仿射坐标系下矢量波场分离与地层裂缝预测方法研究

三分量检波器能完整地记录各向异性波场的矢量振幅，因浅层低速带的存在，可假设矢量波场P、S1、S2波近似正交偏振，通过笛卡尔直角坐标系Z-X-Y的旋转变换可将矢量波场分离；然而，在远偏移距、强各向异性地表等情况下该假设不再成立，笛卡尔直角坐标系的旋转变换无法将各矢量波场彻底分离。基于此，本项目研究首先假设矢量波场P、S1、S2波的波矢方向组成仿射坐标系P-S1-S2，分析单层裂缝模型矢量波场的空间偏振特征，研究仿射坐标系下矢量波场的分离方法以及低信噪比条件下仿射张量坐标变换矩阵的求解方法。在此基础之上，分析多层裂隙模型矢量波场的空间偏振特征，研究叠前矢量波场逐层分离方法。利用矢量波场在频率衰减、振幅响应、走时等方面的不同，研究地层裂缝的叠前预测方法。该项目研究为三分量地震数据的波场分离以及地层裂缝的预测提供了新的思路，对多分量地震技术的工业化进程具有重要的理论与应用价值。

三分量检波器能完整地记录各向异性波场的矢量振幅，因浅层低速带的存在，可假设矢量波场P、S1、S2波近似正交偏振，通过笛卡尔直角坐标系Z-X-Y的旋转变换可将矢量波场分离；然而，在远偏移距、强各向异性地表等情况下该假设不再成立，笛卡尔直角坐标系的旋转变换无法将各矢量波场彻底分离。基于此，本项目以矢量波场P、S1、S2波的波矢方向组成了非正交的仿射坐标系P-S1-S2，分析了裂缝介质中矢量波场的三维空间的波矢特征，将矢量波场分离分解成P与S模式的分离以及S1与S2模式分离两个环节，并进行裂缝的预测研究。对于单层裂缝模型，研究了仿射坐标系下P、S模式的分离方法以及低信噪比条件下仿射张量坐标变换矩阵的求解方法；在此基础上，分别研究了协方差矩阵特征值法、相关系数法以及叠前切向能量法三种S1与S2模式的叠前分离与裂缝预测方法，并编制了相关软件，进行了理论模型的测试，结果表明仿射坐标系下的矢量波场分离方法是比较稳定的。对于多层裂缝模型，P与S模式的分离与单层裂缝模型完全相同，但是多层裂缝模型中的横波分裂会导致频率的异常，本项目研制出频率域的层剥离S1与S2模式分离方法。理论模型的测试获得较好的效果。对于实际数据，波场分离的核心算法与理论模型完全相同；为了解决实际数据信噪比太低、波矢量难以求解的难题，我们搭建了实用的处理流程：（1）在共炮点域分离P、S模式；（2）在共检波点叠加剖面上反演裂缝参数；（3）利用裂缝参数在共检波点道集上分离S1、S2模式。本项目研发的叠前矢量波场分离方法与裂缝预测方法分别在火成岩裂缝储层、致密砂岩储层以及碳酸盐岩储层进行了试验，较为准确的预测了裂缝的发育情况。该项目研究为三分量地震数据的波场分离以及地层裂缝的预测提供了新的思路，对多分量地震技术的工业化进程具有重要的理论与应用价值。在项目研究过程中，我们发表了4篇SCI论文、1篇EI论文、一本专著，发明专利授权2项，受理2项，获得计算机软件著作权证书6项，获得奖励2项，超额完成了项目的考核指标。