[发明专利]一种地震波矢量波场分离方法

说明书

本发明公开了一种地震波矢量波场分离方法，主要步骤包括：(1)扫描同相轴倾斜角，计算传播方向与X轴的夹角e；(2)根据多分量数据计算地震数据每个样点的偏振极化率η；(3)根据极化率η的大小，选择不同的处理流程：当ηηsubgt;0/subgt;时，利用时窗内多分量数据的振幅关系，计算地震数据每个点的偏振方向，然后根据传播方向与偏振方向之间的关系对波场进行分离；当η≤ηsubgt;0/subgt;时，采取仿射坐标系下的矢量分解的处理方案，并根据传播方向进行优化；(4)将不同处理流程的波场分离结果按波场类型合并，输出分离结果。本发明的波场分离方法克服了地层倾斜引起的错误的分离结果的问题，以及实际应用中非线性偏振问题。

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，尤其是一种基于地震波场同相轴斜率和极化率约束的矢量波场分离方法。

背景技术

多分量地震勘探中，利用P和S波处理地震资料比只使用P波可以获得更丰富的地质体信息。然而，由于地表高速带的存在以及偏移距的增大会导致多分量检波器的各个分量均接收到由P和S相互混合的波场，而不是单一的波场。若能对多分量数据进行准确的矢量波场分离，可以提高多分量数据的信噪比(SNR)，对后续的波场成像以及横波分裂分析都有重要作用。

常用的波场分离方法被划分为以下三类：基于P-P波和P-S波的时距曲线差异进行波场分离；基于波动方程进行波场分离以及基于偏振滤波的方法。第一类方法可以去除各分量中的残余信号(例如：Z分量中的S波，X分量中的P波)。然而，分离结果仅仅是P波在Z方向的投影以及S波在X分量的投影，而不是矢量波场，会影响后续的成像和横波分裂分析的结果。第二类方法的分离结果受所建立的层速度模型的严重影响，对于各向异性地层，尤其是裂缝发育丰富的地层，还需要在深度域建立各向异性参数模型。在实际应用中，尤其是针对裂缝发育丰富的地层，该方法很难付诸实施。在第三类方法中，由于仿射坐标系的坐标轴和P、S波的偏振方向都可能是非正交的，这使得波场分离在仿射坐标系下进行比正交坐标系更有利。因此，仿射坐标系下旋转变换的方法被认为是波场分离的一种有效方法。该方法假设P波的偏振方向沿着Ⅰ和Ⅲ象限，S波的偏振方向沿着Ⅱ和Ⅳ象限。然而，当地层倾斜时，震源和反射点的位置可能在检波器两侧，这导致P波的偏振方向并不落在Ⅰ和Ⅲ象限。另外，实际应用中即使纯波波场也并非是完全线性偏振的，这可能导致波场分离结果存在分离不彻底的问题。

总之，如何克服由地层倾斜引起的错误的分离结果以及实际应用中的非线性偏振问题是目前极化滤波波场分离方法中亟需攻克的技术难题。

发明内容

针对现有的基于偏振滤波的地震波矢量波场分离方法存在的非线性偏振问题以及地层倾斜引起的错误分离问题，本发明提供一种新的地震波矢量波场分离方法。该方法是基于地震波场同相轴斜率和极化率约束进行矢量波场分离。

本发明提供的地震波矢量波场分离方法，步骤如下：

S1、首先计算同相轴倾斜角θ，然后根据倾斜角θ进一步计算传播方向与X轴的夹角e：

波场的传播方向由同相轴斜率确定，同相轴倾斜角θ通过波形相关性扫描角度获得。当扫描角度为α时，第i-L与第i+L道数据之间的相关系数计算公式如下：

式中，w是所选时窗长度的一半，L是两个数据道之间的间距，i和i+j均是数据道的编号；j是偏离所计算道编号i的数值，为负值是向左偏离；t代表时间，△x为道间距，△t为采样率，x_i(t)和z_i(t)分别代表t时刻的原始信号的X和Z分量，n是采样点数；

第i道的最大相关系数C_i(t)为：

公式(2)中所对应的扫描角度α即是同相轴倾斜角θ。

传播方向与X轴的夹角e，计算公式如下：