李亞林，徐峰，彭更新，劉福烈，郭念民，徐凱馳

1 中國(guó)石油塔里木油田公司，新疆庫(kù)爾勒 841000 2 西南石油大學(xué)，成都 610500

0 引言

震源激發(fā)的能量只有一小部分投射向目的層并最終返回地表，帶回了地下反射信息，其他大部分由于地層臨界角度、接收排列長(zhǎng)度限制只能在近地表附近傳播，這部分能量傳播過程中與近地表的非均勻介質(zhì)作用形成了大量的噪聲，降低了地震資料信噪比(徐峰等，2011).提升資料信噪比有兩種思路：一種是絕對(duì)地提升采集數(shù)據(jù)中的反射能量，這就要增加震源初始能量，根據(jù)Sharpe(1942)的理論，爆炸壓力產(chǎn)生的彈性波振幅正比于爆炸空腔的面積和爆炸壓力，擴(kuò)大爆腔和爆壓就需要更大的炸藥藥量，而大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明，激發(fā)能量不會(huì)隨著炸藥用量線性增加，當(dāng)達(dá)到一定用量后，能量基本不再變化——存在飽和激發(fā)現(xiàn)象(凌云，2001；楊貴祥，2005)；另一種思路是相對(duì)提升能量，將激發(fā)后的能量約束聚焦在向目的層投射的角度方向上，同步壓制噪聲能量源，進(jìn)而提升信噪比.本文探討后一種方法.

波具有方向性，對(duì)波的方向性利用較早的是軍事上的相控陣?yán)走_(dá)(Dolph，1946)，出于對(duì)空搜索目標(biāo)的需要，成百上千個(gè)發(fā)射/接收單元被組合在一個(gè)天線上，通過聚焦波束增強(qiáng)探測(cè)距離和精度.地震波的方向性驗(yàn)證是20世紀(jì)70年代美國(guó)石油公司在Oklahoma的Tulsa地區(qū)做過的地震波束形成實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)證明了地震波的定向方向可以通過延時(shí)時(shí)間間隔調(diào)節(jié)(Arnold，1977).2002年吉林大學(xué)林君教授課題組自主研發(fā)的相控震源系統(tǒng)也是基于地震波可以定向的理論(Chen and Lin.，2003).隨后，姜弢等(姜弢等,2004; 姜弢，2006)對(duì)定向地震波信號(hào)的信噪比和分辨率進(jìn)行了定量分析，證明了基于相控震源的定向地震波方法在理論和實(shí)踐上的可行性和優(yōu)越性.

目前，無論是產(chǎn)生電磁波的相控陣?yán)走_(dá)還是產(chǎn)生地震波的相控震源，都是研究定向波的傳播，對(duì)于事先未定向的單點(diǎn)激發(fā)的波場(chǎng)數(shù)據(jù)，是否存在后期進(jìn)行室內(nèi)定向組合的可能，鮮有討論.排除掉耦合性差異，波場(chǎng)符合線性疊加原理——即，A、B兩個(gè)炮點(diǎn)單獨(dú)激發(fā)后再疊加的波場(chǎng)應(yīng)該與它們同時(shí)激發(fā)的波場(chǎng)保持一致，兩個(gè)檢波點(diǎn)單獨(dú)接收的波場(chǎng)疊加結(jié)果應(yīng)該與它們組合接收的波場(chǎng)保持一致.這為室內(nèi)定向組合處理提供了理論依據(jù).

進(jìn)行室內(nèi)定向組合首先需要知道待組合的方向，這個(gè)方向可以從波場(chǎng)自身的方向分解中求取.Yoon(2004，2011)在進(jìn)行逆時(shí)偏移成像研究的時(shí)候，引入坡印廷矢量來計(jì)算傳播中波場(chǎng)的方向和傾角信息，為解決計(jì)算穩(wěn)定性問題隨后又進(jìn)行了子波多周期疊加、時(shí)窗平滑等技術(shù)改進(jìn)，他的一系列研究為室內(nèi)定向組合技術(shù)提供了求解思路.秦龍等(2019)用Yoon的方法，計(jì)算了波場(chǎng)傳播到地表的方向，推進(jìn)了室內(nèi)組合的實(shí)用化.

