CN101915938A - 一种转换波的偏移成像方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种转换波的偏移成像方法，包括：系统根据得到的一道转换波地震数据，获取并根据该道转换波地震数据的道头字信息，计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据并构建该道转换波地震数据的CSP道集，继续遍历所有地震道，生成全部CSP道集；通过成像网格位置的方式，根据构建后的转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，将得到的所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据进行叠加成像，生成转换波的偏移成像信息。本发明解决了在没有速度的情况下，不依赖纵波信息的转换波的无动校正实现直接叠加成像的问题。

Description

一种转换波的偏移成像方法及装置

技术领域

本发明涉及转换波的偏移成像领域，尤其涉及一种转换波的偏移成像方法及装置。

背景技术

转换波的偏移成像领域中转换波叠前偏移包括时间偏移与深度偏移，转换波叠前时间偏移技术的发展历程不长，但是现在已发展到各向同性和各向异性两种偏移方法。转换波各向同性偏移方法主要有：等效偏移距法(EOM)，虚拟偏移距法(POM)，共炮点记录叠前相移偏移等方法。当前的EOM叠前时间偏移方法，该方法建立在Kirchhoff叠前时间偏移基础上，主要分两步：第一步把每个输入的样点映射到一个共散射点(CSP)道集，并在等效偏移距上把它们累计起来；第二步是对共散射点道集进行求和完成叠前时间偏移。POM偏移方法是Wang(2001)等在EOM的基础上重新引入虚拟偏移距(POM)，实现方法与EOM类似，但是该方法对速度的依赖性更小。转换波共炮点记录叠前相移法偏移是以相移法为基础，主要求出相移时间，针对PSV波射线路径的非对称性，波场延拓时，用纵波速度进行正向延拓，对反向延拓时用横波速度，每外推一个延拓步长时，用互相关成像法。

转换波各向异性叠前时间偏移主要有：精确旅行时各向异性叠前时间偏移，各向异性双平方根方程叠前时间偏移，LXY改进双平方根方程叠前时间偏移。实现过程一般分为两步：第一步，在渐近线(ACP)道集的基础上建立起叠加速度模型，完成转换波叠加处理，获得转换波叠加数据；第二步，根据叠加速度模型进行偏移速度分析获得各向异性参数，并根据共成像点道集优化偏移速度模型，然后做叠前时间偏移处理，获得最终叠前偏移结果。

转换波叠前时间偏移可以替代CCP抽道集、DMO、叠后时间偏移等时间域处理流程，可使成像效果明显提高；转换波叠前深度偏移能够适应更为复杂的地质情况，利用地层深度的唯一性特点对转换波在深度域进行成像，有利于提高成像的精度，也有利于后续的多分量解释。中国科学院地质与地球物理研究所的王妙月研究员曾在上个世纪80年代后期开展了弹性波Kirchhoff叠前深度偏移技术研究，能够实现X、Y、Z三个分量数据的同时偏移，这项技术在胜利、轮南、汪家屯的多分量转换波地震勘探中得到很好的应用。之后，又发展了弹性波有限元逆时偏移技术，对多分量合成数据实现了较高精度的叠前深度偏移。当前的技术中对傅立叶有限差分转换波叠前深度偏移技术进行了发展，获得较好的应用效果。但是，叠前深度偏移技术对速度模型要求非常苛刻，且处理周期长，费用高，目前在勘探中应用程度不高。

综上所述，当前需要一种针对低信噪比的转换波数据，通过干涉叠加的技术方案在没有速度的情况下，解决不依赖纵波信息的转换波的无动校正实现直接叠加成像的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种转换波的偏移成像方法及装置，解决了在没有速度的情况下，不依赖纵波信息的转换波的无动校正实现直接叠加成像的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种转换波的偏移成像方法，包括：

系统根据得到的一道转换波地震数据，获取该道转换波地震数据的道头字信息并进行存储；

所述系统根据得到的所述道转换波地震数据的道头字信息，计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据并构建该道转换波地震数据的共散射点CSP道集，系统继续遍历所有地震道，生成全部CSP道集并进行存储；

系统通过成像网格位置的方式，根据构建后的所述转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，同时将得到的数据进行存储；

