CN101980054A - 一种在高密度地震静校正处理中建立近地表速度模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油地球物理勘探和地质工程调查中的地震资料处理，针对单点高密度地震的检波器室内组合后静校正中，所需要的浅层速度模型进行研发，涉及地震勘探中近地表速度建模和静校正。一种在高密度地震静校正处理中建立近地表速度模型的方法，所述方法为设近地表速度随深度线性增加，根据近地表速度场初至波的物理性质，从高密度地震相邻检波点初至波的走时时差计算不同炮检距的折射波速度，后根据炮检距和折射波的关系建立近地表渐变速度场参数，进而建立近地表速度模型，改速度模型可直接用于地震处理中的静校正量计算，也可作为初始模型用于近地表速度的层析反演。该方法计算速度快，且不依赖震源造成的初至位置的变化。

Description

一种在高密度地震静校正处理中建立近地表速度模型的方法

技术领域

本发明属于石油地球物理勘探和地质工程调查中的地震资料处理，针对单点高密度地震的检波器室内组合后静校正中，所需要的浅层速度模型进行研发，涉及地震勘探中近地表速度建模和静校正。

背景技术

在单点高密度地震的检波器室内组合后静校正中，虽然单点高密度地震的室内组合可消除地形变化造成的组合时差，保持了反射信号的高频成分，但后续处理中仍需要解决的静校正问题。高密度地震组合后的静校正处理可采用常规的处理技术：包括高程静校正、折射静校正和层析静校正，不管采用那种方法都需要近地表速度问题，高程静校正采用常速地表模型，通常需要较高密度的近地表调查资料，如小折射和微测井，野外投入的工作量大；折射静校正采用层状速度模型，计算量小但精度较低；层析静校正采用网格速度模型，精度较高，但计算量大，处理过程受人为因素影响。

现有的静校正量的计算依赖于近地表模型的建立，一类建立近地表模型是通过近地表调查，常用的方法有微测井方法和小折射方法，直接测量近地表的速度随深度变化；另一类是通过地震记录中初至波包含的折射信息通过层状和网格分布的表层结构假设计算出近地表速度模型。近地表调查得到观测点的可靠速度结构，但由于成本较高，一般只进行有限点的测量，建立近地表模型需要作空间插值；初至反演的速度模型不需要空间插值，但往往地表层的速度难以准确求取。

发明内容

本发明根据现有技术中存在的技术上的难题，研发了一种在高密度地震静校正处理中建立近地表速度模型的方法。本发明是根据地层压实效应造成的地层速度由浅渐深速度逐渐增加的现象，假定近地表速度随深度线性增加，根据近地表速度场初至波的物理性质，从高密度地震相邻检波点初至波的走时时差计算不同炮检距的折射波速度，根据炮检距和折射波的关系建立近地表渐变速度场参数，该方法计算速度快，且不依赖震源造成的初至位置的变化。

本发明的设计原理：

(1)折射波速度和偏移距关系

如果近地表速度随深度的变化(图1)表示为：

v＝v₀+az(1)

设深度b的折射波速度为u，该深度折射波返回地面的偏移距可表示为：

$x={\∫}_0^b\tan \mathrm{\θdz}---\left(2\right)$

根据斯奈尔定律，延射线在各深度点的角度θ为：

$\mathrm{\θ}=\arcsin \left(\frac{v\left(z\right)}{v_b}\right)---\left(3\right)$

将(1)和(3)带入(2)得到：

$x=\frac{1}{a}{\∫}_{v0}^u\frac{v}{\sqrt{u^2-v^2}}\mathrm{dv}=\frac{1}{a}\sqrt{u^2-{v_0}^2}---\left(4\right)$

如果速度在炮检对称分布，(4)可进一步表示为：

u²＝0.25a²r²+v₀ ²(5)

式中r为偏移距，也就是炮点和检波点间的距离，根据(5)，我们就可以从不同偏移距的折射波速度计算出渐变速度模型的参数a和v0

(2)折射波速度估计

如果地震记录中的初至时间随偏移距变化曲线是平滑曲线，则每一偏移距上初始时间曲线的切线斜率就是折射波的慢度，那么，该偏移距的对应的折射波速度就是初至时间曲线的斜率的倒数。

实际地震记录中，由于地表条件变化、震源的不一致性以及检波器与地面耦合、以及各种噪音存在等因素初至时间的拾取存在一定的误差，因此对实际地震记录，尤其是小偏移距地震记录中，难以直接用初至波的时距曲线求准折射波速度。