進(jìn)行室內(nèi)定向組合還需要確定具體的組合參數(shù).有關(guān)組合參數(shù)設(shè)計(jì)的研究較多，Johnson(1939)從天線理論出發(fā)，推導(dǎo)了組合響應(yīng)函數(shù)的表達(dá)式，成為組合參數(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)，Holzman(1963)、Rietsch E(1979)提出的切比雪夫多項(xiàng)式逼近方法通過調(diào)整加權(quán)系數(shù)來逼近需要的組合響應(yīng)；Vermeer(2002)研究了組合形態(tài)的影響，得出四點(diǎn)菱形震源組合和28點(diǎn)圓形檢波器組合在360°的范圍內(nèi)可均勻的獲得40 dB噪聲衰減的結(jié)論；Johnson(1968)研究通過時(shí)差控制來改變組合響應(yīng)的方法，由檢波器位置確定組合延時(shí)量；King等(1973)采用參考道與各獨(dú)立地震道做互相關(guān)的方法確定延時(shí)量；秦龍等(2019)在其炮點(diǎn)組合的研究中也使用了時(shí)間延遲的方法來實(shí)現(xiàn)方向聚焦；徐峰等(2020)在檢波器組合的研究中給出了組合個(gè)數(shù)、間距、時(shí)差、加權(quán)多元參數(shù)聯(lián)合運(yùn)用的設(shè)計(jì)方法.

本文總結(jié)前人研究成果，利用了地震波的方向性，將方向性求取技術(shù)和多元組合參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合起來，對(duì)已采集的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行室內(nèi)組合處理，達(dá)到相對(duì)提升信噪比，改善目的層成像的目的.

1 方法原理

1.1 能量定向傳播機(jī)理

在各向同性介質(zhì)中傳播的地震波不會(huì)發(fā)生方向選擇——不同方向間的能量強(qiáng)弱關(guān)系一致.但當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑サ降貙咏缑?，由于透?反射，能量會(huì)在界面兩側(cè)重新分配，這種分配與入射角度、界面兩側(cè)的彈性參數(shù)有關(guān).廣為接受的Zeoppritz方程描述了界面處能量的分配關(guān)系，式(1)給出了它較為常用的Shuey(1985)近似式：

RP(θ)=R0+Gsin2θ+F(tan2θ-sin2θ),

(1)

其中RP為縱波入射下的界面反射系數(shù)，θ為縱波入射角，公式分三部分，R0代表法向入射時(shí)縱波反射系數(shù)，中間的Gsin2θ代表中等入射角項(xiàng)，最后一部分F代表大角度入射項(xiàng).圖1給出了VP1=2500 m·s-1,VP2=2700 m·s-1,VS1=1800 m·s-1,VS2=1900 m·s-1,ρ1=2.0 g·cm-3,ρ2=2.5 g·cm-3參數(shù)下的界面反射系數(shù)隨入射角度變化曲線，可見隨入射角增大，反射系數(shù)先減小后增大.

圖1 界面反射系數(shù)隨縱波入射角度變化曲線

界面的存在使傳播中的地震波能量在不同方向上發(fā)生了改變，這種改變會(huì)隨地層的彈性參數(shù)不同而不同，當(dāng)?shù)貙幼陨韮A角較大時(shí)，方向性變化會(huì)更加明顯.地震波在地層界面上發(fā)生能量的重分配，是波場(chǎng)具有方向性的根本原因.

