地震波的叠前分离方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地震勘探的技术领域，尤其涉及一种地震波的叠前分离方法。
【背景技术】
[0002] 在三维三分量（three-dimensionalthree-component, 3D3C)地震勘探中，垂直分 量（Z分量）以及两个水平分量（X、Y)分量同时接收地震信号。按照传统的三分量地震数 据的处理流程，3D3C地震数据的处理应该以RT旋转作为一开始的处理步骤，来将Ζ-Χ-Υ坐 标系的地震信号转换至Z-R-T坐标系内，其中R分量指向震源指向检波点的方位，Τ分量的 方向与之正交。在地表是各向同性、水平分层以及速度较低的假设下，S波模式被认为被R 分量接收，然而Τ分量只接收噪音，Ζ分量只接收噪音以及Ρ波模式。但是这个假设在大多 数的三分量地震勘探中是不可被接受的。
[0003] 当地层中存在构造应力时，常常会发育高角度裂缝，并表现为方位各向异性的特 征。方位各向异性会导致S波分裂为快横波（S1波）以及慢横波（S2波），它们各自有着不 同的波矢特征。S1波与S2波分别沿着平行以及垂直裂缝面的方向极化。S1波与S2波通 常会复合在一起，并被X与Υ检波器同时接收，然而Ρ波被Ζ分量接收。RT旋转后，复合S 波模式会由X、Υ分量转换至R、Τ分量，各自被称为SV波与SH波。
[0004] 在后续的处理中，SV与SH波被分别偏移成像。在传统的方法中，S1波与S2波都 是从SV波与SH波的叠加剖面中进行分离，并用来预测裂缝的发育。此类3C地震数据的处 理方法在近地表速度较低，地震射线近似垂直出射地表的情况下是可以接受的。但是，在大 多数情况下，空间中广泛存在地层倾斜或者是岩石物性的方位差异会导致Ρ波以及分裂的 S波来自不同深度的反射界面并且被三分量检波器接收，即所谓的"波型泄露"。因此，只用 水平分量的S波进行裂缝参数的预测是不保幅的，甚至会导致结果的误差。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于提供一种地震波的叠前分离方法，以解决所谓的"波型泄 露"从而导致裂缝参数的预测结果产生误差的问题。
[0006] 为解决上述问题，本发明实施例提供一种地震波的叠前分离方法，包括：接收地震 波的Ρ波、S1波与S2波，其中所述Ρ波、S1波与S2波分别来自于不同反射点；将Ρ波、S1 波与S2波分别投影至Z-R-T坐标系，以产生投影矩阵，其中Ζ为垂直分量，R为震源指向检 波点的方位的分量，Τ为与R分量正交的分量；将Ρ波、S1波与S2波的矢量形成为合成矢 量；根据Ρ波、S1波与S2波的矢量方向上的基矢量，将合成矢量转换成各向异性波向量矩 阵；对所述各项异性波向量矩阵进行仿射坐标系旋转变换，以产生波分离矩阵。
[0007] 根据本发明的技术方案，通过没有对各向异性波场做任何正交极化的假设条件 下，将投影至Z-R-T坐标系的Z、R、T分量上的地震波转换到纯Ρ波、S1波以及S2波的真实 波矢方向上，以利于后续的真振幅成像以及反演处理，从而解决所谓的"波型泄露"从而导 致裂缝参数的预测结果产生误差的问题。
【附图说明】
[0008] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0009] 图1是根据本发明实施例的三分量的地表检波器在某一时窗内接收的地震波场 的不意图；
[0010] 图2是根据本发明实施例的Z-R-T坐标系下的P、S1和S2波矢量的示意图；
[0011] 图3是根据本发明实施例的地震波的叠前分离方法的流程图；
[0012] 图4是根据本发明实施例的波矢叠加的示意图；
