一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法及系统的制作方法

一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法及系统的制作方法
【专利摘要】一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法及系统，该方法在弹性波逆时偏移方法基础上进行了改进，可直接以多分量地震资料为输入，在反演的框架下，通过在偏移的不同步骤采用不同的波场延拓算子以及新的成像条件，从而实现基于反演的多分量地震资料偏移成像。本发明将反演的思想引入弹性波逆时偏移中，与常规弹性波逆时偏移相比可获得高精度、高分辨率、高信噪比、振幅保真的叠前深度偏移剖面；能有效克服横波极性反转造成的同相轴相消干涉，且在完整地保持纵横波矢量特性、振幅以及相位特性的同时，有效地消除纵横波之间串扰造成的偏移假象，提高了成像的精度，可应用到各种复杂介质模型的多分量地震资料偏移中，且成像剖面明确，便于后期地质解译。
【专利说明】
一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法及系统
技术领域
[0001] 本发明属于地球物理勘探领域，涉及多分量地震资料叠前偏移成像处理，特别涉 及一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法及系统。
【背景技术】
[0002] 在过去的几十年中，油气勘探中绝大多数以纵波勘探方法为主，该方法是基于声 学介质假设的，它认为地下介质中只存在纵波。然而，随着油气勘探的深入发展，勘探的目 标日趋复杂，这种基于声波方程的单分量地震数据处理方法越来越显得有些能力不足，尤 其对于复杂构造成像。因为，地下介质中传播的波场不仅有纵波，而且还有横波以及转换波 等波型，也就是说地震波场是弹性波场。多分量地震资料自然地包含了纵波，横波以及转换 波等波型，与单一的纵波相比，纵横波之间的耦合可以更好的保持地震波场的运动学（走 时、路径等)和动力学(波形、振幅、频率、相位、偏振特性等)特性。此外，由于横波的存在，使 得多分量地震资料可以更有效地识别亮点反射，更好的进行储层流体识别、裂缝分布估计、 各向异性分析等。因此针对多分量地震资料，发展基于弹性介质假设的偏移成像方法成为 今后偏移成像的研究重点。
[0003] 众所周知，叠前深度偏移已经成为当前油气勘探业界的主流方法，根据偏移过程 中所用波场延拓算子的不同，目前已有的多分量地震资料叠前深度偏移成像方法可以分为 三类。一是射线类偏移方法，如Kirchhoff偏移和束偏移等;二是单程波类偏移方法，如弹性 屏法等;三是基于双程波动方程的逆时偏移方法。对于复杂构造来讲，逆时偏移是精度最 高，算法最稳健的一种。对于多分量地震资料逆时偏移，其实现方式有多种，可以概括为两 类:一是基于声波方程，如将多分量地震资料分离成纵波资料和横波资料，对每一种资料都 采用传统的声波逆时偏移进行成像。二是基于弹性波方程，如直接对多分量资料进行笛卡 尔分量成像，或利用波场的矢量势和标量势进行成像等。对基于声波方程的多分量地震资 料偏移方法而言，该实现方式忽略了多分量数据的矢量特性，造成地下介质属性信息被忽 略，这必然带来成像误差。此外，对多分量地震资料进行的纵横波分离往往不是完美的，这 种不彻底的分离也必然会造成偏移剖面中出现串扰假象。对基于弹性波方程的多分量地震 资料偏移方法而言，纵横波之间的串扰，横波极性反转等问题，在不同程度和方面影响着偏 移的精度。除此之外，在逆时偏移中所采用的波场延拓算子存在误差，它并非波场正向延拓 算子的精确逆，而是利用波场正向延拓算子的伴随算子来替代的。再加上，实际地震资料是 不完整的，采集孔径有限，而且资料中存在假频、噪音等，综合这些因素，使得逆时偏移剖面 存在采集脚印、分辨率低、振幅不均衡、假象严重等问题。因此，基于常规的弹性波逆时偏移 方法无法很好的实现对多分量地震资料的高精度、高分辨率、搞信噪比、保幅成像。为此，必 须建立一套新的基于弹性波方程的、以"高精度、高分辨率、高信噪比、保幅"为特点的多分 量地震资料逆时偏移成像方法。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于弹性波方程的、 以"高精度、高分辨率、高信噪比、保幅"为特点的多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方 法及系统。
[0005] 为了实现以上目的，本发明提供的一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方 法，包括以下步骤：
[0006] (a):读取预设参数、给定的背景模型及观测的多炮多分量地震记录D=(Dx，D y， Dz)，确定进行偏移成像的所有多分量地震记录；
[0007] (b):针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置震源子波，基于各向同性介质纵横波 分解的弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的每 一个时刻的震源波场，该震源波场包含矢量纵波震源波场;从而获得每一炮对应的震源波 场；
[0008] (c):针对每一炮，首先对与该炮对应的观测的多分量地震记录进行预处理，之后 同样基于各向同性介质纵横波分解的弹性波方程，对该炮的经过预处理的多分量地震记录
>进行波场逆时延拓，获得该炮的每一个时刻的检波点波场，该检波点波场 包含矢量纵波检波点波场和矢量横波检波点波场;在相同的时刻，对于该炮的震源波场以 及检波点波场应用成像条件，获得该炮的单炮偏移剖面;进而获得每一炮对应的单炮偏移 剖面;将所有炮的单炮偏移剖面进行叠加，获得初始偏移剖面，也即第0次迭代的偏移剖面
[0009] 所述的进行预处理具体为：
[0010]⑴ V V *
V.
[0011] 其中，t表示波的传播时间；
[0012] (d):针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置震源子波，基于各向同性介质纵横波 耦合的弹性波方程，利用(a)中给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的背 景波场;利用（c)中所述的初始偏移剖面1〇、所述的该炮的背景波场以及(a)中给定的背景 模型，构建该炮的虚拟震源;基于带有所述虚拟震源的各向同性介质纵横波耦合的弹性波 方程，利用给定的背景模型对该炮点进行波正向延拓，获得该炮的反偏移波场，对该炮的反 偏移波场进行记录采样，获得该炮的多分量反偏移记录;进而获得每一炮对应的多分量反 偏移记录，所有炮的多分量反偏移记录构成了初始多分量反偏移记录，也即第0次迭代的多 分量反偏移记录峋此时，设置当前的迭代次数为i = 〇;
[0013] (e):设置当前的迭代次数i = i + l，基于第i-1次迭代所得到的所述偏移剖面 & = 和第i-Ι次迭代所得到的所述多分量反偏移记录t ，进行反 演迭代；
[0014] 在第i次迭代中，针对每一炮，利用第i-Ι次迭代所得到的该炮的多分量反偏移记 录dH和与该炮对应的观测的多分量地震记录计算该炮的多分量残差记录，进而获得所有 炮对应的多分量残差记录
[0015] 所述的利用第i-1次迭代所得到的该炮的多分量反偏移记录cU-jP与该炮对应的 观测的多分量地震记录计算该炮的多分量残差记录具体为：
[0016]
(2)
[0017] (f):针对每一炮，首先对该炮的多分量残差记录进行预处理，之后同样基于各向同性 介质纵横波分解的弹性波方程，对经过预处理的多分量残差记录
进行波场逆时延拓获得该炮的每一个时刻的检波点波场，该检波点波场包含矢量纵波检波 点波场和矢量横波检波点波场;在相同的时刻，对于该炮的检波点波场以及该炮的由步骤 (b)得到的震源波场应用所述成像条件，获得该炮的单炮梯度剖面;进而获得每一炮对应的 单炮梯度剖面;将所有炮的单炮梯度剖面进行叠加，获得本次迭代的梯度剖面，也即第i次 迭代的梯度剖面孓
[0018] 所述的对该炮的所述多分量残差记录进行预处理具体为：
[0019]
(3；)
[0020] (g):利用最优化反演算法，构建第i次迭代的下降方向剖面i:.
