地震波的疊前分離方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及地震勘探的技術領域，尤其涉及一種地震波的疊前分離方法。
【背景技術】
[0002] 在三維三分量（three-dimensionalthree-component, 3D3C)地震勘探中，垂直分 量（Z分量）以及兩個水平分量（X、Y)分量同時接收地震信號。按照傳統的三分量地震數 據的處理流程，3D3C地震數據的處理應該以RT旋轉作為一開始的處理步驟，來將Ζ-Χ-Υ坐 標系的地震信號轉換至Z-R-T坐標系內，其中R分量指向震源指向檢波點的方位，Τ分量的 方向與之正交。在地表是各向同性、水平分層以及速度較低的假設下，S波模式被認為被R 分量接收，然而Τ分量只接收噪音，Ζ分量只接收噪音以及Ρ波模式。但是這個假設在大多 數的三分量地震勘探中是不可被接受的。
[0003] 當地層中存在構造應力時，常常會發育高角度裂縫，并表現為方位各向異性的特 征。方位各向異性會導致S波分裂為快橫波（S1波）以及慢橫波（S2波），它們各自有著不 同的波矢特征。S1波與S2波分別沿著平行以及垂直裂縫面的方向極化。S1波與S2波通 常會復合在一起，并被X與Υ檢波器同時接收，然而Ρ波被Ζ分量接收。RT旋轉后，復合S 波模式會由X、Υ分量轉換至R、Τ分量，各自被稱為SV波與SH波。
[0004] 在后續的處理中，SV與SH波被分別偏移成像。在傳統的方法中，S1波與S2波都 是從SV波與SH波的疊加剖面中進行分離，并用來預測裂縫的發育。此類3C地震數據的處 理方法在近地表速度較低，地震射線近似垂直出射地表的情況下是可以接受的。但是，在大 多數情況下，空間中廣泛存在地層傾斜或者是巖石物性的方位差異會導致Ρ波以及分裂的 S波來自不同深度的反射界面并且被三分量檢波器接收，即所謂的"波型泄露"。因此，只用 水平分量的S波進行裂縫參數的預測是不保幅的，甚至會導致結果的誤差。
【發明內容】
[0005] 本發明的主要目的在于提供一種地震波的疊前分離方法，以解決所謂的"波型泄 露"從而導致裂縫參數的預測結果產生誤差的問題。
[0006] 為解決上述問題，本發明實施例提供一種地震波的疊前分離方法，包括：接收地震 波的Ρ波、S1波與S2波，其中所述Ρ波、S1波與S2波分別來自于不同反射點；將Ρ波、S1 波與S2波分別投影至Z-R-T坐標系，以產生投影矩陣，其中Ζ為垂直分量，R為震源指向檢 波點的方位的分量，Τ為與R分量正交的分量；將Ρ波、S1波與S2波的矢量形成為合成矢 量；根據Ρ波、S1波與S2波的矢量方向上的基矢量，將合成矢量轉換成各向異性波向量矩 陣；對所述各項異性波向量矩陣進行仿射坐標系旋轉變換，以產生波分離矩陣。
[0007] 根據本發明的技術方案，通過沒有對各向異性波場做任何正交極化的假設條件 下，將投影至Z-R-T坐標系的Z、R、T分量上的地震波轉換到純Ρ波、S1波以及S2波的真實 波矢方向上，以利于后續的真振幅成像以及反演處理，從而解決所謂的"波型泄露"從而導 致裂縫參數的預測結果產生誤差的問題。
【附圖說明】
[0008] 此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0009] 圖1是根據本發明實施例的三分量的地表檢波器在某一時窗內接收的地震波場 的不意圖；
[0010] 圖2是根據本發明實施例的Z-R-T坐標系下的P、S1和S2波矢量的示意圖；
[0011] 圖3是根據本發明實施例的地震波的疊前分離方法的流程圖；
[0012] 圖4是根據本發明實施例的波矢疊加的示意圖；
