CN100487491C - 动态水速度校正 - Google Patents
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Abstract
本发明通过计算和应用将地震数据映射到恒定水速度的理想情形的校正来消除变化的水速度的影响。所有的校正从单独的分析步骤假设由水速度的变化导致的垂直(零炮检距)时间误差和零炮检距水体底部时间是可以获得的。同样，假设水速度是已知的。将时间误差和水速度关联起来。还假设零炮检距水体底部时间也是可以获得的。从这些信息以及任意确定的“理想”水速度，可以计算出相对于“理想”情况的观测到的(实际)水速度。所需的唯一附加信息是通过水层的射线路径的角度。可以直接从由地震数据的传统分析得到的正常时差速度以及上述信息计算出所述角度。在正常时差校正之前，对于地震数据的每一个采样可以得到与时间相关和与炮检距相关的校正。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探领域，尤其涉及一种计算和应用时间校正，以校正通过水层中的变化的速度的传播的方法。
背景技术
在石油天然气工业中，广泛使用地球物理勘探技术来辅助对地下烃矿藏的寻找和评估。通常，使用一个地震能量源来产生地震信号，地震信号传播到地中，并被地下的地震反射体(也就是具有不同声阻抗的地层之间的界面)至少部分反射。通过位于地表或者在地表附近、水体中或者井孔中已知深度的地震检测器来记录所述反射，可以对所得到的地震数据进行处理，以产生关于地下反射体位置的信息以及地层的物理特性。
在某些海洋区域获取和处理三维地震数据产生的问题之一是变化的水速度的问题，变化的水速度导致源和接收器之间的传播时间不一致。由于暖流和寒流的相互作用，无论是在空间上还是在时间上，水的速度可能变化较快。在这样的区域，所述速度变化可能大到足以对随后的数据处理产生有害的影响。
水的速度可以与水温、盐度和深度有关。水中的压缩波的速度可以模型化为(见Sheriff，Encyclopedic Dictionary of ExplorationGeophysics，3rd Ed.，1991)：
V＝1449.2+4.6T-0.055T2+0.0003T3+(1.34-0.010T)(S-35)+0.0162Z其中，V是以米每秒为单位的速度，T为以摄氏度为单位的温度，S是以千分比为单位的盐度，Z为在水面以下的深度，以米为单位。当具有不同温度的水体相遇时，可能有不同程度的混合，水体之间的“前锋”的位置可能在短时间内显著移动。这意味着水柱的结构，从而水的速度结构，会在短距离和短时间内显著变化。
这些水速度的变化对于地震处理是有意义的。对于典型的三维数据采集方案，水速度沿着航线长度方向变化。在某些情形下，有可能识别和跟踪暖水层和冷水层之间在航线长度方向的界面的反射。在较短长度的数据采集缆的距离上的水速度变化可能影响数据采集。但是，主要的影响通常在相邻航线之间。取决于数据采集时间表，相邻或者区域上重合的航线可能相隔几小时、几天甚至几星期，因此尽管两条航线物理上相近，但时间上相隔很远，这可能导致数据集的水速度有重大差别。水速度的差别将导致组合数据集中数据之间的动态差别，这些改变可能影响数据处理，尤其是诸如多次反射衰减、DMO、叠加和3D偏移等处理。
由于没有独立的测量，现有技术的方法通常从地震数据本身估计水速度。直接波至是没有用的，因为它们只通过浅水，常常没有足够的信息来确定实际的深度-速度分布。水速度通常随着深度而增加。随着水深的增加，水流的影响增强。如果不直接测量水深，水体底部时间不能用来计算水速度。如果在数据采集范围的长度上没有显著的速度变化，可以从爆炸记录或者CMP道集估计叠加或者RMS速度。还有，可以利用基于层析成像或者波动方程的反演技术(inversion technique)来反演求得随深度(或者在空间上)变化的速度函数。
一种现有技术的确定水速度的方法是从叠加速度进行估计。这种方法假设水速度是恒定的，或者仅随深度变化，从而近似给出双曲线时差，可以忽略速度的侧向变化。这种计算限于近的炮检距，以免受折射波至影响。用这种方式可以估计局部平均水速度。