[0021] (h):针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置震源子波，同样基于各向同性介质纵 横波耦合的弹性波方程，利用(a)中给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮 的背景波场;利用步骤(g)中所获得的第i次迭代的下降方向剖面^、该炮的背景波场以及 给定的背景模型，构建该炮的虚拟震源;基于带有所述虚拟震源的各向同性介质纵横波親 合的弹性波方程，利用给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的反偏移波 场，对该炮的反偏移波场进行记录采样，获得该炮的多分量扰动反偏移记录;进而获得每一 炮对应的多分量扰动反偏移记录，所有炮的多分量扰动反偏移记录构成了第i次迭代的多 分量扰动反偏移记录A/, = 再利用步长公式计算本次迭代的优化步长αι;
[0022] 所述的步长公式为
[0023]
[0024] 所述方程(4)中，求和变量k包含笛卡尔坐标的x，y和ζ三个方向；xs表示震源点位 置，Χι·表示检波点位置；
[0025] (i):利用步骤(h)得到的优化步长〇1及步骤(g)得到的下降方向剖面Γι，更新第i次 迭代的偏移剖面利用优化步长及步骤(h)得到的多分量扰动反偏移记录ScU， 更新第i次迭代的多分量反偏移记录di = di-i+ai5di;
[0026] 所述更新第i次迭代的所述偏移剖面^ = 具体为：
[0027](5)
[0028] 所述更新第
i次迭代的所述多分量反偏移记录cUick-i+ajcU具体为：
[0029]
(6)
[0030] (j):第i次迭代完后，计算第i次迭代的目标泛函值h，判断当前迭代是否满足收 敛标准，如果满足则输出最新的偏移剖面为最终的偏移剖面1 = (11)1)，11");否则重复步骤 (e)至（i)，直至获得最终偏移剖面；
[0031 ] 所沭计筧第i次佚代的目标抒函倌fi具体为：
[0032](7? \ v * -
? ' 入/
[0033]所述方程（7)中，求和变量k包含笛卡尔坐标的x，y和z三个方向；Xs表示震源点位 置，Xr表示检波点位置；
[0034]所述的收敛标准具体为：
[0035]
(8)
[0036] 所述方程(8)中，theshold表示迭代停止的阈值标准，通常选取0.00001为最佳。
[0037]本发明实施采用的技术方案还包括:在步骤(b)，步骤(c)和步骤(f)中所述的各向 同性介质纵横波分解的弹性波方程为：
[0038]
[0039] 所述方程(9)中，VP = (VXP，VyP，VZP)τ表示矢量纵波速度波场;V s = (Vxs，Vys，Vzs )? 不矢直横波速度波场;V = Vp+Vs = ( Vx，Vy，Vz "表不矢直速度波场；G = ( Οχχ，Gyy，，〇xy，Oyz， σζχ)τ表示矢量应力波场;λ和μ表示介质拉梅常数;p表示介质密度;t表示时间；x，y和z分别 表示笛卡尔坐标的x，y和z三个方向。
[0040] 本发明实施采用的技术方案还包括:在步骤(d)和步骤(h)中所述的各向同性介质 纵横波耦合的弹性波方程为：
[0041]
[0042] 本发明实施采用的技术方案还包括:步骤(c)和步骤(f)中所述成像条件为：
[0043]
[0044] 所述方程(11冲，在步骤(c冲，俨=邱，= %;在步骤(f冲，gf; %，gf =
[0045] 所述方程（11)中，表示震源波场中的矢量纵波速度波场， < =表示检波点波场中的矢量纵波速度波场，C = f表示检波点 波场中的矢量横波速度波场。
[0046] 本发明实施采用的技术方案还包括:在步骤(d)和步骤(h)中所述基于带有所述虚 拟震源的各向同性介质纵横波耦合的弹性波方程，利用给定的背景模型对该炮点进行波正 向延拓，获得该炮的矢量反偏移波场，其特征在于此处的带有所述虚拟震源的各向同性介 质纵横波耦合的弹性波方程可表示为：
[0047]
[0048] 所述方程(12)中，虚拟震源矢量F = (Fxx，Fyy，Fzz，Fxy，Fyz，F zx)τ可以表示为：
[0049]
[0050] 所述方程（12)中，5￥=0￥^￥^1)7表示反偏移矢量速度波场4〇=0(^>^^ 〇ζζ, δσΧγ, 5oyz, δσζχ)表不反偏移矢里_应力波场；
[0051 ]所述方程（13)中，在步骤（d)中，,=ΑΓ，《% _= ΑΓ ;在步骤(h)中，mi = ripp，m2 = rips〇
[0052]本发明还提供一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像系统，包括初始化模 块、震源波场计算模块、初始偏移剖面计算模块、初始多分量反偏移记录计算模块和反演迭 代模块；
[0053]所述初始化模块用于读取预设参数、给定的背景模型及观测的多分量地震记录， 确定进行偏移成像的所有多分量地震记录；
[0054]所述震源波场计算模块用于利用各向同性介质纵横波分解的弹性波方程进行波 场正向延拓获得每一炮对应的每一个时刻的震源波场；
[0055] 所述初始偏移剖面计算模拟用于计算所有炮的叠加偏移剖面，具体为针对每一 炮，首先对所述该炮的观测的多分量地震记录进行预处理，之后基于所述各向同性介质纵 横波分解的弹性波方程，对经过所述预处理的该炮的多分量地震记录进行波场逆时延拓， 获得该炮的每一个时刻的检波点波场，该检波点波场包含矢量纵波检波点波场和矢量横波 检波点波场;在相同的时刻，对于所述该炮的震源波场以及所述该炮的检波点波场应用成 像条件，获得该炮的单炮偏移剖面;对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述单炮偏移 剖面;将所有炮的所述单炮偏移剖面进行叠加，获得初始偏移剖面；
[0056] 所述初始多分量反偏移记录计算模块用于计算所有炮的多分量反偏移记录，具体 为:针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置所述震源子波，基于各向同性介质纵横波耦合的 弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的背景波场； 利用所述初始偏移剖面、所述的该炮的背景波场以及所述给定的背景模型，构建该炮的虚 拟震源;基于带有所述虚拟震源的各向同性介质纵横波耦合的弹性波方程，利用所述给定 的背景模型对该炮点进行波正向延拓，获得该炮的反偏移波场，对该所述炮的反偏移波场 进行记录采样，获得该炮的多分量反偏移记录;对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所 述多分量反偏移记录，所有炮的所述多分量反偏移记录构成了初始多分量反偏移记录； [0057]所述反演迭代模块是用于利用最优化反演算法对偏移剖面进行更新，获得最终的 偏移剖面；