一种较稳定的折射波速度的估计方法是利用高密度地震的初至时差求取。考虑到高密度单点地震检波器室内组合时的组合面积较小，一般应在20米半径范围内，如果表层和降速层的速度变化不太剧烈的话，那么，影响检波点间的相对静校时差的因素主要为表层土壤速度和高程，根据折射公式，相同激发点相邻两个检波点的初至时差(如图2)可表示为：

Δt＝sΔr+δ+ε(6)

式中Δt为初至时差，Δr为偏移距差，s为折射层慢度，δ就是两道间的相对静校正时差，ε为误差项，如果误差为随机分布，偏移距在一定范围内的折射层速度变化不大，则可以利用多个炮点的统计的方法得到。

设单点地震的一个组合面积内的组合基点(图3中的三角形)周围有M个检波点，偏移距在(R1，R2)范围内有N炮，这样就可以形成第i炮第i检波点相对于组合基点的初至时差和偏移距差数据集{Δt_ij，Δr_ij}(i＝1，...，M；j＝1，...，N)，利用(2)式和最小二乘原理，可以得到：

$s=\frac{\mathrm{MN}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}-\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ij}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{MN}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}-{\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}\right)}^2}---\left(7\right)$

式中：M为偏移距内的跑点总数，N为组合面积内的检波点数量。且：初至时差Δt_ij＝t_ij-t_i0，即第i炮第j个检波点初至时间t_ij与基点的初至时间t_i0之差，偏移距差Δr_ij＝r_ij-r_i0，即第i炮第j个检波点偏移距t_ij与基点的偏移距t_i0之差。与既有专利不同的是，在计算相对静校正时，推荐使用中远偏移距的初至参与计算，而本发明是为计算近地表速度场，与之相关的偏移距属于中近偏移距，所以只需要计算中近偏移距的折射波速度。

(3)速度模型参数建立

设R_i和R_i+1范围内的折射波速度u_i＝1/s_i，偏移距取所有炮点的与组合基点距离的平均值。共有K组折射波速度，则形成K组偏移距和速度对{(r_k，u_k)，k＝1，...，K}，利用公式(5)中的浅层速度模型参数与偏移距及折射波速度的关系，根据最小二乘原理，速度模型参数可用(8)计算：

$a=2\sqrt{\frac{K\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2{u_k}^2-\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{u_k}^2}{K\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^4-{\left(\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\right)}^2}}$

$v_0=\sqrt{\frac{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^4\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{u_k}^2-\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2{u_k}^2}{k\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^4-{\left(\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\right)}^2}}---\left(8\right)$

通过对所有点的循环，我们就可以估计出每一点的表层速度参数。

本发明的技术方案如下：

所述建立速度模型的方法包括如下步骤，

(1)从单点地震观测数据读取初至数据和各震源点和接收点坐标；

(2)从预设的组合后地震观测系统和组合方式数据；

(3)对偏移距分段：将偏移距分成4～10段，选取最大偏移距在静校正的基岩层深度的5倍以内；

(4)根据单点地震观测参数，对组合基点进行循环，取定组合面积；

计算各偏移距的折射波速度：查找组合面积内的检波点，计算组合面积内各检波点所有炮相对与组合基点的初至时差和偏移距差，采用下述公式计算各偏移距段的折射波慢度

$s=\frac{\mathrm{MN}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}-\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ij}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{MN}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}-{\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}\right)}^2}$

式中：M为偏移距内的跑点总数，N为组合面积内的检波点数量。且：初至时差Δt_ij＝t_ij-t_i0，即第i炮第j个检波点初至时间t_ij与基点的初至时间t_i0之差，偏移距差Δr_ij＝r_ij-r_i0，即第i炮第j个检波点偏移距t_ij与基点的偏移距t_i0之差。

(5)对折射波慢度求倒数，转换成折射波速度，形成一组偏移距-折射波速度数据集，采用该公式计算出该基点的速度模型参数v0和a

$a=2\sqrt{\frac{K\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2{u_k}^2-\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{u_k}^2}{K\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^4-{\left(\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\right)}^2}}$

$v_0=\sqrt{\frac{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^4\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{u_k}^2-\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2{u_k}^2}{k\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^4-{\left(\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\right)}^2}}$

