CN100349009C - 一种起伏地表地震数据处理的叠前深度偏移方法 - Google Patents

Abstract

一种起伏地表地震数据处理的叠前深度偏移方法，根据采集区域起伏地表的最高点确定成像的基准面，将起伏地表投影到规则网格上，使起伏地表之上填充一个接近近地表的常数速度；利用单程波动方程的傅立叶有限差分延拓算子分别将炮点的震源波场和检波点的接收波场沿着深度轴进行波场延拓，且保持输入基准面和输出基准面之间的波场为零；将延拓后的炮点和检波点的波场记录应用共轭相关成像条件进行成像，并且将每一个频率互相关的结果叠加，通过常规的显示软件将成像结果处理为剖面图像，对于起伏地表条件下的复杂构造的成像具有明显的成像效果。

Description

一种起伏地表地震数据处理的叠前深度偏移方法

技术领域

本发明涉及反射波地震数据处理过程中的叠前偏移成像技术范畴，是一种起伏地表地震数据处理的叠前深度偏移方法。

背景技术

在地表条件比较复杂地区进行地震勘探的过程中，数据的采集是在起伏的地表上进行的，获得数据所在的大地基准面是一个曲面，而不是一个平面。这种地震数据在进行处理时，为提高成像质量需要采用波动方程叠前偏移成像技术，这时会面临两个问题：第一，常规的波动方程叠前深度偏移是基于水平地表的前提条件，与实际起伏地表的条件不符；第二，如果用基于水平地表的波动方程叠前深度偏移方法进行成像，它将扭曲地下构造的实际形态。如果用基于水平地表的方法进行波动方程叠前偏移成像，获得的将是一个弯曲的界面，其弯曲的规律是起伏地表的镜像形态。如果地下界面本来就是弯曲变化的，那么得到就是更为复杂的脱离了实际构造形态的图像，会给后续的地下岩层构造解释成图和钻井造成误导。

对于起伏地表条件下的构造成像，以往的办法之一是先把数据通过静校正移动到一个水平的基准面上，在水平的基准面和起伏的地表之间采用一个替换速度，然后用基于水平地表的波动方程叠前深度偏移来实现构造成像。这种方法的问题在于如果将水平基准面放在起伏地表最高点之上，那么静校正的移量过大；如果放在起伏地表的中线，那么替换速度和实际地下介质之间的速度差别较大。同时静校正时移只是考虑了射线垂直方向的移动，没有考虑射线水平分量的移动，和波的实际传播路径存在误差。以往的另一个办法是应用克希霍夫积分法叠前深度偏移技术，优点是可以灵活地处理起伏地表的条件和不规则的观测点分布，但是由于该方法是基于高频射线近似的，有些波动现象难以实现，因此对于复杂构造的成像精度较低。

发明内容

本发明是要提供一种基于起伏地表的炮域波动方程叠前深度偏移方法，它不但能够适应起伏的地表条件，解决垂向时移静校正误差，而且能够有效地提高复杂构造的成像精度。

本发明的基于起伏地表的炮域波动方程叠前深度偏移技术，具体步骤包括：

(1)输入叠前炮集地震数据。

(2)根据起伏地表的最高点确定成像输出的基准面，将起伏地表投影到规则网格上，起伏地表之上填充一个与近地表的常数速度接近的速度值。

(3)利用单程波动方程的傅立叶有限差分延拓算子分别将炮点的震源波场和检波点的接收波场沿着深度轴进行波场延拓，且保持输入基准面和输出基准面之间的波场为零。

(4)将延拓后的炮点和检波点的波场记录应用共轭相关成像条件进行成像。

(5)通过常规的显示软件将成像结果处理为地层剖面图像。

本发明的基于起伏地表的炮域波动方程叠前深度偏移方法，在输入基准面和输出基准面之间保持一个数值为零的波场层来解决波动方程叠前深度偏移中的起伏地表问题，吸取了克希霍夫积分叠前深度偏移中灵活处理起伏地表的优点。

本发明的基于起伏地表的炮域波动方程叠前深度偏移方法，将叠前数据设定在炮域，它能适应不规则的观测系统分布，尤其是陆地观测系统和海底电缆观测系统，吸取了克希霍夫积分叠前深度偏移中灵活处理不规则观测系统的优点。

本发明的基于起伏地表的炮域波动方程叠前深度偏移方法，利用傅立叶有限差分延拓算子来延拓波场，以提高复杂构造成像精度的，改善了克希霍夫积分叠前深度偏移对于复杂构造成像精度低的缺点。

