（固体地球物理学专业论文）基于弹性kirchhoff偏移的纵横波偏移速度分析方法.pdf

l 1 ll li lli 1 11 1i llll 18 7 6 9 6 7 m i g r a t i o nv e l o c i t ya n a l y s i so fp - - a n ds - w a v e s b a s e do ne l a s t i ck i r c h h o f f m i g r a t i o n at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：l i f a n g s u p e r v i s o r ：p r o f d uq i z h e n s c h o o lo fg e o s c i e n c e s c h i n au n i v e r s i t yo f p e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得 的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致 谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得 中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：么：至日期：加年f 月 学位论文使用授权书 日 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其 印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关 部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位 论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名： 。鏖 指导教师签名： 日期：沙fi 。年月f 日日期：沙j年月f 日 日期：加i1 年厂月2 ，日 摘要 由于地震波场为弹性波场，在地球介质中传播的地震波，除纵波以外，还有横波 以及转换波。在地震偏移成像过程中，为提高地震成像结果的准确性并真实反映实际 地震波场在介质中的传播特性，应该充分利用多分量地震数据的矢量特征来进行弹性 波成像。但是，多分量地震数据的弹性波成像也面临着很多挑战，其中最为棘手的即 是偏移速度场的确定。而效率和精度这对矛盾，往往又是偏移速度分析过程中不得不 涉及的话题。综合考虑迭代效率和偏移速度分析精度两方面的冈素，本文基于弹性 k i r c h h o f f 偏移开展了纵横波偏移速度分析方法的研究。 基于k u o 和d a i 给出的多分量k i r c h h o f f 偏移公式，本文利用重新组合的纵波和 转换横波权系数以及成像点处的单位极化矢量，推导了3 d 弹性k i r c h h o f f 偏移方程， 并给出了其2 d 简化形式。具体实现时，直接输入多分量地震数据进行弹性波偏移即 可，无需事先进行波场分离。模型测试结果表明该方法具有较高的计算效率，适合用 于迭代的纵横波偏移速度分析。 通过引入拓展后的弹性波成像条件，本文建立了提取无假象弹性波时移角度域共 成像点道集和角度域共成像点道集的方法。首先在弹性k i r c h h o f f 偏移方法中引入时 空移动成像条件，获得纵波和转换横波时移偏移距域共成像点道集，然后进行角度分 解变换，得到纵波和转换横波的时移角度域共成像点道集。其中，空移成像条件是时 空移动成像条件的特例，利用空移成像条件本文提取了纵波和转换横波角度域共成像 点道集。 依据纵波和转换横波在角度域的运动学传播规律，本文推导了适用于倾斜反射界 面的纵波和转换横波的深度剩余量方程，利用这两个方程分别实现了对纵波和横波偏 移速度的更新。通过联合使用多波成像深度一致性原则和角度域共成像点道集拉平原 则作为弹性波速度判别准则，多方面约束，能够提高纵横波偏移速度分析的精度。 利用本文提出的纵横波偏移速度分析方法分别对薄互层模型、m a r m o u s ii i 模型 以及实际资料进行了测试。测试结果表明了利用本文方法能够快速有效地抽取纵波和 转换横波的角度域共成像点道集，并能得到准确的纵波和横波偏移速度场。 