本發(fā)明屬于地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種地震波場吸收補償成像方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地震勘探是一種利用人工地震技術(shù)探測地下構(gòu)造的勘探方法，其按照一定的方式在地表附近激發(fā)地震波，通過布設(shè)在地表的一種稱之為檢波器的接收裝置接收來自不同深度的反射波場。通過對野外觀測的反射波場進行一系列的地震數(shù)據(jù)處理工作，得到用地震波場表示的地下結(jié)構(gòu)圖像。
實際的地下巖層并非完全是彈性介質(zhì)，而是具有地震波吸收效應的粘彈性介質(zhì)。由于粘彈性介質(zhì)顆粒之間的相互摩擦和孔隙流體的相對運動使得地震波的部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，地震波在傳播過程中總能量不斷減少，這種現(xiàn)象稱為地層吸收效應。與其它吸收方式不同，地層吸收具有頻率選擇性，高頻成分吸收的多，低頻成分吸收的少，嚴重降低了地震資料的分辨率和成像精度。
反q濾波是目前工業(yè)界普遍采用的地震吸收補償方法，由于該方法采用單道處理方式，沒有考慮地震波在三維空間中的傳播路徑。嚴格地講，該方法只適用于地下完全均勻介質(zhì)的情況，無法準確描述和補償?shù)卣鸩ㄔ谌S非均勻介質(zhì)情況下所經(jīng)歷的吸收和衰減。
野外采集的地震數(shù)據(jù)不能直接表征地下結(jié)構(gòu)情況，將野外采集的地震數(shù)據(jù)經(jīng)過經(jīng)過偏移處理之后才能得到由地震波場表示的地下影像。偏移處理由波場延拓和地震成像兩部分構(gòu)成，其中，波場延拓的主要工作是由地表波場計算地下波場，可以看做是地震波傳播的逆過程，該過程隱含有地震波傳播路徑的信息。但是，現(xiàn)有的工業(yè)界波場延拓方法假設(shè)地下為完全彈性介質(zhì)，在波場延拓過程中沒有考慮地層吸收對地震波反傳播的影響。
在波場延拓過程中考慮地層吸收效應屬于粘彈性波動方程偏移的研究范疇。雖然學術(shù)界已經(jīng)開展了粘彈性偏移方法的理論研究，但基于有限差分的粘彈性波 動方程偏移方法不能明確地標定地震波在每一個延拓深度的傳播方向和傳播路徑，很難對地震波吸收進行精確補償。另外，基于有限差分的粘彈性波動方程偏移方法運行效率很低。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決以上問題，本發(fā)明提供了一種地震波場吸收補償成像方法及系統(tǒng)，用于消除地層吸收對地震波場的影響，改善地震資料的分辨率和成像精度。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種地震波場吸收補償成像方法，包括：
利用地震勘探方法采集地震波場；
對采集的地震波場進行處理，得到地表地震波場、地震速度和吸收參數(shù)；
根據(jù)地表地震波場、地震速度和吸收參數(shù)，從地表地震波場開始以遞推方式計算合成補償?shù)貙游招牡叵虏煌疃鹊牡卣鸩▓觯?/p>
取不同深度的地震波場的零時刻值，得到吸收補償?shù)某上癫▓觯?/p>
根據(jù)吸收補償后的成像波場實現(xiàn)地震成像。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，以遞推方式計算合成補償?shù)貙游招牡叵虏煌疃鹊牡卣鸩▓鲞M一步包括：
利用三維傅里葉變換將當前深度的地震波場分解為簡諧平面波場；
計算每個簡諧平面波的傳播方向與垂直方向的夾角；
根據(jù)所述夾角計算波場延拓算子和吸收補償算子；
將當前深度的簡諧平面波場經(jīng)波場延拓算子和吸收補償算子處理，合成下一深度的簡諧平面波場；
將下一深度簡諧平面波場經(jīng)三維傅里葉反變換，得到下一深度的地震波場。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述夾角通過下式計算得到：
其中，v(τ0)表示反射時間為τ0時簡諧平面波的速度，kx表示x方向的波數(shù)，ky表示y方向的波數(shù)，ω表示時間方向的圓頻率。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述波場延拓算子通過下式計算得到：
p(kx,ky,ω)＝e-jωδτcosθ
其中，j表示單位虛數(shù)，δτ表示延拓步長，θ表示簡諧平面波的傳播方向 與垂直方向的夾角，kx表示x方向的波數(shù)，ky表示y方向的波數(shù)，ω表示時間方向的圓頻率。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述吸收補償算子通過下式計算得到：
