一种沿地震波传播路径的吸收衰减补偿方法与流程

1.本发明涉及地球物理勘探技术领域，具体为一种沿地震波传播路径的吸收衰减补偿方法。


背景技术：

2.从具有强吸收和衰减特性的勘探区域获得的地震数据具有低频和弱振幅的特征。此外，传统成像算法在不考虑此类勘探区域(如含气储层)的吸收和衰减补偿的情况下，成像结果的分辨率降低(traynin等，2008)。为了提高这类勘探区域的成像精度，必须对成像过程中的吸收和衰减效应进行补偿。
3.最常用的地震波吸收和衰减补偿方法包括q反褶积和粘声介质叠前深度偏移方法。前者用于零炮检距地震道(或叠后数据)，而后者用于变q值情况以及沿波传播路径的吸收和衰减补偿。叠前地震资料的反q偏移处理是通过以下方式进行的：当检波端波场反向沿拓时进行反q补偿，当源端波场正向沿拓时也进行反q补偿，然后在特定成像条件下进行成像。
4.在传统的地震资料处理中，反褶积是提高地震成像分辨率的常用方法。最优wiener滤波器是一种传统的反褶积方法，然而，这种方法只能处理平稳信号。当地震波在地下介质中传播时，子波的形状是时变的。在吸收和衰减严重的探区，使用一般的wiener反褶积方法很难获得理想的结果。目前，还没有理论能够准确地描述地震波在地下介质中的吸收和衰减效应。futterman(1962)提出了一个基于线性吸收理论的常q介质模型。kjartansson(1979)引入了与频率相关的复模量，以改进传统的线性吸收模型，在该模型中，吸收与频率函数的一定幂次成正比，这更好地反映了地震波吸收和衰减的因果关系。wang(2002，2008)通过子波数值实验研究了地震波衰减和反q滤波器补偿，并将vsp下行波场获得的q值应用于地表数据，以提高分辨率。chopra等(2003)提出了一种高频恢复方法，使用wiener shaping滤波器获得一个逆滤波算子来补偿vsp记录的地层吸收效应，并将其应用于叠后数据，以提高剖面分辨率。van der baan(2012)提出的时变wiener滤波器也可以实现与反q滤波器相同的吸收和衰减补偿效果。ren等(2007)提出了一种沿由cmp地震道集中均方根速度定义的射线路径进行q补偿的方法，该方法改善了零炮检距地震道q补偿的不足。单道反q滤波具有一定的优点，包括简单性和处理后改善的子波特性。然而，地震波的吸收和衰减是沿着波传播路径发生的，因此，更好的补偿方法是基于粘声介质(甚至粘弹性介质)的psdm方法。mittet等(1995)提出使用meclellan变换在频率-空间域的粘声介质中进行psdm，这增加了计算量。wang(2004)实现了粘声介质的psdm成像，用于共炮点道集。
5.此外，rtm是一种广泛使用的成像方法。rtm进行q补偿偏移时，需要修改双向波动方程(suh等，2012；dutta等，2014；zhu等，2014)。然而，双向波动方程的数值解存在一些问题：例如，对于高频数据，数值频散难以克服等。sun等(2017)开发了两种衰减补偿算子，以稳定的方式校正振幅损失和速度频散，当应用于rtm时，会产生两种q补偿成像条件。
6.我们使用射线中心坐标系中的15度方程。在射线中心坐标系中，波场沿着射线传
播。在各向同性介质中，射线方向代表地震波的传播方向。因此，我们可以沿着地震波的传播路径进行q补偿。此外，由于射线中心坐标系中的15度方程是在频率-空间域求解的，因此，只要引入复速度，就可以实现q衰减和q补偿。最后，使用15度方程可以准确描述beam中的局部波场，而高斯beam得到的波场是双向波动方程的高频近似解，无法准确描述局部波场(zhang等，2021)。
7.wang(2004)着重讨论了波场延拓过程中与振幅补偿稳定性相关的控制问题，wang使用地震道上覆地层的q，成像点位于该地层，以确定每个频率分量的总振幅补偿和当前外推步内的振幅稳定补偿。考虑到只使用了单道上覆地层的吸收效应，该方法没有严格遵循波传播路径来补偿叠后波场的吸收效应。此外，尽管当前外推步中的振幅稳定补偿由总振幅补偿确定，但随着波场递归沿拓，稳定性控制(低通增益效应)的影响是累积的。当外推深度较大时，高频分量的振幅补偿可能被过度抑制，从而可能影响成像分辨率。
8.理论上，我们的反q偏移方法严格按照波场传播路径补偿和校正介质中非弹性吸收的衰减效应。然而，在反q偏移中，衰减振幅的补偿算子随着频率的增加呈指数增长，并且当q较小且外推时间较长时，会出现计算稳定性问题。控制高频振幅补偿不稳定性常用的方法有两种：增益截止频率法和稳定系数法。这两种方法都通过限制有效增益截止频率来控制反q补偿的稳定性。
9.为了解决沿波场传播路径的q补偿问题，适应各种复杂介质，并能兼顾波场模拟的准确性，提出一种沿地震波传播路径的吸收衰减补偿方法。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种沿地震波传播路径的吸收衰减补偿方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
