基于下行波能量的预条件声波最小二乘逆时偏移方法

本发明属于地震成像领域，具体涉及一种基于下行波能量的预条件声波最小二乘逆时偏移方法。

背景技术：

1、地下构造偏移成像是地震资料处理中的关键环节，其精度对地震资料的处理结果至关重要。逆时偏移成像基于双程波波动方程进行波场延拓，在复杂地下构造成像时具有较高的精度，但其成像结果仍受观测孔径、照明度等因素的影响，因此，能够进一步提高成像分辨率的最小二乘逆时偏移方法成为了当下研究的重要方向。最小二乘逆时偏移在逆时偏移的基础上引入最小二乘反演理论，通过不断地迭代更新以获得精度更高的成像结果。然而，在常规最小二乘逆时偏移中，由于地震波在传播过程中的几何扩散效应以及深部照明不足等原因，反演的迭代更新总是优先改善浅层的误差，而深层区域的信息难以得到充分地恢复，从而限制了成像的精度以及收敛速度。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于提供一种基于下行波能量的预条件声波最小二乘逆时偏移方法。本发明在最小二乘逆时偏移的每次迭代过程中，首先以震源子波为扰动，基于背景模型与扰动模型，采用一阶应力-速度声波方程born正演模拟得到正时波场和地震记录，并以上述born正演模拟得到的地震记录为扰动，采用一阶应力-速度声波方程逆时延拓得到逆时波场，然后采用horn-schunck光流法对正时波场和逆时波场进行上、下行波分离，分别得到正时下行波场和逆时下行波场，进而分别计算出正时波场和逆时波场的下行波场能量，最后利用上述下行波场能量构造出新的预条件算子，并对原始梯度剖面进行处理。本方法可以有效消除反射波等其他非直达波成分的影响，从而显著提高深层构造的成像精度，可为后续地震数据的解释提供更可靠的成像信息。

2、本发明采取以下技术方案：

3、一种基于下行波能量的预条件声波最小二乘逆时偏移方法，

4、所述方法具体包括以下步骤：

5、（1）基于水平层状介质真实速度模型，采用检波点固定、炮点移动的全排列采集方式进行地震数据的采集，炮点以及检波点均在地表；对水平层状介质真实速度模型进行高斯平滑，得到背景速度模型，并由水平层状介质真实速度模型与背景速度模型得到理论扰动模型；然后基于背景速度模型和采集的地震数据进行最小二乘逆时偏移成像；

6、（2）基于步骤（1）中得到的背景速度模型与理论扰动模型，以震源子波

f为扰动，采用声波方程born正演模拟得到正时波场，并得到地震记录u；

7、（3）以步骤（2）得到的地震记录u为扰动，采用声波方程逆时延拓得到逆时波场；

8、（4）采用horn-schunck光流矢量获得步骤（2）所述的正时波场以及步骤（3）所述的逆时波场的传播方向信息；

9、进一步，horn-schunck光流矢量的计算方式如下：

10、  (1)；

11、式（1）中，

n为迭代次数，、分别为第

n+1次迭代的光流矢量的水平分量和垂直分量，

x、

z分别为空间坐标，

p

x、

p

z分别为波场在

x和

z方向的空间导数

，p

t为波场对时间的导数，为正则化项的权重因子，、分别为第

n次迭代的光流矢量的水平分量和垂直分量的局部平均值，其表达式如下：

12、  (2)；

13、式（2）中，、分别为第

n次迭代的光流矢量的水平分量和垂直分量的局部平均值，、分别为第

n次迭代的光流矢量的水平分量和垂直分量，

i、j为交错网格的坐标；

14、（5） 采用第（4）步中的horn-schunck光流矢量对正时波场和逆时波场进行行波分离，分别得到正时下行波场和逆时下行波场；

15、进一步，行波分离的表达式如下：

16、  (3)；

17、式（3）中，为正时下行波场，为逆时下行波场，为正时波场，为逆时波场，为正时波场的垂直分量，为逆时波场的垂直分量，

t为时间，

x为地下空间点位置，

x

s为震源所处位置,

x

r为检波点所处位置；

18、（6） 计算正时下行波场能量以及逆时下行波场能量；

19、进一步，正时下行波场能量以及逆时下行波场能量的具体表达式如下：  (4)；

20、式（4）中，为正时下行波场能量，为逆时下行波场能量，为正时下行波场，为逆时下行波场，

t为时间，

x为地下空间点位置

x

s为震源所处位置,

x

r为检波点所处位置；

21、（7）输入本次迭代计算得到的梯度值，对其进行基于下行波能量梯度预条件处理，得到预条件处理后的梯度值，表达式为：

22、  (5)；

23、式（5）中，为基于下行波场能量梯度预条件处理后的梯度值,为本次迭代计算得到的梯度值，为正时下行波场能量，为逆时下行波场能量。

24、本发明还提供一种基于下行波能量预条件声波最小二乘逆时偏移的装置，所述装置搭载一种基于下行波能量预条件声波最小二乘逆时偏移系统，所述系统执行任何一项所述的一种基于下行波能量预条件声波最小二乘逆时偏移方法。

25、本发明与现有技术相比的有益效果：

26、相对于基于直达波场的预条件最小二乘逆时偏移方法而言，基于下行波能量的预条件声波最小二乘逆时偏移方法能够有效减少反射波等非直达波成分的干扰，因此可有效对梯度进行校正，显著提高深层构造的成像精度，同时使同相轴的横向均衡性更好，分辨率更高。本发明即在在最小二乘逆时偏移的每次迭代过程中，首先以震源子波为扰动，基于背景模型与扰动模型，采用一阶应力-速度声波方程born正演模拟得到正时波场和地震记录，并以上述born正演模拟得到的地震记录为扰动，采用一阶应力-速度声波方程逆时延拓得到逆时波场，然后采用horn-schunck光流法对正时波场和逆时波场进行上、下行波分离，分别得到正时下行波场和逆时下行波场，进而分别计算出正时波场和逆时波场的下行波场能量，最后利用上述下行波场能量构造出新的预条件算子，并对原始梯度剖面进行处理。该方法可有效提高对于梯度预条件因子的校正的精度，获得更准确的地下深层结构的成像结果，从而为后续的地震数据解释提供更可靠的成像信息。