关键词：弹性k i r c h h o f f 偏移，时空移动成像条件，角度域共成像点道集，偏移 速度分析，弹性波成像深度一致性原则 m i g r a t i o nv e l o c i t ya n a l y s i so fp - a n ds - w a v e s b a s e do ne l a s t i ck i r c h h o f f m i g r a t i o n l if a n g ( s o li dg e o p h y s i c s ) d i r e c t e db yp r o f d uq i z h e n ab s t r a c t b e c a u s et h es e i s m i cw a v e f i e l di se l a s t i c ，t h ew a v e sp r o p a g a t e di nt h ee a r t hn o to n l y i n c l u d ep - w a v e s ，b u ta l s oi n c l u d es - w a v e sa n dc o n v e r t e dw a v e s t oi m p r o v et h er e l i a b i l i t y o ft h es e i s m i ci m a g i n ga n dd e s c r i b et h ep r o p a g a t i o no fs e i s m i cw a v e - f i e l dm o r ea c c u r a t e l y , i ti sn e c e s s a r yt ot a k ef u l l a d v a n t a g eo ft h ev e c t o rc h a r a c t e r i s t i co fm u l t i c o m p o n e n t s e i s m i cd a t ai nt h ee l a s t i c i m a g i n g h o w e v e r ，a s a n i m p o r t a n tc o m p o n e n t o f m u l t i - c o m p o n e n ts e i s m i cp r o c e s s i n g ，t h eg r e a tc h a l l e n g eo fe l a s t i cw a v ei m a g i n gi st h e d e t e r m i n a t i o no fm i g r a t i o nv e l o c i t y m e a n w h i l e ，t h ee f f i c i e n c ya n da c c u r a c yi sap a i ro f c o n t r a d i c t o r yi nt h ep r o c e s so fm i g r a t i o nv e l o c i t ya n a l y s i s t h i sp a p e rc o n s i d e r st h e s et w o i m p o r t a n tf a c t o r sc o m p r e h e n s i v e l ya n df o c u s e so nt h es t u d yo fm i g r a t i o nv e l o c i t ya n a l y s i s o fp a n ds - w a v e sb a s e do nt h ee l a s t i ck i r c h h o f fm i g r a t i o nm e t h o d b a s e do nt h ee q u a t i o n so fm u l t i c o m p o n e n tk i r c h h o f fm i g r a t i o np r o p o s e db yk u o a n dd a i ，t h r o u g ht h er e a r r a n g e m e n to ft h ew e i g h tc o e f f i c i e n t so fp p a n dp s - w a v e sa n dt h e a p p l i c a t i o no ft h eu n i tp o l a r i z a t i o nv e c t o r sa tt h ei m a g ep o i n t ，t h e3 de l a s t i ck i r c h h o f f m i g r a t i o ne q u a t i o n sa r ed e r i v e da n dt h e2 dr e d u c e df o r ma r ep r o v i d e d t h i sk i r c h h o f f m i g r a t i o nm e t h o do p e r a t e sd i r e c t l yo nt h ev e c t o rw a v e f i e l d sw h i c hr e m o v e sar e q u i r e m e n t f o rw a v e f i e l d ss e