[發(fā)明專利]一種提高彈性波逆時偏移計(jì)算率和空間分辨率的方法

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• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106597535A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張智;劉有山;徐濤;王敏玲;王洪華;綦瓊英
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28;G01V1/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地震勘探領(lǐng)域，特別是一種提高彈性波逆時偏移計(jì)算率和空間分辨率的方法。

背景技術(shù)

在勘探地震學(xué)領(lǐng)域，地震偏移成像技術(shù)是獲取地下構(gòu)造形態(tài)有效的途徑，其中，疊前深度域偏移是最為精確的成像手段之一。疊前逆時偏移包括波場外推和成像條件的運(yùn)用，其中成像條件直接關(guān)系到成像的質(zhì)量和計(jì)算效率。目前比較常用的激發(fā)時間成像條件，無需存儲震源波場，但僅僅利用了初至或者最大振幅波場，且成像剖面在量綱上不是反射系數(shù)，圖像不夠清晰；互相關(guān)成像條件需要存儲正傳的波場快照。盡管互相關(guān)成像條件具有實(shí)現(xiàn)簡單、穩(wěn)定等特點(diǎn)，但是成像剖面低頻假象嚴(yán)重，同時需要硬盤存儲震源的波場快照，在利用成像條件時又需要讀取震源波場的波場快照，嚴(yán)重降低了逆時偏移的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用修正的成像條件提高彈性波逆時偏移計(jì)算率和空間分辨率的方法。

具體步驟如下：

(1)采用一階速度-應(yīng)力的二維彈性波動方程模擬地震波場

在波場模擬時，使用交錯網(wǎng)格有限差分，把一階速度-應(yīng)力的二維彈性波動方程離散成空間為高階(采用8階)，時間為二階精度的交錯網(wǎng)格差分,人工邊界采用PML吸收邊界條件^]來壓制來自邊界的反射波，在計(jì)算上述的能量密度時，需要在時空上進(jìn)行插值；為了提高計(jì)算效率，采用線性插值；為了高效地去除逆時偏移的成像剖面中直達(dá)波和震源這部分低頻的假象，采用空間高通濾波方法。

(2)成像條件的修正

考慮到歸一化互相關(guān)成像剖面低頻假象嚴(yán)重，同時需要硬盤存儲震源的波場快照，在利用成像條件時又需要讀取震源波場的波場快照，嚴(yán)重降低了逆時偏移的效率；激發(fā)振幅成像條件無需任何硬盤存儲，從而避免大量的硬盤讀寫操作，大大提高了計(jì)算效率；相比于激發(fā)時間成像條件，由于該成像條件用最大能量震源波場做歸一化，自動校正了水平分量在震源兩側(cè)的極性反轉(zhuǎn)，在多炮疊加時避免振幅損失，并且得到角度依賴的反射系數(shù)剖面；但是，該成像條件目前僅用在聲波逆時偏移中，將其直接用在彈性波中還存在一定的不穩(wěn)定性；為此，提出修正激發(fā)振幅成像條件，使逆時偏移更加穩(wěn)定健壯。

歸一化互相關(guān)成像條件主要通過計(jì)算震源波場和接收波場的零延遲互相關(guān)，并進(jìn)行歸一化處理：

其中，S,R分別表示震源波場與檢波器波場；分別表示對炮集和時間進(jìn)行疊加。

激發(fā)振幅成像條件通過在震源波場的正傳過程中，在每個時刻計(jì)算出網(wǎng)格點(diǎn)的能量密度，并保存下相應(yīng)的最大能量密度對應(yīng)的走時和波場值；在檢波器波場的逆?zhèn)鬟^程中，利用保存的走時提取出相應(yīng)的檢波器波場的波場值，并用保存的震源波場做歸一化，從而得到角度依賴的反射系數(shù)剖面，激發(fā)振幅成像條件表達(dá)形式為：

S,R分別表示最大能量密度對應(yīng)的震源波場和提取出的檢波器波場；表示對炮集進(jìn)行疊加；不同于聲波波場，彈性波波場可能在某些網(wǎng)格點(diǎn)上始終為0，如水平速度分量剖面上通過震源的垂直對稱軸；(1)和(2)式則能被一個很小的數(shù)除，表現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定。

為此,我們對其進(jìn)行修正，并得到如下穩(wěn)定的激發(fā)振幅成像條件：

其中，表示對最大能量密度對應(yīng)的震源波場值求取絕對值后再取的平均值，N為二維網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)總數(shù)。sign[S(x,z)]表示對S(x,z)取符號。相比于激發(fā)時間成像條件，由于該成像條件用最大能量震源波場做歸一化，自動校正了水平分量在震源兩側(cè)的極性反轉(zhuǎn)，且在多炮疊加時避免由于極性反轉(zhuǎn)引起的振幅損失。

(3)實(shí)例驗(yàn)證

基于典型的傾斜模型和斷層模型利用交錯網(wǎng)格有限差分模擬地震波場，繼而通過歸一化互相關(guān)成像條件和激發(fā)振幅成像條件分別進(jìn)行逆時偏移，分析兩種成像條件下的模型重構(gòu)圖形，結(jié)果充分驗(yàn)證了修正的激發(fā)振幅成像條件極大地提高了逆時偏移的計(jì)算率和空間分辨率。

(4)計(jì)算效率對比

為了對比上述兩種成像條件的計(jì)算效率，分別統(tǒng)計(jì)上述兩個模型的計(jì)算時間和對硬盤的需求量。

本發(fā)明充分利用了空間為高階、時間為二階精度的交錯網(wǎng)格差分，人工邊界采用PML吸收邊界條件來壓制來自邊界的反射波以及采用空間高通濾波進(jìn)行去除逆時偏移的成像剖面中直達(dá)波和震源低頻的假象，并利用修正的激發(fā)振幅成像條件提高了彈性波逆時偏移計(jì)算率和空間分辨率，為解決彈性波逆時偏移計(jì)算量和空間分辨率低的問題提供了一個有效的實(shí)施方案。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例傾斜模型示意圖。