CN101840000A - 一种平面波叠前深度偏移方法 - Google Patents

Abstract

本发明是石油勘探反射波地震数据处理过程中的平面波叠前深度偏移方法，步骤是根据地震资料的复杂程度确定稀疏频率采样系数α和延拓大步长NΔz，对频率进行重采样，对重采样后得到的每一个频率按照平面波叠前深度偏移方法以NΔz的大步长进行波场延拓，得到下一个延拓步的波场；对相邻两个大延拓步之间的波场进行线性相位移插值，得到这两个延拓步中间每一个以小延拓步长Δz进行延拓的波场；依据互相关成像原理进行成像，得到最终的叠前深度偏移结果。本发明可将平面波叠前深度偏移的计算效率成倍提高，节约大量资源。

Description

一种平面波叠前深度偏移方法

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，具体的说是一种在不降低成像质量的前提下，提高叠前深度偏移处理速度的基于稀疏频率和大步长波场延拓的平面波叠前深度偏移方法。

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具有许多积分法无法比拟的优点，如没有高频近似、理论完整、计算合理、容易处理振幅问题、对复杂构造成像精度高等。其缺点是计算效率低。为了提高计算效率，Taner提出用独立炮记录抽出的共接收点道集，在地表合成平面波震源记录的方法。Berkhout进一步提出面炮记录叠前深度偏移方法，该方法大大减小了叠前数据量，其实质是一种基于平面波合成的偏移方法。该方法相对于单炮偏移计算效率成倍提高，但是计算量依然较大，在生产中广泛应用的成本较高。

发明内容

本发明是提供一种基于稀疏频率和大步长波场延拓，可将平面波叠前深度偏移的计算效率成倍提高的平面波叠前深度偏移方法。

本发明具体步骤包括：

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稀疏频率采样系数α和延拓大步长NΔz，所述Δz为通常延拓步长，N为延拓大步长相对于通常延拓步长的倍数；

步骤2所述的稀疏频率采样系数α是为重采样后的频率个数为重采样前的一半至三分之一：

步骤2所述的N为5至10。

步骤2所述的N在地震资料复杂时为5。

3)对频率进行稀疏采样；

利用步骤2中给出的采样系数α，按如下公式对频率进行重采样：

f_m＝α^-mf₁，m＝0，1，…，M

其中f₁为偏移的最小频率，f_n为偏移的最大频率，M为重采样后的频率个数，

4)对重采样后得到的每一个频率按照平面波叠前深度偏移方法以NΔz的大步长进行波场延拓，得到下一个延拓步的波场；

5)对相邻两个大延拓步之间的波场进行线性相位移插值，得到这两个延拓步中间每一个以小延拓步长Δz进行延拓的波场；

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，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。

6)依据互相关成像原理进行成像，得到最终的叠前深度偏移结果；

7)将偏移结果显示为地层剖面图像。

本发明可将平面波叠前深度偏移的计算效率成倍提高，节约大量资源。

附图说明

图1是数据模型平面波叠前深度偏移的结果；

图2是采用本发明对数据模型偏移的结果。

具体实施方式

本发明的快速平面波叠前深度偏移技术，其具体实施方式为：

1)野外采集到的地震数据，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稀疏频率重采样系数α(0＜α＜1)和延拓大步长NΔz(Δz为通常延拓步长，N为延拓大步长相对于通常延拓步长的倍数)；

所述的稀疏频率采样系数α的确定原则是：如果地震资料复杂，则依该系数进行重采样后的频率个数应为重采样前的一半左右；反之，如果地震比较简单，可以选择α的值，使得重采样后的频率个数为重采样前的三分之一左右即可。

所述的延拓大步长是通常延拓步长的5到10倍。

如果地震资料复杂，所述的延拓大步长为通常步长的5倍

3)对频率进行稀疏采样；

利用步骤2中给出的采样系数α，按如下公式对频率进行重采样：

f_m＝α^-mf₁，m＝0，1，…，M

其中f₁为偏移的最小频率，f_n为偏移的最大频率，M为重采样后的频率个数，其值可由下式计算：

$M=\frac{\log f_1-\log f_n}{\log \mathrm{\α}}$

一般来说，α的值越小，采样后的频率越少，偏移时处理速度越快，但是成像的质量会相对下降，在实际应用中应根据地震资料的复杂程度选择合适的采样系数。

4)对采样后得到的每一个频率按照平面波叠前深度偏移方法以NΔz的大步长进行波场延拓，得到下一个延拓步的波场。

5)对相邻两个大延拓步长之间的波场进行线性相位移插值，得到这两个延拓步中间每一个以小延拓步长Δz进行延拓的波场；

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。

6)依据互相关成像原理进行成像，得到最终的叠前深度偏移结果。

7)将偏移结果显示为地层剖面图像。

发明实施例1：

1)输入叠前炮集地震数据，总炮数为240炮。

2)根据资料的复杂程度确定稀疏频率采样系数α＝0.98和延拓大步长NΔz＝20m。

3)对频率进行稀疏采样；

稀疏采样系数α的值越小，采样后的频率越少，处理速度越快，但是成像的质量会相对下降，在实际应用中应选择合适的采样系数。本例中当α＝0.98时，重采样后的频率个数为118个，约为重采样前频率个数的44％。

4)对重采样后得到的每一个频率按照平面波叠前深度偏移方法以20m的大步长进行波场延拓，得到下一个延拓步的波场。

5)对相邻两个延拓大步长之间的波场进行线性相位移插值，得到这两个延拓步中间每一个以4m为延拓步长进行延拓的波场。

6)依据互相关成像原理进行成像，得到最终的叠前深度偏移结果。

7)将偏移结果显示为地层剖面图像。

图1是平面波叠前深度偏移的结果，用时5小时25分钟，与图2对比可见，图2的成像质量与图1基本接近，但计算时间只有48分钟，计算效率成倍提高。

Claims (5)

1.一种平面波叠前深度偏移方法，特征是采用以下步骤：

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稀疏频率采样系数α和延拓大步长NΔz，所述Δz为通常延拓步长，N为延拓大步长相对于通常延拓步长的倍数；

3)对频率进行稀疏采样；

利用步骤2中给出的采样系数α，按如下公式对频率进行重采样：

f_m＝α^-mf₁，m＝0，1，…，M

其中f₁为偏移的最小频率，f_n为偏移的最大频率，M为重采样后的频率个数，

4)对重采样后得到的每一个频率按照平面波叠前深度偏移方法以NΔz的大步长进行波场延拓，得到下一个延拓步的波场；

5)对相邻两个大延拓步之间的波场进行线性相位移插值，得到这两个延拓步中间每一个以小延拓步长Δz进行延拓的波场；

6)依据互相关成像原理进行成像，得到最终的叠前深度偏移结果；

7)将偏移结果显示为地层剖面图像。

2.如权利要求1所述的方法，特征是步骤2所述的稀疏频率采样系数α是为重采样后的频率个数为重采样前的一半至三分之一。

3.如权利要求1所述的方法，特征是步骤2所述的N为5至10。

4.如权利要求1或3所述的方法，特征是步骤2所述的N在地震资料复杂时为5。

5.如权利要求1所述的方法，特征是步骤5小延拓步长Δz进行延拓的波场计算是，

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，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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