p a r a t i o ni nt h ep r e p r o c e s s i n g t h em o d e lt e s t ss h o wt h a tt h i sm e t h o di s s u i t a b l ef o rm i g r a t i o nv e l o c i t ya n a l y s i so fp a n ds - w a v e s a sf o rt h ev e c t o rw a v e - f i e l di m a g i n g ，t h ee l a s t i ci m a g i n gc o n d i t i o nc a nb ee x t e n d e dt o n o n z e r ot i m ea n ds p a c es h i f t s i nt h i sp a p e r , t h em e t h o dt oe x t r a c tt h et i m e s h i f ta n g l e d o m a i nc o m m o ni m a g eg a t h e r sa n da n g l ed o m a i nc o m m o n i m a g eg a t h e r so fp p - w a v e sa n d p s c o n v e n e dw a v e si se s t a b l i s h e d f i r s t ，b yi n t r o d u c i n gt h es p a c e - t i m e s h i f ti m a g i n g c o n d i t i o nt ot h ee l a s t i ck i r c h h o f f m i g r a t i o ne q u a t i o n sd e r i v e di nt h i sp a p e r , t h et i m e - s h i f t o f f s e td o m a i nc o m m o ni m a g eg a t h e r so fp p w a v e sa n dp sc o n v e n e dw a v e sa r ee x t r a c t e d t h e n ，t h et r a n s f o r m a t i o n so fa n g l ed e c o m p o s i t i o na r ep e r f o r m e dt oe x t r a c tt h et i m e s h i f t a n g l ed o m a i nc o m m o ni m a g eg a t h e r so fp p w a v e sa n dp sc o n v e r t e dw a v e s t h e 1 l s p a c e s h i f ti m a g i n gc o n d i t i o ni st h es p e c i a lc a s eo fs p a c e t i m e s h i f ti m a g i n gc o n d i t i o n ，t h e a n g l ed o m a i nc o m m o ni m a g eg a t h e r so fp p - w a v e sa n dp sc o n v e r t e dw a v e sc a nb e g e n e r a t e db yt h i si m a g i n gc o n d i t i o n a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er e f l e c t i v ew a v ep r o p a g a t i o nk i n e m a t i c si nt h e a n g l ed o m a i n ，t h er e s i d u a ld e p t he q u a t i o n so fp p - a n dp s w a v e sw h i c hc a nb eu s e df o r s l o p i n gl a y e r sa l ed e r i v e d t h e s et w oe q u a t i o n sa r eu s e df o ru p d a t i n gt h ev e l o c i t i e so fp - a n ds - w a v e s t h ea c c u r a c yo fm i g r a t i o nv e l o c i t ya n a l y s i si si m p r o v e db yt a k i n gf u l l a d