一种基于正负倾角偏移体乘积的绕射波成像方法

1.本发明涉及地震偏移成像技术领域，具体涉及一种基于正负倾角偏移体乘积的绕射波成像方法。


背景技术：

2.全球碳酸盐岩只占沉积岩的20%左右，但却占有50%以上的油气探明储量。中国碳酸盐岩地层分布广泛、油气资源丰富、勘探潜力巨大。在碳酸盐岩探区，储集空间主要表现为断层，孔洞，裂缝等小尺度地质体，这类储层具有非规则，多尺度，强非均质等特点，地震响应常表现为绕射波特征。利用绕射波成像方法探测地下小尺度构造和盐丘边缘成为地震偏移成像的热点研究方向，得到广泛关注和研究。
3.主流的地震偏移成像技术是利用地震波场中的反射波信号进行成像，绕射波成像技术则是利用除反射以外的绕射信号成像。绕射波信号比反射波信号弱几个数量级，往往容易淹盖在全波场信号中难以分辨。因此，绕射波成像的关键在于如何压制反射波信号，突出绕射波响应。基于这一思路，有比较多的绕射波成像研究可参考。这些技术方法大体可以归纳为数据域和偏移域两类方法。数据域绕射波成像方法是将全波场数据转换到不同域中，利用分离出的绕射波信息成像。如一些动校正滤波方法，动校正倾角滤波方法（bansal和imhof，2005），动校正奇异值滤波方法（徐军等，2019），动校正拉东变换方法等。此类方法对原始波场数据动校正后，以反射波和绕射波的同相轴差异为基础，再通过线性fk滤波，奇异值分解，或拉东变换等手段分离出绕射波信号进行成像。滤波类方法思路直观，实现简单，但存在分离效果差，计算量大，参数不好控制等问题，而且易引入额外噪声。此外，还有一种在平面波域实现的数据域绕射波成像的方法（taner等，2006，fomel等，2007，朱生旺等，2013）。该方法是将全波场数据转换到平面波域后进行p分解，对不同的p剖面应用平面波解构滤波剔除反射波信号，筛选出绕射波能量后进行成像。平面波分解绕射波成像方法研究比较深入，效果也比较明显。但该方法过程比较复杂，步骤繁琐。总体来说，数据域类绕射波分离成像方法是一种常规的较为成熟的绕射波方法，但分离效果受很多因素影响。
4.偏移域绕射波成像方法是在偏移过程中压制/衰减反射波能量，实现绕射成像。如倾角绕射波成像方法，该方法是根据倾角域共成像点道集中绕射与反射同相轴的差异进行分离（landa等，2008，zhang和zhang，2014，klokov和fomel，2012，刘斌等，2014，李正伟等，2018）。在倾角域共成像点中，绕射波信息被拉平，反射波呈双曲形态，可通过搜索稳像点进行局部分离，或拉东变换方法进行分离。还有一类反稳相偏移域绕射波成像方法，该方法是通过改变偏移核函数或者增加反稳相滤波器，在偏移过程中压制反射能量（kozlov等，2004，moser和howard，2008，李晓峰等，2015）。该方法在实现过程中如何确定阈值参数是比较关键的。
5.根据以上总结，以射线类偏移成像方法为例，现有的主要绕射波成像技术方案可以概括为三种。如图1（a）、图1（b）及图1（c），其中图1（a）是对原始波场进行绕射波分离，对分离后的绕射波进行偏移成像，图1（b）是通过在偏移过程中，基于地层倾角信息进行反稳
相滤波器压制反射波，对剩下的绕射波进行成像。地层倾角信息可以通过常规偏移后获取。图1（c）则是在倾角域偏移道集中进行绕射波分离后成像。
6.当前绕射波成像技术仍旧比较依赖波场分离，无论是在偏移之前还是在偏移过程中，都需要寻找反射波和绕射波的差异进行波场分离。实际上反射波与绕射波皆属广义绕射波，二者本质上都是点散射或点集合散射的响应，不可能做到彻底的分离。因此大多存在分离效果不理想，滤波或阈值参数不好控制等问题，而且易引入额外噪声。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种基于正负倾角偏移体乘积的绕射波成像方法，可以直接对原始全波场数据进行处理，无需进行绕射波和反射波场的分离，在提高效率的同时避免因波场分离带来的问题。
8.一种基于正负倾角偏移体乘积的绕射波成像方法，包括以下步骤：步骤1、输入全波场、速度场以及观测系统参数；步骤2、射线追踪；步骤3、生成倾角域共成像点偏移道集；步骤4、计算正倾角偏移体和负倾角偏移体；步骤5、计算正负倾角偏移体乘积；步骤6、输出绕射波成像剖面。
