一种无分离假象的纵横波分离方法
阅读：65发布：2020-05-22
专利汇可以提供一种无分离假象的纵横波分离方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种无分离假象的纵横波分离方法，属于 地震 波 信息处理技术领域。本发明主要是克服 现有技术 中的不足之处，提出一种无分离假象的纵横波分离方法，其具体步骤为：利用一阶速度-应变方程进行正演，并基于该公式和纵横波解耦方程进行纵横波解耦，得到分离纵横 波速 度场。本发明既能保证分离结果的 相位 和振幅不受改变，也能保证分离结果不存在分离假象；准确的纵横波分离为正演模拟和对 地震波 传播的认识，提供了 支撑 ，弹性波因包含纵横波而相对复杂，弹性波波场正演时，纵横波的耦合，对认识波场的传播规律造成不便；准确的纵横波分离，为弹性波成像、地表数据纵横波分离、微地震 定位 等依赖于弹性波场延拓类 算法 提供了支撑。，下面是一种无分离假象的纵横波分离方法专利的具体信息内容。
1.一种无分离假象的纵横波分离方法，其特征在于，其具体步骤为：
利用一阶速度-应变方程进行正演，并基于该公式和纵横波解耦方程进行纵横波解耦，得到分离纵横波速度场；
其一阶速度-应变方程为：
2D情况下：
3D情况下：
式中：ρ为密度；λ、μ均为拉梅常数；v为速度场，ε为应变场，δ为狄利克雷函数；为时间一阶导；x、y、z均为空间方向；
其纵横波解耦方程为：
2D情况下：
3D情况下：
式中：vpx、vpy、vpz分别为分离纵波速度场的x、y、z分量；vsx、vsy、vsz分别为分离横波速度场的x、y、z分量。
2.根据权利要求1所述的一种无分离假象的纵横波分离方法，其特征在于，所述纵横波解耦的具体过程是：采用交错网格有限差分数值求解纵横波解耦方程。
3.根据权利要求2所述的一种无分离假象的纵横波分离方法，其特征在于，其中3D情况下vx和εxx的计算公式如下：
式中：i、j、k分别为空间坐标；cl为差分系数；n为时间坐标；Δt为时间采样间隔；Δx、Δy、Δz分别为x、y、z方向的空间采样间隔；Dx、Dy、Dz分别为x、y、z方向的差分算子；m为差分阶数；l为差分点与计算点的网格距离；p为中间变量。
一种无分离假象的纵横波分离方法
技术领域
背景技术
[0002] 以往的勘探往往假设地球介质为声波模型，采用单分量检波器采集地震信号，但随着简单油气藏相继被发现，我们不得不寻找更加复杂的油气藏，因此很多工区开始采用多分量数据采集，之前基于声波假设的模型在部分地区变的不再适用，必须将地球介质视为弹性介质。因此我们的陆地检波器也从单分量变为三分量，海上由监测水压的水听器变为四分量的海底电缆(Yu et al.,2013,Ikeda,1986)。对于这些资料，我们不能简单的将z分量作为P波，当单分量数据进行处理。这些多分量数据中除了P波信息，还携带了地下横波的信息，若能将这些纵波和横波的信息都提取出来，那将为我们的地质解释提供更多的信息，使油气藏能更好的被识别。横波的速度比纵波小，根据Snell定律可知，转换波相对P波而言，能携带更大偏移距的信息。在某些特殊构造中，比如在气云顶部，往往转换横波的成像结果要比纵波的好(Granli et al.,1999)。另外，转换横波信息的加入，使解释和反演问题(比如AVA、AVO等)多解性降低(Saha et al.,2014)。
[0003] 但是要想将地震数据进行成像，那么偏移成像是非常重要的一步。偏移成像能使绕射波收敛，使地质构造回归到真实的位置，经过偏移处理之后的成像结果才更接近真实的地质结构。弹性波逆时偏移继承了普通声波逆时偏移的优点，同时还能通过横波进行成像。弹性波逆时偏移采用弹性波方程，不再是基于声波假设，不仅能得到PP的成像结果，还能得到转换波PS的成像结果，从而得到更多地下介质结构的信息，更加有利于对地下目标体的解释。弹性波方程正传和反传波场中，波场中既有纵波又有横波存在，如不对纵横波进行分离而直接进行成像，则会因纵横波的串扰而无法进行成像，因此在成像前必须对波场中的纵横波进行分离(Yan and Sava,2008)。因此，必须提出一种能保证分离波场动力学特征，且无分离假象的纵横波分离方法。