v a n t a g eo fb o t ht h ee l a s t i cw a v ei m a g ed e p t hc o n s i s t e n tp r i n c i p l ea n dt h ef l a t t e n i n g p r i n c i p l eo fa n g l ed o m a i nc o m m o ni m a g eg a t h e r s t h em e t h o dp r o p o s e di nt h i sp a p e ri st e s t e do nt h ek e n 71m o d e l ，t h em a r m o u s ii i m o d e la n dt h er e a lf i l e dd a t a t h er e s u l t ss h o wt h a tt h i sm e t h o dc a ne x t r a c tt h ea n g l e d o m a i nc o m m o ni m a g eg a t h e r se f f e c t i v e l ya n dt h eu p d a t i n gm i g r a t i o nv e l o c i t i e sf o rb o t h p w a v e sa n ds w a v e sa r er e a s o n a b l e k e yw o r d s ：e l a s t i ck i r c h h o f fm i g r a t i o n ，s p a c e t i m e - s h i f ti m a g i n gc o n d i t i o n ，a n g l e d o m a i nc o m m o ni m a g i n gg a t h e r s ，m i g r a t i o nv e l o c i t ya n a l y s i s ，e l a s t i cw a v e si m a g ed e p t h c o n s i s t e n tp r i n c i p l e 1 1 l 目录 第一章前言1 1 1 研究目的及意义一1 1 2 国内外研究现状一2 1 2 1 弹性波偏移方法研究现状2 1 2 2 弹性波偏移速度分析研究现状3 1 3 本文主要研究内容一5 第二章弹性k i r e h h o f f 偏移方法7 2 1 弹性k i r c h h o f f 偏移方程推导7 2 2 旅行时的计算方法1 3 2 2 1 射线追踪方法13 2 2 2 有限差分方法1 4 2 3 实现方法和流程l6 2 4 本章小结1 6 第三章弹性波角度域共成像点道集1 8 3 1 角度域共成像点道集的优势l8 3 1 1 传统的共成像点道集1 9 3 1 2 角度域共成像点道集一2 0 3 2 弹性波角度域共成像点道集的提取2l 3 2 1 弹性波成像条件21 3 2 2 波场传播的角度关系2 5 3 2 3 角度分解2 6 3 3 数值实验3 3 3 3 1 空移成像条件一3 4 3 3 2 时空移动成像条件3 6 3 4 本章小结4 2 第四章弹性波偏移速度分析4 3 4 1 弹性波速度判别准则4 3 4 2 纵波速度更新公式4 3 4 - 3 转换横波速度更新公式4 6 4 4 弹性波偏移速度分析流程4 9 4 5 本章小结5 0 第五章模型和实际资料处理5 1 5 1 薄互层模型51 5 2m a r m o u s il i 模型5 5 5 3 实际资料处理6 l 结论和建议6 6 参考文献6 8 攻读硕士学位期间取得的学术成果7 4 致谢7 5 中困石油人学( 华东) 硕l j 学位论文 1 1 研究目的及意义 第一章前言弟一早日l j 石 随着石油勘探开发的深入，许许多多的方法、技术，以及众多学科的综合，都在 研究如何对油气藏进行定位、描述和开发。但是无论是在海上勘探，还是在具有复杂 环境的陆上进行勘探，复杂构造成像都是首先必须解决的问题。近些年来，由于叠前 深度偏移方法能够对复杂构造能进行更为准确的成像，因此，叠前深度偏移方法得到 了快速发展。然而，叠前深度偏移方法面临的一个主要难题就是偏移速度场的确定。 其中，效率和精度是影响偏移速度分析的两个重要因素，因此，发展兼顾效率和精度 的偏移速度分析方法是十分重要的问题。 在偏移速度分析的过程中，偏移速度分析的道集和速度更新方程直接影响到速度 分析的准确性，为获得高精度的偏移速度场需要具备良好的偏移速度分析道集和精确 的速度更新方程。传统的偏移速度分析方法是在共成像点道集( 炮域共成像点道集和 偏移距域共成像点道集) 上进行，然而在地下介质构造情况较为复杂时，这种道集会 因为多路径的现象不能唯一确定地下的反射点i l 】，造成反射点弥散的现象。