水速度的变化导致组合地震数据中的动态差别，这种变化可能常常大到足以影响数据处理和随后的成像。对于2D处理或者在每一条航线之内，影响可能不是特别大，因为速度的变化在数据采集范围内可能较为平缓并且连续。但是，对于3D处理，由于组合了时间上不同但是地区上相同或者相邻的数据，水速度的变化可能不是连续的。数据可能看起来包含不连续性或者错位(“busts”)(例如在相邻航线的垂直方向)。
如果不对这些问题加以补救，由于明显的静态问题，会对随后的处理产生有害影响。例如，3D DMO就不会充分起作用，拖尾假象(smear artifacts)就会成为问题。3D偏移(migration)就会在每一个错位边缘的所有方位角产生假象(artifact)。这样就可能会损害许多3D叠前数据处理。
在地震数据记录上，水速度的变化是动态的，实施合适的校正，例如通过波动方程重建基准面方法实施校正，可能在计算上成本很高。一种现有技术方法是实施静态校正。对于平坦水体底部和与深度无关的水速度，直接计算由于水速度的变化ΔVw而导致的水体底部波至时间(water bottom arrival time)ΔTw的变化：
ΔTw＝tw(ΔVw/Vw)
这个计算可以用来计算静态校正，以补偿水速度的变化：计算零炮检距(zero-offset)情形下的静态值，然后在对数据应用正常时差之后应用该静态值。由于该校正只对零炮检距的情况是精确的，并没有精确地考虑倾斜的射线路径。
可以沿着每一条航线长度方向计算水速度和水体底部零炮检距时间，然后用来产生上述静态校正，在水速度与基准速度有变化的情况下校正数据。这些校正可以沿着每一条航线连续变化，但是在跨越航线边界时，或者在不同时间分别获取的地区上重叠的数据集之间，这些校正的变化是不连续的。然后可以将静态校正在应用了NMO之后应用于数据。
海洋学条件会在较短时间跨度和较小的空间距离上影响水速度。因为地区上相邻或者相同的数据可以在不同时间被采集，从而水速度有时间进行变化，所以可能出现不连续性，这可能严重影响后来的处理。现有技术的方法部分地补偿了影响数据采集的随时间变化的水速度。在海洋数据采集中，希望对动态变化的水速度进行考虑了倾斜射线路径的有效校正。
发明内容
本发明是一种对地震数据处理进行速度校正，以校正变化的水速度的影响的方法。对于地震数据，确定零炮检距静态校正，也就是观测到的到水体底部时间与利用选定的理想速度确定的到水体底部的理想时间之间的差。对地震数据选定理想水速度。对地震数据确定零炮检距水体底部时间。对地震数据确定观测到的速度。计算动态水速度校正，并应用于地震数据以改变炮检距和射线路径。
附图说明
结合下面的具体说明和附图可以更好地理解本发明及其优点。附图中：
图1图解了要映射到理想情况的观测值的地球模型；
图2图解了从观测的情况映射来的理想值的地球模型；
图3图解了校正的角度依赖性；
图4图解了理想情况、现有技术和本发明的优选实施例之间的比较。
具体实施方式
下面将结合优选实施例描述本发明，但应当理解，本发明不限于这些实施例。相反，本发明应当覆盖所有哪些包括在本发明的权利要求所限定的实质范围之内的替代方案、改进和等效方案。
本发明是一种在海洋数据采集中校正地震数据的由于变化的水速度而造成的问题的方法。在某些实施例中，计算并应用校正，将地震数据映射到水速度恒定的理想情况。本发明的其它优点对于本领域的普通技术人员来说在阅读了本说明书后是显而易见的。在下述说明针对特定实施例和本发明的特定应用的方面来讲，这只是说明性的，不应理解为对本发明范围的限制。
本发明可以用用于地震数据处理的计算机程序来实现，以解决在海洋地震数据采集过程中遇到的问题。在海洋数据采集中，通常发生的缺陷是地震区域覆盖率(areal seismic coverage)的问题。这些缺陷是通过在稍后的时间采集加密(插补)数据来解决的。但是，此时，在两次数据采集之间，海洋发生了物理变化，比如温度、盐度的变化导致速度差异，进而导致所记录的行程时间的动态变化，这妨碍了数据的精确组合和成像。
