對與該炮對應(yīng)的觀測的多分量地震記錄進行預(yù)處理，之后同樣 基于各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程，對該炮的經(jīng)過預(yù)處理的多分量地震記錄 i = 進行波場逆時延拓，獲得該炮的每一個時刻的檢波點波場，該檢波點波場 包含矢量縱波檢波點波場和矢量橫波檢波點波場;在相同的時刻，對于該炮的震源波場W 及檢波點波場應(yīng)用成像條件，獲得該炮的單炮偏移剖面;進而獲得每一炮對應(yīng)的單炮偏移 剖面;將所有炮的單炮偏移剖面進行疊加，獲得初始偏移剖面，也即第0次迭代的偏移剖面所述的預(yù)處理具體為：U ) 其中，t表不波的傳播時間； (d) :針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置震源子波，基于各向同性介質(zhì)縱橫波禪合 的彈性波方程。利用(a)中給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的背景波 場;利用(C)中所述的初始偏移剖面1〇、所述的該炮的背景波場W及(a)中給定的背景模型， 構(gòu)建該炮的虛擬震源;基于帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波禪合的彈性波方程， 利用給定的背景模型對該炮點進行波正向延拓，獲得該炮的反偏移波場，對該炮的反偏移 波場進行記錄采樣，獲得該炮的多分量反偏移記錄;進而獲得每一炮對應(yīng)的多分量反偏移 記錄，所有炮的多分量反偏移記錄構(gòu)成了初始多分量反偏移記錄，也即第0次迭代的多分量 反偏移記錄兩《，斯，而);此時，設(shè)置當前的迭代次數(shù)為i = 〇; (e) :設(shè)置當前的迭代次數(shù)i = i + l，基于第i-1次迭代所得到的所述偏移剖面和第i-1次迭代所得到的所述多分量反偏移記f進行反 演迭代； 在第i次迭代中，針對每一炮，利用第i-1次迭代所得到的該炮的多分量反偏移記錄di-l 和與該炮對應(yīng)的觀測的多分量地震記錄計算該炮的多分量殘差記錄，進而獲得所有炮的多 分量殘差記錄所述的利用第i-1次迭代所得到的該炮的多分量反偏移記錄di-1和與該炮對應(yīng)的觀測 的多分量地震記錄計算該炮的多分量殘差記錄具體為：(2) (f):針對每一炮，首先對該炮的多分量殘差記錄進行預(yù)處理，之后同樣基于各向同性 介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程，對經(jīng)過預(yù)處理的多分量殘差記錄Δ式__ι=(Δ屯,，Δ每;ι，Δ屯I) 進行波場逆時延拓獲得該炮的每一個時刻的檢波點波場，該檢波點波場包含矢量縱波檢波 點波場和矢量橫波檢波點波場;在相同的時刻，對于該炮的檢波點波場W及該炮的由步驟 (b)得到的震源波場應(yīng)用所述成像條件，獲得該炮的單炮梯度剖面;進而獲得每一炮對應(yīng)的 單炮梯度剖面;將所有炮的單炮梯度剖面進行疊加，獲得本次迭代的梯度剖面，也即第i次 迭代的梯度剖面 所述的對該炮的多分量殘差記錄進行預(yù)處理具體為：(63:) (邑）：利用最優(yōu)化反演算法，構(gòu)建第欲迭代的下降方向剖面/;=^片^;嚴'): 化）：針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置震源子波，同樣基于各向同性介質(zhì)縱橫波 禪合的彈性波方程，利用(a)中給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的背 景波場;利用步驟(g)中所獲得的第i次迭代的下降方向剖面ri、該炮的背景波場W及給定 的背景模型，構(gòu)建該炮的虛擬震源;基于帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波禪合的 彈性波方程，利用給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的反偏移波場，對 該炮的反偏移波場進行記錄采樣，獲得該炮的多分量擾動反偏移記錄;進而獲得每一炮對 應(yīng)的多分量擾動反偏移記錄，所有炮的多分量擾動反偏移記錄構(gòu)成了第i次迭代的多分量 擾動反偏移記錄乂 半;I :再利用步長公式計算本次迭代的優(yōu)化步長曰1; 所述的步長公式為所述方程(4)中，求和變量k包含笛卡爾坐標的x，y和ζΞ個方向；Xs表示震源點位置，xr 表示檢波點位置； (i):利用步驟化)得到的優(yōu)化步長及步驟(g)得到的下降方向剖面ri，更新第i次迭代 的偏移剖面= 利用優(yōu)化步長及步驟化)得到的多分量擾動反偏移記錄Sdi，更新 第i次迭代的多分量反偏移記錄di = di-i+aiSdi; 所述更新第i次迭代的偏移剖面Ii = Ii-1+Oiri具體為：(5) 所述更新第i次迭代的多分量反偏移記錄di = di-i+aiSdi具體為：(j):第i次迭代完后，計算第i次迭代的目標泛函值判斷當前迭代是否滿足收斂標 準，如果滿足則輸出最新的偏移剖面為最終的偏移剖面I = (lPP，ps);否則重復(fù)步驟(e)至 (i)，直至獲得最終偏移剖面； 所述計算第i次迭代的目標泛函值fi具體為：Π ) 所述方程(7)中，求和變量k包含笛卡爾坐標的x，y和ζΞ個方向；xs表示震源點位置，xr 表示檢波點位置； 所述的收斂標準具體為：(8； 所述方程(8)中，the sho Id表示迭代停止的闊值標準，通常選取0.00001。