在这种情 况下，共成像点道集拉平也并不一定代表速度是正确的，直接影响偏移速度分析的结 果。因此，在进行偏移速度分析时，需要选取更为合理的、没有假象的道集。在速度 不j 下确的时候，还需要对偏移速度进行更新，一般的速度更新方程都是在地下界面水 平情况下推导得到的，而在地下界面存在倾角的情况下，得到的偏移速度场误差较大。 由于地震勘探面对的对象越来越复杂，基于水平反射界面推导出的速度更新方程己不 能满足生产需要，因此，推导出能适用于倾斜界面的速度更新方程具有重要的意义。 当前，在多分量地震的偏移和偏移速度分析的处理方法中，一般采用单分量的处 理方式或者纵横波分离的标量处理方式。然而，这两种处理方式都是基于声波方程假 设，并没有充分利用地震波场的矢量性质，不能真实的反应弹性波场的传播特征。因 此，开发充分利用地震波场矢量特征的弹性波偏移方法和弹性波偏移速度分析方法具 有重要意义。考虑到弹性k i r c h h o f f 偏移具有较高的灵活性、良好的适应性以及较高 的计算效率，并且能够处理地震矢量波场，为此，本文主要研究了利用弹性k i r c h h o f f 偏移抽取无假象弹性波偏移速度分析道集的方法和进行纵横波偏移速度分析的方法， 力求获得精度较高的纵波和横波偏移速度场，为多分量地震数据联合偏移和后期的解 第一章前言 释工作提供可靠的纵波和横波速度场。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 弹性波偏移方法研究现状 近些年来，随着多分量研究技术的进步，多分量成像的研究也得到更加广泛的发 展。由于地下弹性波场被多分量检波器记录，因此弹性波偏移必然涉及到如何处理多 分量数据资料。由于弹性波动方程是一个三分量的矢量方程，并且耦合了纵波和横波 两种模式，因此很难导出一个如同于常规纵波的适用于深度方向波场外推的频敖关系 式。传统的多分量处理思路回避了这个问题，把纵波和横波进行分离处理。如同使用 纵波式的标量波动方程一样，在处理横波数据时，把标量波动方程的速度用横波速度 代替，然后利用类似纵波的处理方式进行偏移。在多分量地震的偏移和偏移速度分析 的方法中，常规的方法也是采用单分量的处理方式或者纵横波分离的标量处理方式。 k u o 和d a i ( 1 9 8 4 ) 1 2 ，3j 首先提出了弹性波成像原则，推导出了各向同性介质情况下的 多分量k i r c h h o f f 偏移方程，但是在多分量成像剖面上，波型较为混乱，同时存在纵 波和转换横波两种波型，存在干扰波型的假象。s e n a 和t o k s o z ( 1 9 9 3 ) 1 4 】把k u o 和 d a i 的方法拓展到各向异性介质；h o k s t a d ( 2 0 0 0 ) 1 5 】把这种方法推广到海底数据，并 应用于粘弹各向异性介质，但计算量较大。c h a n g 和m e m e c h a n ( 1 9 8 6 ，1 9 9 4 ) 1 6 , 7 】提 出了适用于多分量数据的逆时偏移方法，但耗时较大。k e h o 和w u ( 1 9 8 7 ) 1 8 j 提出了 频率域弹性k i r c h h o f f 偏移方法，但计算效率较低。x u e 和m c m e c h a n ( 2 0 0 0 ) 【9 1 把 垂直分量和水平分量数据直接当作纵波和转换横波分量，然后分别进行偏移，得到了 纵波和转换横波的成像结果。也有一些学者利用多分量数据分离后的数据进行偏移 ( w a p e n a a r e ta 1 ，1 9 8 7 ；w a p e n a a ra n dh a i m 6 ，1 9 9 0 ) 1 1 0 , 1 】。以上的这些方法都存在一些 问题，其中，单分量的处理方式把采集到的多分量数据的每一个分量分别单独进行类 似常规纵波处理的流程，这样的处理没有明确的物理意义，不仅消耗了更多的计算时 间，而且对于三个分量的处理结果使用较混乱，导致产生波型之间的串扰现象，形成 成像剖面上的假象，从而干扰偏移速度分析的精度。而纵横波分离式的标量处理方法 虽然有清晰的物理意义作为指导，但是它也存在一定的缺陷，即它忽略了多分量弹性 波场的矢量特征，不能真实的重建地震波的传播情景，不是最佳的多分量偏移和偏移 速度分析处理方法。另外，这种方法不仅需要花费额外的时间事先进行波场分离处理， 而且还依赖于波场分离的精度。为了在多分量处理中更加充分保持弹性波的矢量特 2 中固石油大学( 华东) 硕1 j 学位论文 征，应该采用另一种多分量处理方法，即利用弹性波的矢量特征进行波场外推，以更 加精确的刻画地下介质，得到更加可靠的成像剖面。y a n 和s a v a ( 2 0 0 8 ) 1 1 2 l 提出了 各向同性介质情况下的角度域弹性逆时偏移方法，利用该方法能够得到良好的p p ， p s ，s p 和s s 分量剖面，但是由于该方法耗时巨大，并不适合用于迭代的偏移速度 分析。