[0058] 本发明实施采用的技术方案还包括:所述反演迭代模块包括多分量残差记录计算 单元、梯度剖面计算单元、下降方向剖面计算单元、扰动多分量反偏移记录计算单元、步长 计算单元、偏移剖面及多分量反偏移记录更新计算单元、收敛条件判断单元：
[0059] 所述分量残差记录计算单元用于利用多分量反偏移记录和观测的多分量地震记 录计算多分量残差记录，具体为，设置当前迭代次数，针对每一炮，利用前一次迭代所得到 的该炮的所述多分量反偏移记录和该炮的所述观测的多分量地震记录计算该炮的多分量 残差记录，对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述多分量残差记录；
[0060] 所述梯度剖面计算单元用于计算本次迭代的梯度剖面，具体为，针对每一炮，首先 对所述该炮的多分量残差记录进行预处理，之后基于所述各向同性介质纵横波分解的弹性 波方程，对经过所述预处理的该炮的多分量残差记录进行波场逆时延拓获得该炮的每一个 时刻的检波点波场，该检波点波场包含矢量纵波检波点波场和矢量横波检波点波场;在相 同的时刻，对于所述该炮的震源波场以及所述该炮的检波点波场应用所述成像条件，获得 该炮的单炮梯度剖面;对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述单炮梯度剖面;将所有 炮的所述单炮梯度剖面进行叠加，获得本次迭代的梯度剖面；
[0061] 所述下降方向剖面计算单元用于利用最优化反演算法，构建本次迭代的下降方向 剖面；
[0062] 所述扰动多分量反偏移记录计算单元用于计算每一炮对应的扰动多分量反偏移 记录，具体为，针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置所述震源子波，基于所述各向同性介 质纵横波耦合的弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得 该炮的背景波场;利用获得的本次迭代的所述下降方向剖面、所述的该炮的背景波场以及 所述给定的背景模型，构建该炮的虚拟震源;基于所述带有所述虚拟震源的各向同性介质 纵横波耦合的弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该 炮的反偏移波场，对该炮的所述反偏移波场进行记录采样，获得该炮的多分量扰动反偏移 记录;对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述多分量扰动反偏移记录，所有炮的所述 多分量扰动反偏移记录构成了本次迭代的多分量扰动反偏移记录；
[0063] 所述步长计算单元用于利用步长公式计算本次迭代的优化步长；
[0064] 所述偏移剖面及多分量反偏移记录更新计算单元用于更新所述偏移剖面和所述 多分量反偏移记录，具体为，利用所述优化步长、前一次迭代所得所述偏移剖面以及本次迭 代所得的所述下降方向剖面更新所述偏移剖面;利用所述优化步长、前一次迭代所得所述 多分量反偏移记录以及本次迭代所得的所述多分量扰动反偏移记录更新所述多分量反偏 移记录；
[0065] 利用所述优化步长及下降方向剖面，更新本次迭代的偏移剖面;利用所述优化步 长及所述多分量扰动反偏移记录，更新本次迭代的多分量反偏移记录；
[0066] 所述收敛条件判断单元用于判断本次迭代是否满足收敛停止标准，具体为，计算 本次迭代的目标泛函值，判断本次迭代是否满足收敛标准，如果满足则输出最新的所述偏 移剖面为最终的偏移剖面;否则重复此反演模块，直至获得所述最终偏移剖面。
[0067] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1)本发明将反演的思想引入弹 性波逆时偏移中，与常规弹性波逆时偏移相比，本发明可以获得高精度、高分辨率、高信噪 比、振幅保真的偏移剖面;2)本发明所用成像条件自然地校正了横波极性，无需极性反转校 正运算便可有效克服横波极性反转造成的偏移剖面相消干涉;3)本发明采用的成像方式， 无需额外的纵横波分离运算，而且完整地保持了纵横波的矢量特性、振幅以及相位特性，有 效地消除了纵横波之间串扰造成的偏移假象，极大地提高了成像的精度;4)本发明所得成 像剖面物理意义非常明确，便于后期地质解译;5)本发明可以广泛用于油气勘探领域中，特 别是对于复杂构造深部的成像效果更加明显。
【附图说明】
[0068] 图1是本发明提供的多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法流程示意图；
[0069] 图2是本发明提供的二维陡倾角断层模型图；其中，图2(a)是拉梅常数λ模型；图2 (b)是拉梅常数μ的模型；
[0070] 图3是图2所示二维陡倾角断层模型的多炮叠加偏移剖面:其中，图3(a)是利用传 统方法所得的水平分量剖面，图3(b)是利用传统方法所得的垂直分量剖面，图3(c)是利用 传统方法所得的ΡΡ剖面，图3(d)是利用传统方法所得的PS剖面，图3(e)是利用本发明方法 所得的初始ΡΡ剖面，图3(f)是利用本发明方法所得的初始PS剖面；
[0071] 图4是图2所示二维陡倾角断层模型的多炮叠加偏移剖面:其中，图4(a)是利用本 发明方法所得的ΡΡ剖面;图4(b)是利用本发明方法所得的PS剖面；
[0072] 图5是本发明提供的切除直达波后的单炮地震记录:其中，图5(a)是观测记录水平 分量；图5(b)是观测记录垂直分量；图5(c)是利用本发明方法所得的反偏移记录水平分量； 图5(d)是利用本发明方法所得的反偏移记录垂直分量；
[0073]图6是本发明提供的Marmousi-ii模型：其中，图6(a)是拉梅常数λ模型；图6(b)是 拉梅常数μ模型；
[0074]图7是图6所示Marmousi-ii模型的多炮叠加偏移剖面:其中，图7(a)是利用传统方 法所得的水平分量剖面；图7(b)是利用传统方法所得的垂直分量剖面；图7(c)是利用传统 方法所得的PP剖面；图7(d)是利用传统方法所得的PS剖面；图7(e)是利用本发明方法所得 的PP剖面;图7(f)是利用本发明方法所得的PS剖面；
[0075] 图8是本发明提供的SEG/EAGE Salt模型:其中，图8(a)是纵波速度模型；图8(b)是 横波速度模型；
[0076] 图9是图8所示SEG/EAGE Salt模型的多炮叠加偏移剖面:其中，图9(a)是利用传统 方法所得的PP剖面；图9(b)是利用传统方法所得的PS剖面(经过极性反转校正）；图9(c)是 利用本发明方法所得的PP剖面;图9(d)是利用本发明方法所得的PS剖面；
[0077] 图10是本发明提供的多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0078] 为了是本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，一下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0079] 请参阅图1，是本发明提供的多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法流程示 意图。本发明实施例的多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法包括以下步骤：
