基于波場延拓原理的起伏地表組合震源波場定向方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于波場延拓原理的起伏地表組合震源波場定向方法。首先，針對復(fù)雜起伏地表設(shè)計一個水平基準面，將不同高程位置的震源，投影至此水平基準面；其次，根據(jù)水平地表組合震源的方向因子公式，設(shè)計組合震源的延時激發(fā)參數(shù)；再次，對于每個延時激發(fā)的震源波場記錄以自激自收方式在頻率波數(shù)域正向外推至實際起伏地表高程；最后，將延拓后的各個震源波場進行干涉疊加，得到定向傳播的地震波場。經(jīng)過數(shù)值測試，本方法可以得到穩(wěn)定良好的定向波場，起伏地表對定向波場影響很小，可作為起伏地表條件下組合震源數(shù)值計算的技術(shù)方法。
【專利說明】
基于波場延拓原理的起伏地表組合震源波場定向方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明專利屬于勘探地震領(lǐng)域，涉及一種地震勘探組合震源的定向方法，尤其是 在復(fù)雜起伏地表條件下的地震波場定向。
【背景技術(shù)】：
[0002] 地震勘探方法是探測地下地質(zhì)體構(gòu)造的一種地球物理勘探方法，其重要的環(huán)節(jié)之 一是地震數(shù)據(jù)的采集。而數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的好壞與震源激發(fā)有密切關(guān)系，野外勘探時常用組 合震源的方式以提高震源激發(fā)的能量和地下目標體反射信號的信噪比。
[0003] 目前組合震源可考慮以下幾種情況:水平地表條件下簡單線性組合震源可用組合 原理的方向因子公式來確定震源的激發(fā)延時;傾角固定的傾斜地表條件下有類似的方向因 子公式;復(fù)雜起伏地表條件下可用旋轉(zhuǎn)坐標方法的幾何路徑計算激發(fā)延時。如鞏向博等，地 球物理學(xué)報2014, "起伏地表組合震源地震波場定向方法"。然而，對于非均勻復(fù)雜起伏地表 情況，通過幾何關(guān)系計算的組合震源激發(fā)延時有一定的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于波場延拓原理的起伏地表條件下組 合震源激發(fā)定向波場的方法。
[0005] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，基于波場延拓原理的起伏地表組合震源定向波場方 法包括以下步驟：
[0006] a、建立起伏地表地球物理參數(shù)模型，將模型參數(shù)離散化至每個網(wǎng)格節(jié)點；
[0007] b、記錄此模型的地表水平位置與相應(yīng)高程坐標，沿起伏地表設(shè)置N個水平間隔一 致的點震源Si, S2，…，Sn，分別記錄其尚程坐標為ZSl，ZS2,…ZSn;
[0008] C、將震源的高程進行排序，取其中的最大高程，作為水平基準面高程ZH = maX(Zsi， zs2,…zsn)，max是取最大值函數(shù)；
[0009] d、從模型最左網(wǎng)格至最右網(wǎng)格，將起伏地表模型向上填充等效介質(zhì)至水平基準 面，等效介質(zhì)物理參數(shù)為起伏地表表層位置處的地球物理參數(shù)；
[0010] e、將起伏地表的N個地震點震源投影至在水平基準面上，記錄起伏地表至水平基 準面尚程 Δ ZS1 = Z『ZS1，Δ ZS2 = Z『ZS2，…，Δ ZSn = Z『ZSn;
[0011] f、根據(jù)水平地表組合震源的方向因子公式計算相鄰震源的延時時差參數(shù)τ;
[0012] g、按照延時參數(shù)依次激發(fā)N個點震源，得到N個時間域波場，分別為Ul(Xl，zH，t)，u 2 (χ2,ΖΗ,τ+?) ,··· ,U2(X2,ZH, (η-1)*τ+?);
[0013] h、將此N個時間域波場分別對時間和水平坐標兩個維度進行傅里葉變換，得到N個 頻率波數(shù)域波場，分別為U1 (kx，Zh，ω )，U2 (kx，Zh，ω )，…，Un(kx，Zh，ω )，其中kx是水平波數(shù)；
[0014] i、根據(jù)頻率波數(shù)域的下行波動方程，將N個頻率波數(shù)域波場以自激自收方式正向 外推（向下延拓)至實際起伏地表高程，結(jié)果分別為U 1 (kx，ZS1，ω )，U2(kx，ZS2，ω )，…，Un(kx， Z Sn , ^ )
[0015] j、將延拓后N個頻率波數(shù)域波場疊加，得到頻率域起伏地表組合震源定向波場記 錄；
[0016] k、將上步結(jié)果進行時間和水平坐標的二維反傅里葉變換，得到時間域定向傳播的 波場。
[0017] 有益效果:經(jīng)模擬試驗，本發(fā)明公開的起伏地表組合震源波場定向的方法，計算準 確，有效得到定向激發(fā)的地震波場，并改善了由于地表非均勻性引起的波場計算誤差，在實 際應(yīng)用中更具有普遍性。從圖中明顯看出，本發(fā)明通過a~k步驟能夠得到任意方向角的地 震波場，且起伏地表對定向傳播的地震波場的影響很小。
【附圖說明】
[0018] 圖1復(fù)雜起伏地表地質(zhì)模型圖
[0019] 圖2組合震源定向波場在0.3秒處的波場快照圖。
[0020] 2a是方向角Θ為30度，2b是方向角Θ為〇度，2c是方向角Θ為-30度
