基于多次反射等效界面模型的三维鸣震追踪与预测方法与流程

本发明属于海洋地震勘探多次波预测领域，具体地涉及一种基于多次反射等效界面模型的三维鸣震追踪与预测方法。
背景技术：
：在海洋地震勘探中，由于海面与海底通常为强波阻抗界面，地震波会在海面与海底之间多次震荡而形成振幅较强的海水鸣震。一般来说，衰减多次波的方法主要分为三类：第一类是基于多次波周期性的预测反褶积；第二类为基于多次波与一次波“时差”的视速度滤波方法，如生产中常用的抛物线radon变换法；第三类是基于波动理论的多次波压制方法。常规多次波压制方法在三维海水鸣震衰减方法均存在着一定局限性：预测反褶积难以消除长周期的鸣震多次波；对于视速度差异的多次波压制方法而言，由于三维地震资料中cmp道集的覆盖次数在空间上分布不均匀，且近偏移距地震道中多次波与有效波时差较小，这在一定程度上影响了其处理效果；基于波动理论的多次波压制方法需要地下模型或齐备的地震数据，而且计算量大，这极大地限制了其针对“海量”三维地震资料的推广与应用。应用射线追踪求取海底多次波旅行时，再通过同相轴追踪进行多次波压制的处理方法是近年来发展的一种新的多次波预测与压制技术，其基于二维海底模型使用稳定波束法射线追踪模式精准预测各阶海水鸣震的旅行时，然后通过记录重排法将多次波同相轴校平再进行视速度滤波。然而，将该方法推广至三维海水鸣震压制中却遇到了困难，其原因在于：当海底起伏剧烈时，三维空间中多次波的传播路径极其复杂，这大大增加了基于海底模型通过射线追踪预测海水鸣震旅行时的难度。可以看出，目前常用的方法在三维情况下不能妥善的解决问题，因此需要研究一种新的方法，使其能够显著改善三维海水鸣震的压制效果。技术实现要素：本发明要解决的技术问题在于提供一种基于多次反射等效界面模型的射线追踪方法：其基本思路为，①利用海水中地震波传播速度进行偏移成像，并通过数字化采样获取准确的三维海底界面模型；②基于海底模型建立多次反射等效界面模型；③通过试射法射线追踪技术获得多次波旅行时。所述方法通过等效反射界面的建立，将多次波的多次反射传播路径简化为在等效反射界面上的一次反射路径，从而使得三维复杂模型下的多次波旅行时精确追踪成为可能。本发明采取以下技术方案：基于多次反射等效界面模型的三维鸣震追踪与预测方法，其特征在于它具体包括以下步骤：1)给定n个平行主测线方向的二维深度域地震剖面fi(x,z)，其中n为自然数,下标i表示剖面编号(1≤i≤n)，x,z分别表示沿主测线方向水平距离和垂直主测线方向的深度；2)在每个二维深度地震剖面上拾取海底一次反射的同相轴，得到海底反射同相轴曲线fi(x,z)，其中下标i表示剖面编号，x,z分别表示沿主测线方向水平距离和垂直主测线方向的深度；3)以一定的采样间隔δx(一般取为5m)将反射同相轴曲线fi(x,z)离散化，每个剖面上均得到m个离散点，其坐标记为(x1,j,z1,j)，其中下标1表示该点来自1次反射波同相轴曲线，j表示点号，1＜j＜m；4)取前两点a(x1,1,z1,1)和b(x1,2,z1,2)组成线元ab，然后按式(1)计算线元ab倾角θ1,1：5)做线元ab的反向延长线，其与x轴的交点设为点oj，j为点号，因此线元oa的倾角亦为θ1,1；由等效反射界面与海底界面倾角的关系可知，k阶多次反射等效线元的倾角为海底界面倾角的k倍，2≤k≤k，k为多次波最大阶数，从oj以倾角kθ1,1做线元lk,j,与a点关于x轴的法线相交于点a',则点a'为点a下方的k阶多次反射等效线元节点；6)分别基于其余所有的两个相邻点，重复步骤4和步骤5，可得所有线元的k阶多次反射等效线元lk,j及其节点，1≤j≤m；7)对于每一阶的所有多次反射等效线元，连接其各个节点可得每一阶多次反射等效“界线”；8)分别将各个二维深度域地震剖面上相同阶的多次反射等效“界线”的对应节点相连，由此形成各阶多次反射等效“界面”；9)基于各阶多次反射等效界面，应用试射法射线追踪技术，分别追踪出炮集记录中各阶多次波旅行时。