其中，δτ表示延拓步長，kx表示x方向的波數(shù)，ky表示y方向的波數(shù)，ω表示時間方向的圓頻率，α(τ0)表示反射時間為τ0時的吸收參數(shù)，θ表示簡諧平面波的傳播方向與垂直方向的夾角。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種地震波場吸收補償成像系統(tǒng)，包括：
地震波場采集模塊，利用地震勘探方法采集地震波場；
地震波場處理模塊，對采集的地震波場進行處理，得到地表地震波場、地震速度和吸收參數(shù)；
地震波場遞推模塊，根據(jù)地表地震波場、地震速度和吸收參數(shù)，從地表地震波場開始以遞推方式計算合成補償?shù)貙游招牡叵虏煌疃鹊牡卣鸩▓觯?/p>
成像波場形成模塊，取不同深度的地震波場的零時刻值，得到吸收補償?shù)某上癫▓觯?/p>
地震成像模塊，根據(jù)吸收補償后的成像波場實現(xiàn)地震成像。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述地震波場遞推模塊包括：
簡諧平面波場分解單元，利用三維傅里葉變換將當前深度的地震波場分解為簡諧平面波場；
夾角計算單元，計算每個簡諧平面波的傳播方向與垂直方向的夾角；
波場延拓算子計算單元，根據(jù)所述夾角計算波場延拓算子；
吸收補償算子計算單元，根據(jù)所述夾角計算吸收補償算子；
簡諧平面波場合成單元，將當前深度的簡諧平面波場經(jīng)波場延拓算子和吸收補償算子處理，合成下一深度的簡諧平面波場；
地震波場合成單元，將下一深度簡諧平面波場經(jīng)三維傅里葉反變換，得到下一深度的地震波場。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述夾角計算單元通過下式計算所述夾角：
其中，v(τ0)表示反射時間為τ0時簡諧平面波的速度，kx表示x方向的波數(shù)， ky表示y方向的波數(shù)，ω表示時間方向的圓頻率。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述波場延拓算子計算單元通過下式計算所述波場延拓算子：
p(kx,ky,ω)＝e-jωδτcosθ
其中，j為單位虛數(shù)，δτ為延拓步長，θ表示簡諧平面波的傳播方向與垂直方向的夾角，kx表示x方向的波數(shù)，ky表示y方向的波數(shù)，ω表示時間方向的圓頻率。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述吸收補償算子計算單元通過下式計算所述吸收補償算子：
其中，δτ為延拓步長，kx表示x方向的波數(shù)，ky表示y方向的波數(shù)，ω表示時間方向的圓頻率，α(τ0)表示反射時間為τ0時的吸收參數(shù)，θ表示簡諧平面波的傳播方向與垂直方向的夾角。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明通過波場延拓實現(xiàn)地震波的反向傳播，通過平面波分解確定地震波的傳播路徑，追蹤地震波在不同傳播路徑上衰減過程，有效地補償了地層吸收對分辨率和成像精度的影響。相比常規(guī)波動方程偏移和反q濾波方法，更大幅度的提高了地震資料的橫向分辨率和縱向分辨率，能更準確的反映地下地層結(jié)構(gòu)和物性特征，提高了儲層預測的精度和可靠性。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點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，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡單的介紹：
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法流程圖；
圖2是演示本發(fā)明的一個地質(zhì)模型示意圖；
圖3是對應圖2所示地質(zhì)模型的地震波場圖像示意圖；
圖4是對圖3的地震波場進行常規(guī)處理得到的地表疊加波場示意圖；
圖5是對應圖4的地震波場采用本發(fā)明處理后的地下結(jié)構(gòu)圖像；
圖6是對應圖4的地震波場進行常規(guī)方法處理后的地下結(jié)構(gòu)圖像；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的野外采集的一張典型地震波場；
圖8是對圖7的地震波場進行常規(guī)處理后的地表疊加波場；