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明進一步的詳細說明。
[0022] -種起伏地表條件下組合震源激發(fā)定向波場的方法，在圖1所示的非均勻起伏地 表模型情況下，包括如下步驟：
[0023] a、建立起伏地表地球物理參數(shù)模型，將模型參數(shù)離散化至每個網(wǎng)格節(jié)點；
[0024] b、記錄此模型的地表水平位置與相應(yīng)高程坐標，沿起伏地表設(shè)置N個水平間隔一 致的點震源Si, S2，…，Sn，分別記錄其尚程坐標為ZSl，ZS2,…ZSn，設(shè)震源間距為d;
[0025] c、將震源的高程進行排序，取其中的最大高程，作為水平基準面高程ZH = max(Zsl， zs2,…zsn)，max是取最大值函數(shù)；
[0026] d、從模型最左網(wǎng)格至最右網(wǎng)格，將起伏地表模型向上填充等效介質(zhì)至水平基準 面，等效介質(zhì)物理參數(shù)為起伏地表表層位置處的地球物理參數(shù)；
[0027] e、將起伏地表的N個地震點震源投影至在水平基準面上，記錄起伏地表至水平基 準面尚程 Δ ZSl = ZH-ZSl，Δ ZS2 = ZH_ZS2，…，Δ ZSn = ZH-ZSn;
[0028] f、設(shè)計地震波傳播的方向角為Θ，根據(jù)水平地表組合震源的方向因子公式計算相 鄰震源的相位延遲β，根據(jù)相位延遲與延時關(guān)系得到震源的延時時差參數(shù)τ = β/ω，其中ω 是角頻率；
[0029] g、按照延時延時依次激發(fā)N個點震源，得到N個時間域波場，分別為m(X1，ZH，t)，u 2 (X2，ZH，T+t)，···，U2(X2，ZH, (n_l)*T+t);
[0030] h、將此N個時間域波場分別對時間和水平坐標兩個維度進行傅里葉變換，得到N個 頻率波數(shù)域波場，分別為U1 (kx，ZH，ω )，U2 (kx，ZH，ω )，…，Un(kx，ZH，ω )，其中kx是水平波數(shù)； [0031 ] i、根據(jù)頻率波數(shù)域的下行波動方程，將N個頻率波數(shù)域波場以自激自收方式正向 外推（向下延拓)至實際起伏地表高程，結(jié)果分別為U1 (kx，ZS1，ω )，U2(kx，ZS2，ω )，…，Un(kx， ZSn, ω )，其中波場延拓公式為
[0032] U(kx，zsi，ω ) = -U(kx，ZH, ω )exp(ikz Δ Zsi)，
[0033] U(kx，zS2, ω ) = -U(kx，ZH, ω )exp(ikz Δ zS2)，
[0034] …，
[0035] U(kx，zsn，ω ) =-U(kx，ZH，ω )exp(ikz Δ zsn) ·
[0036] 其中kz是垂直波數(shù)，符合頻散關(guān)系 ，V代表地下介質(zhì)速度，是空間變 量的函數(shù)v(x，z);
[0037] j、將延拓后N個頻率波數(shù)域波場疊加，得到頻率域起伏地表組合震源定向波場記 錄；
[0038] k、將上步結(jié)果進行時間和水平坐標的二維反傅里葉變換，得到時間域定向傳播的 波場。
【主權(quán)項】
1. 一種基于波場延拓原理的起伏地表組合震源波場定向方法，其特征在于，包括以下 步驟： a、 建立起伏地表地球物理參數(shù)模型，將模型參數(shù)離散化至每個網(wǎng)格節(jié)點； b、 記錄此模型的地表水平位置與相應(yīng)高程坐標，沿起伏地表設(shè)置N個水平間隔一致的 點震源Si，S2，…，Sn，分別記錄其尚程坐標為ZS1，ZS2，'"ZSi!; C、將震源的高程進行排序，取其中的最大高程，作為水平基準面高程ZH = max(Zsl， zs2,…zsn)，max是取最大值函數(shù)； d、 從模型最左網(wǎng)格至最右網(wǎng)格，將起伏地表模型向上填充等效介質(zhì)至水平基準面，等 效介質(zhì)物理參數(shù)為起伏地表表層位置處的地球物理參數(shù)； e、 將起伏地表的N個地震點震源投影至在水平基準面上，記錄起伏地表至水平基準面 尚程 Δ ZS1 = ZH-ZS1，Δ ZS2 = ZH-ZS2，…，Δ ZSn = ZH-ZSn; f、 根據(jù)水平地表組合震源的方向因子公式計算相鄰震源的延時時差參數(shù)τ; g、 按照延時參數(shù)依次激發(fā)Ν個點震源，得至ijN個時間域波場，分別為m(X1，ZH，t)， U2(X2， ΖΗ,τ+t)，···，U2(X2，zh，（n_l)*T+t); h、 將此N個時間域波場分別對時間和水平坐標兩個維度進行傅里葉變換，得到N個頻率 波數(shù)域波場，分別為Ui(kx，ZH, ω )，U2(kx，ZH, ω )，'"，Un(kx，ZH, ω )，其中kx是水平波數(shù)； i、 根據(jù)頻率波數(shù)域的下行波動方程，將N個頻率波數(shù)域波場以自激自收方式正向外推 至實際起伏地表高程，結(jié)果分別為iMk^zsi，ω )，U2(kx，ZS2, ω )，···，Un(kx，ZSn，ω ) j、 將延拓后Ν個頻率波數(shù)域波場疊加，得到頻率域起伏地表組合震源定向波場記錄； k、 將j步驟結(jié)果進行時間和水平坐標的二維反傅里葉變換，得到時間域定向傳播的波 場。
【文檔編號】G01V1/28GK105842731SQ201610308447
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】鞏向博, 王升超, 于晨霞, 韓立國
【申請人】吉林大學(xué)