基于k u o 和d a i 给出的多分量波场延拓公式，d u 和h o u ( 2 0 0 8 ) 3 , 1 3 j 提出 了一种利用矢量波场进行外推然后进行标量成像的2 d 弹性k i r c h h o f f 偏移方法，分 别得到纵波和转换横波成像剖面；该方法不需要事先对多分量地震波场进行纵、横波 分离，在成像过程中更好地保持了波场的弹性矢量性质，能够消除弹性波成像过程中 的干扰波型假象1 3 , 1 3 1 ，计算效率比较高，适合用于多分量数据的偏移速度分析。 1 2 2 弹性波偏移速度分析研究现状 偏移速度分析是获得偏移速度场的有效方法，按照不同的分类规则，可以表述为 不同的方法。按照基于的理论方法，可以分为1 1 4 j ：波动方程偏移速度分析和射线类偏 移速度分析；按照基于的速度分析道集，可以分为【1 4 】：c m p 道集，c f p 道集，c r p 道集，c i p 道集，c r s 道集的速度分析方法；按照速度判别准则i l 引，主要分为深度聚 焦速度分析( d f a ) 和剩余曲率速度分析( r c a ) ，其中，d f a 通过判断偏移深度和 聚焦深度之间的误差是否为零来分析速度是否合理；r c a 通过判断c i p 道集的同相 轴是否拉平来分析速度是否合理。d f a 和r c a 分析方法也是目前最主要的两类速度 分析方法，以下主要阐述这两种速度分析方法的发展历史和研究现状。 在深度聚焦速度分析( d f a ) 方面，d o h e r t y 和c l a e r b o u t ( 1 9 7 4 ) l l 5 】首先提出了 d f a 方法的主要原理，即零时问成像与零偏移距成像深度一致性的准则。y i l m a z 和 c h a m b e r ( 1 9 8 4 ) i l6 j 首先介绍了聚焦分析方法，得到了偏移速度谱。d e n e l l e 和j c a n n o t ( 1 9 8 6 ) 0 7 提出了s - - g 聚焦分析。之后m a c k a y 和a b m a ( 1 9 9 2 ) 利用d f a 进行 了速度估计，并分析了d f a 方法的局限性。w a n g 等【1 4 1 9 1 基于常规d f a 方法和地震 层析成像的技术提出了利用d f a 方法进行层析速度的估计，提高了d f a 的适应性。 d f a 速度分析是比较常用的偏移速度分析方法，然而这种偏移速度分析也存在一定 的缺点【2 例，主要是聚焦深度的解释受到多方面的干扰，比如，来自倾斜界面的能量干 扰、绕射能量干扰以及噪音等的干扰，导致聚焦深度存在不确定性，不能保证计算的 收敛性。 在剩余曲率速度分析( r c a ) 方面，a 1 y a h y a 等( 1 9 8 9 ) f 2 l 】首先提出了根据同 3 第一章前言 相轴是否拉平的现象进行剩余曲率速度分析，在反射界面水平的情况下取得了良好的 应用效果。随后，l e e 等( 1 9 9 2 ) 【2 2 】推广了a i y a h y a 等的方法，推导了小倾角下的 剩余速度方程。l i u 和b l e i s t e i n ( 19 9 4 ，19 9 5 ) 1 2 3 2 4 1 给出了更为普遍的剩余校j 下公式， 应用效果良好。以上的方法是在传统的共成像点道集l 进行的，然而，在存在复杂构 造的地区，这种传统的共成像点道集会因为多路径的现象而不能唯一确定地下的反射 点l l j ，因此，这一类的共成像点道集并不是最佳的速度分析道集，需要寻找更合理的 偏移速度分析道集。近年来，随着角度域共成像点道集( a d c i g s ) 的引入，大部分 研究主要集中于a d c i g s 的提取方法以及基于角道集进行定量速度更新的方法。研究 表明，a d c i g s 具备无假象特征l lj ，是目前最为合理的偏移速度分析道集。a d c i g s 可以在成像前提取f 2 5 2 7 1 ( d eb r u i n ，1 9 9 0 ；m o s h e lf o s t e ra n dh a s s a n z a d e h ，1 9 9 7 ；x i ea n d w u ，2 0 0 2 ) ，也可以在成像后提取2 8 。3 0 】( b i o n d ia n ds h a n ，2 0 0 2 ；r i c k e t ta n ds a v a ，2 0 0 2 ； s a v aa n df o m e l ，2 0 0 3 ) 。比较而言，在成像后计算a d c i g s 效率和精度都更高，甚至 在存在复杂构造或是非均匀介质时也是如此。成像后提取角道集的方法一般是利用空 移成像条件进行，由于空移成像条件只是时空移动条件的一种特殊情况，包含的信息 不全面，l i u 和w a n g ( 2 0 0 7 2 0 0 8 ) 3 1 , 3 2 】提出了利用时空移动成像条件抽取纵波时 移角度域共成像点道集( t s a d c i g s ) 的方法，时空移动成像条件包含丰富的信息量， 利用他们抽取的道集可以同时对纵波资料进行d f a 和r c a 速度分析。