所述系统将得到的所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据进行叠加成像，生成所述转换波的偏移成像信息。

进一步地，上述方法还可包括，所述系统根据得到的一道转换波地震数据，获取该道转换波地震数据的道头字信息后，还包括：

所述系统根据获取的该道转换波地震数据的道头字信息，建立该转换波地震数据的三维基本图像信息并进行存储。

进一步地，上述方法还可包括，所述系统计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据，是通过以下公式完成：

$h_e={(x^2+h^2-{\left(\frac{2\mathrm{xh}}{\mathrm{tv}\left(T_0\right)}\right)}^2)}^{\frac{1}{2}},$

其中，散射点在地表的投影与接收点的等效偏移距环之间的距离为h_e；震源点和接收点所连直线的中点与散射点在地表的投影之间的距离为x，震源点和接收点所连直线的中点与震源点之间的距离为h，t为地震波总旅行时，T₀为单程地震波旅行时。

进一步地，上述方法还可包括，所述系统通过成像网格位置的方式，根据构建后的所述转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，是指：

所述系统通过成像网格位置的方式，根据所述h_e将输入道在t_i时刻的地震振幅的时间平移到以散射点在地表的投影的CSP道集中且对应等效偏移距点为接收点的偏移距点的位置；通过不同震源点与接收点地震道的输入，在不同CSP道集的不同等效偏移距位置进行地震道数据的平移，得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据。

本发明还提供了一种转换波的偏移成像装置，包括输入数据单元、控制计算单元、存储单元和图像生成单元，其中，

所述输入数据单元，用于根据得到的一道转换波地震数据，获取该道转换波地震数据的道头字信息并发送给所述控制计算单元和所述存储单元；

所述控制计算单元，用于根据得到的所述道转换波地震数据的道头字信息，计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据并构建该道转换波地震数据的共散射点CSP道集，继续遍历所有地震道，生成全部CSP道集，通过成像网格位置的方式，根据构建后的所述转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，并发送给所述图像生成单元和所述存储单元；

所述图像生成单元，用于将得到的所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据进行叠加成像，生成所述转换波的偏移成像信息；

所述存储单元，用于存储数据信息。

进一步地，上述装置还可包括，所述输入数据单元，还用于根据获取的该道转换波地震数据的道头字信息，建立该转换波地震数据的三维基本图像信息。

进一步地，上述装置还可包括，所述控制计算单元计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据，是通过以下公式完成：

$h_e={(x^2+h^2-{\left(\frac{2\mathrm{xh}}{\mathrm{tv}\left(T_0\right)}\right)}^2)}^{\frac{1}{2}},$

其中，散射点在地表的投影与接收点的等效偏移距环之间的距离为h_e；震源点和接收点所连直线的中点与散射点在地表的投影之间的距离为x，震源点和接收点所连直线的中点与震源点之间的距离为h，t为地震波总旅行时，T₀为单程地震波旅行时。

进一步地，上述装置还可包括，所述控制计算单元通过成像网格位置的方式，根据构建后的所述转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，是指：

所述控制计算单元通过成像网格位置的方式，根据所述h_e将输入道在t_i时刻的地震振幅的时间平移到以散射点在地表的投影的CSP道集中且对应等效偏移距点为接收点的偏移距点的位置；通过不同震源点与接收点地震道的输入，在不同CSP道集的不同等效偏移距位置进行地震道数据的平移，得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据。

与现有技术相比，应用本发明，解决了在没有速度的情况下，不依赖纵波信息的转换波的无动校正实现直接叠加成像的问题，同时本发明的方法可无需速度分析进行迭代，直接获得转换波叠加成像结果，简化了流程，提高了成像精度和工作效率。

附图说明

图1是本发明的转换波的偏移成像方法的流程图；

图2是本发明的三维观测系统示意图；

图3是图2的三维观测系统的剖面的CSP道集映射示意图；

图4是本发明的转换波的偏移成像装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

值得注意的是：本发明的方法在具体实现中要通过系统中各设备之间信息交互来进行信息和/或数据的收集，并通过其内的控制器(可以是CPU等进行控制处理信息和/或数据，本发明对此不作任何限定)，其间还可以通过各种存储器(可以是内存、硬盘或其他存储设备)进行信息和/或数据的储存和传送，本发明对此不作任何限定。