[0080] 步骤S100:读取预设参数、给定的背景模型及观测的多炮多分量地震记录D=(DX， Dy，D z)，确定进行偏移成像的所有多分量地震记录；
[0081] 步骤S200:针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置震源子波，基于各向同性介质纵 横波分解的弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮 的每一个时刻的震源波场，该震源波场包含矢量纵波震源波场;对所有炮均执行该操作， 获得每一炮对应的所述震源波场；
[0082] 所述的各向同性介质纵横波分解的弹性波方程为：
[0083]
[0084] 所述方程(9)中，VP = (VXP，VyP，VZP)τ表示矢量纵波速度波场;V s = (Vxs，Vys，Vzs )? 示矢量横波速度波场;v= (Vx，Vy，Vz )1?示矢量速度波场;σ = (σχχ，σγγ，σζζ，σχγ，σγζ，。^"表示 矢量应力波场;λ和μ表示介质拉梅常数;ρ表示介质密度;t表示时间；χ，y和ζ分别表示笛卡 尔坐标的x，y和ζ三个方向；
[0085] 步骤S300:针对每一炮，首先对该炮的所述观测的多分量地震记录进行预处理，之 后基于所述各向同性介质纵横波分解的弹性波方程，对经过所述预处理的该炮的多分量地 震记录6 = 进行波场逆时延拓，获得该炮的每一个时刻的检波点波场，该检波 点波场包含矢量纵波检波点波场和矢量横波检波点波场;在相同的时刻，对于该炮的所述 震源波场以及该炮的所述检波点波场应用成像条件，获得该炮的单炮偏移剖面;对所有炮 执行该操作，获得每一炮对应的所述单炮偏移剖面;将所有炮的所述单炮偏移剖面进行叠 加，获得初始偏移剖面，也即第〇次迭代的偏移剖面i〇=fir，/rh
[0086] 所述的对该炮的所述观测的多分量地震记录进行预处理具体为：
[0087]
(1)
[0088]其中，t表示波的传播时间；
[0089]所述成像条件为：
[0090]
[0091] 所述方程(11)中，偏移剖面具体为
[0092] 所述方程（11)中，表示震源波场中的矢量纵波速度波场， 表示检波点波场中的矢量纵波速度波场，C 表示检波点 波场中的矢量横波速度波场；
[0093] 步骤S400:针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置所述震源子波，基于各向同性介 质纵横波耦合的弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得 该炮的背景波场;利用步骤S100中所述的初始偏移剖面1〇、所述的该炮的背景波场以及所 述给定的背景模型，构建该炮的虚拟震源;基于带有虚拟震源的各向同性介质纵横波親合 的弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波正向延拓，获得该炮的反偏移波 场，对该炮的所述反偏移波场进行记录采样，获得该炮的多分量反偏移记录;对所有炮执行 该操作，获得每一炮对应的所述多分量反偏移记录，所有炮的所述多分量反偏移记录构成 了初始多分量反偏移记录，也即第〇次迭代的多分量反偏移记录此时，设置 当前的迭代次数为i = 0;
[0094] 在步骤S400中所述的各向同性介质纵横波耦合的弹性波方程为：
[0095]
[0096] 在步骤S400中所述带有所述虚拟震源的各向同性介质纵横波耦合的弹性波方程 可表示为：
[0097]
[0098] 所述方程(12)中，虚拟震源矢量F = (Fxx，Fyy，Fzz，Fxy，Fyz，F zx)τ可以表示为：
[0099]
[0100] 所述方程（12)中，6￥=0￥^￥^￥2)7表示反偏移矢量速度波场4〇=0 〇)〇^(%^ 〇ζζ, δσΧγ, 5oyz, δσζχ)表不反偏移矢里_应力波场；
[0101] 所述方程（13)中，叫= /r' ％ =
[0102] 步骤S500:设置当前的迭代次数i = i+l，基于第i-1次迭代所得到的所述偏移剖面 Ii 和第i_l次迭代所得到的所述多分量反偏移记录今i ，进行反 演迭代；
[0103] 在第i次迭代中，针对每一炮，利用第i-Ι次迭代所得到的该炮的所述多分量反偏 移记录cU-jP该炮的所述观测的多分量地震记录D计算该炮的多分量残差记录，对所有炮执 行该操作，获得每一炮对应的所述多分量残差记录
[0104] 所述的利用第i-1次迭代所得到的该炮的所述多分量反偏移记录dH和该炮的所 述观测的多分量地震记录D计算该炮的多分量残差记录具体为：
[0105]
(2)
[0106] 步骤S600:针对每一炮，首先对该炮的所述多分量残差记录进行预处理，之后基于 所述各向同性介质纵横波分解的弹性波方程，对经过所述预处理的该炮的多分量残差记录 进行波场逆时延拓获得该炮的检波点波场，该检波点波场包含矢 量纵波检波点波场和矢量横波检波点波场;在相同的时刻，对于该炮的所述震源波场以及 该炮的所述检波点波场应用所述成像条件，获得该炮的单炮梯度剖面;对所有炮执行该操 作，获得每一炮对应的所述单炮梯度剖面;将所有炮的所述单炮梯度剖面进行叠加，获得本 次迭代的梯度剖面，也即第i次迭代的梯度剖面晃=
[0107] 所述的对该炮的所述多分量残差记录进行预处理具体为：
[0108]
(:3:>
[0109] 所述对于该炮的所述震源波场以及该炮的所述检波点波场应用所述成像条件，具 体为基于所述方程(11)，其中，=辑
[0110] 步骤S700:利用最优化反演算法，构建第i次迭代的下降方向剖面^=&，^严）；
[0111] 步骤S800:针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置所述震源子波，基于所述各向同 性介质纵横波耦合的弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓， 获得该炮的背景波场;利用步骤S700中所获得的第i次迭代的所述下降方向剖面 Γι、所述的 该炮的背景波场以及所述给定的背景模型，构建该炮的虚拟震源;基于所述的各向同性介 质纵横波耦合的弹性波方程，利用所述给定的背景模型以及所述的该炮的虚拟震源对该炮 点进行波场正向延拓，获得该炮的反偏移波场，对该炮的所述反偏移波场进行记录采样，获 得该炮的多分量扰动反偏移记录;对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述多分量扰 动反偏移记录，所有炮的所述多分量扰动反偏移记录构成了第i次迭代的多分量扰动反偏 移记录Λ/; 再利用步长公式计算本次迭代的优化步长α1;
