转换波各向异性振幅随入射角变化道集抽取方法

摘要

本发明实施例提供一种转换波各向异性AVA道集抽取方法，包括：对PP波进行保幅预处理；设置深度域偏移网格，根据演算法并选定第一偏移距数据，以通过P波常速度偏移，得到PP波的深度域的CIG道集；计算CIG道集的r谱，得到P波均方根速度；将P波常速度替换成P波均方根速度，并叠代前述步骤，直至r谱的峰值点完全收敛于零；选定第二偏移距数据，通过P波常速度偏移，得到PP波的深度域的CIG道集；计算CIG道集的g谱，得到PP波的各向异性参数；计算深时对应关系，将更新后的P波均方根速度、更新后的P波的各向异性参数转换到时间域；抽取PP波的转换波道集。通过本发明解决了多波AVA道集抽取方法精度较差的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及地震波技术领域，尤其涉及一种转换波各向异性振幅随入射 角变化道集抽取方法。

背景技术

对于PS波各向异性来说，储层上方往往存在多套沉积地层，地层的非 均匀性导致了地震波的速度存在各向异性，所以在抽取PS波各向异性的振 幅随入射角变化(Amplitude Various Angle,AVA)道集时需要消除上覆地层地 震波传播走时的各向异性，从而获得动校正较好的大排列多波AVA道集。

但传统的多波AVA道集抽取方法常常采用PP波的共中心点(Common  Middle Point,CMP)道集以及PS波的共转换点(Common Conversion Point, CCP)道集基于各向同性的速度谱进行AVA道集的转换，然后将PS波AVA 道集进行压缩，以得到PP波T0时间域的PS波AVA道集。这种方法存在 多个弊端：(a)道集没经过偏移，绕射波没有归位；(b)PS波AVA道集在压缩 过程中会发生子波畸变现象，而且在道集上进行PS波压缩误差较大；(c)AVA 道集排列较短，远偏移距发生弯曲。这些问题的存在都导致了传统的多波 AVA道集抽取方法精度较差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种转换波各向异性AVA道集抽取方法， 以解决现有技术存在的多波AVA道集抽取方法精度较差的问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种转换波各向异性AVA道集抽 取方法，包括：1)对PP波进行保幅预处理；2)设置深度域偏移网格，根据 一演算法并选定第一偏移距数据，以通过P波常速度偏移，得到所述PP波 的深度域的共成像点道集；3)计算所述共成像点道集的r谱，得到更新的P 波均方根速度；4)将所述P波常速度替换成更新后的所述P波均方根速度， 并叠代步骤2)、3)、4)，直至所述r谱的峰值点完全收敛于零；5)选定第二 偏移距数据，通过所述P波常速度偏移，得到所述PP波的深度域的所述共 成像点道集，其中所述第二偏移距数据大于所述第一偏移距数据；6)计算所 述共成像点道集的g谱，得到更新的PP波的各向异性参数；7)根据所述更 新后的P波均方根速度，计算深时对应关系，将更新后的所述P波均方根速 度、更新后的所述P波的各向异性参数转换到时间域；8)抽取所述PP波的 转换波道集。

其中，所述演算法包括如下公式：$t_e={\left[\frac{z^2+h_e^2}{v_m^2(1+g_e{h}_e^2)}\right]}^{\frac{1}{2}};$2te＝t；$h_e={\left[\frac{\frac{v_m^2{t}^2}{4}-z^2}{1-\frac{v_m^2{t}^2{g}_e}{4}}\right]}^{\frac{1}{2}},$其中将所述PP波的所述各向异 性参数置为0。