如图1所示，本发明的一种转换波的偏移成像方法，包括以下步骤，

步骤10：系统根据得到的一道转换波地震数据，获取该道转换波地震数据的道头字信息并进行存储；

系统根据一道转换波地震数据，获取该道转换波地震数据的道头字信息后，根据获取的该道转换波地震数据的道头字信息，建立该转换波地震数据的三维基本图像信息并进行存储。

将地下各向同性介质离散成网格节点，每个节点即为散射点。以图1例，输入一道地震数据，获取其道头字信息：S为震源点，R为接收点；建立三维观测系统。O点(圆心)为散射点在地表的投影，震源点S所在圆环为震源环，接收点R所在圆环为接收环。根据惠更斯-菲涅尔原理，对于O点来说，震源环上任意位置激发，接收环上任意位置接收，地震波的旅行时不变。假设E点所在的圆环为等效偏移距环，则该圆环上所有点都可以进行输入道数据的等时平移。根据将R、S旋转至R’、S’，位置上，使得R’、S’与E都位于Inline或Xline线上。

步骤20：系统根据得到的所述道转换波地震数据的道头字信息，计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据并构建该道转换波地震数据的共散射点(CSP)道集，系统继续遍历所有地震道，生成全部CSP道集并进行存储；

系统根据所述道转换波地震数据的道头字信息，计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据并构建该道转换波地震数据的共散射点(CSP)道集，得到该道转换波地震数据的平移图像信息。

图2与图3的R与S点含义相同，图3是图2的剖面形态，C为散射点且深度为Z，其在地表的投影为O，v_down为下行波速度，γ为下行波速度与上行波速度的比值。对于转换波来说，下行波为纵波，上行波为横波。在均方根速度概念下，地震波在C点上方介质传播时，可以认为是直射线传播。假设C点处的均方根速度为v，SC之间的直射线旅行时为t_s，CR之间的直射线旅行时为t_r，一定能在震源点S与接收点R之间找到一点E，CE之间的单程地震波旅行时t_e与t_s、t_r之间满足

2t_e＝t_s+t_r＝t                (1)

t为地震波总旅行时，定义E点为等效偏移距点。假设SR的中心点为M，OM之间距离为x，MS之间距离为h(半个炮检距)，则

$t=t_s+t_r=\frac{{[z^2+{(x+h)}^2]}^{\frac{1}{2}}}{v_{\mathrm{down}}}+\frac{\mathrm{\γ}{[z^2+{(x-h)}^2]}^{\frac{1}{2}}}{v_{\mathrm{down}}},---\left(2\right)$

假设存在一个替换速度v，使得

$t=t_s+t_r=\frac{{[z^2+{(x+h)}^2]}^{\frac{1}{2}}}{v}+\frac{{[z^2+{(x-h)}^2]}^{\frac{1}{2}}}{v},---\left(3\right)$

其中， $v=\frac{1+M}{1+\mathrm{M\γ}}\·v_{\mathrm{down}},$ $M={\left[\frac{z^2+{(x-h)}^2}{z^2+{(x+h)}^2}\right]}^{\frac{1}{2}}.$

替换速度v的存在表明PS波的常速度无动校正叠加成像方法可以采用与PP波完全相同的方法。对于特定工区来说，可以根据测井数据来确定整个工区地层的平均速度作为替换速度。

令OE之间的距离为h_e，则

$t_e=\frac{{[z^2+h_e^2]}^{\frac{1}{2}}}{v},---\left(4\right)$

所以

$2\frac{{[z^2+h_e^2]}^{\frac{1}{2}}}{v}=\frac{{[z^2+{(x+h)}^2]}^{\frac{1}{2}}}{v}+\frac{{[z^2+{(x-h)}^2]}^{\frac{1}{2}}}{v},---\left(5\right)$

假设C处的单程地震波旅行时为T₀，则z＝T₀×v(T₀)，则

$2{[T_0^2+\frac{h_e^2}{v^2}]}^{\frac{1}{2}}={[T_0^2+\frac{{(x+h)}^2}{v^2}]}^{\frac{1}{2}}+{[T_0^2+\frac{{(x-h)}^2}{v^2}]}^{\frac{1}{2}},---\left(6\right)$