本发明的具体实现原理如下：

选定叠前深度偏移成像输出的基准面为水平，且位于起伏地表的最高点之上，对水平基准面之下的空间进行规则的网格剖分，于是起伏的地表形态被离散化后成为规则化网格的一部分。

对于任何一个在起伏地表上采集的叠前炮集记录R(x，y，z(x，y)，t)，采用傅立叶变换将它变换到频率域后为R(x，y，z(x，y)，ω)，用上行波方程对其进行向下延拓，延拓后的记录为U(x，y，z，ω)，该过程可以表示为：U(x，y，z，ω)＝Wz[R(x，y，z(x，y)，ω)]，其中x，y分别为空间直角坐标系中两个水平方向的坐标，z是深度方向的坐标，ω是圆频率，W_z是延拓算子。对于炮点的震源波场为S(x₀，y₀，z(x₀，y₀)，t)，将它变换到频率域后为S(x₀，y₀，z(x₀，y₀)，ω)，可以采用下行波方程对它进行向下传播，传播后的记录为D(x，y，z，ω)，该过程可以写为： $D(x,y,z,\mathrm{\ω})=W_z^{*}\left[R(x_0,y_0,z(x_0,y_0),\mathrm{\ω})\right],$ 其中W_z ^*是共轭延拓算子。延拓过程中下一个深度的波场为上一个深度波场的延拓结果与原有的波场在该位置的叠加，同时输出基准面和输入基准面之间通过设置一个零波场层参与正常的波场传播和延拓过程。

对延拓后的波场进行共轭相关成像，并且对所有的频率求和，就得到起伏地表条件下叠前深度偏移的结果： $I(x,y,z)={\∫}_{{\mathrm{\ω}}_{\min }}^{{\mathrm{\ω}}_{\max }}U(x,z,\mathrm{\ω})D^{*}(x,z,\mathrm{\ω})\mathrm{d\ω}.$ 然后通过常规的显示软件将成像结果处理为地层剖面图像。

上述延拓算子是根据单程波方程通过逼近得到的，采用稳定的傅立叶有限差分算子实现，该算子可以分为：W＝W₁+W₂+W₃，其中：

$W_1=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{v_r^2}+\frac{{\∂}^2}{{\∂x}^2}},$ $W_2=\frac{\mathrm{\ω}}{v}-\frac{\mathrm{\ω}}{v_r},$ $W_3=\frac{\mathrm{\ω}}{v_r}\frac{a\frac{\∂}{\∂x}\left(r\frac{\∂}{\∂x}\right)}{1+b{\left(\stackrel{\‾}{v}\frac{\∂}{\∂x}\right)}^2}$

其中v是实际速度场，Vr是参考速度场，r＝v/v_r-1.0，是一个速度有关的常数，

是一个综合速度 $\stackrel{\‾}{v}=\sqrt{v^2+{\mathrm{vv}}_r+{v_r}^2},$ 参数a，b的取值影响到偏移的最大倾角：