[0013] 图5(a) -图5(f)分别是仿射坐标系下的P波、S1波与S2波的分离的示意图，其 中，图5 (a)是合成纯的P波、S1波与S2波；图5 (b)是Z分量、R分量、T分量的合成记录； 图5(c)是加入10%随机噪音后的Z分量、R分量、T分量的合成记录；图5(d)是加入10% 噪音水平时仿射坐标系波场分离后的P波、S1波与S2波记录；图5(e)是加入50%随机噪 音后的Z分量、R分量、T分量的合成记录；图5 (f)是加入50%噪音水平时仿射坐标系波场 分离后的P波、S1波与S2波记录；
[0014] 图6(a)-图6(c)分别是不同噪音水平下的矢端曲线图，其中，图6(a)是无噪音； 图6 (b)是10 %噪音水平；图6 (c)是50 %噪音水平；
[0015] 图7 (a)是不同噪音水平下波矢叠加法计算的P波与Z轴、R轴、T轴正方向的夹角 的示意图，其中P波矢量与Z轴、R轴以及T轴夹角的真实值分别为10°、84°与82°;
[0016] 图7(b)是不同噪音水平下波矢叠加法计算的S1波与Z轴、R轴、T轴正方向的夹 角的示意图，其中S1波矢量Z轴、R轴以及T轴夹角的真实值分别为110°、140°与57°;
[0017] 图7(c)是不同噪音水平下波矢叠加法计算的S2波与Z轴、R轴、T轴正方向的夹 角的示意图，其中S2波矢量Z轴、R轴以及T轴夹角的真实值分别为85°、55°与35°;
[0018] 图8(a)是数值模拟中的P波的射线路径图；
[0019] 图8(b)是数值模拟中的分裂S波的射线路径图；
[0020] 图9(a)是Z分量的裂缝模型模拟数据的示意图，其中噪音水平为40% ;
[0021] 图9(b)是R分量的裂缝模型模拟数据的示意图，其中噪音水平为40%
[0022] 图9(c)是T分量的裂缝模型模拟数据的示意图，其中噪音水平为40% ;
[0023] 图10 (a)是P波的仿射坐标系分离后的纯波场的示意图；
[0024] 图10 (b)是S1波的仿射坐标系分离后的纯波场的示意图；
[0025] 图10 (c)是S2波的仿射坐标系分离后的纯波场的示意图。
【具体实施方式】
[0026] 本发明的主要思想在于，基于没有对各向异性波场做任何正交极化的假设条件 下，将投影至Z-R-T坐标系的Z、R、T分量上的地震波转换到纯P波、S1波以及S2波的真实 波矢方向上，以利于后续的真振幅成像以及反演处理，从而解决所谓的"波型泄露"从而导 致裂缝参数的预测结果产生误差的问题。
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本 发明作进一步地详细说明。
[0028] 首先，图1是根据本发明实施例的三分量的地表检波器在某一时窗内接收的地震 波场的示意图。如图1所示，地表检波器的三个分量在某一时窗内可能同时接收P波、S1波 与S2波。由于P波的传播速度快，所以同一时窗内的P波的反射是来自更深的反射点A， S1波与S2波可能分别来自同一界面邻近的两个反射点B与C。由于反射点B、C的距离较 近，可以假设两点位置的裂缝参数具有相似性，所以S1波与S2波在R-T平面内矢量投影的 夹角接近90°。但在三维空间内，S1波与S2波的矢量方向不是正交的。由于同一时窗内 的P波矢量来自更深的反射点，所以P波与S1波、S2波的矢量方向两两均不正交，矢量波 场的分离必须通过非正交的仿射坐标系的旋转变换才能实现。
[0029] 当地下介质存在裂缝时，如图2所示，三分量的地表检波器在某一时刻会同时接 收来自不同反射点的P波、S1波与S2波，且在三分量的地表检波器上都会出现投影，分别 投影至Z-R-T坐标系，如公式（1)所示：
[0030]
⑴
[0031] 其中，P、Sl、S2分別為P波、S1波与S2波的矢量，ez、％和e及别为Z、R和T方 向的基矢量，Pz、Slz、S2Z分别为P波、S1波与S2波在Z坐标上的振幅，PR、S1R、S2R分别为 P波、S1波与S2波在R坐标上的振幅，PT、S1T、S2T分别