其中，所述计算所述共成像点道集的r谱，得到更新的P波均方根速度 的步骤包括：基于公式计算所述共成像点道集的r谱，得 到更新的P波均方根速度。

其中，所述计算所述共成像点道集的g谱，得到更新的PP波的各向异 性参数的步骤包括：基于公式计算共成像点道集的g谱， 得到更新的PP波的各向异性参数。

其中，所述根据所述更新后的P波均方根速度，计算深时对应关系，将 更新后的所述P波均方根速度、更新后的所述P波的各向异性参数转换到时 间域的步骤包括：基于公式计算深时对应关系，将更新后的所述P 波均方根速度、更新后的所述P波的各向异性参数转换到时间域。

其中，所述抽取所述PP波的转换波道集的步骤包括：基于公式 抽取所述PP波的转换波道集。

本发明实施例还提供一种转换波各向异性AVA道集抽取方法，包括： 1)对PS波进行保幅预处理；2)设置深度域偏移网格公式，根据一演算法并 选定第一移距数据，用PP波处理得到的P波均方根速度以及S波常速度偏 移，得到所述PS波的深度域的共成像点道集；3)计算所述PS波的共成像 点道集的r谱，得到更新的S波均方根速度；4)将所述S波常速度替换成更 新后的所述S波均方根速度，并叠代步驟2)、3)、4)，直至r谱的峰值点完 全收敛于零；5)选定第二偏移距数据，通过更新后的所述P波的各向异性参 数，消除下行所述P波旅行时的各向异性，偏移得到所述PS波的深度域的 共成像点道集，其中所述第二偏移距数据大于所述第一移距数据；6)计算所 述PS波的所述共成像点道集的g谱，得到更新的所述PS波的各向异性参数； 7)根据PP波深时对应关系，将更新后的所述S波均方根速度、更新后的所 述PS波的各向异性参数转换到时间域；8)抽取所述PS波的转换波道集。

其中，所述演算法包括如下公式：$t_e={\left[\frac{z^2+h_e^2}{v_m^2(1+g_e{h}_e^2)}\right]}^{\frac{1}{2}};$2te＝t；$h_e={\left[\frac{\frac{v_m^2{t}^2}{4}-z^2}{1-\frac{v_m^2{t}^2{g}_e}{4}}\right]}^{\frac{1}{2}},$其中将所述PP波的所述各向异 性参数置为0。

其中，所述计算所述PS波的共成像点道集的r谱，得到更新的S波均 方根速度的步骤包括：基于公式计算所述PS波的共成像 点道集的r谱，得到均方根速度，再根据公式换算，得到 更新的S波均方根速度。

其中，所述计算所述PS波的所述共成像点道集的g谱，得到更新的所 述PS波的各向异性参数的步骤包括：基于公式 且将r置为0，计算所述PS波的所述共成像 点道集的g谱，得到更新的各向异性参数，再根据公式 换算，得到更新的PS波的各向异性参数。

其中，所述根据PP波深时对应关系，将更新后的所述S波均方根速度、 更新后的所述PS波的各向异性参数转换到时间域的步骤包括：基于公式 计算深时对应关系，将更新后的所述P波均方根速度、更新后的所 述P波的各向异性参数转换到时间域。

其中，所述抽取所述PS波的转换波道集的步骤包括：基于公式 抽取所述PS波的转换波道集。

根据本发明的技术方案，通过在深度域利用P波与S波的偏移速度抽取 共散射点(Common Scatter Point,CSP)道集，基于剩余曲率分析方法更新偏移 速度与各向异性参数，并根据换算的成像深度实现PP波与PS波的层位匹配； 将深度域分析得到的P波、S波偏移速度、各向异性参数换算到PP波T0时 间域，通过叠前偏移与各向异性射线追踪的方法得到层位完全匹配的PP波 与PS波AVA道集，使AVA道集抽取方法精度较佳。

附图说明

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：

图1是根据本发明实施例的共散射点道集构建的示意图；

图2是根据本发明实施例的转换波道集抽取方法的流程图；

图3是根据本发明另一实施例的转换波道集抽取方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的最终抽取的PP波的AVA道集的示意圖。