可以求得等效偏移距的解析解为

$h_e={(x^2+h^2-{\left(\frac{2\mathrm{xh}}{\mathrm{tv}\left(T_0\right)}\right)}^2)}^{\frac{1}{2}},---\left(7\right)$

公式(7)符合双曲线方程的特征，通过公式(7)构建一个新的道集，即共散射点(CSP，Common Scattering Point)道集，散射点在地面的投影为O，接收点的偏移距为等效偏移距(如E点)；将震源点在S点，接收点在R点的地震道作为输入道，利用公式(7)将输入道在ti时刻的地震振幅等时间平移到以O点为散射点投影的CSP道集中且对应等效偏移距点为E点的位置(即图中F点)。通过不同震源点与接收点地震道的输入，可以在不同CSP道集的不同等效偏移距位置(如E_n、E_m等)进行地震道数据的平移，最终形成以C点为顶点的双曲线CF_nFF_m。

步骤30：系统通过成像网格位置的方式，根据构建后的所述转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，同时将得到的数据进行存储；

系统根据成像网格点的位置，将每个CSP道集的等效偏移距点并置在网格节点上，并建立道头字。

步骤40：系统将得到的所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据进行叠加成像，生成该转换波的偏移成像信息。

从上可以看出，本发明的方法可以不通过纵波速度直接对转换波成像；同时无需速度分析进行迭代，直接获得转换波叠加成像结果。

如图4所示，一种转换波的偏移成像装置，包括输入数据单元、控制计算单元、存储单元和图像生成单元，其中，

所述输入数据单元，用于根据得到的一道转换波地震数据，获取该道转换波地震数据的道头字信息并发送给所述控制计算单元和所述存储单元；

所述控制计算单元，用于根据得到的所述道转换波地震数据的道头字信息，计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据并构建该道转换波地震数据的共散射点CSP道集，继续遍历所有地震道，生成全部CSP道集，通过成像网格位置的方式，根据构建后的所述转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，并发送给所述图像生成单元和所述存储单元；

所述图像生成单元，用于将得到的所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据进行叠加成像，生成所述转换波的偏移成像信息；

所述存储单元，用于存储数据信息。

所述输入数据单元，还用于根据获取的该道转换波地震数据的道头字信息，建立该转换波地震数据的三维基本图像信息。

所述控制计算单元计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据，是通过以下公式完成：

$h_e={(x^2+h^2-{\left(\frac{2\mathrm{xh}}{\mathrm{tv}\left(T_0\right)}\right)}^2)}^{\frac{1}{2}},$

其中，散射点在地表的投影与接收点的等效偏移距环之间的距离为h_e；震源点和接收点所连直线的中点与散射点在地表的投影之间的距离为x，震源点和接收点所连直线的中点与震源点之间的距离为h，t为地震波总旅行时，T₀为单程地震波旅行时。

所述控制计算单元通过成像网格位置的方式，根据构建后的所述转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，是指：

所述控制计算单元通过成像网格位置的方式，根据所述h_e将输入道在t_i时刻的地震振幅的时间平移到以散射点在地表的投影的CSP道集中且对应等效偏移距点为接收点的偏移距点的位置；通过不同震源点与接收点地震道的输入，在不同CSP道集的不同等效偏移距位置进行地震道数据的平移，得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据。

本发明技术方案带来的有益效果：

(1)替换速度选择：以淮南3D3C转换波数据为例，根据不同替换速度的转换波CSP道集，随着替换速度的增大，成像范围扩大到远道。当速度大于2000m/s时，虽然速度的大小没有改变三角形框内煤层PS反射波的形态，但是三角形框外的目标煤层的PS反射波受到浅层噪音干扰较大，所以2000m/s为转换最佳替换速度。

(2)成像效果分析：由于纵波与转换波的反射时间相差较大，通过声波曲线标定，将整个煤系地层按照纵横波速度比分成三个部分：1、新生界以上的平均纵横波速度比为3.9；2、新生界与13-1煤之间平均纵横波速度比为2.1；3、13-1煤与1煤之间平均纵横波速度比为1.8。根据大套层的纵横波速度比将纵波层位进行拉伸，并将其层位投影到转换波剖面上，以便与转换波的同相轴进行对比分析；通过在PSV波干涉叠加成像以及PSV波基于CCP道集的成像、PSH波干涉叠加成像以及PSH波基于CCP道集的成像上进行测试，干涉叠加成像方法对转换波进行成像受各向异性与速度影响小，所以获得较好的成像效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种转换波的偏移成像方法，其特征在于，包括：

