一种真振幅偏移成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种地下构造成像方法，特别是地震勘探中的偏移成像方法，主要用 于油气资源勘探中的偏移成像方法。
【背景技术】
[0002] 地震勘探方法是目前石油、天然气及其他能源勘探的重要方法，而地震偏移作为 现代地震勘探数据处理的关键环节，为地震解释和岩性反演提供必要的技术支撑。因此，发 展一种不仅能准确反映地下构造形态还能反映地层岩性变化的真振幅地震偏移技术一直 是人们关注的问题。
[0003] 目前，常规地震偏移处理技术，即现代常规地震数据采集技术，在地震数据采集方 面只接收地表或海面的波场值然后，利用该地表波场值成像地下构造。与采集方案配套的 偏移成像处理技术有（1)克希霍夫积分偏移法；（2)有限差分偏移法；（3)频率波数域偏移 法；(4)逆时偏移法。这些方法的共同特点是依据波动方程利用地表的波场值成像地下构 造。由于波动方程含有深度方向的二阶偏导数，数学上要使该波动方程能够求解，必须已知 地表的波场值和地表波场在深度方向的偏导数。而现有技术没有接收地表波场在深度方向 的偏导数。因此，在数学上严格意义的解是不存在的。为此，现有技术对波动方程进行各种 近似处理，以便只利用地表波场值对地下构造进行成像。正是这种对波动方程的近似处理 导致成像振幅失真。成像振幅不能真实的反映目的层的岩性变化。从而不利于岩性勘探。
[0004] 在海洋上，还可采用上下异位组合双检波器地震数据采集系统。该地震数据采集 系统突破了传统海洋地震勘探只采集单层波场的方式。地震数据采集时，如附图1所示， 在距离海平面不同的深度各放置一条拖缆构成上下异位的组合检波器地震数据采集系统。 其工作原理：海洋勘探船205在海洋200中进行地震勘探作业时，在船205后的不同深度 上放置两条拖缆210 (1-2)，该拖缆210 (1-2)上有至少检波器220 (1-2)接收放置在距海 平面一定深度的震源215激发的上行波场和下行波场230 (1-2)、225 (1-2)。这样被检波器 220(1-2)就接收了来自海底地下结构反射的地震信号225(1-2)和一个或多个海面反射的 鬼波信号230 (1-2)，目的是去除海洋地震勘探中的多次波，所以其本质上仍然与常规地震 偏移处理技术相同。虽然其能提供双层波场值，但其采集第二层波场的目的是去除海洋地 震勘探中的多次波并拓宽地震勘探的频带。根据已知单层波场的情况利用常规的偏移处理 方法进行波场延拓的，根据在现有技术，目前常规偏移处理技术虽然能对地下构造形态进 行较好的成像，但是计算的振幅难以反映地下构造的岩性变化。
[0005] 目前偏移方法都是在一定程度上对全声波方程的近似求解，该问题的根源在于目 前地震勘探只记录了地表处的波场，缺少地表波场对深度的导数，而声波方程含有对深度 的二阶偏导数，必须有两个边界条件才能完全、准确的求解声波方程。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明公开了一种真振幅偏移成像方法，提出了陆上双检波器观 测系统，旨在基于该观测系统形成了与之配套的全声波方程真振幅叠前深度偏移方法，克 服目前地震数据采集系统只记录地表波场值而无法在深度域精确求解声波方程的缺陷，利 用声波方程精确求解地震波场信息，并为后续的地质解释人员提供可靠的地下构造和岩性 信息，增加了地质解释和地震反演分析的可信度。
[0007] 本发明采用如下的技术方案：
[0008] 真振幅偏移成像方法，主要包含以下步骤：
[0009] (1)在地表及地表以下，布置若干深度不同的检波层，每一检波层设若干检波点并 放置检波器；
[0010] (2)对各检波点的地震信号进行数据采集；
[0011] (3)若不同检波层的检波点上下非垂直正对，则对采集的地震信号数据进行波场 插值计算处理；
[0012] (4)计算地表处或最上层检波层的波场关于深度的偏导数；
[0013] (5)对检波点波场和炮点波场进行波场延拓；
[0014] (6)利用互相关成像原理或反射系数成像原理对延拓的检波点波场和炮点波场进 行成像；
[0015] (7)重复步骤（5)和（6)，直到达到目标深度，输出偏移剖面成像。
[0016] 在上述方案基础上，进一步地优选：