[0112] 所述利用步骤S700中所获得的第i次迭代的所述下降方向剖面Γι、所述的该炮的 背景波场以及所述给定的背景模型，构建该炮的虚拟震源，具体为基于所述方程（13)，其 中，mi = ripp，m2 = rips;
[0113] 所述的步长公式为
[0114]
[0115]所述方程(4)中，求和变量k包含笛卡尔坐标的x，y和z三个方向；Xs表示震源点位 置，Xr表示检波点位置；
[0116] 步骤S900:利用步骤S800得到的所述优化步长αι及步骤S700得到的所述下降方向 剖面η，更新第i次迭代的所述偏移剖面利用所述优化步长及步骤S800得到 的所述多分量扰动反偏移记录3di，更新第i次迭代的所述多分量反偏移记录di = di-i+ai3 di；
[0117] 所述更新第i次迭代的所述偏移剖面= 具体为：
[0118]
(5)
[0119] 所述更新第i次迭代的所述多分量反偏移记录cUid^+ajcU具体为：
[0120]
(6)
[0121]步骤S1000:第i次迭代完后，计算第i次迭代的目标泛函值h，判断当前迭代是否 满足收敛标准，如果满足则输出最新的所述偏移剖面为最终的偏移剖面I = (Ipp，Ips);否则 重复步骤S500至S1000,直至获得所述最终偏移剖面；
[0122] 所述计算第i次迭代的目标泛函值h具体为：
[0123]
a)
[0124] 所述方程(7)中，求和变量k包含笛卡尔坐标的x，y和z三个方向；xs表示震源点位 置，Xr表示检波点位置；
[0125] 所述的收敛标准具体为：
[0126]
(8)
[0127] 所述方程(8)中，theshold表示迭代停止的阈值标准，通常选取0.00001为最佳。
[0128] 本发明涉及一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法及系统，本发明是在 弹性波逆时偏移方法的基础上进行了改进，特征是直接以多分量地震资料为输入，在反演 的框架下，通过在偏移的不同步骤采用不同的波场延拓算子以及采用新的成像条件，从而 实现基于反演的弹性波逆时偏移。本发明将反演的思想引入弹性波逆时偏移中，与常规弹 性波逆时偏移相比，本发明可以获得高精度、高分辨率、高信噪比、振幅保真的叠前深度偏 移剖面。本发明有效克服了横波极性反转造成的偏移剖面相消干涉，而且在完整地保持纵 横波的矢量特性、振幅以及相位特性的同时，有效地消除了纵横波之间串扰造成的偏移假 象，极大地提高了成像的精度。本发明可以应用到各种复杂介质模型的多分量地震资料偏 移中，它可以获得模型不同参数的各自构造，且成像剖面物理意义非常明确，便于后期地质 解译。
[0129] 相应的，本发明提供一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像系统，如图10所 示，该系统包括：
[0130]初始化模块、震源波场计算模块、初始偏移剖面计算模块、初始多分量反偏移记录 计算模块和反演迭代模块；
[0131]所述初始化模块用于读取预设参数、给定的背景模型及观测的多炮多分量地震记 录，确定进行偏移成像的所有多分量地震记录；
[0132] 所述震源波场计算模块用于利用各向同性介质纵横波分解的弹性波方程进行波 场正向延拓获得每一炮对应的每一个时刻的震源波场；
[0133] 所述初始偏移剖面计算模拟用于计算所有炮的叠加偏移剖面，具体为针对每一 炮，首先对所述该炮的观测的多分量地震记录进行预处理，之后基于所述各向同性介质纵 横波分解的弹性波方程，对经过所述预处理的该炮的多分量地震记录进行波场逆时延拓， 获得该炮的每一个时刻的检波点波场，该检波点波场包含矢量纵波检波点波场和矢量横波 检波点波场;在相同的时刻，对于所述该炮的震源波场以及所述该炮的检波点波场应用成 像条件，获得该炮的单炮偏移剖面;对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述单炮偏移 剖面;将所有炮的所述单炮偏移剖面进行叠加，获得初始偏移剖面；
[0134] 所述初始多分量反偏移记录计算模块用于计算所有炮的多分量反偏移记录，具体 为:针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置所述震源子波，基于各向同性介质纵横波耦合的 弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的背景波场； 利用所述初始偏移剖面、所述的该炮的背景波场以及所述给定的背景模型，构建该炮的虚 拟震源;基于带有虚拟震源的各向同性介质纵横波耦合的弹性波方程，利用所述给定的背 景模型对该炮点进行波正向延拓，获得该炮的反偏移波场，对该所述炮的反偏移波场进行 记录采样，获得该炮的多分量反偏移记录;对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述多 分量反偏移记录，所有炮的所述多分量反偏移记录构成了初始多分量反偏移记录；
[0135] 所述反演迭代模块是用于利用最优化反演算法对偏移剖面进行更新，获得最终的 偏移剖面；
[0136] 本发明实施采用的技术方案还包括:所述反演迭代模块包括多分量残差记录计算 单元、梯度剖面计算单元、下降方向剖面计算单元、扰动多分量反偏移记录计算单元、步长 计算单元、偏移剖面及多分量反偏移记录更新计算单元、收敛条件判断单元：
[0137] 所述分量残差记录计算单元用于利用多分量反偏移记录和观测的多分量地震记 录计算多分量残差记录，具体为，设置当前迭代次数，针对每一炮，利用前一次迭代所得到 的该炮的所述多分量反偏移记录和该炮的所述观测的多分量地震记录计算该炮的多分量 残差记录，对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述多分量残差记录；
[0138] 所述梯度剖面计算单元用于计算本次迭代的梯度剖面，具体为，针对每一炮，首先 对所述该炮的多分量残差记录进行预处理，之后基于所述各向同性介质纵横波分解的弹性 波方程，对经过所述预处理的该炮的多分量残差记录进行波场逆时延拓获得该炮的检波点 波场，该检波点波场包含矢量纵波检波点波场和矢量横波检波点波场;在相同的时刻，对于 所述该炮的震源波场以及所述该炮的检波点波场应用所述成像条件，获得该炮的单炮梯度 剖面;对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述单炮梯度剖面;将所有炮的所述单炮梯 度剖面进行叠加，获得本次迭代的梯度剖面；
[0139] 所述下降方向剖面计算单元用于利用最优化反演算法，构建本次迭代的下降方向 剖面；