本发明采用适应于起伏地表的炮域波动方程叠前深度偏移方法，具有如下特点，主要表现为：

(1)可以正确处理偏移成像中的起伏地表条件。

(2)将起伏地表、炮域和傅立叶有限差分算子波动方程延拓有机结合。

(3)对于起伏地表条件下的复杂构造具有明显的成像效果。

附图说明

图1是一个只有两地层的二维起伏地表模型，地表的最大起伏高差为250米。

图2是合成地震记录的激发接收射线路径示意图，只激发了8炮。

图3是前4炮的合成地震记录，可以看出，尽管地下反射界面为水平，但是炮记录的反射同相轴形态发生了严重弯曲。

图4是经过垂向静态时移将炮记录由起伏地表移动到地形中线上的炮记录，可以看出炮记录变得比较接近双曲线形态。

图5是对时移后的记录用基于水平地表的方法进行叠前深度偏移成像的结果，可以看出水平反射界面同相轴不连续并且存在变形。

图6是用本技术进行叠前深度偏移成像后的结果，成像的反射界面平直并且连续。

图7是对一个起伏地表的复杂构造模型用积分法叠前深度偏移的结果，可以看出成像剖面上存在着显著的成像噪声，同时，诸多小的倾斜界面没有成像。

图8是对起伏地表复杂构造模型用本方法进行叠前深度偏移的结果，可以看出，噪声水平显著降低，成像背景清楚，诸多小的成像界面成像清晰，成像效果比积分法具有明显的改善。

图9是实际资料的积分法叠前深度偏移结果，构造形态不明显。

图10是该实际资料用本方法进行叠前深度偏移的结果，一个向斜构造明显呈出来。

具体实施方式

一种起伏地表地震数据处理的叠前深度偏移方法，具体为以下步骤：

1)采集读取叠前炮集地震数据；

2)根据采集区域起伏地表的最高点确定成像基准面，将起伏地表投影到规则网格上，使起伏地表之上填充一个与近地表的常数速度接近的速度值；

3)利用单程波动方程的傅立叶有限差分延拓算子分别将炮点的震源波场和检波点的接收波场沿着深度轴进行波场延拓，且保持输入基准面和输出基准面之间的波场为零；

具体是：将激发点震源子波设置在炮点相应的规则化网格位置上，并将它变换到频率域；将接收点接收的地震数据波场设置在相应规则化网格位置上并且变换到频率域；对地震数据进行傅立叶分析；用初始波和终止波确定波场延拓的频率范围f1和f2，f1为5赫兹，取f2为60赫兹，确定延拓算子W＝W₁+W₂+W₃，其中：

$W_1=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{v_r^2}+\frac{{\∂}^2}{{\∂x}^2}},$ $W_2=\frac{\mathrm{\ω}}{v}-\frac{\mathrm{\ω}}{v_r},$ $W_3=\frac{\mathrm{\ω}}{v_r}\frac{a\frac{\∂}{\∂x}\left(r\frac{\∂}{\∂x}\right)}{1+b{\left(\stackrel{\‾}{v}\frac{\∂}{\∂x}\right)}^2}$

其中v是实际速度场，Vr是参考速度场，r＝v/v_r-1.0，是一个和速度有关的常数，

是一个综合速度 $\stackrel{\‾}{v}=\sqrt{v^2+{\mathrm{vv}}_r+{v_r}^2};$

参数a，b的取值和偏移的最大倾角为：

对f1和f2之间每一个频率的震源波场和接收点波场，都分别采用前面叙述的稳定的傅立叶有限差分算子对震源波场向下延拓；

延拓过程中下一个深度上的波场为上一个深度延拓后的波场和原有的波场在该位置的上的叠加，使用的延拓步长和速度场的网格相同；

同时输出基准面和输入基准面之间通过一个零数据层参与正常的波场传播和延拓过程。

4)将延拓后的炮点和检波点的波场记录应用共轭相关成像条件进行成像，并且将每一个频率互相关的结果叠加，这就完成了成像过程，输出叠前深度偏移的结果即完成了整个叠前深度偏移。

图7和图8是一个起伏地表条件下复杂构造合成数据的测试例子。

1)输入叠前炮集地震数据。

2)根据起伏地表的最高点确定成像输出的基准面，将起伏地表投影到规则网格上，根据道距确定网格间距为20m，起伏地表之上填充一个接近近地表的常数速度4000m/s。

3)利用单程波动方程的傅立叶有限差分延拓算子分别将炮点的震源波场和检波点的接收波场沿着深度轴进行波场延拓，且保持输入基准面和输出基准面之间的波场为零。具体地说，将激发点震源子波设置在炮点相应的规则化网格位置上，并将它变换到频率域，将接收点接收的地震数据波场设置在相应规则化网格位置上并且变换到频率域，通过对地震数据进行傅立叶分析，设定波场延拓的频率范围f1和f2，一般将它设定为地震数据的有效频带，一般地，取f1为5赫兹，取f2为60赫兹，可满足绝大多数据成像的要求。参数a，b，取65°倾角即可满足实际要求，即a＝0.4761，b＝0.3767。对f1和f2之间每一个频率的震源波场和接收点波场，都分别采用前面叙述的稳定的傅立叶有限差分算子对震源波场向下延拓；延拓过程中下一个深度上的波场为上一个深度延拓后的波场和原有的波场在该位置的上的叠加，使用的延拓步长和速度场的网格相同；同时输出基准面和输入基准面之间通过一个零数据层参与正常的波场传播和延拓过程。

4)将延拓后的炮点和检波点的波场记录应用共轭相关成像条件进行成像，并且将每一个频率互相关的结果叠加，这就完成了成像过程，输出叠前深度偏移的结果即完成了整个叠前深度偏移。

