CN101839998A - 一种高精度的叠前深度偏移方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油勘探反射波地震数据处理过程中的高精度的叠前深度偏移方法，包括以下步骤：采集得到统一基准面上的叠前炮集数据，确定延拓步长，将速度场分为小速度区，在每一小速度区内用裂步傅立叶方法依据大步长进行波场延拓，5)对分区延拓后得到的每个速度区的波场，按照实际对应的网格点进行合并，并进行光滑滤波处理，得到延拓后的整体波场，对两个相邻波场进行线性相位移插值，得到中间每一个以小延拓步长进行延拓的波场。本发明依据互相关成像原理进行成像，得到叠前深度偏移结果，并将偏移结果显示为地层剖面图像，对复杂地质构造成像质量明显提高且成本低。

Description

一种高精度的叠前深度偏移方法

技术领域

本发明涉及石油勘探反射波地震数据处理过程中的叠前偏移成像技术，具体的说是一种在复杂地质构造下，基于速度分区和线性相位移波场插值的高精度的叠前深度偏移方法。

背景技术

在石油勘探反射波地震数据处理过程中对复杂地质构造成像时，波动方程叠前深度偏移方法得到了越来越广泛的应用，它可以自然地解决波在复杂地层中传播的多路径问题，明显改善复杂构造的成像质量。裂步傅立叶方法(SSF)和傅立叶有限差分法(FFD)是当前波动方程叠前深度偏移的典型算法。SSF方法可以适应缓慢的横向速度变化，但当横向剧烈变速时SSF方法达不到成像精度要求。FFD方法可以适应比较剧烈的横向变速，在处理三维问题时采用多方向分裂的方法，但是分裂方向越细计算量就越大，而且需要大内存，同时具有频散和角度限制问题，该方法目前在生产中应用的成本较高。

发明内容

本发明是提供一种适应复杂地质构造且成本低的高精度叠前深度偏移方法。

本发明的高精度叠前深度偏移方法，具体步骤包括：

1)野外采集的地震数据，通过常规预处理流程，得到统一基准面上的叠前炮集数据；

2)根据地震资料的复杂程度确定延拓步长；

步骤2)所述的延拓步长是通常延拓步长的5到10倍。

步骤2)所述的延拓步长优选为通常步长的5倍。

3)根据速度场横向变化的剧烈程度将速度场分为n个小速度区；

步骤3)所述的将速度场分为n个小速度区是根据已知的每个延拓层的最大速度v_max和最小速度v_min，求出每个分区的临界速度，有n+1个临界速度就有n个小速度区；

步骤3)所述的将速度场分为n个小速度区是将临界速度按从小到大的顺序排列，则最小的临界速度v₁＝v_min，最大的临界速度v_n+1＝v_max，其它的临界速度：v_i＝v_min+(v_max-v_min)/n，i＝2，3，…，n，则第i(i＝1，2，…，n-1)个分区的速度值区间为[v_i，v_i+1)，第n个速度分区的速度值区间为[v_n，v_n+1]，根据n个速度值区间，计算出相应的n个网格点的集合，V_i(i＝1，2，…，n-1)为第i个网格点的集合，则V_i中的元素为该延拓层中所有速度值大于等于v_i且小于v_i+1的网格点，而V_n中的元素为该延拓层中所有速度值大于等于v_n且小于等于v_n+1的网格点；

4)在每一个小速度区内，采用裂步傅立叶方法依据给定的大步长进行波场延拓。

5)对分区延拓后得到的每个速度区的波场，按照实际对应的网格点进行合并，并进行光滑滤波处理，得到延拓后的整体波场，

延拓后的整体波场可由下式计算：

$P(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_k\left(x\right)P_k(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})$

其中P(x，z+Δz，ω)为延拓后得到的横向位置x深度位置z+Δz处的波场，ω为圆频率，n为步骤(3)中确定的分区的个数，P_k(x，z+Δz，ω)为第k(k＝1，2，…，n)个分区从深度z延拓到深度z+Δz处的波场，η_k(x)是关于自变量x的函数，算式如下： ${\mathrm{\η}}_k\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if\; x}\∈V_k\\ 0,& \mathrm{if\; x}\∉V_k\end{array}\right.,k=\mathrm{1,2},...,n$

其中V_k(k＝1，2，…，n)为第k个分区的网格点的集合；

6)对两个相邻波场进行线性相位移插值，得到中间每一个以小延拓步长进行延拓的波场；

步骤6)所述的深度位置z₁到深度z₁+NΔz之间以小延拓步长step1＝Δz延拓得到的波场可由如下公式计算：

$P(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})=\left(\frac{N-n}{N}\right)P_d(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})+\left(\frac{n}{N}\right)P_u(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})$

