一种基于初至波场约束的多源混合地震波场分离方法与流程

1.本发明属于地球物理勘探技术领域，涉及多源混合地震勘探技术，具体涉及一种基于初至波场约束的多源混合地震波场分离方法。


背景技术：

2.地震数据采集是地震勘探中成本最高的环节，近年来新兴了一种新的高效采集方式——多源混合地震勘探技术。由于多源混合地震勘探技术能够提高地震数据采集作业效率、增加震源空间采样率和方位角信息，因此受到了行业青睐。多源混合地震勘探与传统地震勘探本质的区别在于：多源混合地震勘探允许震源间存在相互干扰，所有震源可以在工区内“自由”激发，即检波器在接收当前测线上震源信号的同时，也可以接收其它测线震源在时间上的混叠信号。由于上述区别，使得多源混合地震勘探较传统地震勘探技术而言，能够大幅节约采集时间和成本。
3.虽然多源混合地震勘探技术具有诸多优势，但由于混合矩阵的存在，具有强能量特征的初至波在很大程度上影响了分离信噪比。一般地，初至波是地震记录中能量较强的波场，而由于多源混合地震勘探中混合矩阵的响应，初至波会与其他波场混合，严重影响了波场分离质量。因此，针对初至波的波场特征，研究适用于多源混合地震勘探的高保真波场分离方法是现阶段迫切需要解决的问题。
4.目前，传统的多源混合地震波场分离方法主要有两类：
5.第一类方法为滤波分离法，滤波分离法的步骤包括：首先进行多震源混合地震波场伪分离；然后将伪分离数据转入非共炮域，运用滤波方法衰减多震源混合噪声；最后将非共炮域数据转入共炮域中。
6.第二类方法为反演分离法，反演分离法的步骤包括：首先，将多震源混合地震波场的分离，转换为求取代价函数极值的反演形式；然后在反演求解过程中加入约束条件；最后通过解带约束的反问题代价函数，提取出未混合的单炮记录。
7.上述两类现有方法的缺陷为：未考虑初至波的影响，由于初至波能量大，严重影响了分离信噪比，进而影响到了分离结果保真度。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种基于初至波场约束的多源混合地震波场分离方法，解决现有技术中多源混合地震波场分离方法的分离结果保真度有待进一步提高的技术问题。
9.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
10.一种多源混合地震波场分离方法，该方法首先构建地震波初至波场；然后进行地震初至波场的混合，获得混合初至波场值；最后将混合初至波场嵌入常规的波场分离方法中，进行多震源波场分离，获得目标分离波场记录。
11.本发明还具有如下技术特征：
12.该方法具体包括如下步骤：
13.步骤一，构建地震波初至波场；
14.步骤1.1，获取波场传播所需的参数；
15.步骤1.2，获得初至波波场值wf；
16.根据步骤1.1获取的波场传播所需的参数，利用地震波波动方程获得初至波波场值wf；
17.步骤二，进行地震初至波场值的混合，获得混合初至波场值wf′
；
18.步骤三，进行多震源波场分离；
19.步骤3.1，获得波场值w0′
；
20.根据原始多震源混合波场值w
′
和步骤二获得的混合初至波场值wf′
，计算并获得波场值w0′
；
21.步骤3.2，获得输出的分离波场值w
02
′
；
22.以步骤3.1获得波场值w0′
作为输入，获得一次分离波场值w
01
′
；将一次分离波场值w
01
′
和前一次分离波场值w
0z
′
代入式ⅲ中，获得输出的分离波场值w
02
′
；所述的式ⅲ为：
23.w
02
′
＝w
01
′
w
0z
′ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式ⅲ；
24.式中：
25.w
02
′
表示输出的分离波场值；
26.w
01
′
表示一次分离波场值；
27.w
0z
′
表示前一次分离波场值；
28.步骤3.3，获得混合分离波场值w
03
′
；
29.根据式ⅳ，将步骤3.2获得的输出的分离波场值w
02
′
进行混合，获得混合分离波场值w