下面以Marmousi模型為例來展示地震波傳播的方向性.圖2為Marmousi模型的疊前時(shí)間偏移剖面，在地下R點(diǎn)(9250 m,2370 m)設(shè)置震源，激發(fā)地震波，得到圖3所示的波場(chǎng)照明圖，可以看到因復(fù)雜的地層接觸關(guān)系，上傳地震波場(chǎng)在不同方向上能量差異較大，較強(qiáng)的能量分布在一些彎曲的“亮線”中以特定角度出射地表.保持模型結(jié)構(gòu)不變，激發(fā)點(diǎn)R位置不變，則地下能量傳播的路徑結(jié)構(gòu)不會(huì)改變，出射到地表的地震波能量大小及角度也會(huì)被唯一確定.強(qiáng)能量意味著能量投遞的高效率，在地表強(qiáng)能量位置，強(qiáng)迫震源逆向出射角度下傳更多能量，強(qiáng)迫檢波器更多地接收出射角度上傳的能量，即可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)弱成像區(qū)照明的目的.

圖2 Marmousi模型疊前時(shí)間偏移剖面

圖3 Marmousi模型地下R點(diǎn)激發(fā)波場(chǎng)照明

1.2 能量方向性的確定

彈性能量在介質(zhì)中的傳播可以看做是彈性位能和動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化過程，系統(tǒng)中的彈性能量可以表示為(孫成禹，2007)：

(2)

式中，E為彈性能量，K為表征應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的介質(zhì)彈性系數(shù)，ρ為介質(zhì)密度，當(dāng)我們研究聲學(xué)介質(zhì)時(shí)，p為標(biāo)量聲壓場(chǎng)，V為速質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度矢量場(chǎng).

定義能流密度矢量I表示單位時(shí)間內(nèi)通過與能量傳播方向垂直的單位面積內(nèi)的彈性能.根據(jù)能量守恒原理，

(3)

根據(jù)高斯定理，將面積分轉(zhuǎn)化為體積分，同時(shí)考慮體積Ω的任意性，得到

(4)

對(duì)(2)式取時(shí)間微分，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)平衡微分方程，得

(5)

因此，

I=pV,

(6)

即，在聲學(xué)介質(zhì)中，能流密度矢量等于標(biāo)量聲壓場(chǎng)與矢量質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度場(chǎng)的乘積，方向由質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度方向決定.

在直角坐標(biāo)系中，能流密度矢量的傾角θ和方位角φ表達(dá)為

(7)

其中V=vxi+vyj+vzk,θ是與Z軸正方向的夾角，φ是矢量I在XOY平面的投影與X軸正方向的夾角，由θ和φ就能確定空間任一點(diǎn)傳播地震波的能流密度方向.當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑サ降乇恚群挺站褪堑卣鸩ㄔ诘乇淼某錾浣嵌?

圖4(a,b)為圖2所示R點(diǎn)激發(fā)，用一階聲波方程正演，在地表接收到的vx、vz分量模擬記錄.Marmousi模型為二維模型，模擬結(jié)果中不存在vy分量，此時(shí)φ=0，θ不具有唯一性，不能用來準(zhǔn)確刻畫出射角度.重新定義一個(gè)角度α為能流密度矢量I與正X方向的夾角.為了計(jì)算的穩(wěn)定性，統(tǒng)計(jì)出射角度的時(shí)候可以截取初至波的首周期計(jì)算，計(jì)算公式如(8)式所示，式中T1～T2為截取的時(shí)窗范圍.

圖4 地下R點(diǎn)激發(fā)地表接收到的vx(a)、vz(b)分量模擬記錄

(8)

圖5給出了依據(jù)公式(8)計(jì)算得到的出射角度α分布，可以看到在R點(diǎn)正上方附近地震波以90°出射地表，然后向兩側(cè)迅速改變；R點(diǎn)左側(cè)地震波出射方向與X軸正方向相反，角度在100°～120°之間；R點(diǎn)右側(cè)地震波出射角度由90°快速過渡到60°附近.對(duì)公式(6)取模，同樣截取T1～T2時(shí)窗計(jì)算出射能量大小，得到圖6.對(duì)照?qǐng)D3與圖6，后者中的高幅值與前者中的“亮線”在地表位置能夠一一對(duì)應(yīng).值得注意，模型的復(fù)雜性使地表相鄰位置的出射角度和能量變化較大，曲線并不光滑，尤其是在R點(diǎn)上方區(qū)域，高陡的斷層截?cái)嗔四芰康耐?，使透射上來的能量斷續(xù)展布.