本发明与现有技术相比的有益效果：多次反射波的阶数越高，其在海面和反射界面之间震荡的次数越多，传播路径越复杂，若采用常规多次反射波射线追踪技术往往无法追踪到精确的多次反射波传播旅行时，而本发明提出的一种基于多次反射等效界面模型的射线追踪方法，其通过等效反射界面的建立，将多次波的多次反射传播路径简化为在等效反射界面上的一次反射路径，降低了射线追踪的难度，从而使得三维复杂模型下的多次波旅行时精确追踪成为可能。附图说明图1理论模型的三维显示示例；图2原始炮集记录示例(炮号1801)；图3利用海水层波速进行偏移处理的地震剖面：黑色箭头为海底一次反射同相轴，白色箭头为2～4阶海底全程多次波同相轴；图4基于一定采样间隔(例如5m)离散海底反射同相轴；图5基于数字化采样建立的三维海底深度模型；图6基于海底模型等效线元求取多次反射等效“界线”示意图；图7合成三维各阶多次反射等效界面模型；(a)三维海底深度模型(b)三维各阶多次反射等效界面模型：1、二阶多次反射等效界面，2、三阶多次反射等效界面，3、四阶多次反射等效界面，4、五阶多次反射等效界面，5、六阶多次反射等效界面，6、七阶多次反射等效界面；图8叠置在原始炮集记录中的多次波时距曲线示例(炮号1801)。具体实施方式下面通过实施例结合附图来对本发明的技术方案作进一步解释，但本发明的保护范围不受实施例任何形式上的限制。实施例1建立长、宽及最大深度分别为5000m、5000m及2000m的三维层状介质模型(图1)，该模型共包含7套匀速地层(速度结构见表1)，为使模拟的地震记录中存在较强的海底多次波，使海水层与其下部地层具有较大的速度差(达到500m/s)，而海底较为平坦，其深度介于100m～200m之间。沿主测线方向，模型左部发育以穹隆结构，右侧为凹陷结构，在穹隆两侧均存在断面均垂直于主测线方向的两个断层，原始炮集记录如图2所示。为获得准确的海底界面模型，基于海水波速(1500m/s)进行叠前时间偏移创建三维叠前偏移数据体。表1理论模型各套地层纵波速度地层序号纵波速度值(m/s)11500220003215042350521506240072600下面将详细阐述本发明的具体实施过程：将三维叠前偏移数据体沿主测线方向划分为n个二维剖面fi(x,z)，n为自然数，其中下标i表示剖面编号(1≤i≤n)，x,z分别表示沿主测线方向水平距离和垂直主测线方向的深度；如图3所示，其中红色箭头指向的为海底一次反射同相轴，白色箭头指向的为2～4阶海底全程多次波同相轴。1)在每个二维地震剖面上拾取海底一次反射的同相轴，得到海底反射同相轴曲线fi(x,z)，其中下标i表示剖面编号，x,z分别表示沿主测线方向水平距离和垂直主测线方向的深度。2)以δx取为5m的采样间隔,将反射同相轴曲线fi(x,z)离散化，每个剖面上均得到m个离散点，其坐标记为(x1,j,z1,j)，其中下标1表示该点来自1次反射波同相轴曲线，j表示点号，1＜j＜m。如图4所示。然后进行时深转换，据此建立的三维海底深度模型，如图5所示。3)取前两点a(x1,1,z1,1)和b(x1,2,z1,2)组成线元ab，然后计算线元ab的倾角θ1,1。4)做线元ab的反向延长线，其与x轴的交点设为点oj(j为点号)，因此线元oa的倾角亦为θ1,1。由等效反射界面与海底界面倾角的关系可知，k(2≤k≤k，k为多次波最大阶数，一般小于10)阶多次反射等效线元的倾角为海底界面倾角的k倍，从oj以倾角kθ1,1做线元lk,j，与a点关于x轴的法线相交于点a'，则点a'为点a下方的k阶多次反射等效线元节点，过程如图6所示。5)分别基于其余所有的两个相邻点，重复4)和5)，可得所有线元的k阶多次反射等效线元lk,j(1≤j≤m)及其节点。6)对于每一阶的所有多次反射等效线元，连接其各个节点可得每一阶多次反射等效“界线”。7)分别将各个二维深度域地震剖面上相同阶的多次反射等效“界线”的对应节点相连，由此形成各阶多次反射等效“界面”，如图7所示。8)对于原始炮集记录如图2所示，依据观测系统信息截取局部多次反射等效界面模型，并利用拟一次波射线追踪技术求取多次波旅行时。将追踪的多次波时距曲线叠置在原始炮集记录中，例如图8为模拟的包含2～7阶多次波同相轴的炮集记录，可知多次波旅行时与原始记录中的多次波同相轴基本吻合，这有效验证了上述追踪过程的正确性。当前第1页12