03
′
；所述的式ⅳ为：
30.w
03
′
＝w
02
′×bꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式ⅳ；
31.式中：
32.w
03
′
表示混合分离波场值；
33.b表示混合矩阵解构函数；
34.步骤3.4，获得目标分离波场记录；
35.根据波场值w0′
和步骤3.3获得混合分离波场值w
03
′
，计算并获得混合残差值wd′
；根据预先设定的循环次数进行判断，若小于预先设定的循环次数，则判断为“是”，然后将混合残差值wd′
代入步骤3.2中，进行新一轮的迭代；若等于预先设定的循环次数，则判断为“否”，然后将步骤3.2中最后一次输出的分离波场值作为目标分离波场记录。
36.具体的，所述的步骤二包括：
37.步骤2.1，建立混合矩阵解构函数b；
38.步骤2.2，获得混合初至波场值；
39.通过步骤2.1构建的混合矩阵解构函数b，以及步骤1.2获得的初至波波场值wf，采用式ⅱ计算并获得混合初至波场值wf′
；所述的式ⅱ为：
40.wf′
＝wf×bꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式ⅱ；
41.式中：
42.wf′
表示混合初至波场值；
43.wf表示初至波波场值；
44.b表示混合矩阵解构函数。
45.可选的，所述的步骤3.4为：
46.根据波场值w0′
和步骤3.3获得混合分离波场值w
03
′
，计算并获得混合残差值wd′
；根据预设的残差值大小进行判断，若混合残差值wd′
大于预设的残差值，则判断为“是”，然后将混合残差值wd′
代入步骤3.2中，进行新一轮的迭代；若混合残差值wd′
小于预设的残差值，则判断为“否”，然后将步骤3.2中最后一次输出的分离波场值作为目标分离波场记录。
47.具体且可选的，步骤1.1中，所述的波场传播所需的参数包括波场传播地层的传播速度v；
48.步骤1.2中，所述的地震波波动方程中的一类简化形式如式ⅰ所示：
[0049][0050]
式中：
[0051]
w表示地震波某一位置所对应的时间t处的波场值；
[0052]
t表示地震波在波场传播地层的传播时间；
[0053]
v表示波场传播地层的传播速度；
[0054]
x表示地震波传播的横坐标值；
[0055]
z表示地震波传播的纵坐标值。
[0056]
将步骤1.1获得的波场传播地层的传播速度v代入所述的式ⅰ中，获得初至波波场值wf。
[0057]
具体且可选的，步骤1.1中，所述的波场传播所需的参数包括波场传播地层的纵波速度v
p
和波场传播地层的横波速度vs；
[0058]
步骤1.2中，所述的地震波波动方程中的一类简化形式如式
ⅴ
所示：
[0059][0060]
式中：
[0061]
u表示地震波波场的水平分量；
[0062]
w表示地震波波场的垂直分量；
[0063]
t表示地震波在波场传播地层的传播时间；
[0064]vp
表示波场传播地层的纵波速度；
[0065]vs
表示波场传播地层的横波速度；
[0066]
x表示地震波传播的横坐标值；
[0067]
z表示地震波传播的纵坐标值。
[0068]
将步骤1.1获得的波场传播地层的纵波速度v
p
和横波速度vs，代入所述的式
ⅴ
中，获得初至波波场值wf。
[0069]
本发明与现有技术相比，具有如下有益的技术效果：
[0070]
本发明首次提出，在多源混合波场分离过程中预先构建初至波模型，然后将其嵌入传统的多源混合波场分离过程中，最后通过迭代计算分离获得未混合的地震波场记录。本发明的多源混合地震波场分离方法，通过在波场分离过程中预先衰减强能量的初至波场，能够有效降低分离信噪比，提高了分离结果的保真度。
附图说明
[0071]
图1为基于初至波场约束的多源混合地震波场分离方法的流程示意图。
[0072]
图2为实施例1和对比例中的模拟多源混合地震的数据。
[0073]
图3为实施例1和对比例中的未混合的原始炮集。
[0074]