以上提到的角 度域共成像点道集提取方法都是基于波动方程的方法。事实上，也可以用k i r c h h o f f 偏移方法f 3 3 ，3 4 】( x ue ta 1 ，1 9 9 8 ；b r a n d s b e r g d a h le ta 1 ，1 9 9 9 ) 提取角度域共成像点道集， 这两位学者的方法都是在成像前提取角道集的，需要已知速度和地层倾角的信息。以 上这些方法都是研究如何提取纵波的角度域共成像点道集。随着多分量地震技术的发 展，一些学者提出了转换波角度域共成像点道集的计算方法1 3 5 - 3 8 j ( s a v aa n df o m e l ， 2 0 0 5 ；s a v aa n df o m e l ，2 0 0 6 ；r o s a l e sa n db i o n d i ，2 0 0 5 ；r o s a l e se ta 1 ，2 0 0 8 ) 。其中，s a v a 等( 2 0 0 5 ，2 0 0 6 ) 3 5 , 3 6 1 的方法只是计算了伪角度域共成像点道集，并不代表真正的入 射角或者反射角。利用r o s a l e s 等( 2 0 0 8 ) 【38 】的方法可以得到以真正入射角或者反射 角为函数的转换波角度域共成像点道集。这些转换波角度域共成像点道集的提取方法 主要研究了转换波角度分解的问题，其缺点是需要事先对多分量数据进行波场分离。 为了避免事先进行波场分离，考虑到时空移动成像条件所包含的丰富信息，d u 和l i ( 2 0 1 0 ) 1 3 9 1 把时空移动成像条件引入到弹性k i r c h h o f f 偏移中，同时抽取了纵波和转 换横波的时移角度域共成像点道集，并分析了该道集的优势。 4 中国l i 油人学( 华东) 硕+ j 二学位论文 在对角度域共成像点道集研究的同时，基于角度域共成像点道集的偏移速度分析 方法也在逐步发展。利用a d c l g s 可以进行剩余曲率速度分析，得到准确的偏移速度 场。根据a d c i g s 同相轴是否平直的现象，可以定性的判断速度的大小。如果速度过 小，同相轴上翘，若速度太大，同相轴下弯。除了定性的判断速度的大小以外，多位 学者也提出了基于a d c i g s 的定量速度更新方法【4 0 4 6 】( l i ue ta 1 ，2 0 0 1 ：b i o n d ia n d t i s s e r a n t ，2 0 0 4 ；b i o n d ia n ds y m e s ，2 0 0 4 ；s a v aa n db i o n d i ，2 0 0 4 a ，2 0 0 4 b ；x i ae ta 1 ，2 0 0 6 ； z h a n ge ta 1 ，2 0 1 0 ) 。以上建立的角度域偏移速度更新方程都是针对纵波的，而研究基 于a d c i g s 的转换波或多分量联合偏移速度分析方法的相关报道目前还很少。因此， 随着多波多分量地震勘探技术的发展，研究利用多分量数据在角度域进行弹性波偏移 速度分析的方法是很重要的。 1 3 本文主要研究内容 本文以弹性波理论为基础，首先推导了3 d 弹性k i r c h h o f f 偏移方程；然后把时 空移动成像条件引入到弹性k i r c h h o f f 偏移方法中，建立了抽取纵波和转换横波的角 度域共成像点道集的方法；当速度不准确时，利用纵波和横波的深度剩余量方程进行 速度更新；联合使用多波成像深度一致性原则和角度域共成像点道集拉平原则作为弹 性波偏移速度分析准则，提高纵横波偏移速度分析的精度。 主要内容安排如下： 第一章：介绍了本文的研究目的和意义，弹性波偏移和弹性波偏移速度分析的主 要研究现状，并列出本文的研究内容。 第二章：简要介绍弹性k i r c h h o f f 扁移方法的主要理论，推导了三维情况下弹性 k i r c h h o f f 偏移方程，并给出了二维简化方程；阐述了旅行时的计算方法以及本文采用 的旅行时计算策略，说明了该策略的优势；最后给出了弹i 生k i r c h h o f f 偏移的实现方法 和流程。 第三章：扩展了传统的弹性波成像条件，把时空移动成像条件、空移成像条件和 时移成像条件引入到弹性k i r c h h o f f 偏移方程中，建立了抽取p p 波和p s 转换横波的时 移偏移距域共成像点道集、局部偏移距域共成像点道集、时移角度域共成像点道集和 角度域共成像点道集的方法；利用模型进行了测试，阐述了上述道集所具备的特征以 及可以结合的偏移速度分析方法。 第四章：扩展了基于声波的速度分析准则，给出了弹性波偏移速度分析准则；推 5 第一章前言 导了适用于倾斜反射层的纵波和转换横波速度更新公式。 