[0140] 所述扰动多分量反偏移记录计算单元用于计算每一炮对应的扰动多分量反偏移 记录，具体为，针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置所述震源子波，基于所述各向同性介 质纵横波耦合的弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得 该炮的背景波场;利用获得的本次迭代的所述下降方向剖面、所述的该炮的背景波场以及 所述给定的背景模型，构建该炮的虚拟震源;基于所述带有虚拟震源的各向同性介质纵横 波耦合的弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的 反偏移波场，对该炮的所述反偏移波场进行记录采样，获得该炮的多分量扰动反偏移记录； 对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述多分量扰动反偏移记录，所有炮的所述多分 量扰动反偏移记录构成了本次迭代的多分量扰动反偏移记录；
[0141] 所述步长计算单元用于利用步长公式计算本次迭代的优化步长；
[0142] 所述偏移剖面及多分量反偏移记录更新计算单元用于更新所述偏移剖面和所述 多分量反偏移记录，具体为，利用所述优化步长、前一次迭代所得所述偏移剖面以及本次迭 代所得的所述下降方向剖面更新所述偏移剖面;利用所述优化步长、前一次迭代所得所述 多分量反偏移记录以及本次迭代所得的所述多分量扰动反偏移记录更新所述多分量反偏 移记录；
[0143] 利用所述优化步长及下降方向剖面，更新本次迭代的偏移剖面;利用所述优化步 长及所述多分量扰动反偏移记录，更新本次迭代的多分量反偏移记录；
[0144] 所述收敛条件判断单元用于判断本次迭代是否满足收敛停止标准，具体为，计算 本次迭代的目标泛函值，判断本次迭代是否满足收敛标准，如果满足则输出最新的所述偏 移剖面为最终的偏移剖面;否则重复此反演模块，直至获得所述最终偏移剖面。
[0145] 为进一步说明本发明的可行性和有效性，下面举三个实例：
[0146] 实例 1:
[0147] 图2是二维陡倾角断层模型图；其中，图2(a)是拉梅常数λ模型；图2(b)是拉梅常数 μ的模型。在此模型上设置49个爆炸震源，震源子波设定为雷克子波，主频为15赫兹，起始震 源点的位于（150m，100m)处，炮间隔为100m。采用中间放炮两边接收观测系统，单边最大偏 移距2300m，最小偏移距为150m，道间距为10m。是图3是图2所示二维陡倾角断层模型的多炮 叠加偏移剖面:其中，图3(a)是利用传统方法所得的水平分量剖面，图3(b)是利用传统方法 所得的垂直分量剖面，图3(c)是利用传统方法所得的PP剖面，图3(d)是利用传统方法所得 的PS剖面，图3(e)是利用本发明方法所得的初始PP剖面，图3(f)是利用本发明方法所得的 初始PS剖面。从图3(a)和图3(b)中可以看出，两个剖面均存在比较明显的纵横波串扰噪声， 且每个剖面均包含两个模型参数的构造，剖面的分辨率较低，振幅不均衡。从图3(c)和图3 (d)中可以看出，尽管两个剖面纵横波串扰假象被压制，横波极性反转造成了PS剖面出现严 重的相消干涉，同时两个剖面的分辨率和振幅均衡性较差，每个剖面均包含两个模型参数 的构造。从图3(e)和图3(f)中可以看出，本发明方法所得的初始剖面较好地压制了纵横波 之间的串扰假象，横波极性反转也被自动校正，PP剖面只包含拉梅常数λ的构造，PS剖面只 包含拉梅常数μ的构造，但是两个剖面的分辨率比较低，振幅也不均衡，图4是图2所示二维 陡倾角断层模型的多炮叠加偏移剖面:其中，图4(a)是利用本发明方法所得的ΡΡ剖面；图4 (b)是利用本发明方法所得的PS剖面。从图4(a)和图4(b)中可以看出，本发明方法所得的最 终剖面具有很高的精度、分辨率和信噪比，而且振幅是均衡性很好。对比图3和图4可以证 明，本发明方法能够获得高质量的偏移剖面，同时也证明了本发明方法的可行性及有效性。 图5是切除直达波后的单炮地震记录:其中，图5(a)是观测记录水平分量；图5(b)是观测记 录垂直分量；图5(c)是利用本发明方法所得的反偏移记录水平分量；图5(d)是利用本发明 方法所得的反偏移记录垂直分量。从图5中可以看出，本发明方法所得反偏移记录与观测记 录匹配非常好，这间接地验证了本发明方法的有效性。
[0148] 实例2:
[0149] 图6是Marmousi-ii模型：其中，图6(a)是拉梅常数λ模型；图6(b)是拉梅常数μ模 型。该模型是验证各种偏移方法成像效果的国际标准模型之一。在此模型上设置47个爆炸 震源，震源子波设定为雷克子波，主频为15赫兹，起始震源点的位于（100m，100m)处，炮间隔 为200m。采用中间放炮两边接收观测系统，单边最大偏移距3500m，最小偏移距为100m，道间 距为10m。图7是图6所示Marmousi-ii模型的多炮叠加偏移剖面:其中，图7(a)是利用传统方 法所得的水平分量剖面；图7(b)是利用传统方法所得的垂直分量剖面；图7(c)是利用传统 方法所得的PP剖面；图7(d)是利用传统方法所得的PS剖面；图7(e)是利用本发明方法所得 的PP剖面;图7(f)是利用本发明方法所得的PS剖面。从图7(a)和图7(b)中可以看出，传统的 笛卡尔分量成像条件不能压制纵横波之间的串扰，造成成像结果存在严重的串扰假象。从 图7(c)和图7(d)中可以看出，传统方法所得的PP剖面和PS剖面在压制纵横波串扰方面相比 于传统的笛卡尔分量成像条件要好，但纵横波串扰假象并没有被完全压制，此外，横波极性 反转造成了 PS剖面存在严重的同相轴干涉相消，使得剖面质量大幅度降低，严重影响后续 的解释工作。由图7也可以看出，两种传统方法的成像剖面振幅严重失衡，深部剖面相对振 幅并不保真。与其相比，本发明方法所得成像剖面可见图7(e)和图7(f)，从中可以看出，本 发明方法成像效果更好，纵横波串扰几乎被完全消除，横波极性反转自动得到校正，偏移剖 面的分辨率和精度更高，信噪比也更好，振幅均衡性更佳。
[0150] 实例3:
[0151] 图8是SEG/EAGE Salt模型：其中，图8(a)是纵波速度模型；图8(b)是横波速度模 型。该模型是验证各种偏移方法成像效果的国际标准盐丘模型之一。在此模型上设置39个 爆炸震源，震源子波设定为雷克子波，主频为12赫兹，起始震源点的位于（170m，100m)处，炮 间隔为150m。采用中间放炮两边接收观测系统，单边最大偏移距4800m，最小偏移距为170m， 道间距为l〇m。图9是图8所示SEG/EAGE Salt模型的多炮叠加偏移剖面:其中，图9(a)是利用 传统方法所得的PP剖面；图9(b)是利用传统方法所得的PS剖面(经过极性反转校正）；图9 (c)是利用本发明方法所得的PP剖面；图9(d)是利用本发明方法所得的PS剖面。从图9中可 以看出，本发明方法所得偏移剖面具有更高的分辨率、更好的信噪比、精度也更高，此外我 们也可以清晰地看出本发明方法所得剖面具有很高的振幅保真性。