圖5的角度曲線給出了在地表做定向組合的方向，而圖6的能量曲線則可以解答在何處布設(shè)定向組合才最有效.

圖5 地下R點(diǎn)激發(fā)在地表接收到的能流密度矢量與正X方向夾角

圖6 地下R點(diǎn)激發(fā)在地表接收到的能流密度矢量大小

1.3 定向組合參數(shù)計(jì)算

在得到地下目標(biāo)位置上傳地表的波場(chǎng)角度和能量之后，下一步的工作就是要通過定向組合手段將震源激發(fā)的地震波聚焦為一個(gè)窄波束，將檢波器的接收口徑也聚焦為一個(gè)窄波束，使這兩個(gè)波束的方向指向波場(chǎng)角度方向.下面以炸藥震源組合為例介紹定向組合參數(shù)的設(shè)計(jì)方法.

組合過程為各震源子波的線性疊加過程.如圖7，空間不同位置的幾個(gè)震源Si發(fā)出的子波wi以v的速度傳播了di的距離后在空間觀測(cè)點(diǎn)P進(jìn)行線性疊加.假定各震源的激發(fā)耦合性一致，激發(fā)子波的頻率成份一致，子波振幅由炸藥量決定(實(shí)際的情況更為復(fù)雜，為方便討論暫且這樣假設(shè))，疊加子波表達(dá)為：

圖7 震源組合示意圖

(9)

(10)

(11)

(12)

公式(9)給出了空間P點(diǎn)的疊加子波形式，隨P點(diǎn)位置變化，疊加子波能量將發(fā)生改變，以震源的組合中心為圓心，P點(diǎn)位置為半徑，繪制一個(gè)圓，利用公式(12)計(jì)算得到不同方向上的能量變化，這通常被稱為能量方向因子(圖8).若組合參數(shù)的搭配使得某方向上ti近乎相等，則在該方向上子波等相位疊加，能量達(dá)到最大，實(shí)現(xiàn)了聚焦；在該方向之外，相位相抵，能量不同程度被削弱，實(shí)現(xiàn)了能量壓制，這是組合定向的基本原理.

圖8a為某套組合參數(shù)下方向因子的三維空間展現(xiàn)，顏色值代表了歸一化的能量大小，圖中能量在斜向下的方向上實(shí)現(xiàn)了聚焦.圖8b為圖8a三維方向因子沿XOZ平面的二維切片(圖中的參數(shù)1)，徑向?yàn)闅w一化能量大小，環(huán)周為空間角度，圖中同時(shí)給出了能夠?qū)⒛芰烤劢沟酵唤嵌确较虻慕M合參數(shù)2對(duì)應(yīng)的方向因子以及能量理想聚焦情況下的方向因子.

理想的定向組合是將能量只聚焦在需要的方向上，其他方向不泄露，如圖8b紫色陰影所示.而實(shí)際組合時(shí)因組合數(shù)目、組合間距、子波頻率成分等因素的制約，往往在需要的壓制區(qū)能量會(huì)有泄露，且越追求能量的聚焦性，壓制區(qū)就會(huì)泄露越多的能量.如圖8b中，相較于紅色曲線，藍(lán)色曲線在290°附近更加聚焦，但在其他需要壓制的角度上能量幅值更大，定向性反而更差.因此做定向組合時(shí)不能一味的追求聚焦性.

考慮到用公式(8)計(jì)算的角度也會(huì)存在誤差，實(shí)際設(shè)計(jì)定向組合參數(shù)時(shí)推薦使用一個(gè)角度區(qū)間來代替這個(gè)單一角度，這個(gè)區(qū)間由出射角度向兩側(cè)膨脹一個(gè)角度β來實(shí)現(xiàn)(比如待聚焦角度α=300°，采用β=10°，則聚焦區(qū)間設(shè)定為290°～310°).定義一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，使聚焦區(qū)間內(nèi)的能量相較于區(qū)間外最大，作為設(shè)計(jì)組合參數(shù)的依據(jù).