5)通过常规的显示软件将成像结果处理为地层剖面图像如图8所示，图7是积分法偏移的结果用来比较。

图9和图10是一个起伏地表条件下复杂构造的实际数据的测试例子。

1)输入叠前炮集地震数据。

2)根据起伏地表的最高点确定成像输出的基准面，将起伏地表投影到规则网格上，根据道距确定网格间距为25m，起伏地表之上填充一个接近近地表的常数速度2500m/s。

3)利用单程波动方程的傅立叶有限差分延拓算子分别将炮点的震源波场和检波点的接收波场沿着深度轴进行波场延拓，且保持输入基准面和输出基准面之间的波场为零。具体地说，将激发点震源子波设置在炮点相应的规则化网格位置上，并将它变换到频率域，将接收点接收的地震数据波场设置在相应规则化网格位置上并且变换到频率域，通过对地震数据进行傅立叶分析，设定波场延拓的频率范围f1和f2，一般将它设定为地震数据的有效频带，一般地，取f1为5赫兹，取f2为50赫兹，可满足绝大多数据成像的要求。参数a，b，取65°倾角即可满足实际要求，即a＝0.4761，b＝0.3767。对f1和f2之间每一个频率的震源波场和接收点波场，都分别采用前面叙述的稳定的傅立叶有限差分算子对震源波场向下延拓；延拓过程中下一个深度上的波场为上一个深度延拓后的波场和原有的波场在该位置的上的叠加，使用的延拓步长和速度场的网格相同；同时输出基准面和输入基准面之间通过一个零数据层参与正常的波场传播和延拓过程。

4)将延拓后的炮点和检波点的波场记录应用共轭相关成像条件进行成像，并且将每一个频率互相关的结果叠加，这就完成了成像过程，输出叠前深度偏移的结果即完成了整个叠前深度偏移。

5)通过常规的显示软件将成像结果处理为地层剖面图像如图10所示，图9是积分法偏移的结果。

Claims (3)

1、一种起伏地表地震数据处理的叠前深度偏移方法，其特征在于采用以下步骤：

1)用常规的手段采集并读取叠前炮集地震数据；

2)根据采集区域起伏地表的最高点确定成像的基准面，将起伏地表投影到规则网格上，使起伏地表之上填充一个与近地表的常数速度接近的速度值；

3)利用单程波动方程的傅立叶有限差分延拓算子分别将炮点的震源波场和检波点的接收波场沿着深度轴进行波场延拓，且保持输入基准面和输出基准面之间的波场为零；

4)将延拓后的炮点和检波点的波场记录应用共轭相关成像条件进行成像，并且将每一个频率互相关的结果叠加，通过常规的显示软件将成像结果处理为剖面图像。

所述3)的波场延拓采用以下步骤：

将激发点震源子波设置在炮点相应的规则化网格位置上，并将它变换到频率域；

将接收到的地震波场数据设置在相应规则化网格位置上并且变换到频率域；

对地震数据进行傅立叶分析；

用初始波和终止波确定波场延拓的频率范围；

对频率范围内每一个频率的震源波场和接收点波场，分别采用稳定的傅立叶有限差分算子对震源波场向下延拓；

延拓过程中下一个深度的波场为上一个深度波场延拓后的结果与原有的波场在该位置的叠加，使用的延拓步长和速度场的网格相同；

同时在基准面之间通过一个零数据层参与正常的波场传播和延拓过程。

2、根据权利要求1所述的一种起伏地表地震数据处理的叠前深度偏移方法，其特征在于：初始频率为5赫兹，终止频率波为60赫兹。

3、根据权利要求1所述的一种起伏地表地震数据处理的叠前深度偏移方法，其特征在于：延拓算子W＝W₁+W₂+W₃，

$W_1=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{v_r^2}+\frac{{\∂}^2}{{\∂x}^2}},$ $W_2=\frac{\mathrm{\ω}}{v}-\frac{\mathrm{\ω}}{v_r},$ $W_3=\frac{\mathrm{\ω}}{v_r}\frac{a\frac{\∂}{\∂x}\left(r\frac{\∂}{\∂x}\right)}{1+b{\left(\stackrel{\‾}{v}\frac{\∂}{\∂x}\right)}^2}$

其中v是实际速度场，Vr是参考速度场，r＝v/v_r-1.0，是一个和速度有关的常数，

是一个综合速度 $\stackrel{\‾}{v}=\sqrt{v^2+{\mathrm{vv}}_r+v_r^2},$ a，b的取值和偏移的最大倾角为：

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