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法，其特征在 于步驟化），步驟(C)和步驟(f)中所述的各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程為：所述方程(9 )中，Vp = ( Vxp，Vyp，Vzp )嗦示矢量縱波速度波場;Vs = ( Vxs，Vys，Vzs )嗦示矢量 橫波速度波場;V = Vp+Vs = ( Vx，Vy，Vz )Τ表示矢量速度波場；σ = ( Οχχ，Oyy，〇zz，〇xy，Oyz，〇ζχ)Τ表 示矢量應(yīng)力波場;λ和μ表示介質(zhì)拉梅常數(shù);p表示介質(zhì)密度;t表示時間；X，y和z分別表示笛 卡爾坐標的x，y和ζΞ個方向。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法，其特征 在于步驟(d)和步驟化)中所述的各向同性介質(zhì)縱橫波禪合的彈性波方程為：4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法，其 特征在于步驟(C)和步驟(f)中所述成像條件為：所述方程（11)中，在步驟(C)中，部=聽，皆=?2巧步驟(f)中，妒=W,，妒=m,; 所述方程（11)中，F(xiàn)/=(Ki，吃，表示震源波場中的矢量縱波速度波場， 咚=(?，嘆，吟?表示檢波點波場中的矢量縱波速度波場，K*=(c:，cr表示檢波點 波場中的矢量橫波速度波場。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法， 其特征在于步驟(d)和步驟化）中所述基于帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波禪合 的彈性波方程，利用給定的背景模型對該炮點進行波正向延拓，獲得該炮的矢量反偏移波 場，此處的帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波禪合的彈性波方程表示為：所述方程（12)中，δν = (SVx, SVy, SVz)T表示反偏移矢量速度波場;δσ = (δοχχ，Soyy，δοζζ，δ 〇xy，δογζ，δ〇ζχ)τ表示反偏移矢量應(yīng)力波場； 所述方程（13)中，在步驟(d)中，腳1二解，"?2 ;在步驟化）中，mi = ；TiPP，m2 = :riPs。6.-種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像系統(tǒng)，其特征在于包括初始化模塊、震 源波場計算模塊、初始偏移剖面計算模塊、初始多分量反偏移記錄計算模塊和反演迭代模 塊； 所述初始化模塊用于讀取預(yù)設(shè)參數(shù)、給定的背景模型及觀測的多炮多分量地震記錄， 確定進行偏移成像的所有多分量地震記錄； 所述震源波場計算模塊用于利用各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方程進行波場正 向延拓獲得每一炮對應(yīng)的每一個時刻的震源波場； 所述初始偏移剖面計算模擬用于計算所有炮的疊加偏移剖面，具體為針對每一炮，首 先對所述該炮的觀測的多分量地震記錄進行預(yù)處理，之后基于所述各向同性介質(zhì)縱橫波分 解的彈性波方程，對經(jīng)過所述預(yù)處理的該炮的多分量地震記錄進行波場逆時延拓，獲得該 炮的每一個時刻的檢波點波場，該檢波點波場包含矢量縱波檢波點波場和矢量橫波檢波點 波場;在相同的時刻，對于所述該炮的震源波場W及所述該炮的檢波點波場應(yīng)用成像條件， 獲得該炮的單炮偏移剖面;對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述單炮偏移剖面;將 所有炮的所述單炮偏移剖面進行疊加，獲得初始偏移剖面； 所述初始多分量反偏移記錄計算模塊用于計算所有炮的多分量反偏移記錄，具體為： 針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置所述震源子波，基于各向同性介質(zhì)縱橫波禪合的彈 