多波多分量地震波场数值模拟及分析

第４６卷第５期２００７年９月

石油物探

ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬＰＲＯＳＰＥＣＴＩＮＧＦＯＲＰＥＴＲｏＩ。ＥＵＭ

Ｖ０１．４６，Ｎｏ．５

Ｓｅｐ．，２００７

文章编号：１０００—１４４１（２００７）０５—０４５１—０６

多波多分量地震波场数值模拟及分析

刘军迎，雍学善，高建虎，杨午阳

（中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院西北分院，甘肃兰州７３００２０）

摘要：以多波多分量地表资料处理和解释为目的，利用波动方程数值模拟方法对多波多分量地震波场进行了分析和研究。通过单界面和双界面模型正演，对反射纵波（ＰＰ波）和转换横波（Ｐ－ＳＶ波）的识别及波场响应特征进行了研究：①Ｐ－ＳＶ波速度低，频率低，能量随偏移距的增加而增加，零偏移距处能量为零；②界面反射系数为正时Ｐ－ＳＶ波与ＰＰ波极性相反，界面反射系数为负时Ｐ－ＳＶ波与ＰＰ波极性一致；③Ｚ分量和Ｘ分量地震记录都是ＰＰ波与Ｐ－ＳＶ波的混合信息；④Ｘ分量的ＰＰ波和Ｐ．ＳＶ波都是由两个极性相反的分支组成的。通过多界面模型正演，分析了转换波勘探的多解性，即地质上的同一个岩性界面有可能对应地震剖面上的两个甚至更多的同相轴。通过理论、模型和实际资料分析，探讨了多波多分量勘探中水平分量旋转处理存在的问题，即通过水平分量旋转处理获得的三分量记录仍然包含了全波场信息，指出通过极化分析，进行三分量同时旋转，可以实现纵波波场和横波波场的完全分离。最后讨论了ＰＰ波和Ｐ－ＳＶ波的分辨率，认为Ｐ－ＳＶ波的纵、横向分辨率均低于ＰＰ波。

关键词：多波多分量；波场特征；水平分量旋转；三分量旋转；波场分离；分辨率

中图分类号：Ｐ６３１．４文献标识码：Ａ

数值模拟技术已广泛应用于油气勘探的各个阶段，如模型正演ＡＶＯ研究［１］，叠前深度偏移的初始速度模型建立［２］，等等。数值模拟方法主要有两大类，即波动方程法和几何射线法［３］。几何射线法以研究波的运动学特征为主，适合地质构造的模拟与研究，但该方法缺乏对波的动力学特征的表征能力，不适合多波多分量地震波场的表征、刻画和研究；波动方程法具有同时表征波场的运动学特征和动力学特征的能力，是地震波（包括Ｐ波、ＰＳ波等）的传播机理、波场响应特征研究和分析的有力工具。

有人利用Ａｉｄ近似公式进行多波多分量记录合成，研究弹性参数的反演问题［４］，但因为基于褶积模型，不算真正意义上的模型正演。我们利用全波场波动方程数值模拟技术分析了多波多分量地震波场的传播特征和地层响应特征；对目前的水平分量旋转处理技术进行了讨论，指出其存在的不足，给出了应对策略，同时还对转换横波的地震分辨率进行了分析，为多波多分量资料处理和解释提供了参考依据。

１ＰＰ波、Ｐ－ＳＶ波的识别和波场特征研究

研究中遵循的指导思想是“由简单到复杂”：由单界面模型到多界面模型，由声波方程到弹性波方程，由单分量（Ｚ分量）波场到多分量（Ｚ分量、Ｘ分量）波场。

１．１ＰＰ波、Ｐ－ＳＶ波的识别

图１是设计的单界面模型，地层１的纵波速度为３０００．００ｍ／ｓ，横波速度为１７３０．００ｍ／ｓ，密度为２．２０ｇ／Ｃ１．ｎ３；地层２的纵波速度为４７２４．４９ｍ／ｓ，横波速度为２７３７．４５ｍ／ｓ，密度为２．５７ｇ／ｃｒｎ３。图２是弹性波动方程法模拟的单炮记录和波场快照，可以看出，转换横波（Ｐ＿ＳＶ波）的同相轴位于反射纵波（ＰＰ波）同相轴的下方，曲率较大。这说明Ｐ＿ＳＶ波传播速度较小，在同一反射层、同一反射／转换点的情况下，旅行时较大。由公式

ｖｆ，ｓ一２ｖｐｖｓ／（Ｖｐ—ｌ—ｖｓ）

及

ｔｏ＝＝２ｈ／ｖ

也可以得出这样的结论，并且Ｐ－ＳＶ波和ＰＰ波的速度差异越大，二者分得越开，在单炮记录或地震剖面上就越容易识别。

图１单界面模型

收稿日期ｉ２００６—１２—０４；改回日期：２００７—０３—０１。

作者简介：刘军迎（１９６６一），男，高级工程师，现从事多波多分量地

震波场数值模拟和资料解释等研究工作。

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