圖9是對應圖8的地震波場采用本發(fā)明處理后的地下結(jié)構(gòu)圖像；
圖10是對應圖8的地震波場采用常規(guī)方法處理后的地下結(jié)構(gòu)圖像；
圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種地震波場吸收補償成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；以及
圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的地震波場遞推模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
由于實際的地下巖層并非完全是彈性介質(zhì)，而是具有地震波吸收效應的粘彈性介質(zhì)。粘彈性介質(zhì)對地震波的吸收作用降低了地震資料的分辨率和成像精度，常規(guī)的地層吸收補償方法沒有考慮傳播路徑的差異對地震波吸收作用的影響。
反q濾波是目前工業(yè)界普遍使用的地層吸收補償方法，該方法基于一維單道運算，沒有考慮地震波在三維空間中傳播路徑的差異對吸收效應的影響。常規(guī)的偏移方法可以實現(xiàn)地震波在三維空間的反向傳播，但不能明確標定地震波的傳播路徑，很難在反向傳播過程中補償不同路徑對地震波吸收的影響。
因此，本發(fā)明提供了一種地震波場吸收補償成像方法，用于消除不同路徑對地震波吸收的影響，提高地震資料成像精度。
如圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法流程圖，以下參考圖1來對本發(fā)明進行詳細說明。
首先，在步驟s110中，利用地震勘探方法采集地震波場。具體的，可以利用常規(guī)野外地震勘探方法采集地震波場，如圖2所示為演示本發(fā)明的地質(zhì)模型示意圖，如圖3所示為采集圖2所示地質(zhì)模型得到的地震波場圖像示意圖。
接著，在步驟s120中，對采集的地震波場進行處理，得到地表疊加波場、 地震速度和吸收參數(shù)。
具體的，對野外采集的地震波場進行常規(guī)處理，得到地表地震波場u(x,y,t,τ＝0)、地震速度v(τ)、和吸收參數(shù)α(τ)，其中，x和y為兩個空間方向，單位為米，t為時間，單位為秒，τ為用反射時間表示的深度，單位為秒。圖4所示為對圖3的地震波場進行常規(guī)處理得到的地表疊加波場示意圖。
接著，在步驟s130中，根據(jù)地表疊加波場、地震速度和吸收參數(shù)，從地表疊加波場開始以遞推方式計算補償?shù)貙游招牡叵虏煌疃炔▓觥?/p>
具體的，由地表疊加波場u(x,y,t,τ＝0)開始，以遞推方式反向計算合成地下不同深度的波場u(x,y,t,τ)，包括如下的幾個步驟。首先，利用三維傅里葉變化將當前深度地震波場u(x,y,t,τ0)分解為簡諧平面波場
在該步驟中，利用三維傅里葉變化將地震波場由時間空間域變換到頻率波數(shù)域，將地震波場分解為不同頻率、不同波數(shù)的簡諧平面波的集合。由于簡諧平面波具有明確的波前面和傳播方向，很容易追蹤和標定地震波的傳播過程。
接著，計算每個簡諧平面波的傳播方向與垂直方向的夾角θ，用以確定每個簡諧平面波的傳播方向，夾角θ通過下式可以計算得到：
其中，v(τ0)表示反射時間為τ0時簡諧平面波的速度。
接著，根據(jù)該夾角計算地震波場延拓算子和吸收補償算子。具體的，地震波場延拓算子通過下式計算得到：
p(kx,ky,ω)＝e-jωδτcosθ(2)
其中，j為單位虛數(shù)，δτ為延拓步長。
吸收補償算子通過下式計算得到：
其中，α(τ0)為反射時間為τ0時的吸收參數(shù)。
接著，將當前深度的簡諧平面波場經(jīng)波場延拓算子和吸收補償算子處理，得到下一深度的簡諧平面波場。
具體的，當前深度的簡諧平面波場
該步驟利用波場延拓模擬地震波的反向傳播過程，通過平面簡諧波傳播方向與波場延拓方向的夾角，標定傳播路徑，通過與傳播路徑有關(guān)的吸收補償算子，在反向傳播過程中補償?shù)貙游諏ζ矫婧喼C波的影響。
最后，將下一深度簡諧平面波場經(jīng)三維傅里葉反變換，合成下一深度的地震波場。利用三維反傅里葉變換將地震數(shù)據(jù)由頻率波數(shù)域變換到時間空間域，將經(jīng)過與傳播路徑有關(guān)的吸收補償之后平面簡諧波場重新合成地震波場。具體的，將下一深度簡諧平面波場
接下來，在步驟s140中，取不同深度的地震波場的零時刻值，得到吸收補償?shù)某上癫▓?。根?jù)地震偏移理論中的爆炸反射界面模型，取不同深度地震波場零時刻的波場值，由此構(gòu)建地下結(jié)構(gòu)的地震影像。由于在實現(xiàn)地表波場向地下波場的反向傳播，且在反向傳播過程中補償了地層吸收對地震波場的影響，地下影像具有更高的分辨率和成像精度。具體的，取不同深度的地震波場的零時刻值u(x,y,t＝0,τ)，通過下式得到吸收補償之后的成像波場w(x,y,t)：