性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的背景波場;利 用所述初始偏移剖面、所述的該炮的背景波場W及所述給定的背景模型，構(gòu)建該炮的虛擬 震源;基于帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫波禪合的彈性波方程，利用所述給定的 背景模型對該炮點進行波正向延拓，獲得該炮的反偏移波場，對該所述炮的反偏移波場進 行記錄采樣，獲得該炮的多分量反偏移記錄;對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述 多分量反偏移記錄，所有炮的所述多分量反偏移記錄構(gòu)成了初始多分量反偏移記錄； 所述反演迭代模塊是用于利用最優(yōu)化反演算法對偏移剖面進行更新，獲得最終的偏移 剖面。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像系統(tǒng)，其特征在 于:所述反演迭代模塊包括多分量殘差記錄計算單元、梯度剖面計算單元、下降方向剖面計 算單元、擾動多分量反偏移記錄計算單元、步長計算單元、偏移剖面及多分量反偏移記錄更 新計算單元、收斂條件判斷單元： 所述分量殘差記錄計算單元用于利用多分量反偏移記錄和觀測的多分量地震記錄計 算多分量殘差記錄，具體為，設(shè)置當前迭代次數(shù)，針對每一炮，利用前一次迭代所得到的該 炮的所述多分量反偏移記錄和該炮的所述觀測的多分量地震記錄計算該炮的多分量殘差 記錄，對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述多分量殘差記錄； 所述梯度剖面計算單元用于計算本次迭代的梯度剖面，具體為，針對每一炮，首先對所 述該炮的多分量殘差記錄進行預(yù)處理，之后基于所述各向同性介質(zhì)縱橫波分解的彈性波方 程，對經(jīng)過所述預(yù)處理的該炮的多分量殘差記錄進行波場逆時延拓獲得該炮的檢波點波 場，該檢波點波場包含矢量縱波檢波點波場和矢量橫波檢波點波場;在相同的時刻，對于 所述該炮的震源波場W及所述該炮的檢波點波場應(yīng)用所述成像條件，獲得該炮的單炮梯度 剖面;對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述單炮梯度剖面;將所有炮的所述單炮梯 度剖面進行疊加，獲得本次迭代的梯度剖面； 所述下降方向剖面計算單元用于利用最優(yōu)化反演算法，構(gòu)建本次迭代的下降方向剖 面； 所述擾動多分量反偏移記錄計算單元用于計算每一炮對應(yīng)的擾動多分量反偏移記錄， 具體為，針對每一炮，在該炮對應(yīng)炮點位置設(shè)置所述震源子波，基于所述各向同性介質(zhì)縱橫 波禪合的彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的 背景波場;利用獲得的本次迭代的所述下降方向剖面、所述的該炮的背景波場W及所述給 定的背景模型，構(gòu)建該炮的虛擬震源;基于所述的帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)縱橫 波禪合的彈性波方程，利用所述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的 反偏移波場，對該炮的所述反偏移波場進行記錄采樣，獲得該炮的多分量擾動反偏移記錄； 對所有炮執(zhí)行該操作，獲得每一炮對應(yīng)的所述多分量擾動反偏移記錄，所有炮的所述多分 量擾動反偏移記錄構(gòu)成了本次迭代的多分量擾動反偏移記錄； 所述步長計算單元用于利用步長公式計算本次迭代的優(yōu)化步長； 所述偏移剖面及多分量反偏移記錄更新計算單元用于更新所述偏移剖面和所述多分 量反偏移記錄，具體為，利用所述優(yōu)化步長、前一次迭代所得所述偏移剖面W及本次迭代所 得的所述下降方向剖面更新所述偏移剖面;利用所述優(yōu)化步長、前一次迭代所得所述多分 量反偏移記錄W及本次迭代所得的所述多分量擾動反偏移記錄更新所述多分量反偏移記 錄； 利用所述優(yōu)化步長及下降方向剖面，更新本次迭代的偏移剖面;利用所述優(yōu)化步長及 所述多分量擾動反偏移記錄，更新本次迭代的多分量反偏移記錄； 所述收斂條件判斷單元用于判斷本次迭代是否滿足收斂停止標準，具體為，計算本次 迭代的目標泛函值，判斷本次迭代是否滿足收斂標準，如果滿足則輸出最新的所述偏移剖 面為最終的偏移剖面;否則重復(fù)此反演模塊，直至獲得所述最終偏移剖面。
【文檔編號】G01V1/28GK105974470SQ201610520574
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】谷丙洛, 李振春
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)