系统根据得到的一道转换波地震数据，获取该道转换波地震数据的道头字信息并进行存储；

所述系统根据得到的所述道转换波地震数据的道头字信息，计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据并构建该道转换波地震数据的共散射点CSP道集，系统继续遍历所有地震道，生成全部CSP道集并进行存储；

系统通过成像网格位置的方式，根据构建后的所述转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，同时将得到的数据进行存储；

所述系统将得到的所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据进行叠加成像，生成所述转换波的偏移成像信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述系统根据得到的一道转换波地震数据，获取该道转换波地震数据的道头字信息后，还包括：

所述系统根据获取的该道转换波地震数据的道头字信息，建立该转换波地震数据的三维基本图像信息并进行存储。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述系统计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据，是通过以下公式完成：

$h_e={(x^2+h^2-{\left(\frac{2\mathrm{xh}}{\mathrm{tv}\left(T_0\right)}\right)}^2)}^{\frac{1}{2}},$

其中，散射点在地表的投影与接收点的等效偏移距环之间的距离为h_e；震源点和接收点所连直线的中点与散射点在地表的投影之间的距离为x，震源点和接收点所连直线的中点与震源点之间的距离为h，t为地震波总旅行时，T₀为单程地震波旅行时。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述系统通过成像网格位置的方式，根据构建后的所述转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，是指：

所述系统通过成像网格位置的方式，根据所述h_e将输入道在t_i时刻的地震振幅的时间平移到以散射点在地表的投影的CSP道集中且对应等效偏移距点为接收点的偏移距点的位置；通过不同震源点与接收点地震道的输入，在不同CSP道集的不同等效偏移距位置进行地震道数据的平移，得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据。

5.一种转换波的偏移成像装置，其特征在于，

包括输入数据单元、控制计算单元、存储单元和图像生成单元，其中，

所述输入数据单元，用于根据得到的一道转换波地震数据，获取该道转换波地震数据的道头字信息并发送给所述控制计算单元和所述存储单元；

所述控制计算单元，用于根据得到的所述道转换波地震数据的道头字信息，计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据并构建该道转换波地震数据的共散射点CSP道集，继续遍历所有地震道，生成全部CSP道集，通过成像网格位置的方式，根据构建后的所述转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，并发送给所述图像生成单元和所述存储单元；

所述图像生成单元，用于将得到的所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据进行叠加成像，生成所述转换波的偏移成像信息；

所述存储单元，用于存储数据信息。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述输入数据单元，还用于根据获取的该道转换波地震数据的道头字信息，建立该转换波地震数据的三维基本图像信息。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述控制计算单元计算该道转换波地震数据的常速度等效偏移距的数据，是通过以下公式完成：

$h_e={(x^2+h^2-{\left(\frac{2\mathrm{xh}}{\mathrm{tv}\left(T_0\right)}\right)}^2)}^{\frac{1}{2}},$

其中，散射点在地表的投影与接收点的等效偏移距环之间的距离为h_e；震源点和接收点所连直线的中点与散射点在地表的投影之间的距离为x，震源点和接收点所连直线的中点与震源点之间的距离为h，t为地震波总旅行时，T₀为单程地震波旅行时。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述控制计算单元通过成像网格位置的方式，根据构建后的所述转换波地震数据中每道的CSP道集，建立每道的CSP道集道头字信息，并根据每道的CSP道集道头字信息得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据，是指：

所述控制计算单元通过成像网格位置的方式，根据所述h_e将输入道在t_i时刻的地震振幅的时间平移到以散射点在地表的投影的CSP道集中且对应等效偏移距点为接收点的偏移距点的位置；通过不同震源点与接收点地震道的输入，在不同CSP道集的不同等效偏移距位置进行地震道数据的平移，得到所有CSP道集内坐标相同的等效偏移距的地震数据。

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