基于波场延拓原理的起伏地表组合震源波场定向方法

摘要

本发明提供了一种基于波场延拓原理的起伏地表组合震源波场定向方法。首先，针对复杂起伏地表设计一个水平基准面，将不同高程位置的震源，投影至此水平基准面；其次，根据水平地表组合震源的方向因子公式，设计组合震源的延时激发参数；再次，对于每个延时激发的震源波场记录以自激自收方式在频率波数域正向外推至实际起伏地表高程；最后，将延拓后的各个震源波场进行干涉叠加，得到定向传播的地震波场。经过数值测试，本方法可以得到稳定良好的定向波场，起伏地表对定向波场影响很小，可作为起伏地表条件下组合震源数值计算的技术方法。

说明书

技术领域

本发明专利属于勘探地震领域，涉及一种地震勘探组合震源的定向方法，尤其是在复杂起伏地表条件下的地震波场定向。

背景技术：

地震勘探方法是探测地下地质体构造的一种地球物理勘探方法，其重要的环节之一是地震数据的采集。而数据采集质量的好坏与震源激发有密切关系，野外勘探时常用组合震源的方式以提高震源激发的能量和地下目标体反射信号的信噪比。

目前组合震源可考虑以下几种情况：水平地表条件下简单线性组合震源可用组合原理的方向因子公式来确定震源的激发延时；倾角固定的倾斜地表条件下有类似的方向因子公式；复杂起伏地表条件下可用旋转坐标方法的几何路径计算激发延时。如巩向博等，地球物理学报2014，“起伏地表组合震源地震波场定向方法”。然而，对于非均匀复杂起伏地表情况，通过几何关系计算的组合震源激发延时有一定的误差。

发明内容：

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于波场延拓原理的起伏地表条件下组合震源激发定向波场的方法。

为了实现本发明的上述目的，基于波场延拓原理的起伏地表组合震源定向波场方法包括以下步骤：

a、建立起伏地表地球物理参数模型，将模型参数离散化至每个网格节点；

b、记录此模型的地表水平位置与相应高程坐标，沿起伏地表设置N个水平间隔一致的点震源S₁,S₂,…,S_n，分别记录其高程坐标为z_S1,z_S2,…z_Sn；

c、将震源的高程进行排序，取其中的最大高程，作为水平基准面高程z_H＝max(z_S1,z_S2,…z_Sn)，max是取最大值函数；

d、从模型最左网格至最右网格，将起伏地表模型向上填充等效介质至水平基准面，等效介质物理参数为起伏地表表层位置处的地球物理参数；

e、将起伏地表的N个地震点震源投影至在水平基准面上，记录起伏地表至水平基准面高程Δz_S1＝z_H-z_S1,Δz_S2＝z_H-z_S2,…,Δz_Sn＝z_H-z_Sn；

f、根据水平地表组合震源的方向因子公式计算相邻震源的延时时差参数τ；

g、按照延时参数依次激发N个点震源，得到N个时间域波场，分别为u₁(x₁,z_H,t),u₂(x₂,z_H,τ+t),…,u₂(x₂,z_H,(n-1)*τ+t)；

h、将此N个时间域波场分别对时间和水平坐标两个维度进行傅里叶变换，得到N个频率波数域波场，分别为U₁(k_x,z_H,ω),U₂(k_x,z_H,ω),…,U_n(k_x,z_H,ω)，其中k_x是水平波数；

i、根据频率波数域的下行波动方程，将N个频率波数域波场以自激自收方式正向外推(向下延拓)至实际起伏地表高程，结果分别为U₁(k_x,z_S1,ω),U₂(k_x,z_S2,ω),…,U_n(k_x,z_Sn,ω)

j、将延拓后N个频率波数域波场叠加，得到频率域起伏地表组合震源定向波场记录；

k、将上步结果进行时间和水平坐标的二维反傅里叶变换，得到时间域定向传播的波场。

有益效果：经模拟试验，本发明公开的起伏地表组合震源波场定向的方法，计算准确，有效得到定向激发的地震波场，并改善了由于地表非均匀性引起的波场计算误差，在实际应用中更具有普遍性。从图中明显看出，本发明通过a～k步骤能够得到任意方向角的地震波场，且起伏地表对定向传播的地震波场的影响很小。

附图说明

图1复杂起伏地表地质模型图

图2组合震源定向波场在0.3秒处的波场快照图。

2a是方向角θ为30度，2b是方向角θ为0度，2c是方向角θ为-30度

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步的详细说明。

一种起伏地表条件下组合震源激发定向波场的方法，在图1所示的非均匀起伏地表模型情况下，包括如下步骤：

a、建立起伏地表地球物理参数模型，将模型参数离散化至每个网格节点；

b、记录此模型的地表水平位置与相应高程坐标，沿起伏地表设置N个水平间隔一致的点震源S₁,S₂,…,S_n，分别记录其高程坐标为z_S1,z_S2,…z_Sn，设震源间距为d；

c、将震源的高程进行排序，取其中的最大高程，作为水平基准面高程z_H＝max(z_S1,z_S2,…z_Sn)，max是取最大值函数；

d、从模型最左网格至最右网格，将起伏地表模型向上填充等效介质至水平基准面，等效介质物理参数为起伏地表表层位置处的地球物理参数；

e、将起伏地表的N个地震点震源投影至在水平基准面上，记录起伏地表至水平基准面高程Δz_S1＝z_H-z_S1,Δz_S2＝z_H-z_S2,…,Δz_Sn＝z_H-z_Sn；

f、设计地震波传播的方向角为θ，根据水平地表组合震源的方向因子公式 计算相邻震源的相位延迟β，根据相位延迟与延时关系得到震源的延时时差参数τ＝β/ω，其中ω是角频率；

g、按照延时延时依次激发N个点震源，得到N个时间域波场，分别为u₁(x₁,z_H,t),u₂(x₂,z_H,τ+t),…,u₂(x₂,z_H,(n-1)*τ+t)；

h、将此N个时间域波场分别对时间和水平坐标两个维度进行傅里叶变换，得到N个频率波数域波场，分别为U₁(k_x,z_H,ω),U₂(k_x,z_H,ω),…,U_n(k_x,z_H,ω)，其中k_x是水平波数；

i、根据频率波数域的下行波动方程，将N个频率波数域波场以自激自收方式正向外推(向下延拓)至实际起伏地表高程，结果分别为U₁(k_x,z_S1,ω),U₂(k_x,z_S2,ω),…,U_n(k_x,z_Sn,ω)，其中波场延拓公式为

U(k_x,z_s1,ω)＝-U(k_x,z_H,ω)exp(ik_zΔz_s1),

U(k_x,z_s2,ω)＝-U(k_x,z_H,ω)exp(ik_zΔz_s2),

…,

U(k_x,z_sn,ω)＝-U(k_x,z_H,ω)exp(ik_zΔz_sn).

其中k_z是垂直波数，符合频散关系v代表地下介质速度，是空间变量的函数v(x,z)；

j、将延拓后N个频率波数域波场叠加，得到频率域起伏地表组合震源定向波场记录；

k、将上步结果进行时间和水平坐标的二维反傅里叶变换，得到时间域定向传播的波场。