本发明通过计算和应用将地震数据映射到水速度恒定的理想情形的校正来消除变化的水速度的影响。从一个独立分析步骤开始，所有的校正假设可获得由水速度变化导致的垂直(零炮检距)时间误差(timing errors)和零炮检距水体底部时间(water bottom time)。同样，假设水速度是已知的。时间误差和水速度由下面的等式5关联起来。同样假设可获得零炮检距水体底部时间。从这些信息以及任意确定的“理想”水速度，可以相对于“理想”情况计算出一个观测(实际)水速度。所需的唯一附加信息是穿过水层的射线路径的角度。该角度可以直接从正常时差速度和上述信息计算得到，所述正常时差速度可以从对地震数据的传统分析得到。在正常时差校正之前，可以对地震数据的每一个采样进行与时间相关和与炮检距相关的校正。
为了消除这些动态行程时间差，可以将水速度测量与叠加速度测量结合起来，以计算和应用校正穿过水层中的变化速度的传播的动态时间校正。在本发明的优选实施例中，将数据校正到考虑了穿过水层的垂直和倾斜射线路径的任意的“理想”水速度。为了确保稳定性并消除高成本的射线跟踪解，可以直接从由叠加速度得到的数据的正常时差确定穿过水的传播的角度。
该方法首先是得到将观测到的情形(图1)映射到理想情形(图2)的校正。
Tw＝2Zw/Vw(理想的) (1)
Tobs＝2Zw/Vobs(观测到的) (2)
其中，Tw是在理想水速度Vw、水深Zw的条件下到水体底部的垂直、双向行程时间。Tobs是在观测到的(实际)水速度Vobs的条件下到水体底部的垂直、双向行程时间。可以确定一个垂直静态校正Δt，其为观测到的到水体底部时间与用选定的理想速度确定的到水体底部的理想时间之间的差。从Lynn，MacKay，and Beasley，1993，Efficientmigration through complex water-bottom topography，Geophysics，Soc.Of Expl.Geophys.，58，393-398知道，垂直(零炮检距)时间校正Δt为：
Δt＝Tw-Tobs＝2Zw(1/Vw-1/Vobs) (3)
Δt＝Tobs(Vobs/Vw-1) (4)
Δt和Tobs的值假设是已知的，Vw是任意的“理想”速度。Tobs是被校正的任何类型的道集的单个值。垂直校正Δt也可以通过量化勘探航线之间的零炮检距静态偏移来加以调整。Wombell也在WaterVelocity Variations In 3-D Seismic Processing，66th Ann.Internat.Mtg：Soc.OfExpl.Geophys.，1996，1666-1669中提出了等式(4)的垂直静态校正。可以在在水层中使用Vobs进行正常时差校正之后应用该垂直静态校正。对Vobs解等式4得到：
Vobs＝Vw(Δt/Tobs+1) (5)
这就得到了观测到的水速度Vobs。无论是用间接的方法(例如从垂直时间偏移之间的差)还是用直接的方法(例如时差分析)确定Vobs，除了垂直水速度校正之外，Vobs都适合于精确(动态)水速度校正解决方案。
可以单独确定目标水体底部时间和地震记录迹的时间偏移。对于每一个航线，可以获得目标水体底部时间(例如模型Tw)和时间偏移Δt。将时间偏移Δt和目标水体底部时间Tw结合起来，得出相对于理想速度Vw的Vobs。然后可以将Vobs约束为理想速度的某个百分比。然后可以对Vobs进行平滑和插值。或者，如果不使用Δt测量值，可以从其它形式的分析提供等效的Vobs。
只施加垂直校正(就如等式4中的Δt)的问题是倾斜到达地表的射线具有更大的时间校正，因为其射线路径更长(见图3的几何图解)：
Δt(θ)＝Δt(θ＝0)/cosθ (6)
其中Δt(θ＝0)表示垂直校正。为了得出射线角度θ的表达式，可以想到观测到的地表正常时差为(图3)：
ΔTrefl(H)/ΔH＝sinθ/Vobs (7)
其中H是全偏移(全炮检距，full offset)。Vobs可以按照上面的等式5计算，或者直接从速度分析得到。与正常时差等式相结合：
Trefl(H)＝[(Trefl(H＝0))2+H2/Vrms 2]1/2 (8)