其中，P(x，z₁+nΔz，ω)为横向位置x深度位置z₁+nΔz(n＝1，2，…，N-1)处的近似波场，ω为圆频率；P_d(x，z₁+nΔz，ω)为横向位置x处用相位移方法由深度z₁以步长step1向下延拓到深度z₁+nΔz(n＝1，2，…，N-1)处的波场，P_u(x，z₁+nΔz，ω)为横向位置x处用相位移方法由深度z₁+NΔz向上延拓到深度z₁+nΔz(n＝1，2，…，N-1)的波场，其计算公式分别为：

$P_d(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})=P_1(x,z_1,\mathrm{\ω})\exp \left[i\frac{\mathrm{\ω}}{v\left(x\right)}\mathrm{n\Δz}\right]$

$P_u(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})=P_2(x,z_1+\mathrm{N\Δz},\mathrm{\ω})\exp [-i\frac{\mathrm{\ω}}{v\left(x\right)}(N-n)\mathrm{\Δz}]$

其中，P₁(x，z₁，ω)为横向位置x深度位置z₁处的波场(已知)，P₂(x，z₁+NΔz，ω)为横向位置x深度位置z₁+NΔz处的波场(由波场P₁(x，z₁，ω)以大步长step2＝NΔz延拓得到)，i为虚数，v(x)为横向位置x处的速度。

7)依据互相关成像原理进行成像，得到叠前深度偏移结果，并将偏移结果显示为地层剖面图像。

本发明依据互相关成像原理进行成像，得到叠前深度偏移结果，并将偏移结果显示为地层剖面图像，对复杂地质构造成像质量明显提高且成本低。

附图说明

图1是数据模型SSF叠前深度偏移的结果；

图2是本发明对数据模型处理得到的高精度叠前深度偏移结果。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明。

本发明具体实施方式为：

1)从野外采集到的地震数据，通过一系列常规预处理流程，得到统一基准面上的叠前炮集数据；

2)根据地震资料的复杂程度确定延拓步长。一般来说，地震资料越复杂，延拓步长应该越小。如果野外采集的地震资料相对简单，延拓步长可以是通常延拓步长的10倍，如果地震资料非常复杂，为了保证成像精度，延拓步长一般可以为通常步长的5倍。

3)对速度场进行分区；

首先根据速度场横向变化的剧烈程度确定分区的个数n，然后通过每一个延拓层的最大速度v_max和最小速度v_min求出每个分区的临界速度，n个速度分区共有n+1个临界速度；

除最小的临界速度v₁＝v_min，最大的临界速度v_n+1＝v_max外，利用公式：v_i＝v_min+(v_max-v_min)/n，i＝2，3，…，n计算出其它的n-1个临界速度。

由n+1个临界速度得到n个速度值区间，其中第i(i＝1，2，…，n-1)个分区的速度值区间为[v_i，v_i+1)，第n个分区的速度值区间为[v_n，v_n+1]，根据n个速度值区间，计算出相应的n个网格点的集合V_i(i＝1，2，…，n)；

V_i(i＝1，2，…，n-1)为第i个网格点的集合，则V_i中的元素为该延拓层中所有速度值大于等于v_i且小于v_i+1的网格点，而V_n中的元素为该延拓层中所有速度值大于等于v_n且小于等于v_n+1的网格点；

4)在每一个小速度区V_i(i＝1，2，…，n)内，采用SSF方法依据给定的大步长进行波场延拓。

5)对分区延拓后得到的每个速度区的波场，按照实际对应的网格点进行合并，并进行光滑滤波处理，得到延拓后的整体波场。

延拓后的整体波场可由下式表示：

$P(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_k\left(x\right)P_k(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})$

其中P(x，z+Δz，ω)为延拓后得到的横向位置x深度位置z+Δz处的波场，ω为圆频率，n为步骤(3)中确定的分区的个数，P_k(x，z+Δz，ω)为第k(k＝1，2，…，n)个分区从深度z延拓到深度z+Δz处的波场，η_k(x)是关于自变量x的函数，表达式如下：

${\mathrm{\η}}_k\left(x\right)=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& x\∈V_k\\ 0,& \mathrm{if}& x\∉V_k\end{array}\right.,k=\mathrm{1,2},...,n$

