[发明专利]用于交错网格模拟地震数据的波场分离与时移校正方法

说明书

本发明公开了一种用于交错网格模拟地震数据的波场分离与时移校正方法，将检波器放置在地面，使用交错网格进行地震波场数值模拟，得到地震数据；对得到的时空域的地震数据做二维傅里叶变换，得到频率波数域对应的地震数据；在频率波数域中沿k_x轴负方向对地震数据的垂直质点速度分量相移校正半网格；根据P波与S波的频散关系分别计算P波与S波在z轴的波数，并使用相移算子将垂直质点速度分量沿z轴负方向延拓半个网格；在频率波数域中应用散度和旋度算子完成经校正后的地震数据的P波和S波的纵横波波场分离；通过二维傅里叶逆变换将频率波数域的波场分离后的P波与S波变换至时空域，得到时空域的波场分离后的P波与S波。

技术领域

本发明属于地震勘探技术领域，涉及一种用于交错网格模拟地震数据的波场分离与时移校正方法。

背景技术

多分量地震数据的纵横波波场分离是地震领域的研究重点，广泛应用于地震数值模拟、成像、处理和解释等领域，通常情况下，我们需要用模拟的地震数据来验证纵横波波场分解理论的正确性和有效性。然而，交错网格模拟地震数据的一个主要问题是质点速度分量未定义在同一个网格上，这种格式的缺点会在多分量数据中产生时移，破坏纵波和横波的极性，导致纵波和横波的不完全分离。

波场分离的实现方法主要集中在两个方面，其一是对地表记录的地震波场的纵横波波场分离，其二是地震数值模拟或偏移过程中对波场快照的纵横波分离。在第一种情况下，分离方法通常建立在极化滤波或赫姆霍兹定理、平面波分解(如Devaney和Oristaglio,1986)，Radon变换，弹性波延拓(如Sun,1999；Sun et al.,2004)等基础上，然而，这些方法在对交错网格方法模拟的地震数据进行纵横波波场分离时，并不能将纵横波较为完全的分离开来；在第二种情况下，赫姆霍兹定理是应用最广泛的(如Dellinger和Etgen,1990；Du和Zhang,2014)。

所有的方法都有一个共同的前提，即纵波的极性必须平行于传播方向，横波极性必须垂直于传播方向。然而，使用交错网格模拟的地震数据并不满足这一前提条件。这是由于在定义交错网格时，质点速度的水平分量和垂直分量并不在同一个网格点上，从而使得质点速度的水平分量与垂直分量不能在同一时间到达地表检波器，在地震记录上表现出一定的时移错位。Du和Zhang(2014)介绍了一种在地震波场数值模拟时校正波数域中的时移误差的插值方法。然而，由于在每个迭代步骤都需要进行正向和反向快速傅里叶变换(FFT)，这会增加相当大的计算成本。

为此，本发明提出了一种对地表地震数据进行时移校正和波场分离的新方法，对第一种情况下纵横波波场分离方法进行了补充和改进。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于交错网格模拟地震数据的波场分离与时移校正方法，对现有纵横波波场分离技术进行了补充和改进，引入了频率波数域的时移校正，对经过时移校正后的地震数据进行纵横波波场分离，解决了由于交错网格带来的波场分离不完全的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于交错网格模拟地震数据的波场分离与时移校正方法，具体步骤如下：

S1，建立地质模型，使用交错网格在地质模型区域进行正演数值模拟，获得地震数据，定义水平质点速度分量为v_x和垂直质点速度分量为v_z；

S2，对垂直质点速度分量v_z和水平质点速度分量v_x进行二维傅里叶变换，得到频率波数域对应的垂直质点速度分量和水平质点速度分量

S3，对垂直质点速度分量进行相移校正，得到经过相移校正后的垂直质点速度分量对经过相移校正后的垂直质点速度分量进行波场拓延，得到和

其中，表示以波数k_zp进行半网格波场延拓得到的新的垂直质点速度分量，表示以波数k_zs进行半网格波场延拓得到的新的垂直质点速度分量；