图5是根据本发明实施例的最终抽取的PS波的AVA道集的示意图。

具体实施方式

本发明的主要思想在于，基于散射原理，在深度域利用P波与S波的偏 移速度抽取CSP道集，基于剩余曲率分析方法更新偏移速度与各向异性参 数，并根据换算的成像深度实现PP波与PS波的层位匹配；将深度域分析得 到的P波、S波偏移速度、各向异性参数换算到PP波T0时间域，通过叠前 偏移与各向异性射线追踪的方法得到层位完全匹配的PP波与PS波AVA道 集，使AVA道集抽取方法精度较佳。

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。

首先，当考虑地层垂向的分均匀性引发的各向异性时，PP波的时距方程 可如公式(1.1)所示：

$t_{\mathrm{PP}}=\sqrt{t_{0\mathrm{PP}}^2+\frac{x_P^2}{v_P^2(1+g_P{x}_P^2)}},---\left(1.1\right)$

其中，t_PP为PP波的旅行时，t_0PP为PP波的T0时间，x_P为PP波的炮点 与中心点的水平距离，v_P为P波均方根速度，g_P为各向异性参数且表示为P 波的垂向非均匀性。

对于PS波，下行波为P波，上行波为S波，则PS波时距方程可如公式 (1.2)所示：

$t_{\mathrm{PS}}=\sqrt{t_{0P}^2+\frac{x_P^2}{v_P^2(1+g_P{x}_P^2)}}+\sqrt{t_{0S}^2+\frac{x_S^2}{v_S^2(1+g_S{x}_S^2)}},---\left(1.2\right)$

其中，t_PS为PS波的旅行时，t_0P、t_0S分别为P波、S波的单程垂直旅行 时，x_P、x_S分别为炮点、接收点至转换点的水平距离，v_S为S波均方根速度， g_S为各向异性参数且表示为S波的垂向非均匀性。

图1是根据本发明实施例的CSP道集构建的示意图，如图1所示，将地 下介质模型离散成网格节点，每个节点即为散射点。其中，S表示为震源点， R表示为接收点；散射点(Scatter Point)的深度为Z，其在地表的投影为SP。 地震波在散射点上方介质传播时，下行波与上行波偏移速度分别为v_d、v_u， 震源与散射点之间的旅行时为t_d，散射点与接收点之间的旅行时为t_u，SP点 到震源点S距离为d_s，SP点到接收点R之间的距离为d_r，一定能在震源点S 与接收点R之间找到一等效偏移距点E，等效偏移距点与散射点之间的地震 波旅行时t_e与t_s、t_r之间满足公式(1.3)，如下所示：

2t_e＝t_d+t_u＝t，    (1.3)

其中，t为地震波总旅行时。

假设SR的中心点为MP，根据公式(1.1)、(1.2)，可得公式(1.4)，如下所 示：

$t={\left[\frac{z^2+d_s^2}{v_d^2(1+g_s{d}_s^2)}\right]}^{\frac{1}{2}}+{\left[\frac{z^2+d_r^2}{v_u^2(1+g_r{d}_r^2)}\right]}^{\frac{1}{2}},---\left(1.4\right)$

之后，令SP与E点之间的距离为h_e之后，则(1.4)可转换成公式(1.5)， 如下所示：

$t_e={\left[\frac{z^2+h_e^2}{v_m^2(1+g_e{h}_e^2)}\right]}^{\frac{1}{2}},---\left(1.5\right)$

由於2t_e＝t，所以可得且由前述公式可得公式(1.6)，如下 所示：

$h_e={\left[\frac{\frac{v_m^2{t}^2}{4}-z^2}{1-\frac{v_m^2{t}^2{g}_e}{4}}\right]}^{\frac{1}{2}}.---\left(1.6\right)$