图4为实施例1中的混合残差分布图。
[0075]
图5为实施例1中的分离结果。
[0076]
图6为对比例中的混合残差分布图。
[0077]
图7为对比例中的分离结果。
[0078]
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
具体实施方式
[0079]
本发明中：
[0080]
常规的波场分离方法指的是现有技术中已知的滤波分离法。
[0081]
若无特殊说明，所有物理量的单位均采用本领域常用单位，本发明中的公式中仅使用物理量中的数值部分。
[0082]
需要说明的是，本发明中的所有用到的设备，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的设备。
[0083]
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
[0084]
实施例1：
[0085]
本实施例给出了一种基于初至波场约束的多源混合地震波场分离方法，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
[0086]
步骤一，构建地震波初至波场；
[0087]
步骤1.1，获取波场传播所需的参数；
[0088]
采集并获取检波器和震源所在地层的波场传播所需的参数，波场传播所需的参数包括波场传播地层的传播速度v。
[0089]
步骤1.2，获得初至波波场值；
[0090]
基于震源及检波器位置关系、震源激发及检波器接收等参数，并根据步骤1.1获取的波场传播所需的参数，利用地震波波动方程获得初至波波场值，初至波波场包括直达波波场和折射波波场等。
[0091]
作为本实施例的一种具体方案，步骤1.2中，所述的地震波波动方程中的一类简化形式如式ⅰ所示：
[0092][0093]
式中：
[0094]
w表示地震波某一位置所对应的时间t处的波场值；
[0095]
t表示地震波在波场传播地层的传播时间；
[0096]
v表示波场传播地层的传播速度；
[0097]
x表示地震波传播的横坐标值；
[0098]
z表示地震波传播的纵坐标值。
[0099]
将步骤1.1获得的波场传播地层的传播速度v代入所述的式ⅰ中，获得初至波波场值wf。
[0100]
步骤二，进行地震初至波场混合；
[0101]
步骤2.1，建立混合矩阵解构函数b；
[0102]
根据实际采集需求，建立混合矩阵解构函数b，该混合矩阵解构函数b由参与混合的地震波震源及该地震波震源对应的相位编码组成，该混合矩阵解构函数b采用常规的混合矩阵函数建立方法构建并获得。
[0103]
步骤2.2，获得混合初至波场值；
[0104]
通过步骤2.1构建的混合矩阵解构函数b，以及步骤一获得的初至波波场值wf，采用式ⅱ计算并获得混合初至波场值wf′
。
[0105]
wf′
＝wf×bꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式ⅱ；
[0106]
式中：
[0107]
wf′
表示混合初至波场值；
[0108]
wf表示初至波波场值；
[0109]
b表示混合矩阵解构函数b；
[0110]
×
表示矩阵或向量的乘积，且其一般直接作用于震源。
[0111]
步骤三，进行多震源波场分离；
[0112]
步骤3.1，获得波场值w0′
；
[0113]
输入原始多震源混合波场值w
′
和步骤二获得的混合初至波场值wf′
，将混合初至波场值wf′
与原始多震源混合波场值w
′
的输入作相关衰减，计算并获得波场值w0′
；原始多震源混合波场值w
′
指的直接采集到的混合炮集数据。
[0114]
步骤3.2，获得输出的分离波场值w
02
′
；
[0115]
以步骤3.1获得波场值w0′
作为输入，运用常规变换域滤波或者反演分离方法获得一次分离波场值w
01
′
；根据式ⅲ，将一次分离波场值w
01
′
和前一次分离波场值w
0z
′
叠加作为输出的分离波场值w
02