[0152] 以上描述和实施例仅用于说明本发明，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等 同变化和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法，其特征在于包括W下步骤： (曰）：读取预设参数、给定的背景模型及观测的多炮多分量地震记录〇=(护，〇"，〇3)，确 定进行偏移成像的多分量地震记录； (b):针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置震源子波，基于各向同性介质纵横波分解 的弹性波方程，利用上述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的每一个 时刻的震源波场，该震源波场包含矢量纵波震源波场，从而获得每一炮对应的震源波场； (C):针对每一炮，首先对与该炮对应的观测的多分量地震记录进行预处理，之后同样 基于各向同性介质纵横波分解的弹性波方程，对该炮的经过预处理的多分量地震记录 i = 进行波场逆时延拓，获得该炮的每一个时刻的检波点波场，该检波点波场 包含矢量纵波检波点波场和矢量横波检波点波场;在相同的时刻，对于该炮的震源波场W 及检波点波场应用成像条件，获得该炮的单炮偏移剖面;进而获得每一炮对应的单炮偏移 剖面;将所有炮的单炮偏移剖面进行叠加，获得初始偏移剖面，也即第0次迭代的偏移剖面所述的预处理具体为：U ) 其中，t表不波的传播时间； (d) :针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置震源子波，基于各向同性介质纵横波禪合 的弹性波方程。利用(a)中给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的背景波 场;利用(C)中所述的初始偏移剖面1〇、所述的该炮的背景波场W及(a)中给定的背景模型， 构建该炮的虚拟震源;基于带有所述虚拟震源的各向同性介质纵横波禪合的弹性波方程， 利用给定的背景模型对该炮点进行波正向延拓，获得该炮的反偏移波场，对该炮的反偏移 波场进行记录采样，获得该炮的多分量反偏移记录;进而获得每一炮对应的多分量反偏移 记录，所有炮的多分量反偏移记录构成了初始多分量反偏移记录，也即第0次迭代的多分量 反偏移记录兩《，斯，而);此时，设置当前的迭代次数为i = 〇; (e) :设置当前的迭代次数i = i + l，基于第i-1次迭代所得到的所述偏移剖面和第i-1次迭代所得到的所述多分量反偏移记f进行反 演迭代； 在第i次迭代中，针对每一炮，利用第i-1次迭代所得到的该炮的多分量反偏移记录di-l 和与该炮对应的观测的多分量地震记录计算该炮的多分量残差记录，进而获得所有炮的多 分量残差记录所述的利用第i-1次迭代所得到的该炮的多分量反偏移记录di-1和与该炮对应的观测 的多分量地震记录计算该炮的多分量残差记录具体为：(2) (f):针对每一炮，首先对该炮的多分量残差记录进行预处理，之后同样基于各向同性 介质纵横波分解的弹性波方程，对经过预处理的多分量残差记录Δ式__ι=(Δ屯,，Δ每;ι，Δ屯I) 进行波场逆时延拓获得该炮的每一个时刻的检波点波场，该检波点波场包含矢量纵波检波 点波场和矢量横波检波点波场;在相同的时刻，对于该炮的检波点波场W及该炮的由步骤 (b)得到的震源波场应用所述成像条件，获得该炮的单炮梯度剖面;进而获得每一炮对应的 单炮梯度剖面;将所有炮的单炮梯度剖面进行叠加，获得本次迭代的梯度剖面，也即第i次 迭代的梯度剖面 所述的对该炮的多分量残差记录进行预处理具体为：(63:) (邑）：利用最优化反演算法，构建第欲迭代的下降方向剖面/;=^片^;严'): 化）：针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置震源子波，同样基于各向同性介质纵横波 禪合的弹性波方程，利用(a)中给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的背 景波场;利用步骤(g)中所获得的第i次迭代的下降方向剖面ri、该炮的背景波场W及给定 的背景模型，构建该炮的虚拟震源;基于带有所述虚拟震源的各向同性介质纵横波禪合的 弹性波方程，利用给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的反偏移波场，对 该炮的反偏移波场进行记录采样，获得该炮的多分量扰动反偏移记录;进而获得每一炮对 应的多分量扰动反偏移记录，所有炮的多分量扰动反偏移记录构成了第i次迭代的多分量 扰动反偏移记录乂 半;I :再利用步长公式计算本次迭代的优化步长曰1; 所述的步长公式为所述方程(4)中，求和变量k包含笛卡尔坐标的x，y和ζΞ个方向；Xs表示震源点位置，xr 表示检波点位置； (i):利用步骤化)得到的优化步长及步骤(g)得到的下降方向剖面ri，更新第i次迭代 的偏移剖面= 利用优化步长及步骤化)得到的多分量扰动反偏移记录Sdi，更新 第i次迭代的多分量反偏移记录di = di-i+aiSdi; 所述更新第i次迭代的偏移剖面Ii = Ii-1+Oiri具体为：(5) 所述更新第i次迭代的多分量反偏移记录di = di-i+aiSdi具体为：(j):第i次迭代完后，计算第i次迭代的目标泛函值判断当前迭代是否满足收敛标 准，如果满足则输出最新的偏移剖面为最终的偏移剖面I = (lPP，ps);否则重复步骤(e)至 (i)，直至获得最终偏移剖面； 所述计算第i次迭代的目标泛函值fi具体为：Π ) 所述方程(7)中，求和变量k包含笛卡尔坐标的x，y和ζΞ个方向；xs表示震源点位置，xr 表示检波点位置； 所述的收敛标准具体为：(8； 所述方程(8)中，the sho Id表示迭代停止的阔值标准，通常选取0.00001。2.根据权利要求1所述的一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法，其特征在 于步骤化），步骤(C)和步骤(f)中所述的各向同性介质纵横波分解的弹性波方程为：所述方程(9 )中，Vp = ( Vxp，Vyp，Vzp )嗦示矢量纵波速度波场;Vs = ( Vxs，Vys，Vzs )嗦示矢量 横波速度波场;V = Vp+Vs = ( Vx，Vy，Vz )Τ表示矢量速度波场；σ = ( Οχχ，Oyy，〇zz，〇xy，Oyz，〇ζχ)Τ表 示矢量应力波场;λ和μ表示介质拉梅常数;p表示介质密度;t表示时间；X，y和z分别表示笛 卡尔坐标的x，y和ζΞ个方向。3.根据权利要求1或2所述的一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法，其特征 在于步骤(d)和步骤化)中所述的各向同性介质纵横波禪合的弹性波方程为：4. 根据权利要求1或2或3所述的一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法，其 特征在于步骤(C)和步骤(f)中所述成像条件为：所述方程（11)中，在步骤(C)中，部=听，皆=?2巧步骤(f)中，妒=W,，妒=m,; 所述方程（11)中，F/=(Ki，吃，表示震源波场中的矢量纵波速度波场， 咚=(?