第五章：利用本文方法对胜利薄互层模型、m a r m o u s ii i 模型和实际资料进行了试 处理，结果表明了本文偏移速度分析方法的有效性、适用性，并且说明了本文方法具 有较高的精度和效率。 最后对整篇文章的内容进行总结。 6 中国油人学( 华东) 硕上学位论文 第二章弹性k ir c h h o f f 偏移方法 叠前深度偏移方法一般可以分为以下两种常用的类型1 47 】：第一类方法是基于射线 理论的k i r c h h o f f 积分偏移方法，第二类方法是基于波动方程的偏移方法。其中，由 于积分法具有较高的计算效率、适用性强，使用方便，并且具有无频散、占用资源少 等优势【47 1 ，因此，k i r c h h o f f 积分偏移法一直是工业界采用的常规偏移方法，除此之 外，积分法还适用于变化的观测系统和复杂的起伏地表。若能利用精度较高的旅行时 计算方法或是多值旅行时的计算方法，k i r c h h o f f 积分偏移法也能够用于复杂的地下 构造成像1 4 ”。对于多分量的偏移方法，常用的方法有两种：一种是把x 、z 分量分别 当作转换横波和纵波分量进行标量式的偏移；另一种是先进行p 波和p s 转换横波波 场分离，然后利用分离后的转换横波和纵波分量分别进行标量式的偏移。然而，这两 种做法都是基于声波方程假设，忽略了弹性波的矢量性质，没有充分利用弹性波的优 势进行成像。应该来说，充分利用地震波的弹性特征进行偏移，进行矢量外推，才能 真实的重构地震波的传播情景，得到更加精确的成像剖面。为此，在前人研究成果 ( k u oa n dd a i ，1 9 8 4 ；d ua n dh o u ，2 0 0 8 ) 2 , 1 3j 的基础上，利用多分量地震数据的矢量 地震波场传播特征，本文开展了弹性k i r c h h o f f 偏移方法的研究。 2 1 弹性k i r c h h o f f 偏移方程推导 偏移的基本问题就是利用地表观测到的地震数据重建地下的地质构造情况【4 引，主 要包含两个问题，一是如何准确的进行向下延拓；二是如何确定延拓是否已经完成。 k i r c h h o f f - h e l m h o l t z 型的积分不仅可以用来表示声波的延拓也可以用来同时表述纵波 和转换横波的延拓。 p a o 和v a r a t h a r a j u l u ( 19 7 6 ) 4 8 】推导了弹性波的k i r c h h o f f - h e l m h o l t z 积分方程， 忽略体力项之后，他们得到的面积分方程如下： u ( x ) = t ( x ) g ( xix ) 一u ( x ) 。【n ( xix ) ) 出 ( 2 1 ) 其中，u ( x ) 是位移向量场，s 指包围这个区域的闭合面。在这个方程里，牵引力t 和 应力张量t 的表达式如下： t = n t = t n 7 ( 2 2 ) 第_ 二章弹性k i r c h h o f f 偏移方法 t = 2 ( v u ) l + p ( v u + u v l ( 2 3 ) l 表示单位双积，n 表示x 点处垂直于积分面s 。指向外法线方向的单位向量，g ( xix ) 和z ( xix ) 分别表示格林二重位移和格林应力张量，五和代表拉梅常数。 在频率域，g ( xix ) 有如下表达式： g ( xix ，c o ) = ( 4 删2 ) ( k ；i g ，( xix ，缈) - i - v g 。( xix ，缈) 一g ，( xix ，缈) 】v ( 2 4 ) 对于点震源产生的场，有： g j 口( xix ，缈) = e x p ( i k p r ) ，( 2 - 5 ) g s ( xix ，) = e x p ( i k ，r ) r 其中，k p = 功，k ，= 1 分别是纵波和横波的波数，p 代表密度，- - i x x 。l ，、 k 分别代表纵波和横波速度。 应力张量的表达式如下： 扣l x t 纠“屯丢g 蛔州苦g 卵+ 丢g l n 】 协6 ， 在远场近似的条件下， g 卵= ( 4 x p c 0 2 ) 。1 ( 尼；厶e x p ( i k p r ) r 一七；( or - ) e x p ( i k ，r ) r ) ( 2 7 ) 细2 罢“( 1 也2 ) 屯仫2 _ _ 伽e x p ( i k p r ) ( ，) ( 2 - 8 ) + ( 万卵乃+ “0 2 0r q _ ) e x p ( i k ，r ) ( r l ) ) 其中，s = k 0 ，即横波速度与纵波速度的比值。_ = 厂，厶= 厶，和分 别代表q 和行方向的投影距离，既代表克岁内克符号。 根据p a o 和v a r a t h a r a j u l u ( 1 9 7 6 ) 的公式，k u o 和d a i ( 1 9 8 4 ) 1 2 1 推导了远场近似 条件下的多分量k i