其中Trefl(H＝0)是到反射体的垂直双向行程时间。Vrms是从对地震波至的正常时差分析确定的叠加速度，不仅仅指水体底部反射体。利用等式8求等式7的导数，得到：
ΔTrefl(H)/ΔH＝sinθ/Vobs＝H/(Trefl(H)Vrms 2) (9)
或者：
sinθ＝(VobsH)/(Trefl(H)Vrms 2) (10)
重要的是，ΔTrefl(H)意味着作为全炮检距H的函数的所有波至的观测到的行程时间。这样，每一个波至的波至角度(到达角，arrivalangle)的确定方式就具有鲁棒性(robust)，不需要通过层速度模型(interval velocity model)进行射线跟踪(ray tracing)，射线跟踪是成本高而又存在潜在不稳定性的方法。
最后，假设为缓倾斜(平倾斜，flat dip)和直射线，则可以利用观测到的水体底部时间和Vobs形式的零炮检距时间校正确定动态校正：
Δt(θ)＝Δt(vertical)/cosθ
＝Tobs(Vobs/Vw-1)/cosθ
＝Tobs(Vobs/Vw-1)/(1-sin2θ)1/2
＝Tobs(Vobs/Vw-1)/{1-[HVobs/(Trefl(H)Vrms 2)]2}1/2 (11)
或者，对于零炮检距校正：
Δt(θ)＝Δt(0)/{1-[HVobs/(Trefl(H)Vrms 2)]2}1/2 (12)
这个动态校正允许对所有源-接收器偏移距进行与炮检距相关的校正。
图4图示了对综合数据应用本发明的结果。使用通过一个两层模型的精确射线轨迹解建立所述数据(为共中心点道集)。该模型具有1000米水深，以及在2000米深度的第二水平反射体，到水体底部以下的层速度为2500m/s。对于两种情况，即理想情形(水速度设置为1500m/s)和观测情形(水速度为1470m/s)，图示了来自较深反射体的射线轨迹解。图示的行程时间对应于2000米处的反射体。使用理想情形作为基准，对观测情形加以校正。
图4中所示的理想水速度情形(1500m/s)的数据是在以直到2000米处的反射体以上的理论双层RMS速度(two-layer RMSvelocity)(1944.6m/s)的正常时差之后的数据，图示为方块(标为“理想Tnmo”)。注意，所述数据在一个炮检距的全长上是水平的，该长度约等于波至深度(2000米)。这被用来表示最优结果。在较大的炮检距，预期有向上的斜率，这是因为未用传统的双曲线正常时差校正来校正的射线弯曲效应。现有技术中Wombell的方法在以包含Vobs的双层RMS速度的正常时差之后施加零炮检距垂直校正(产生的结果为1917m/s)。结果在图4中示为圆点(标为“现有技术”)。
在本发明的一个优选实施例中，在正常时差之前应用垂直校正Δt(θ＝0)。在使用含水层中的Vw(1944.6m/s)的双层RMS速度的正常时差之后的这些结果在图中示为菱形块(标为“方法2”)。
在另一个优选实施例中，在正常时差之前实施动态校正，图中所示为在以双层RMS速度(1944.6m/s)的正常时差之后，图4中示为三角形(标为“方法1”)。注意，等式12所限定的动态校正(三角形)产生的结果与理想情形(方块所示的“理想Tnmo”)非常接近。
对于任何特定的道集，例如炮点道集、接收器道集或者CMP道集，信息来自特定的炮点并在特定的接收器被记录。用一个道集的时差(RMS)速度推出在水体表面的波至角度。在(或来自)源位置和接收器位置的波至角度可以用于计算Tobs：将射线路径的两段投影到水体底部(或者水体底部模型，例如Tw)。
对于每一个CMP，可以用直到水体底部(Tobs)以上的平滑和插值后的vobs来取代叠加速度。然后可以在NMO之前计算和应用动态校正。随后，可以使用水体底部的Tw和Vw确定校正后的速度函数。
本领域的普通技术人员理解，这里所描述的方法可以按照其公开的方式来实施，包括但不限于这里所述的实施例。另外，应当理解，本发明不应当限于为了说明的目的而在前面所作的描述。对于本领域普通技术人员来说，不脱离本发明的权利要求所限定的范围的各种改进和替代方案都是显而易见的。
Claims (18)