9.如上所述步骤3中倾角域共成像点偏移道集基于以下公式：其中，为倾角对应的偏移成像体，和分别表示震源点和接收点所在观测线或观测面，，和分别为震源点，接收点及地下成像点坐标向量，为权函数，为输入的波场数据， 为地震波旅行时，为某常数倾角，为偏移过程中射线对在成像点处的偏移倾角，为狄拉克函数。
10.如上所述步骤4中正倾角偏移体的计算基于以下公式：，负倾角偏移体的计算基于以下公式：，其中，为正倾角偏移体，为负倾角偏移体，为倾角域共成像点道集，其中。
11.如上所述步骤5中倾角偏移体乘积计算基于以下公式：，其中，为正负倾角乘积偏移体，即绕射波成像剖面。
12.本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本发明提出了一种基于正负倾角乘积的绕射波射线成像方法，通过对正、负倾角偏移体使用点对点乘积成像条件达到绕射波成像的目的。该方法完全不需要进行绕射波场
分离，提高效率的同时避免了分离效果对成像的影响。
附图说明
13.图1(a)是对原始波场进行绕射波分离，对分离后的绕射波进行偏移成像的流程图；图1(b)是通过在偏移过程中，基于地层倾角信息进行反稳相滤波器压制反射波，对剩下的绕射波进行成像的流程示意图，地层倾角信息可以通过常规偏移后获取；图1(c)则是在倾角域偏移道集中进行绕射波分离后成像的流程示意图；图2为本发明的流程示意图；图3为孤立绕射点和连续反射界面组合模型；图4（a）和图4（b）分别为正、负倾角偏移成像体的成像结果示意图，图4（c）为常规反射波成像结果示意图，图4（d）为本发明的绕射波成像结果示意图。
具体实施方式
14.为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
15.射线类叠前深度偏移成像方法因为其具有很高的计算效率和灵活性，是目前地震勘探实际生产中应用最为广泛的方法。当前生产应用中的绕射波成像方法基本都是基于射线类方法。根据走时计算方法和振幅权重的不同，射线类偏移方法有很多变种，其一般形式为
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(1)式中i表示偏移成像体，和分别表示震源点和接收点所在观测线或观测面，，和分别为震源点，接收点及地下成像点坐标向量，为权函数，其计算与射线传播振幅，几何扩散以及散射夹角等相关，为输入的波场数据，为地震波旅行时。该公式中涉及到的大部分物理量可以通过动力学射线追踪计算。上述介绍的第一种(图1（a）)绕射成像方法可直接应用上式进行绕射波成像，但需要在偏移之前进行绕射波分离，即输入波场为波场分离后的绕射波场。第二种(图1（b）)绕射波成像方法是在偏移过程中利用反稳相滤波器压制镜面反射波，然后进行绕射成像。其一般形式为
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(2)式（2）基本与式（1）相近，区别在于积分核中增加了一个反稳相滤波因子。反稳相滤波因子有很多形式，其核心思想是，反射射线遵循 snell 定律，大部分绕射射线不遵循 snell 定律。根据偏移倾角矢量与地层倾角矢量夹角的大小设置相关阈值，在阈值范围内视为反射波成分，阈值以外则视为绕射波。通过该滤波因子可以衰减反射波信号，保留绕射波信号，从而在最后偏移体中最大程度突出绕射波能量，实现绕射成像。该方法最关键问题是如何确定滤波阈值参数。
16.第三种(图1（c）)绕射波成像方法是在偏移过程中产生倾角域偏移道集，在倾角域共成像点道集中利用反射波和绕射波同相轴的差异进行绕射波场的分离，然后叠加所有去除反射波后的倾角道集得到绕射成像。倾角域偏移成像公式的一般形式为：，
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(3)
其中，和分别表示震源点和接收点所在的观测线或观测面。为常数倾角，为偏移过程中射线对在成像点处的偏移倾角。通过狄拉克函数的作用，可以在偏移过程中实现对某倾角道集的收集。狄拉克函数具体表达式为： ，