[0004] 还有一些类似弹性波逆时偏移的方法，也需要进行纵横波分离。比如全波形反演，全波形反演是利用地震波的波形信息反演地下弹性波参数，每次迭代过程就相当于一处弹性波逆时偏移，因此也需要对弹性波波场中纵横波进行分离。还有最小二乘逆时偏移，最小二乘逆时偏移反演的是地下介质的反射率参数，每次迭代也相当于一次弹性波逆时偏移，需要对弹性波场中的纵横波进行分离。另外，微地震数据的震源逆时定位成像方法也需要用到纵横波分离，震源定位逆时成像，是将地表记录地震波形进行反传，然后采用振幅最大、自相关、互相关等方法进行成像，得到震源的位置，但是这个过程也需要将反传弹性波场中的纵横波进行分离。
[0005] 另外，正演模拟也是地震学中非常重要的一个步骤，正演模拟能让我们更加清楚的认识到地震波的传播规律，也是反演问题的重要一步。对于弹性波的正演模拟，为了更加清晰的了解弹性波的传播规律，或者反演具体的弹性参数时，需要对正演模拟的波场进行纵横波分离。让纵横波模态分离，分离波场的物理意义更加清晰明确，对认识波的传播特征和反演具体问题会起到至关重要的作用。
[0006] 可以看出弹性波的纵横波分离是诸多技术中的重要环节，为了保证弹性波逆时偏移等方法的准确性，必须提出一种准确的纵横波分离方法。目前有一些纵横波分离方法，比如基于旋度散度的纵横波分离、基于一阶速度-应力方程的纵横波解耦等方法，但是这些方法都存在以下的缺点；其中基于旋度散度的纵横波分离的方法，得到的物理意义和矢量特性均与原波场不一致；基于一阶速度-应力方程的纵横波解耦的方法出现分离假象。
发明内容
[0008] 本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种无分离假象的纵横波分离方法，其具体步骤为：利用一阶速度-应变方程进行正演，并基于该公式和纵横波解耦方程进行纵横波解耦，得到分离纵横波速度场；
[0009] 其一阶速度-应变方程为：
[0010]
[0011]
[0012] 2D情况下：
[0013]
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018] 3D情况下：
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0029] 其纵横波解耦方程为：
[0030] 2D情况下：
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035] 3D情况下：
[0036]
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042] 式中：vpx、vpy、vpz分别为分离纵波速度场的x、y、z分量；vsx、vsy、vsz分别为分离横波速度场的x、y、z分量。
[0043] 进一步的技术方案是，所述纵横波解耦的具体过程是：采用交错网格有限差分数值求解纵横波解耦方程。
[0044] 进一步的技术方案是，其中3D情况下vx和εxx的计算公式如下：
[0045]
[0046]
[0047]
[0048]
[0049]
[0050] 式中：i、j、k分别为空间坐标；cl为差分系数；n为时间坐标；Δt为时间采样间隔；Δx、Δy、Δz分别为x、y、z方向的空间采样间隔；Dx、Dy、Dz分别为x、y、z方向的差分算子；m为差分阶数；l为差分点与计算点的网格距离；p为中间变量。
[0051] 本发明具有以下有益效果：
[0052] (1)既能保证分离结果的相位和振幅不受改变，也能保证分离结果不存在分离假象；
[0053] (2)准确的纵横波分离为正演模拟和对地震波传播的认识，提供了支撑，弹性波因包含纵横波而相对复杂，弹性波波场正演时，纵横波的耦合，对认识波场的传播规律造成不便；
[0055] 弹性波成像，包括弹性波逆时偏移，弹性波最小二乘偏移，弹性波全波形反演等方法均需要弹性波场延拓，在延拓的过程中往往需要将纵横波进行分离，用分离的波场进行成像或反演。那么我们提出的准确的纵横波分离方法，是成像和反演结果准确的保证。
[0056] 地表数据纵横波分离，地表数据纵横波分离即将在地表接收的地震记录中的纵横波分离开来，然后再分别进行后期处理。其中有基于波场延拓类的纵横波分离方法，该方法将地表地震记录延拓至地下参考面，然后再反向延拓至地表，在延拓过程中将波场分离为纵横波。因此我们的准确纵横分离方法，为此类基于延拓的地表地震记录的分离方法提供了理论基础。
[0057] 为微地震数据逆时成像定位方法提供了理论基础。微地震是页岩压裂而产生的信号，该类信号能被检波器接收。而逆时成像定位方法就是将接收的地震信号进行反向延拓，再采用相关或叠加等方法进行成像，成像结果中能量最大值往往就能反应微地震震源位置，从而进行定位。在该方法中，需要进行波场延拓，并在延拓过程中分离出纵横波，再采用合适的成像条件进行成像，因此准确的纵横分离方法是准确定位成像的保障。附图说明