1.一种确定对地震数据的水速度校正的方法，包括：
(a)对于所述地震数据确定零炮检距静态校正Δt，其为观测到的到水体底部的时间与使用选定的理想速度确定的到水体底部的理想时间之间的差；
(b)对于所述地震数据选择一个理想水速度Vw；
(c)对于所述地震数据确定一个零炮检距水体底部时间；
(d)对于所述地震数据确定一个观测到的速度Vobs；
(e)确定一个水速度动态校正。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述水速度时间校正还包括：对于地震数据的至少一个采样确定与时间相关和与炮检距相关的校正。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述水速度动态校正为下述形式：Δt(θ)＝Tobs(Vobs/Vw-1)/{1-[HVobs/(Trefl(H)Vrms 2)]2}1/2。
4.如权利要求1所述的方法，其中，对于至少一个源-接收器偏移距确定所述水速度动态校正。
5.如权利要求1所述的方法，其中，得到所述水速度动态校正的步骤还包括：对于至少一个源-接收器偏移距确定至少一个角度的地震数据射线路径。
6.如权利要求1所述的方法，其中，确定穿过水的地震射线路径的角度的步骤使用下述速度中的至少一种速度：i)正常时差速度Vrms，ii)观测到的速度Vobs，以及iii)理想速度Vw。
7.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述水速度动态校正的步骤还包括：使用下述速度中的至少一种速度确定穿过水的至少一个地震射线路径：i)正常时差速度Vrms，ii)观测到的速度Vobs，以及iii)理想速度Vw。
8.如权利要求7所述的方法，其中，得到所述地震射线路径的步骤还包括确定水体表面和水体底部之间的射线路径，所述水体底部用至少下述之一确定：i)Tw，ii)Tobs，以及iii)任意水体底部模型。
9.如权利要求1所述的方法，其中，得到所述水速度动态校正还包括从Vobs＝Vw(Δt/Tobs+1)确定Vobs。
10.如权利要求1所述的方法，其中，得到所述水速度动态校正还包括从地震道集速度分析确定Vobs。
11.一种地震数据处理方法，包括：
(a)对于所述地震数据确定零炮检距静态校正Δt，其为观测到的到水体底部的时间与使用选定的理想速度确定的到水体底部的理想时间之间的差；
(b)对于所述地震数据选择一个理想水速度Vw；
(c)对于所述地震数据确定一个零炮检距水体底部时间；
(d)对于所述地震数据确定一个观测到的速度Vobs；
(e)确定一个水速度动态校正；以及
(f)将所述水速度动态校正应用于地震数据。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述水速度动态校正基本上为下述形式：Δt(θ)＝Tobs(Vobs/Vw-1)/{1-IHVobs/(Trefl(H)Vrms 2)]2}1/2。
13.如权利要求11所述的方法，其中，观测到的速度Vobs的确定是下述形式：Vobs＝Vw(Δt/Tobs+1)。
14.如权利要求11所述的方法，其中，对于至少一个源-接收器偏移距确定所述水速度动态校正。
15.如权利要求11所述的方法，其中，确定所述水速度动态校正还包括：使用下述速度中的至少一种速度确定穿过水的至少一个地震射线路径：i)正常时差速度Vrms，ii)观测到的速度Vobs，以及iii)理想速度Vw。
16.如权利要求15所述的方法，其中，得到所述地震射线路径的步骤包括：确定地震接收器和水体底部之间的射线路径，所述水体底部用至少下述之一确定：i)Tw，ii)Tobs，以及iii)任意水体底部模型。
17.如权利要求11所述的方法，其中，得到所述水速度动态校正还包括从Vobs＝Vw(Δt/Tobs+1)确定Vobs。
18.如权利要求11所述的方法，其中，得到所述水速度动态校正还包括从地震道集速度分析确定Vobs。
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