w(x,y,τ)＝u(x,y,t＝0,τ)(5)
最后，在步驟s150中，根據(jù)吸收補償后的成像波場實現(xiàn)地震成像。具體的，吸收補償之后的成像波場經(jīng)過地震數(shù)據(jù)繪圖系統(tǒng)，得到圖5所示的以地震繪圖剖面表示的地下結(jié)構(gòu)圖像。圖6是常規(guī)方法處理之后的地下結(jié)構(gòu)圖像，可以看出，本發(fā)明得到的地下結(jié)構(gòu)圖像較常規(guī)方法具有更高的分辨率和成像精度。
本發(fā)明通過波場延拓實現(xiàn)地震波的反向傳播，通過平面波分解確定地震波的傳播路徑，追蹤地震波在不同傳播路徑上衰減過程，有效地補償了地層吸收對分辨率和成像精度的影響。相比常規(guī)波動方程偏移和反q濾波方法，更大幅度的提高了地震資料的橫向分辨率和縱向分辨率，能更準確的反映地下地層結(jié)構(gòu)和物性特征，提高了儲層預測的精度和可靠性。
以下通過一個具體的實施例來對本發(fā)明進行驗證說明。本實施例為某油田a區(qū)塊的應用實例，該區(qū)塊地表為半沙漠覆蓋，主要油氣儲層為砂泥巖薄互層，原始地震資料經(jīng)歷了嚴重的地層吸收作用，需要在地震資料處理過程中有效地補償 地層吸收效應，提高地震數(shù)據(jù)分辨率，滿足砂泥巖薄互層儲層預測的勘探需求。
利用可控震源在該區(qū)塊開展了三維地震勘探野外采集工作，共采集7050炮野外地震數(shù)據(jù)，圖7是野外采集的一張典型地震波場，由于地層吸收作用的影響，地震數(shù)據(jù)分辨率較低，面波干擾嚴重，有效信號淹沒在強烈的背景噪聲之中。野外采集的地震波場經(jīng)過噪聲壓制、速度分析、靜校正、動校正等常規(guī)地震數(shù)據(jù)處理之后，得到了如圖8所示的地表疊加波場，由于該波場還沒有經(jīng)過地層吸收補償和偏移成像處理，尚不能真實地反映地下結(jié)構(gòu)形態(tài)。圖9是經(jīng)過本發(fā)明處理之后的地下結(jié)構(gòu)影像，圖10是常規(guī)方法處理之后的地下結(jié)構(gòu)影像。與常規(guī)處理的地下影像相比，在本發(fā)明的處理圖像中薄層結(jié)構(gòu)及其斷裂系統(tǒng)得到了更加清晰的展示和分辨，提高了利用地震數(shù)據(jù)進行地層識別、斷裂刻畫和儲層預測的精度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種地震波場吸收補償成像系統(tǒng)，如圖11所示，該系統(tǒng)包括地震波場采集模塊、地震波場處理模塊、地震波場遞推模塊、成像波場形成模塊和地震成像模塊。
其中，地震波場采集模塊利用地震勘探方法采集地震波場；地震波場處理模塊對采集的地震波場進行處理，得到地表地震波場、地震速度和吸收參數(shù)；地震波場遞推模塊根據(jù)地表地震波場、地震速度和吸收參數(shù)，從地表地震波場開始以遞推方式計算合成補償?shù)貙游招牡叵虏煌疃鹊牡卣鸩▓觯怀上癫▓鲂纬赡K，不同深度的地震波場的零時刻值，得到吸收補償?shù)某上癫▓?；地震成像模塊根據(jù)吸收補償后的成像波場實現(xiàn)地震成像。
在本發(fā)明的一個實施例中，地震波場遞推模塊包括簡諧平面波場分解單元、夾角計算單元、波場延拓算子計算單元、吸收補償算子計算單元、簡諧平面波場合成單元和地震波場合成單元，如圖12所示。
其中，簡諧平面波場分解單元利用三維傅里葉變換將當前深度的地震波場分解為簡諧平面波場；夾角計算單元計算每個簡諧平面波的傳播方向與垂直方向的夾角；波場延拓算子計算單元根據(jù)夾角計算波場延拓算子；吸收補償算子計算單元根據(jù)夾角計算吸收補償算子；簡諧平面波場合成單元將當前深度的簡諧平面波場經(jīng)波場延拓算子和吸收補償算子處理，合成下一深度的簡諧平面波場；地震波場合成單元將下一深度簡諧平面波場經(jīng)三維傅里葉反變換，得到下一深度的地震波場。
在本發(fā)明的一個實施例中，該夾角計算單元通過式(1)計算得到每個簡諧 平面波的傳播方向與垂直方向的夾角。
在本發(fā)明的一個實施例中，該波場延拓算子計算單元通過式(2)計算得到波場延拓算子。
在本發(fā)明的一個實施例中，該吸收補償算子計算單元通過式(3)計算得到吸收補償算子。
雖然本發(fā)明所公開的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。