(13)

公式(13)的分子項(xiàng)代表聚焦區(qū)間內(nèi)的能量，分母項(xiàng)代表聚焦區(qū)間之外其它部分的能量.式(13)是進(jìn)行震源平面面積組合的參數(shù)求解目標(biāo)函數(shù)，若只進(jìn)行沿測(cè)線的線性組合，可以忽略φ的積分.檢波器定向組合與震源組合原理一致，區(qū)別在于檢波器接收的都是來自于地下半空間的信號(hào)，應(yīng)用公式(13)的時(shí)候，分母中被減項(xiàng)θ的積分區(qū)間變?yōu)?80°～360°即可.

2 數(shù)值模擬

圖8 能量方向因子圖

表1 S1、S2炮點(diǎn)定向組合參數(shù)

圖9 S1、S2激發(fā)點(diǎn)定向組合能量方向因子

首先對(duì)S1、S2兩個(gè)位置不組合進(jìn)行單炮點(diǎn)激發(fā)照明，得到圖10(a,b)，然后按照表1的參數(shù)進(jìn)行炮點(diǎn)定向組合激發(fā)照明，圖11a為S1炮點(diǎn)定向組合激發(fā)效果，圖11b為S2炮點(diǎn)定向組合激發(fā)效果.對(duì)比二者，可以發(fā)現(xiàn)定向組合后波場(chǎng)能量在地表聚攏后以較窄的范圍傾斜下傳，在激發(fā)點(diǎn)與地下R點(diǎn)的通路上能量強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，至R點(diǎn)所在區(qū)域，照明強(qiáng)度較單炮點(diǎn)激發(fā)提升較大.

圖10 Marmousi模型地表單炮激發(fā)照明

圖11 Marmousi模型地表定向組合激發(fā)照明

參照?qǐng)D6，地表不同位置對(duì)R點(diǎn)區(qū)域照明貢獻(xiàn)程度不一，選擇能量貢獻(xiàn)較大的位置進(jìn)行定向組合更有實(shí)際意義，本文采用平均值方法確定待組合位置.對(duì)圖6曲線取平均值，大于平均值的位置進(jìn)行定向組合，其余部分單點(diǎn)激發(fā)不組合，同時(shí)保證組合激發(fā)時(shí)的總能量與單點(diǎn)激發(fā)的總能量一致，定向方向遵循圖5計(jì)算結(jié)果.對(duì)組合后的數(shù)據(jù)處理得到疊前時(shí)間偏移剖面(圖12)，對(duì)比圖2，高陡斷層下方區(qū)域的成像效果明顯改善，驗(yàn)證了該方法的有效性.

圖12 應(yīng)用了定向震源組合激發(fā)的Marmousi模型疊前時(shí)間偏移剖面

3 工區(qū)實(shí)例

塔里木盆地塔西南工區(qū)表層巨厚黃土覆蓋，地表高程起伏較大，黃土下方覆蓋一層第四系礫石，礫石層下伏老地層由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)傾角普遍較大，礫石與老地層間呈角度不整合關(guān)系，高速層與低降速層間的地震波阻抗差較大，工區(qū)的地質(zhì)特征非常不利于采集到高質(zhì)量的地震資料，工區(qū)典型地表地貌如圖13所示.2019年，塔里木油田在該工區(qū)進(jìn)行了一條線束地震采集作業(yè)，目的在于落實(shí)工區(qū)**段南北向斷裂地質(zhì)構(gòu)造.為提高采集資料品質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)采用了較密的空間采樣，采集炮點(diǎn)距30 m，炮線距30 m，檢波點(diǎn)距15 m，接收線距30 m，采用26線4炮960道奇偶觀測(cè)系統(tǒng)，覆蓋次數(shù)達(dá)到了960次.結(jié)合前期的采集試驗(yàn)分析，震源采用3口Inline方向線性組合，組內(nèi)距5 m，激發(fā)藥量3×8 kg，檢波器采用3 m×7.5 m組內(nèi)距的20支矩形組合模式.觀測(cè)系統(tǒng)及野外震源、檢波器組合形態(tài)見圖14(a,b).