11.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种沿地震波传播路径的吸收衰减补偿方法，包括以下步骤：
12.s1、输入单炮道集，获取地震数据及观测系统；
13.s2、对检波端波场进行局部平面波分解，获得局部平面波；
14.s3、对检波端局部平面波场进行q补偿反向外推；
15.s4、炮端无q时的正传波场是p1，有q时的正传波场是p2，两种波场的比值p1/p2是炮端beam内每一点的q补偿量；将炮端的补偿量乘到对应的检波端波场的外推结果中，实现检波端波场双程路径的q补偿；
16.s5、将完全补偿后的检波端波场与无q的源端波场互相关成像，进行反q偏移成像；
17.s6、输出成像结果。
18.在所述s4中，需估计振幅补偿累积量，用于振幅补偿稳定性的控制。
19.采用增益截频法或稳定因子法对振幅补偿算子加以控制。
20.增益截频法的振幅补偿算子可表示为
21.22.其中，ωq是增益截止频率；λ(δτ,ωq)是振幅补偿算子。
23.使用此方法计算增益截止频率：
[0024][0025]
其中，增益截频系数c为不小于1的常数。
[0026]
将增益截止频率应用于psdm吸收和衰减补偿的波场外推过程。
[0027]
与传统q补偿成像方法相比，因为地震波的吸收衰减发生在地震波的传播路径中，本发明方法基于射线中心坐标系中的15度方程传播局部波场，沿着地震波的传播路径进行q补偿成像，具有以下优点：
[0028]
(1)本发明方法沿各向同性介质中地震波的真实传播路径提供q补偿；
[0029]
(2)在数学推导方面，本发明方法比rtm的q补偿成像方法简单；
[0030]
(3)本发明方法不引入高频近似；
[0031]
(4)本发明方法可以方便地扩展到各向异性介质情况。
附图说明
[0032]
图1为本发明的方法流程示意图；
[0033]
图2为本发明的双向路径补偿区域示意图；
[0034]
图3为本发明的凹陷速度模型示意图；
[0035]
图4为凹陷速度模型的声波数据的声波偏移结果数据图；
[0036]
图5为凹陷速度模型的粘声波数据的声波偏移结果数据图；
[0037]
图6为凹陷速度模型的粘声波数据的粘声波偏移结果数据图；
[0038]
图7为120cdp的成像结果图；
[0039]
图8为200cdp的成像结果图；
[0040]
图9为速度楔形模型；
[0041]
图10为q模型的楔形模型；
[0042]
图11为楔形模型的粘声波数据的声波偏移成像结果图；
[0043]
图12为楔形模型的粘声波数据的粘声波偏移成像结果图；
[0044]
图13为修改的速度hess模型；
[0045]
图14为修改的q模型的hess模型；
[0046]
图15为hess模型的粘声波数据的声波偏移成像结果图；
[0047]
图16为hess模型的粘声波数据的粘声波偏移成像结果图。
具体实施方式
[0048]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049]
请参阅图1-图16，本发明提供一种技术方案：
[0050]
一种沿地震波传播路径的吸收衰减补偿方法，包括以下步骤：
[0051]
具体的，在s1中，分别以凹陷、楔形和修改的hess模型，采用声波方程模拟和粘声波方程模拟，双边接收，得到原始地震数据，将此数据作为单炮道集输入。
[0052]
具体的，在s2中，采用局部倾斜叠加，对检波端波场进行局部平面波分解，获得局部平面波。
[0053]
具体的，在s3中，利用射线中心坐标系下的粘声15度方程，反q补偿外推检波端波场。
[0054]
具体的，在s4中，对炮端采用两次正向外推波场，一次无q正传外推，一次有q正传外推，无q时的正传波场是p1，有q时的正传波场是p2，两种波场的比值p1/p2是炮端beam内每一点的q补偿量；将炮端的补偿量乘到对应的检波端波场的外推结果中，实现检波端波场双程路径的q补偿。
[0055]
具体的，在s5中，将完全补偿后的检波端波场与无q的源端波场互相关成像，进行反q偏移成像。
[0056]
具体的，在s6中，输出反q补偿成像结。
[0057]
综上：本方法首先从单炮道集获取炮点和检波点的位置坐标，将检波端波场采用局部平面波分解，然后对检波端波场q补偿反向外推，对炮端波场分别有q和无q时正传两次波场，获取从炮点到反射点的q补偿量，实现检波端波场双程路径的q补偿，将完全补偿后的检波端波场与无q的源端波场互相关成像，最后输出q补偿成像结果，具有以下优点：
[0058]
(1)本发明方法沿各向同性介质中地震波的真实传播路径提供q补偿；
[0059]
(2)在数学推导方面，本发明方法比rtm的q补偿成像方法简单；
[0060]
(3)本发明方法不引入高频近似；
[0061]
(4)本发明方法可以方便地扩展到各向异性介质情。
[0062]
本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。