对于PP波，存在v_Pm＝v_d＝v_u＝v_m，则公式(1.6)变为公式(1.7)，如下所示：

$2{\left[\frac{z^2+h_e^2}{v_{\mathrm{Pm}}^2(1+g_P{h}_e^2)}\right]}^{\frac{1}{2}}={\left[\frac{z^2+d_s^2}{v_{\mathrm{Pm}}^2(1+g_P{d}_s^2)}\right]}^{\frac{1}{2}}+{\left[\frac{z^2+d_r^2}{v_{\mathrm{Pm}}^2(1+g_P{d}_r^2)}\right]}^{\frac{1}{2}}.---\left(1.7\right)$

对于PS波，令v_Pm＝v_d、v_Sm＝v_u、v_Cm＝v_m，则式(1.6)变为公式(1.7)，如下 所示：

$2{\left[\frac{z^2+h_e^2}{v_{\mathrm{Cm}}^2(1+g_C{h}_e^2)}\right]}^{\frac{1}{2}}={\left[\frac{z^2+d_s^2}{v_{\mathrm{Pm}}^2(1+g_P{d}_s^2)}\right]}^{\frac{1}{2}}+{\left[\frac{z^2+d_r^2}{v_{\mathrm{Sm}}^2(1+g_S{d}_r^2)}\right]}^{\frac{1}{2}},---(1.8)$

在公式(1.8)中，令公式(1.9)，如下所示：

$\gamma =\frac{v_{\mathrm{Pm}}}{v_{\mathrm{Sm}}},---\left(1.9\right)$

则可得公式(1.10)，如下所示：

$v_{\mathrm{Cm}}=\frac{2v_{\mathrm{Pm}}}{1+\gamma }.---\left(1.10\right)$

利用上述过程可以形成CSP道集，在CSP道集中的偏移距为等效偏移 距。在CSP道集中各向异性地震记录的同相轴真实的双程旅行时可以表示为 公式(1.11)，如下所示：

$t_{h_e}^2=t_0^2+\frac{4h_e^2}{v_t^2(1+g_e{h}_e^2)}.---\left(1.11\right)$

在深度域，偏移时地震波双程旅行时可以表示为公式(1.12)，如下所示：

$t_{h_e}=\frac{2h_e}{v_m}=\frac{2}{v_m{(1+g_e{h}_e^2)}^{\frac{1}{2}}}\sqrt{z^2+h_e^2},---\left(1.12\right)$

所以可将公式(1.12)转换成公式(1.13)，如下所示：

$t_{h_e}^2=\frac{4(z^2+h_e^2)}{v_m^2(1+g_e{h}_e^2)},---\left(1.13\right)$

则不同等效偏移距h_e的成像深度为公式(1.14)，如下所示：

$z_{h_e}^2=\frac{v_m^2(1+{\mathrm{gh}}^2)}{4}{t}_{h_e}^2-h_e^2,---\left(1.14\right)$

将公式(1.11)带入到公式(1.14)，可得成像深度与偏移速度误差满足如公式 (1.15)的关系，如下所示：

$z_{h_e}^2=z_0^2+{\mathrm{rh}}^2+{\mathrm{gh}}^2{z}_0^2,---\left(1.15\right)$

其中，

$\left(\begin{array}{c}{z}_0=\frac{v_m{t}_0}{2}\\ r=(\frac{v_m^2}{v_t^2}-1)\end{array}\right)---\left(1.16\right)$

由公式(1.15)可见，当偏移速度与真实速度相同且各向异性效应完全消除 时偏移深度才能与真实地层深度吻合。基于公式(1.15)，可以用来抽取深度域 的共成像点道集(Common Imaging Gather,CIG)，并通过r谱以及g谱扫描来 找到真实的P、S波速度与各向异性参数，从而提高多波AVA道集抽取的精 度。

由于PS波的传播同时受到P、S波速度以及各自各向异性参数的同时影 响，所以PS波的处理必须在PP波之后。在获得真实的P波偏移速度域各向 异性参数以后，首先消除P波各向异性的影响，再求取S波的偏移速度与各 向异性参数。由于PS波的g谱扫描得到的各向异性参数为g_c，它与g_s之间 存在差异。对于一定偏移距h，根据公式(1.10)，g_c与g_s的关系为公式(1.17)， 如下所示：