[0058] 图1为三层模型图；
[0059] 图2为交错网格差分中速度和应变的排列方式图；
[0060] 图3为实施例基于一阶速度-应变方程正演得到的总波场图；
[0061] 图4为实施例基于一阶速度-应变方程解耦得到的分离纵横波速度场图；
[0062] 图5为在x＝2Km处的波形图。
具体实施方式
[0063] 下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
[0064] 本发明的一种无分离假象的纵横波分离方法，其具体步骤为：
[0065] 采用一阶速度-应变方程进行正演，并基于该公式和纵横波解耦方程进行纵横波解耦；
[0066] 其一阶速度-应变方程为：
[0067]
[0068]
[0069] 式中：ρ为密度；λ、μ为拉梅常数；
[0070] 2D情况下：
[0071]
[0072]
[0073]
[0074]
[0075]
[0076] 3D情况下：
[0077]
[0078]
[0079]
[0080]
[0081]
[0082]
[0083]
[0084]
[0085]
[0086] 式中：ρ为密度；λ、μ均为拉梅常数；v为速度场，ε为应变场，δ为狄利克雷函数；·为时间一阶导；x、y、z均为空间方向；
[0087] 其纵横波解耦方程为：
[0088] 2D情况下：
[0089]
[0090]
[0091]
[0092]
[0093] 3D情况下
[0094]
[0095]
[0096]
[0097]
[0098]
[0099]
[0100] 式中：vpx、vpy、vpz分别为分离纵波速度场的x、y、z分量；vsx、vsy、vsz分别为分离横波速度场的x、y、z分量。
[0101] 采用交错网格有限差分数值求解纵横波解耦方程，得到分离纵横波速度场；其在求解过程中，采用交错差分格式，即在时间和空间上交错排列，在时间上和空间上将每个整数网格点中增加了一个1/2点，图2给出了在空间上速度和应力的排列方式，这种交错的差分格式能更好的满足在界面上的稳定，而且降低了频散。
[0102] 上述纵横波解耦方程是精准的纵横解耦公式，纵横的解耦没有丢弃其他项，因此分离的纵横波就是原始波场中的纵横波成分，可以达到保相位，保振幅，无分离假象的特点。
[0103] 以下是3D情况下vx和εxx的计算公式如下：
[0104]
[0105]
[0106] 其中速度和应力的空间偏导数通过如下公式进行求取，下面给出了Dxεxx和Dxvx的计算公式：
[0107]
[0108]
[0109] 差分系数cl为：
[0110]
[0111] 式中：i、j、k分别为空间坐标；cl为差分系数；n为时间坐标；Δt为时间采样间隔；Δx、Δy、Δz分别为x、y、z方向的空间采样间隔；Dx、Dy、Dz分别为x、y、z方向的差分算子；m为差分阶数；l为差分点与计算点的网格距离；p为中间变量。
[0112] 在计算分离波场时，可以直接根据上述的纵横波解耦方程直接进行计算，也可以根据vi＝vpi+vsi，求取其中的两个量，另外一个量根据总波场和纵横波的关系进行求取；从而可以减少计算量。
[0113] 本发明还可以在其他算法中应用，如弹性波逆时偏移、微地震逆时成像定位等基于波场延拓类方法中的纵横波分离。
[0114] 实施例
[0115] 在2D情况下，以图1的三层模型为算例，基于一阶速度-应变方程正演得到的总波场如图3所示，再通过上述的纵横波解耦方程进行纵横波分离，分离得到的矢量P波和S波场如图4所示，其中图4(a)为分离得到的P波x分量，图4(b)为分离得到的P波z分量，图4(c)为分离得到的S波x分量，图4(d)为分离得到的S波z分量。
[0116] 同时，再提取了x＝2Km处的波形图，如图5所示，其中图5(a)给出了总波场x分量、分离P波x分量和分离S波x分量，图5(b)给出了总波场z分量，分离P波z分量，分离S波z分量。
[0117] 可以看出无论x分量还是z分量，其中分离的P波和S波波形都与总波场中对应波场波形一致。
[0118] 因此可以说明，基于一阶速度-应变的纵横波解耦方程能够保证分离波场的相位和振幅不受改变，分离结果在界面处不存在分离假象。
[0119] 以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
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