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(4)为阶跃函数，为给预定设置的角度区间间隔。通过上式，狄拉克函数在(3)式中起到了“门”函数的作用，即将内的偏移道集都归约到常数倾角共成像点道集中。在倾角域共成像点中，绕射波信息被拉平，反射波呈双曲形态，可通过搜索稳像或拉东变换方法进行分离，最后叠加所有倾角共成像点偏移道集得到绕射波成像。该方法本质上也是进行波场分离后的方法，其波场分离在倾角域偏移道集中进行，需要针对每一个倾角道集进行处理。存在与第一种方法类似的问题。
17.本发明所述绕射波成像技术在倾角域偏移成像基础上实现，与常规倾角域绕射波成像方法(第三种)不同的是，并不在倾角域进行绕射波场分离，而是在获取倾角域共成像点道集后，分别叠加所有正倾角共成像点道集和所有负倾角成像点道集，形成两个子偏移成像体，然后使用点对点相乘的绕射波成像条件，实现绕射波成像。相关公式如下
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(5)
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(6)
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(7)其中，为正倾角偏移体，为负倾角偏移体，为正负倾角乘积偏移体。基于正负倾角偏移体乘积的绕射波成像方法本质在于，地下反射面元有且仅有一个或正或负的倾角。在偏移过程中，所有正倾角叠加道集仅对法线倾角为正的反射面元成像，所有负倾角叠加道集仅对法线倾角为负的反射面元成像。而绕射体的响应可以来自任意方向，所有正负倾角道集都能对绕射体成像。因此，对正负倾角偏移体求积可以压制单一倾角反射面元的成像，突出绕射体的成像。因此，本发明直接避免了波场分离的问题，而且实现简单高效。
18.一种基于正负倾角偏移体乘积的绕射波成像方法，包括以下步骤：步骤1、输入全波场、速度场以及观测系统参数；步骤2、射线追踪；步骤3、基于以下公式生成倾角域共成像点偏移道集；，其中，为倾角对应的偏移成像体，和分别表示震源点和接收点所在观测线或观测面，，和分别为震源点，接收点及地下成像点坐标向量，为权函数，为输入的波场数据， 为地震波旅行时，为某常数倾角，为偏移过程中射线对在成像点处的偏移倾角，为狄拉克函数。
19.狄拉克函数基于以下公式：
其中，为阶跃函数，为给预定设置的角度区间间隔。
20.步骤4、基于以下公式计算正倾角偏移体：基于以下公式计算负倾角偏移体：其中，为倾角域共成像点道集，其中。
21.步骤5、基于以下公式计算倾角偏移体乘积倾角偏移体乘积步骤6、输出绕射波成像剖面。
22.由步骤5计算得到的偏移数据体就是最终得到的绕射成像剖面。
23.为验证本发明提出的绕射波成像技术的有效性，本实施例设计了如图3所示的孤立绕射点和连续反射界面组合模型，速度模型水平长度8km，深度3km，模型网格数1601
×
601，网格间距5
×
5m。设置了6个孤立绕射点和包含有0
°
倾角和正负45
°
倾角倾斜构造的连续反射界面。速度模型背景速度为2km/s，绕射点和界面速度为2.2km/s。本次试验的合成数据使用散射波场积分方程数值模拟。在地表激发震源，在0~8km范围内按均匀间隔设置201炮，炮间距40m。在相同范围内均匀布置801道检波器，道间距10m。震源选择雷克子波模拟，最大频率30hz。记录长度5s，时间采样间隔5ms。
24.直接将全波场数据作为输入，根据本发明中的方法可以分别获得正、负倾角偏移成像体，常规反射波成像和绕射波成像结果。如图4（a）、图4（b）、图4（c）及图4（d）所示，图4(a)为正倾角偏移成像体，可以看到部分绕射点和45
°
反射界面得到成像。由于反射界面振幅比绕射振幅强很多，绕射点的成像受到了压制，尤其是靠模型左侧绕射点。图4(b)为负倾角偏移成像体，可以看到部分绕射点和﹣45
°
反射界面得到成像。类似地，绕射点的成像受到了压制，特别是靠模型右侧的绕射点。图4(c)为利用常规反射波成像方法的结果，可以看到绕射点和反射界面都得到了有效的成像。但绕射点成像振幅非常弱。图4(d)则是绕射波成像结果，可以清楚地看到孤立绕射点和界面连接处的绕射尖点都得到了较好的成像，水平和倾斜的连续反射界面则没有成像。
25.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。