圖13 塔西南工區(qū)典型地表地貌

圖14 工區(qū)采集觀測(cè)系統(tǒng)及野外震源、檢波器組合形態(tài)

雖然在野外已經(jīng)采用了組合激發(fā)、組合接收的方式，但受限制于極差的地表?xiàng)l件，采集單炮質(zhì)量不高.極低信噪比的資料，復(fù)雜的構(gòu)造形態(tài)，較高的空間采樣密度，為應(yīng)用定向組合技術(shù)提供了有利條件.

本文采用的地質(zhì)模型來源于測(cè)線第一輪處理解釋成果，如圖15所示.組合處理目標(biāo)為加強(qiáng)模型中部隆起斷塊的成像質(zhì)量.

圖15 工區(qū)初輪解釋模型

按照前文所述的技術(shù)思路，首先對(duì)地下目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行炮點(diǎn)向上波動(dòng)方程照明，如圖16所示，統(tǒng)計(jì)地表接收的角度和能量，疊合顯示在照明圖上方.圖中可以看到出射能量主體分布在隆起斷塊的地表位置兩側(cè)，右翼地層傾角較左翼平緩，接收能量更強(qiáng)；出射角度主體受控于構(gòu)造兩翼地層傾向和傾角大小，同時(shí)被表層黃土的非均質(zhì)性復(fù)雜化，左翼均值110°左右，右翼波動(dòng)較大，在黃土較厚的山體部位波場(chǎng)以近90°出射地表.

表2 A點(diǎn)震源定向組合參數(shù)

圖16 地下目標(biāo)體向上激發(fā)波場(chǎng)照明

圖17 震源與檢波器組合形態(tài)示意圖

圖18 震源與檢波器定向組合能量方向因子圖

對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的組合處理結(jié)果見圖19，顯示的CMP點(diǎn)位于目標(biāo)區(qū)域的地表投影位置.圖19a為原始采集數(shù)據(jù)，可見信噪比很低，記錄中隱約能看到反

表3 A點(diǎn)檢波器定向組合參數(shù)

射軸的“影子”，但被強(qiáng)噪聲覆蓋；圖19b為單獨(dú)采用震源端的炮點(diǎn)定向組合結(jié)果，在500 ms、1000 ms、1500 ms、2000 ms，甚至更深層的3000 ms時(shí)間附近，地層反射同相軸連續(xù)性明顯加強(qiáng)；圖19c為單獨(dú)應(yīng)用檢波端的道間定向組合結(jié)果，反射軸改善效果更加明顯，且記錄整體噪聲壓制明顯；圖19d為綜合運(yùn)用炮-檢聯(lián)合定向組合方案的效果，與圖19a原始數(shù)據(jù)相比較，信噪比改善明顯.工區(qū)應(yīng)用實(shí)例說明本文提出的方法對(duì)極低信噪比地區(qū)疊前數(shù)據(jù)的品質(zhì)改善有效.

圖20展示了應(yīng)用炮-檢聯(lián)合定向組合前后的水平疊加剖面，為突出對(duì)比組合效果，除靜校正、速度分析、水平疊加外，未做任何去噪、提分辨率處理.取圖20a中的窗1左半側(cè)與圖20b中的窗1右半側(cè)數(shù)據(jù)拼接成圖21a，以清晰呈現(xiàn)組合前后的對(duì)比效果，圖21b做法類似.觀察組合前后的兩張剖面，很明顯經(jīng)定向組合處理后目標(biāo)層位整體成像效果更好，地層同相軸的連續(xù)性得到了增強(qiáng).在1000 ms以上的淺層改善效果尤為明顯，這與圖19中的疊前記錄效果改善能夠相互印證；在中深層，定向組合壓制了隨機(jī)噪聲，強(qiáng)化了被復(fù)雜構(gòu)造遮擋的下方地層成像.疊加剖面的實(shí)例進(jìn)一步說明本文提出的定向組合方法對(duì)改善低信噪比地區(qū)疊加數(shù)據(jù)的成像質(zhì)量有效.