其中V_k(k＝1，2，…，n)为第k个分区的网格点的集合；

6)对两个相邻波场进行线性相位移插值，得到中间每一个以小延拓步长进行延拓的近似波场。

深度位置z₁到深度z₁+NΔz之间以小步长step1＝Δz延拓得到的波场可由如下公式计算：

$P(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})=\left(\frac{N-n}{N}\right)P_d(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})+\left(\frac{n}{N}\right)P_u(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})$

其中，P(x，z₁+nΔz，ω)为横向位置x深度位置z₁+nΔz(n＝1，2，…，N-1)处的近似波场，ω为圆频率；P_d(x，z₁+nΔz，ω)为横向位置x处用相位移方法由深度z₁以步长step1向下延拓到深度z₁+nΔz(n＝1，2，…，N-1)处的波场，P_u(x，z₁+nΔz，ω)为横向位置x处用相位移方法由深度z₁+NΔz向上延拓到深度z₁+nΔz(n＝1，2，…，N-1)的波场，其计算公式分别为：

$P_d(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})=P_1(x,z_1,\mathrm{\ω})\exp \left[i\frac{\mathrm{\ω}}{v\left(x\right)}\mathrm{n\Δz}\right]$

$P_u(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})=P_2(x,z_1+\mathrm{N\Δz},\mathrm{\ω})\exp [-i\frac{\mathrm{\ω}}{v\left(x\right)}(N-n)\mathrm{\Δz}]$

其中，P₁(x，z₁，ω)为横向位置x深度位置z₁处的波场(已知)，P₂(x，z₁+NΔz，ω)为横向位置x深度位置z₁+NΔz处的波场(由波场P₁(x，z₁，ω)以大步长step2＝NΔz延拓得到)，i为虚数，v(x)为横向位置x处的速度。

7)据互相关成像原理进行成像，得到叠前深度偏移结果，将叠前深度偏移结果显示为地层剖面图像。

本发明实例如下：

1)输入叠前炮集地震数据，总炮数为240炮。

2)确定延拓大步长N＝20米。

3)对速度场进行分区。

首先根据速度场横向变化的剧烈程度确定分区的个数n，然后通过每一个延拓层的最大速度v_max和最小速度v_min求出每个分区的临界速度，n个速度分区共有n+1个临界速度；

除最小的临界速度v₁＝v_min，最大的临界速度v_n+1＝v_max外，利用公式：v_i＝v_min+(v_max-v_min)/n，i＝2，3，…，n计算出其它的n-1个临界速度。

由n+1个临界速度得到n个速度值区间，其中第i(i＝1，2，…，n-1)个分区的速度值区间为[v_i，v_i+1)，第n个分区的速度值区间为[v_n，v_n+1]，根据n个速度值区间，计算出相应的n个网格点的集合V_i(i＝1，2，…，n)；

V_i(i＝1，2，…，n-1)为第i个网格点的集合，则V_i中的元素为该延拓层中所有速度值大于等于v_i且小于v_i+1的网格点，而V_n中的元素为该延拓层中所有速度值大于等于v_n且小于等于v_n+1的网格点；

4)在每一个小速度区内，采用SSF方法以N＝20米的大步长进行波场延拓；

5)对分区延拓后得到的每个速度区的波场P_k(x，z+Δz，ω)，按照实际对应的网格点进行合并，并进行光滑滤波处理，得到延拓后的整体波场P(x，z+Δz，ω)：

$P(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_k\left(x\right)P_k(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})$

其中P(x，z+Δz，ω)为延拓后得到的横向位置x深度位置z+Δz处的波场，ω为圆频率，P_k(x，z+Δz，ω)为第k(k＝1，2，…，n)个分区从深度z延拓到深度z+Δz处的波场，η_k(x)是关于自变量x的函数，表达式如下：

${\mathrm{\η}}_k\left(x\right)=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& x\∈V_k\\ 0,& \mathrm{if}& x\∉V_k\end{array}\right.,k=\mathrm{1,2},...,n$

其中V_k(k＝1，2，…，n)为第k个分区的网格点的集合；

6)对两个相邻波场进行线性相位移插值，得到中间每一个以小延拓步长进行延拓的近似波场。

7)依据互相关成像原理进行成像，得到叠前深度偏移结果，并将偏移结果显示为地层剖面图像

图1是SSF叠前深度偏移结果，与图2对比可见，图2的成像质量明显高于图1。

Claims (6)