，叹，吟?表示检波点波场中的矢量纵波速度波场，K*=(c:，cr表示检波点 波场中的矢量横波速度波场。5. 根据权利要求1或2或3或4所述的一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法， 其特征在于步骤(d)和步骤化）中所述基于带有所述虚拟震源的各向同性介质纵横波禪合 的弹性波方程，利用给定的背景模型对该炮点进行波正向延拓，获得该炮的矢量反偏移波 场，此处的带有所述虚拟震源的各向同性介质纵横波禪合的弹性波方程表示为：所述方程（12)中，δν = (SVx, SVy, SVz)T表示反偏移矢量速度波场;δσ = (δοχχ，Soyy，δοζζ，δ 〇xy，δογζ，δ〇ζχ)τ表示反偏移矢量应力波场； 所述方程（13)中，在步骤(d)中，脚1二解，"?2 ;在步骤化）中，mi = ；TiPP，m2 = :riPs。6.-种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像系统，其特征在于包括初始化模块、震 源波场计算模块、初始偏移剖面计算模块、初始多分量反偏移记录计算模块和反演迭代模 块； 所述初始化模块用于读取预设参数、给定的背景模型及观测的多炮多分量地震记录， 确定进行偏移成像的所有多分量地震记录； 所述震源波场计算模块用于利用各向同性介质纵横波分解的弹性波方程进行波场正 向延拓获得每一炮对应的每一个时刻的震源波场； 所述初始偏移剖面计算模拟用于计算所有炮的叠加偏移剖面，具体为针对每一炮，首 先对所述该炮的观测的多分量地震记录进行预处理，之后基于所述各向同性介质纵横波分 解的弹性波方程，对经过所述预处理的该炮的多分量地震记录进行波场逆时延拓，获得该 炮的每一个时刻的检波点波场，该检波点波场包含矢量纵波检波点波场和矢量横波检波点 波场;在相同的时刻，对于所述该炮的震源波场W及所述该炮的检波点波场应用成像条件， 获得该炮的单炮偏移剖面;对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述单炮偏移剖面;将 所有炮的所述单炮偏移剖面进行叠加，获得初始偏移剖面； 所述初始多分量反偏移记录计算模块用于计算所有炮的多分量反偏移记录，具体为： 针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置所述震源子波，基于各向同性介质纵横波禪合的弹 性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的背景波场;利 用所述初始偏移剖面、所述的该炮的背景波场W及所述给定的背景模型，构建该炮的虚拟 震源;基于带有所述虚拟震源的各向同性介质纵横波禪合的弹性波方程，利用所述给定的 背景模型对该炮点进行波正向延拓，获得该炮的反偏移波场，对该所述炮的反偏移波场进 行记录采样，获得该炮的多分量反偏移记录;对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述 多分量反偏移记录，所有炮的所述多分量反偏移记录构成了初始多分量反偏移记录； 所述反演迭代模块是用于利用最优化反演算法对偏移剖面进行更新，获得最终的偏移 剖面。7.根据权利要求6所述的一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像系统，其特征在 于:所述反演迭代模块包括多分量残差记录计算单元、梯度剖面计算单元、下降方向剖面计 算单元、扰动多分量反偏移记录计算单元、步长计算单元、偏移剖面及多分量反偏移记录更 新计算单元、收敛条件判断单元： 所述分量残差记录计算单元用于利用多分量反偏移记录和观测的多分量地震记录计 算多分量残差记录，具体为，设置当前迭代次数，针对每一炮，利用前一次迭代所得到的该 炮的所述多分量反偏移记录和该炮的所述观测的多分量地震记录计算该炮的多分量残差 记录，对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述多分量残差记录； 所述梯度剖面计算单元用于计算本次迭代的梯度剖面，具体为，针对每一炮，首先对所 述该炮的多分量残差记录进行预处理，之后基于所述各向同性介质纵横波分解的弹性波方 程，对经过所述预处理的该炮的多分量残差记录进行波场逆时延拓获得该炮的检波点波 场，该检波点波场包含矢量纵波检波点波场和矢量横波检波点波场;在相同的时刻，对于 所述该炮的震源波场W及所述该炮的检波点波场应用所述成像条件，获得该炮的单炮梯度 剖面;对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述单炮梯度剖面;将所有炮的所述单炮梯 度剖面进行叠加，获得本次迭代的梯度剖面； 所述下降方向剖面计算单元用于利用最优化反演算法，构建本次迭代的下降方向剖 面； 所述扰动多分量反偏移记录计算单元用于计算每一炮对应的扰动多分量反偏移记录， 具体为，针对每一炮，在该炮对应炮点位置设置所述震源子波，基于所述各向同性介质纵横 波禪合的弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的 背景波场;利用获得的本次迭代的所述下降方向剖面、所述的该炮的背景波场W及所述给 定的背景模型，构建该炮的虚拟震源;基于所述的带有所述虚拟震源的各向同性介质纵横 波禪合的弹性波方程，利用所述给定的背景模型对该炮点进行波场正向延拓，获得该炮的 反偏移波场，对该炮的所述反偏移波场进行记录采样，获得该炮的多分量扰动反偏移记录； 对所有炮执行该操作，获得每一炮对应的所述多分量扰动反偏移记录，所有炮的所述多分 量扰动反偏移记录构成了本次迭代的多分量扰动反偏移记录； 所述步长计算单元用于利用步长公式计算本次迭代的优化步长； 所述偏移剖面及多分量反偏移记录更新计算单元用于更新所述偏移剖面和所述多分 量反偏移记录，具体为，利用所述优化步长、前一次迭代所得所述偏移剖面W及本次迭代所 得的所述下降方向剖面更新所述偏移剖面;利用所述优化步长、前一次迭代所得所述多分 量反偏移记录W及本次迭代所得的所述多分量扰动反偏移记录更新所述多分量反偏移记 录； 利用所述优化步长及下降方向剖面，更新本次迭代的偏移剖面;利用所述优化步长及 所述多分量扰动反偏移记录，更新本次迭代的多分量反偏移记录； 所述收敛条件判断单元用于判断本次迭代是否满足收敛停止标准，具体为，计算本次 迭代的目标泛函值，判断本次迭代是否满足收敛标准，如果满足则输出最新的所述偏移剖 面为最终的偏移剖面;否则重复此反演模块，直至获得所述最终偏移剖面。
【文档编号】G01V1/28GK105974470SQ201610520574
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】谷丙洛, 李振春
【申请人】中国石油大学(华东)