[0017] 在第（1)步中，优选是布置两层检波层，即双检波器；进一步优选是地表和地下各 设一层检波层，即地表检波层和地下检波层，两层检波器层的间距优选为20cm~50cm;两 层检波层中，优选是在下的检波层的检波点位于在上的检波层检波点的垂直正下方；
[0018] 在第（1)步中，各检波层的检波器是单分量检波器，也可以是多分量检波器；
[0019] 在第（2)步中，包括多种方式传输采集方式，一是水平传输方式：同一检波层的检 波器以水平连接方式由一条大线负责传输采集对地震信号进行数据采集，也可多层由一条 大线负责传输；二是垂直传输方式：不同检波层且上下对应的检波器以垂直连接方式由多 条垂直线缆负责传输采集对地震信号进行数据采集；垂直传输方式，可采用一体化检波器， 即将两个/或多个传感器整合到一个检波器装置中，亦或包含压力传感器和能测量压力梯 度的传感器。三是无线传输方式，各检波层的检波器以无线传输方式对地震信号进行数据 采集，无线传输则是现有无线传输技术的任意一种或几种。
[0020] 在第（3)步中的波场插值计算：当下层检波器Rn未处于上层检波器正下方时， 首先根据上检波层记录的波场值，采用一定的插值技术计算出下检波层上检波点L正上 方的虚拟检波点R%的波场值，如图3所示；用同样的插值算法对下检波层记录的波场值进 行插值，计算上检波层上检波点Rcu正下方的虚拟检波器的波场值；这种插值计算也同样适 用于三维情况；
[0021] 在第（4)步中，波场对关于深度的偏导数计算：通过插值计算或实际记录的上下 层检波器波场值之后，在已知双层波场值情况下，利用利用差商公式计算地表或最上层检 波层波场关于深度的偏导数；这种求导算法也同样适用于三维情况；
[0022] 在第（5)步中，波场延拓可采用两种方式：
[0023] (a)偏移处理方式一：即已知地表或最上层波场值及其偏导数值进行波场延拓成 像；
[0024] 空间-频率域的声波方程及边界条件写为：
[0025]
[0026] 基于此，将公式⑴修改为
[0027]
[0028] 根据公式（2)和边值条件（1. b)、（1. c)即可实现波场延拓；
[0029] (b)偏移处理方式二：即已知地表或最上层波场及地下一定深度的另一检波层波 场进行偏移成像；
[0030] 频率波数域的声波方程及其边界条件可以写为：
[0033] 根据公式（4)和边值条件（3. b)、（3. c)即可实现波场延拓。
[0034] 本发明中部分参数术语及其含义：
[0035] 1.网格剖分间距：A z、A x、A y ; A z为z方向网格剖分间距，也是延拓步长；A x 为x方向网格剖分间距，Ay为y方向网格剖分间距；
[0036] 2.角频率：; -,2d2
[0037]x方向的波数为女2 =-^，y方向的波数为七=-7了； 1 &2 '
[0038] 3.地震波场值：u (X，y, z, t)，将其在时间域上做傅里叶变换后为以x,y,z,?);
[0039] 巩x，y，z = 〇，似)为在z = 0深度处的波场值u(x, y, z = 0, t)关于时间估j(傅里叶变 换后的结果；
[0040] WHz = 0,似)为在z = 〇深度处的波场值u (X, y, z = 0, t)关于X, y, t做傅里 叶变换后的结果；
[0041] = Az，w)为在z =AZ深度处的波场值u(x,y,z=AZ,t)关于时间做傅 里叶变换后的结果；
[0042] ^(Hz = Az, w)为在 z =Az深度处的波场值u(x,y,z=Az,t)关于x,y,t做 傅里叶变换后的结果；
[0043] 紅为在z= 2Az深度处的波场值u(x,y,z= 2Az,t)关于X,y,t 做傅里叶变换后的结果；
[0044] 4?模型速度：v(x,y,z)
[0045] 5.频率域地震波场值对z方向的一阶偏导数：;
[0046] 6.频率域地震波场值对z方向的二阶偏导数：(X，y，z，w);
[0047] 频率波数域地震波场值对z方向的二阶偏导数;
[0048] 7?对x的二阶偏导数
[0049] 对y的二阶偏导数
[0050] 8.伴随算子：
[0051] 9?谱投影算子：P= (I-sign(L))/2 ;1为单位矩阵；sign(L)表示伴随算子的符号 函数。
[0052] 10.z方向的波数