1.一种高精度的叠前深度偏移方法，其特征在于包括以下步骤：

1)野外采集的地震数据，通过常规预处理流程，得到统一基准面上的叠前炮集数据；

2)根据地震资料的复杂程度确定延拓步长；

3)根据速度场横向变化的剧烈程度将速度场分为n个小速度区；

4)在每一个小速度区内，采用裂步傅立叶方法依据给定的大步长进行波场延拓；

5)对分区延拓后得到的每个速度区的波场，按照实际对应的网格点进行合并，并进行光滑滤波处理，得到延拓后的整体波场，

延拓后的整体波场由下式计算：

$P(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_k\left(x\right)P_k(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})$

其中P(x，z+Δz，ω)为延拓后得到的横向位置x深度位置z+Δz处的波场，ω为圆频率，n为步骤(3)中确定的分区的个数，P_k(x，z+Δz，ω)为第k(k＝1，2，…，n)个分区从深度z延拓到深度z+Δz处的波场，η_k(x)是关于自变量x的函数，

算式如下： ${\mathrm{\η}}_k\left(x\right)=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& x\∈V_k\\ 0,& \mathrm{if}& x\∉V_k\end{array}\right.,k=\mathrm{1,2},...,n$

其中V_k(k＝1，2，…，n)为第k个分区的网格点的集合；

6)对两个相邻波场进行线性相位移插值，得到中间每一个以小延拓步长进行延拓的波场；

7)依据互相关成像原理进行成像，得到叠前深度偏移结果，并将偏移结果显示为地层剖面图像。

2.根据权利要求1所述的高精度的叠前深度偏移方法，其特征在于步骤2)所述的延拓步长是通常延拓步长的5到10倍。

3.根据权利要求1所述的高精度的叠前深度偏移方法，其特征在于步骤2)所述的延拓步长优选为通常步长的5倍。

4.根据权利要求1所述的高精度的叠前深度偏移方法，其特征在于步骤3)所述的将速度场分为n个小速度区是根据已知的每个延拓层的最大速度v_max和最小速度v_min，求出每个分区的临界速度，有n+1个临界速度就有n个小速度区。

5.根据权利要求1或4所述的高精度的叠前深度偏移方法，其特征在于步骤3)所述的将速度场分为n个小速度区是将临界速度按从小到大的顺序排列，则最小的临界速度v₁＝v_min，最大的临界速度v_n+1＝v_max，其它的临界速度：v_i＝v_min+(v_max-v_min)/n，i＝2，3，…，n，则第i(i＝1，2，…，n-1)个分区的速度值区间为[v_i，v_i+1)，第n个速度分区的速度值区间为[v_n，v_n+1]，根据n个速度值区间，计算出相应的n个网格点的集合，V_i(i＝1，2，…，n-1)为第i个网格点的集合，则V_i中的元素为该延拓层中所有速度值大于等于v_i且小于v_i+1的网格点，而V_n中的元素为该延拓层中所有速度值大于等于v_n且小于等于v_n+1的网格点。

6.根据权利要求1所述的高精度的叠前深度偏移方法，其特征在于步骤6)所述的深度位置z₁到深度z₁+NΔz之间以小延拓步长step1＝Δz延拓得到的波场可由如下公式计算：

$P(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})=\left(\frac{N-n}{N}\right)P_d(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})+\left(\frac{n}{N}\right)P_u(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})$

其中，P(x，z₁+nΔz，ω)为横向位置x深度位置z₁+nΔz(n＝1，2，…，N-1)处的近似波场，ω为圆频率；P_d(x，z₁+nΔz，ω)为横向位置x处用相位移方法由深度z₁以步长step1向下延拓到深度z₁+nΔz(n＝1，2，…，N-1)处的波场，P_u(x，z₁+nΔz，ω)为横向位置x处用相位移方法由深度z₁+NΔz向上延拓到深度z₁+nΔz(n＝1，2，…，N-1)的波场，其计算公式分别为：

$P_d(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})=P_1(x,z_1,\mathrm{\ω})\exp \left[i\frac{\mathrm{\ω}}{v\left(x\right)}\mathrm{n\Δz}\right]$

$P_u(x,z_1+\mathrm{n\Δz},\mathrm{\ω})=P_2(x,z_1+\mathrm{N\Δz},\mathrm{\ω})\exp [-i\frac{\mathrm{\ω}}{v\left(x\right)}(N-n)\mathrm{\Δz}]$

其中，P₁(x，z₁，ω)为横向位置x深度位置z₁处的波场(已知)，P₂(x，z₁+NΔz，ω)为横向位置x深度位置z₁+NΔz处的波场(由波场P₁(x，z₁，ω)以大步长step2＝NΔz延拓得到)，i为虚数，v(x)为横向位置x处的速度。

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