$v_{\mathrm{SM}}{(1+g_S{h}^2)}^{\frac{1}{2}}=\frac{v_{\mathrm{Pm}}{v}_{\mathrm{Cm}}{(1+g_C{h}^2)}^{\frac{1}{2}}}{2v_P-v_C{(1+g_C{h}^2)}^{\frac{1}{2}}},---\left(1.17\right)$

将公式(1.9)带入公式(1.17)，可得到公式(1.18)，如下所示：

$g_S={\left[\frac{\gamma {(1+g_C{h}^2)}^{\frac{1}{2}}}{\frac{\gamma +1}{h}-{(\frac{1}{h^2}+g_C)}^{\frac{1}{2}}}\right]}^2-\frac{1}{h^2},---\left(1.18\right)$

由公式(1.18)，可以通过一定偏移距h的g_c，直接换算g_s。

时间域多波AVA道集的抽取需要得到时间域的速度谱与各向异性参数 谱，所以需要进行深时转换。根据公式(1.11)、(1.12)，Z0向T0转换时，需 要用到P波的平均速度v_pa，且

$T_0=\frac{2Z_0}{v_{\mathrm{Pa}}}.---\left(1.19\right)$

当偏移距较小时v_Pm＝v_Pa，且各向异性参数对时距曲线形态特征 的影响较小。当偏移距较大时v_Pm更接近均方根速度，且各向异性参 数对时距曲线形态特征的影响较大。所以进行速度谱与各向异性参数的深时 转换时，应该通过小偏移距的共成像点道集分析P、S波的偏移速度，并用 来进行深时转换，用大偏移距的共成像点道集分析各向异性参数。

时间域形成多波AVA道集的过程与深度域共成像点道集抽取的过程类 似，区别在于在层状介质假设下，采用直射线各向异性射线追踪可以确定等 效偏移距h_e与入射角θ的关系为公式(1.20)，如下所示：

$\theta =\arctan \frac{h_e}{z_0}.---\left(1.20\right)$

将公式(1.6)带入公式(1.20)，得到CSP道集转换为AVA道集的解析公式 (1.21)，如下所示：

$\theta ={\left[\frac{\frac{v_m^2{t}^2}{4z_0^2}-1}{1-\frac{v_m^2{t}^2{g}_e}{4}}\right]}^{\frac{1}{2}}.---\left(1.21\right)$

以上，大略说明了本发明之实施例所需要运用到的相关公式，以下将提 供对应的实施例来进行说明。根据本发明的实施例，提供了一种转换波各向 异性AVA道集抽取方法的方法。并且，本发明的实施例可应用于倾斜地层 模型。

图2是根据本发明实施例的转换波道集抽取方法的流程图，如图2所示， 该方法包括：

步骤S202，对PP波进行保幅预处理。其中，所述保幅预处理例如为矢 量去噪，反褶积，振幅补偿，静校正等。

步骤S204，设置深度域偏移网格，根据一演算法并选定第一偏移距数据， 以通过P波常速度偏移，得到所述PP波的深度域的共成像点道集。进一步 来说，所述算法例如为前述公式(1.4)～(1.6)，且将PP波的各向异性参数g_P置 为0。

步骤S206，计算共成像点道集的r谱，得到更新的P波均方根速度。进 一步来说，此步骤基于公式(1.15)，计算PP波共成像点道集的r谱，得到更 新的P波均方根速度v_pm。

步骤S208，将所述P波常速度替换成所述更新后的所述P波均方根速度 v_pm，并叠代步骤S204、S206、S208，直至所述r谱的峰值点完全收敛于零 为止。

步骤S210，选定第二偏移距数据，通过所述P波常速度偏移，得到所述 PP波的深度域的所述共成像点道集，其中所述第二偏移距数据大于所述第一 偏移距数据。

步骤S212，计算共成像点道集的g谱，得到更新的PP波的各向异性参 数。进一步来说，此步骤基于公式(1.15)，且将r置为0，以计算共成像点道 集的g谱，得到更新的PP波的各向异性参数。