[0013] 圖5(a) -圖5(f)分別是仿射坐標系下的P波、S1波與S2波的分離的示意圖，其 中，圖5 (a)是合成純的P波、S1波與S2波；圖5 (b)是Z分量、R分量、T分量的合成記錄； 圖5(c)是加入10%隨機噪音后的Z分量、R分量、T分量的合成記錄；圖5(d)是加入10% 噪音水平時仿射坐標系波場分離后的P波、S1波與S2波記錄；圖5(e)是加入50%隨機噪 音后的Z分量、R分量、T分量的合成記錄；圖5 (f)是加入50%噪音水平時仿射坐標系波場 分離后的P波、S1波與S2波記錄；
[0014] 圖6(a)-圖6(c)分別是不同噪音水平下的矢端曲線圖，其中，圖6(a)是無噪音； 圖6 (b)是10 %噪音水平；圖6 (c)是50 %噪音水平；
[0015] 圖7 (a)是不同噪音水平下波矢疊加法計算的P波與Z軸、R軸、T軸正方向的夾角 的示意圖，其中P波矢量與Z軸、R軸以及T軸夾角的真實值分別為10°、84°與82°;
[0016] 圖7(b)是不同噪音水平下波矢疊加法計算的S1波與Z軸、R軸、T軸正方向的夾 角的示意圖，其中S1波矢量Z軸、R軸以及T軸夾角的真實值分別為110°、140°與57°;
[0017] 圖7(c)是不同噪音水平下波矢疊加法計算的S2波與Z軸、R軸、T軸正方向的夾 角的示意圖，其中S2波矢量Z軸、R軸以及T軸夾角的真實值分別為85°、55°與35°;
[0018] 圖8(a)是數值模擬中的P波的射線路徑圖；
[0019] 圖8(b)是數值模擬中的分裂S波的射線路徑圖；
[0020] 圖9(a)是Z分量的裂縫模型模擬數據的示意圖，其中噪音水平為40% ;
[0021] 圖9(b)是R分量的裂縫模型模擬數據的示意圖，其中噪音水平為40%
[0022] 圖9(c)是T分量的裂縫模型模擬數據的示意圖，其中噪音水平為40% ;
[0023] 圖10 (a)是P波的仿射坐標系分離后的純波場的示意圖；
[0024] 圖10 (b)是S1波的仿射坐標系分離后的純波場的示意圖；
[0025] 圖10 (c)是S2波的仿射坐標系分離后的純波場的示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 本發明的主要思想在于，基于沒有對各向異性波場做任何正交極化的假設條件 下，將投影至Z-R-T坐標系的Z、R、T分量上的地震波轉換到純P波、S1波以及S2波的真實 波矢方向上，以利于后續的真振幅成像以及反演處理，從而解決所謂的"波型泄露"從而導 致裂縫參數的預測結果產生誤差的問題。
[0027]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下結合附圖及具體實施例，對本 發明作進一步地詳細說明。
[0028] 首先，圖1是根據本發明實施例的三分量的地表檢波器在某一時窗內接收的地震 波場的示意圖。如圖1所示，地表檢波器的三個分量在某一時窗內可能同時接收P波、S1波 與S2波。由于P波的傳播速度快，所以同一時窗內的P波的反射是來自更深的反射點A， S1波與S2波可能分別來自同一界面鄰近的兩個反射點B與C。由于反射點B、C的距離較 近，可以假設兩點位置的裂縫參數具有相似性，所以S1波與S2波在R-T平面內矢量投影的 夾角接近90°。但在三維空間內，S1波與S2波的矢量方向不是正交的。由于同一時窗內 的P波矢量來自更深的反射點，所以P波與S1波、S2波的矢量方向兩兩均不正交，矢量波 場的分離必須通過非正交的仿射坐標系的旋轉變換才能實現。
[0029] 當地下介質存在裂縫時，如圖2所示，三分量的地表檢波器在某一時刻會同時接 收來自不同反射點的P波、S1波與S2波，且在三分量的地表檢波器上都會出現投影，分別 投影至Z-R-T坐標系，如公式（1)所示：
[0030]
⑴
[0031] 其中，P、Sl、S2分別為P波、S1波與S2波的矢量，ez、％和e及別為Z、R和T方 向的基矢量，Pz、Slz、S2Z分別為P波、S1波與S2波在Z坐標上的振幅，PR、S1R、S2R分別為 P波、S1波與S2波在R坐標上的振幅，PT、S1T、S2T分別