地震观测系统优化设计的层状介质双聚焦方法及其应用

摘要

本发明涉及地震勘探技术领域，是地震观测系统优化设计的层状介质双聚焦方法及其应用，建立层状介质双聚焦模型，1)震源到地下目标正向传播效应由系列的层间传播算子(矩阵)相乘来实现；2)从地下目标点到地表检波排列片的正向传播效应用一系列的层间传播算子(矩阵)相乘实现；3)从地下目标点到地表震源的反向聚焦震源效应及从地表检波排列片到地下目标点的反向聚焦检波效应也用一系列的层间聚焦算子(矩阵)相乘；4)由步骤1)-3)套入均匀介质双聚焦计算求得聚焦检波束和聚焦震源束和层状介质双聚焦的3个特征函数，本发明还提供采用层状介质双聚焦方法，结合常规CMP面元属性分析法的三维观测系统优化设计与应用。

主权项

1、一种地震观测系统优化设计的层状介质双聚焦方法，通过激发、接收和观测系统采集地震资料，由以下步骤建立层状介质双聚焦算法模型：1)从地表震源到地下目标点的正向传播效应WS(Zm，Z0)用一系列的层间传播算子相乘WS(zm，zm-1)WS(zm-1，zm-2)ΛWS(z1，z0)来实现；上式中Z0为地表，地下各层为Z1、Z2…Zm，Zm为目标层，2)从地下目标点到地表检波排列片的正向传播效应WD(Z0，Zm)用一系列的层间传播算子(矩阵)相乘WD(z0，z1)WD(z1，z2)ΛWD(zm-1，zm)来实现；3)从地下目标点到地表震源的反向聚焦震源效应FS(z0，zm)及从地表检波排列片到地下目标点的反向聚焦检波效应FD(zm，z0)为$F_{S(z_0,z_m)}=F_{S(z_0,z_1)}{F}_{S(z_1,z_2)}\Lambda F_{S(z_{m-1},z_m)}$ $F_{D(z_m,z_0)}=F_{D(z_m,z_{m-1})}{F}_{D(z_m,z_{m-2})}\Lambda F_{D(z_1,z_0)};$ 4)由步骤1)-3)即可套入均匀介质双聚焦计算公式求得聚焦检波束和聚焦震源束，紧接着可求得层状介质双聚焦的3个特征函数，由以下步骤实现的层状介质双聚焦特征函数计算方法：1)从地表每一个观测系统模板的震源排列出发，先模拟正向传播过程，将压力波场从地表逐层外推到地下目标层的目标反射点；2)以地下目标点为中心，确定聚焦成像平面，随后模拟反向聚焦过程，将压力波场由成像平面逐层外推到地表震源排列，于是得到单模板的聚焦震源束；单模板聚焦震源束为：下行波正向传播：从地表(z0)观测系统单模板的震源排列出发，每个震源激发的压力波场PS(x0，y0，z0)皆设为1，由上向下将压力波场逐层递推到地下目标层zm的目标点i，得到叠加波场PSi(Zm)，$P_{S(x_1,y_1,z_1)}={\int \int W}_{S(z_1,z_0)}{P}_{S(x_0,y_0,z_0)}{S}_{S(x_0,y_0,z_0)}\mathrm{dxdy}$ $P_{S(x_2,y_2,z_2)}={\int \int W}_{S(z_2,z_2)}{P}_{S(x_1,y_1,z_1)}{S}_{(x_1,y_1,z_1)}\mathrm{dxdy}$ $P_{\mathrm{Si}\left(z_m\right)}=W_{\mathrm{Si}(z_m,z_{m-1})}{P}_{S(x_{m-1},y_{m-1},z_{m-1})}{S}_{(x_{m-1},y_{m-1},z_{m-1})}\mathrm{dxdy}$ 反向聚焦：成像平面网格以地下目标点i为中心，每个成像网格单元j的压力波场PSj(zm)皆设为1，从网格j出发，由下向上将压力波场逐层聚焦到地表的震源排列，得到聚焦震源束BSij(zm)，$B_{\mathrm{Sj}(x_{m-1},y_{m-1},z_{m-1})}=P_{\mathrm{Sj}\left(z_m\right)}{S}_{j\left(z_m\right)}{F}_{S(z_{m-1},z_m)}$ $B_{\mathrm{Sj}(x_{m-2},y_{m-2},z_{m-2})}={\int \int P}_{\mathrm{Sj}(x_{m-1},y_{m-1},z_{m-1})}{S}_{(x_{m-1},y_{m-1},z_{m-1})}{F}_{S(z_{m-2},z_{m-1})}\mathrm{dxdy}$ $B_{\mathrm{Sj}(x_0,y_0,z_0)}={\int \int P}_{\mathrm{Sj}(x_1,y_1,z_1)}{S}_{(x_1,y_1,z_1)}{F}_{S(z_0,z_1)}\mathrm{dxdy}$ $B_{\mathrm{Sij}\left(z_m\right)}={\int \int P}_{\mathrm{Si}\left(z_m\right)}{B}_{\mathrm{Sj}(x_0,y_0,z_0)}{S}_{S(x_0,y_0,z_0)}\mathrm{dxdy}$ 以上SS(x0，y0，z0)为地表震源算子，S(x，y，z)为各层的网格单元算子，均为1；另一个聚焦检波束的计算为：上行波正向传播：从地下zm层的目标散射点i出发，压力波场PDi(Zm)设为1，由下向上逐层递推到地面观测系统模板的每个检波点，得到波场PD(x0，y0，z0)，$P_{D(x_{m-1},y_{m-1},z_{m-1})}=P_{\mathrm{Di}\left(z_m\right)}{S}_{i\left(z_m\right)}{W}_{D(z_{m-1},z_m)}$ $P_{D(x_{m-2},y_{m-2},z_{m-2})}={\int \int P}_{D(x_{m-1},y_{m-1},z_{m-1})}{S}_{(x_{m-1},y_{m-1},z_{m-1})}{W}_{D(z_{m-2},z_{m-1})}\mathrm{dxdy}$ $P_{D(x_0,y_0,z_0)}={\int \int P}_{D(x_1,y_1,z_1)}{S}_{(x_1,y_1,z_1)}{W}_{D(z_0,z_1)}\mathrm{dxdy}$ 反向聚焦：从单模板的每个检波点SD(x0，y0，z0)出发，由上向下将压力波场PD(x0，y0，z0)逐层聚焦到zm层成像网格单元j，得到聚焦检波束BSij(zm)，$B_{D(x_1,y_1,z_1)}=F_{D(z_1,z_0)}{P}_{D(x_0,y_0,z_0)}{S}_{D(x_0,y_0,z_0)}\mathrm{dxdy}$ $B_{D(x_2,y_2,z_2)}={\int \int F}_{D(z_2,z_1)}{B}_{D(x_1,y_1,z_1)}{S}_{(x_1,y_1,z_1)}\mathrm{dxdy}$ $B_{\mathrm{Dij}\left(z_m\right)}=\int \int F_{\mathrm{Dj}(z_m,z_{m-1})}{B}_{D(x_{m-1},y_{m-1},z_{m-1})}{S}_{(x_{m-1},y_{m-1},z_{m-1})}\mathrm{dxdy}$ 以上SD(x0，y0，z0)为地表检波算子，以上SD(x0，y0，z0)为地表检波算子，BSij(zm)为聚焦震源束，S(x，y，z)为各层的网格单元算子，均为1。3)将地下目标反射点视为散射点，从散射点出发，模拟正向传播过程，将压力波场由地下逐层外推到地表检波器排列；4)随后模拟反向聚焦，将压力波场从地表逐层外推到地下成像平面，得到单模板的聚焦检波束；5)将单模板的聚焦震源束和聚焦检波束相乘，得到单模板的分辨率函数；6)对所有的单模板分辨率函数求和得到双聚焦成像分辨率函数；7)利用二维Fourier变换，将单模板的聚焦震源束和聚焦检波束从空间域(x，y，z)变换到波束域(kx，kv，z)，随后两者相乘即可得到单模板的AVP函数；8)对所有的单模板AVP函数求和，得到双聚焦成像AVP函数；9)沿地下目标层，求取每个反射面元的分辨率函数极大值，即可得到照明强度分布切片。