′
；需要说明的是，如果为第一次迭代，则前一次分离波场值w
0z
′
赋零值。
[0116]w02
′
＝w
01
′
w
0z
′ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式ⅲ；
[0117]
式中：
[0118]w02
′
表示输出的分离波场值；
[0119]w01
′
表示一次分离波场值；
[0120]w0z
′
表示前一次分离波场值。
[0121]
步骤3.3，获得混合分离波场值w
03
′
；
[0122]
将步骤3.2获得的输出的分离波场值w
02
′
，根据式ⅳ将输出的分离波场值w
02
′
按照混合矩阵解构函数b进行混合，获得混合分离波场值w
03
′
，所述的式ⅳ为：
[0123]w03
′
＝w
02
′×bꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式ⅳ；
[0124]
式中：
[0125]w03
′
表示混合分离波场值。
[0126]
步骤3.4，获得目标分离波场记录；
[0127]
根据波场值w0′
和步骤3.3获得混合分离波场值w
03
′
，计算并获得混合残差值wd′
；根据预先设定的循环次数进行判断，若小于预先设定的循环次数，则判断为“是”，然后将混合残差值wd′
代入步骤3.2中，进行新一轮的迭代；若等于预先设定的循环次数，则判断为“否”，然后将步骤3.2中最后一次输出的分离波场值作为目标分离波场记录。
[0128]
本实施例中，构建了模拟多源混合地震，采用实施例中的基于初至波场约束的多源混合地震波场分离方法，对该模拟多源混合地震的波场进行分离，结果如下：
[0129]
模拟多源混合地震的数据如图2所示，图2中仅展示了2个混合炮集，每个混合炮集包含2个单炮记录；未混合的原始炮集如图3所示。混合残差值wd′
的分布如图4所示；目标分离波场记录的分布即分离结果如图5所示。
[0130]
实施例2：
[0131]
本实施例给出了一种基于初至波场约束的多源混合地震波场分离方法，该方法与实施例1基本相同，区别在于：
[0132]
本实施例中，步骤1.1中，波场传播所需的参数包括波场传播地层的纵波速度v
p
和横波速度vs。
[0133]
本实施例中，步骤1.2中，地震波波动方程中的中的一类简化形式如式
ⅴ
所示：
[0134][0135]
式中：
[0136]
u表示地震波波场的水平分量；
[0137]
w表示地震波波场的垂直分量；
[0138]
t表示地震波在波场传播地层的传播时间；
[0139]vp
表示波场传播地层的纵波速度；
[0140]vs
表示波场传播地层的横波速度；
[0141]
x表示地震波传播的横坐标值；
[0142]
z表示地震波传播的纵坐标值。
[0143]
将步骤1.1获得的波场传播地层的纵波速度v
p
和横波速度vs，代入所述的式ⅰ中，获得初至波波场值wf。
[0144]
本实施例中，所述的步骤3.4为：
[0145]
根据波场值w0′
和步骤3.3获得混合分离波场值w
03
′
，计算并获得混合残差值wd′
；根据预设的残差值大小进行判断，若混合残差值wd′
大于预设的残差值，则判断为“是”，然后将混合残差值wd′
代入步骤3.2中，进行新一轮的迭代；若混合残差值wd′
小于预设的残差值，则判断为“否”，然后将步骤3.2中最后一次输出的分离波场值作为目标分离波场记录。
[0146]
对比例：
[0147]
本对比例给出了一种传统的多源混合地震波场分离方法，该方法为现有技术已知的常规的滤波分离法。
[0148]
本对比例中，采用传统的多源混合地震波场分离方法，对实施例1中的模拟多源混合地震的波场进行分离，结果如下：
[0149]
混合残差值wd′
的分布如图6所示，分离结果如图7所示。
[0150]
由上述实施例和对比例可知：与对比例相比，实施例的混合残差更小，说明分离信噪比更低，因此，采用本发明的基于初至波场约束的多源混合地震波场分离方法，分离结果的保真度更高。