圖22(a,b)分別給出了應(yīng)用炮-檢聯(lián)合定向組合前后的疊前記錄(圖19)和疊加剖面(圖20)的頻譜分析結(jié)果，可見組合之后頻帶寬度有一定程度的收窄，這是由組合本身的頻率濾波特性決定的.圖中20 Hz之前幾乎沒有變化，30 Hz～100 Hz之間存在5 dB的能量衰減，衰減趨勢(shì)比較穩(wěn)定，這部分頻率的能量損失可以考慮在后續(xù)處理中采用Q補(bǔ)償、反褶積等手段予以彌補(bǔ).

圖19 定向組合前后的疊前記錄(CMP道集)

圖20 定向組合前(a)、后(b)水平疊加剖面

圖21 定向組合前、后水平疊加剖面(局部放大)

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

本文分析了地震波場(chǎng)定向傳播的機(jī)理，推導(dǎo)了地震波在地表位置的出射角度和能量大小，給出了利用組合技術(shù)實(shí)現(xiàn)地震波定向聚焦的計(jì)算方法，經(jīng)Marmousi模型理論驗(yàn)證和工區(qū)采集數(shù)據(jù)實(shí)例驗(yàn)證，證明基于模型的定向激發(fā)/接收技術(shù)能有效改善低信噪比地區(qū)的地震資料品質(zhì).研究過程得出如下結(jié)論：

(1)地震波在地下傳播是有方向的，方向性與地質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)，由地層傾角、彈性參數(shù)等因素決定，地質(zhì)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，方向差異性越大；

(2)空間任意位置處的地震波場(chǎng)方向和能量可以通過能流密度矢量定義，在聲波介質(zhì)中，該矢量方向同質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度矢量方向一致，矢量大小由質(zhì)點(diǎn)聲壓場(chǎng)值和質(zhì)點(diǎn)速度場(chǎng)模量乘積決定.在地下某位置激發(fā)，計(jì)算波場(chǎng)傳播至地表的能流密度矢量，可以用來確定進(jìn)行定向組合的角度和組合位置；

(4)通過基于模型的激發(fā)-接收定向組合，能夠明顯提升疊前數(shù)據(jù)信噪比，改善疊加剖面成像質(zhì)量.

需要指出，本文展示的圖片只進(jìn)行了一個(gè)輪次的組合試驗(yàn)，由于地表的復(fù)雜性、地下目標(biāo)模型的準(zhǔn)確性等因素，無法保證計(jì)算能流密度矢量的完全準(zhǔn)確，這將導(dǎo)致組合定向出現(xiàn)一定誤差，降低信噪比的改善程度，對(duì)資料的頻譜也會(huì)有一定的損傷.更為合理可靠的方式是多輪迭代逼近，即在經(jīng)本文定向組合，成像質(zhì)量改善的成果剖面基礎(chǔ)上重新解釋，對(duì)地質(zhì)模型迭代更新，用新模型再次完成定向組合處理，視剖面質(zhì)量改善程度決定退出迭代還是繼續(xù)再下一輪次的更新.

致謝本文受中國(guó)石油集團(tuán)公司重大科技專項(xiàng)課題“復(fù)雜山地、黃土塬及大沙漠區(qū)地震關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”(2018E-1807)的支持與資助，同時(shí)，感謝國(guó)家自然基金項(xiàng)目“炸藥震源在不同巖性中激發(fā)生成彈性能量的數(shù)值模擬”(41804137)對(duì)本項(xiàng)目研究的資助.