步骤S214，根据所述更新后的P波均方根速度v_pm，计算深时对应关系， 将更新后的所述P波均方根速度v_pm、更新后的所述P波的各向异性参数g_P转 换到时间域。进一步来说，此步骤基于公式(1.19)，计算深时对应关系，将更 新后的所述P波均方根速度v_pm、更新后的所述P波的各向异性参数g_P转换 到时间域。

步骤S216，抽取PP波的转换波道集。进一步来说，此步骤基于公式 (1.21)，抽取PP波的转换波道集，且所述转换波道集例如为AVA道集。

图3是根据本发明另一实施例的转换波道集抽取方法的流程图，如图3 所示，该方法包括：

步骤S302，对PS波进行保幅预处理。其中，所述保幅预处理例如为矢 量去噪，反褶积，振幅补偿，静校正等。

步骤S304，设置深度域偏移网格公式，根据一演算法并选定第一移距数 据，用PP波处理得到的P波均方根速度v_pm以及S波常速度偏移，得到所述 PS波的深度域的共成像点道集。进一步来说，所述算法例如为前述公式 (1.4)～(1.6)，且将PS波的各向异性参数g_S置为0。

步骤S306，计算所述PS波的共成像点道集的r谱，得到更新的S波均 方根速度。进一步来说，此步骤先基于公式(1.15)，得到均方根速度v_Cm，再 根据公式(1.9)、(1.10)换算，得到更新的S波均方根速度v_Sm。

步骤S308，将所述S波常速度替换成更新后的所述S波均方根速度，并 叠代步驟S304、S306、S308，直至r谱的峰值点完全收敛于零为止。

步骤S310，选定第二偏移距数据，通过更新后的所述P波的各向异性参 数g_P，消除下行所述P波旅行时的各向异性，偏移得到所述PS波的深度域 的共成像点道集，其中所述第二偏移距数据大于所述第一移距数据。

步骤S312，计算所述PS波的所述共成像点道集的g谱，得到更新的所 述PS波的各向异性参数。进一步来说，此步骤先基于公式(1.17)，且将r置 为0，以计算PS波的共成像点道集的g谱，得到更新的各向异性参数g_C， 再根据公式(1.18)换算，得到PS波的各向异性参数g_S。

步骤S314，根据PP波深时对应关系，将更新后的所述S波均方根速度 v_Sm、更新后的所述PS波的各向异性参数g_S转换到时间域。进一步来说，此 步骤基于公式(1.19)，根据PP波深时对应关系，将更新后的所述S波均方根 速度v_Sm、更新后的所述PS波的各向异性参数g_S转换到时间域。

步骤S316，抽取PS波的转换波道集。进一步来说，基于公式(1.21)，抽 取PS波的转换波道集，且所述转换波道集例如为AVA道集。

图4是根据本发明实施例的最终抽取的PP波的AVA道集的示意圖。图 5是根据本发明实施例的最终抽取的PS波的AVA道集的示意图。如图4及 5所示，可见通过叠前时间偏移，PP波及PS波两者道集在反射时间上完全 对应，避免了PS波压缩过程中的波形畸变，使AVA道集抽取方法精度较佳。

综上所述，根据本发明的技术方案，通过深度域利用P波与S波的偏移 速度抽取CSP道集，基于剩余曲率分析方法更新偏移速度与各向异性参数， 并根据换算的成像深度实现PP波与PS波的层位匹配；将深度域分析得到的 P波、S波偏移速度、各向异性参数换算到PP波T0时间域，通过叠前偏移 与各向异性射线追踪的方法得到层位完全匹配的PP波与PS波AVA道集， 使AVA道集抽取方法精度较佳。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域 的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求 范围之内。