式中K为总偏移距段数，第k段的折射波速度uk＝1/s_k；偏移距r_k取偏移距区间的中值或平均值。

(7)结束，形成地震勘探区的浅层速度模型，该速度模型科直接用于地震处理中的静校正或其它浅层速度反演的初始速度。

所述建立速度模型的方法步骤3中，对偏移距分段：将偏移距分成4～10段，选取最大偏移距在静校正的基岩层深度的5倍以内；各偏移距段可以等距离排列，也可以根据地震观测方式，依据各偏移距段中炮点数相当的原则不等分偏移距段。

本发明所研发的近地表渐变速度模型及其速度参数计算技术，只涉及到的高密度地震数据是初至时间差和各种偏移距，偏移距是在野外测量时已经确定，初至是人工拾取或计算机自动拾取，在计算过程中，初至时间只采用了相对变化量，因此，初至位置无论是在能量的起跳点，还是在波峰波谷，对本方案的最终结果没有影响。同时，本发明设计的技术方案对每一个组合范围检波点直接估计出近地表速度的垂向变化，能较好的解决地震资料处理中静校正的中长波场的静校正问题，相对于当前的静校正量计算反演近地表模型，内存占用少，且计算量大大降低。

附图说明

图1渐变速度模型(右)下折射波路径(左)示意图

图2相邻检波点折射波路径示意图；其中①风化层②降速层③折射层；

图3检波器组合范围内折射波估计示意图；

□炮点位置■选中的炮点△组合基点●组合面积内的检波点

图4为本发明方法流程图。

将结合发明内容和具体实施方式加以说明。

具体实施方式

本发明所研发的方法，如图4：

(1)将偏移距分段。一般将偏移距分成4～10段，根据表层地质条件情况确定各段的偏移距范围，选取的最大偏移距一般选择在静校正选择的基岩层深度的5倍以内，各偏移距段可以等距离排列，也可以根据地震观测方式，依据各偏移距段中炮点数相当的原则不等分偏移距段；

(2)根据单点地震观测参数，对组合基点进行循环，取定组合面积。组合基点及其对应的组合面积可以直接从高密度地震勘探设计中获取，也可以在计算过程中仁伟定义；

(3)计算各偏移距的折射波速度。查找组合面积内的检波点，计算组合面积内各检波点所有炮相对与组合基点的初至时差和偏移距差，采用公式(7)计算各偏移距段的折射没慢度；

(4)将折射波慢度转换成折射波速度，形成一组偏移距-折射波速度数据集，采用公式(8)计算出该基点的速度模型参数v0和a

(5)循环结束。就可以形成地震勘探区的浅层速度模型，该速度模型科直接用于地震处理中的静校正或其它浅层速度反演的初始速度。

Claims (3)

1.一种在高密度地震静校正处理中建立近地表速度模型的方法，其特征在于，

所述方法为设近地表速度随深度线性增加，根据近地表速度场初至波的物理性质，从高密度地震相邻检波点初至波的走时时差计算不同炮检距的折射波速度，后根据炮检距和折射波的关系建立近地表渐变速度场参数，进而建立近地表速度模型，用于地震处理中的静校正量计算，或作为初始模型用于近地表速度的层析反演。

2.根据权利要求1所述的一种在高密度地震静校正处理中建立近地表速度模型的方法，其特征在于，所述建立速度模型的方法包括如下步骤，

(1)从单点地震观测数据读取初至数据和各震源点和接收点坐标；

(2)从预设的组合后地震观测系统和组合方式数据；

(3)对偏移距分段：将偏移距分成4～10段，选取最大偏移距在静校正的基岩层深度的5倍以内；

(4)根据单点地震观测参数，对组合基点进行循环，取定组合面积；

(5)计算各偏移距的折射波速度：查找组合面积内的检波点，计算组合面积内各检波点所有炮相对与组合基点的初至时差和偏移距差，采用下述公式计算各偏移距段的折射波慢度

$s=\frac{\mathrm{MN}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}-\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ij}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{MN}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}-{\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δr}}_{\mathrm{ij}}\right)}^2}$

式中：M为偏移距内的跑点总数，N为组合面积内的检波点数量

且：初至时差Δt_ij＝t_ij-t_i0，即第i炮第j个检波点初至时间t_ij与基点的初至时间t_i0之差，偏移距差Δr_ij＝r_ij-r_i0，即第i炮第j个检波点偏移距t_ij与基点的偏移距t_i0之差；

(6)将折射波慢度转换成折射波速度，形成一组偏移距-折射波速度数据集，采用下述公式计算出该基点的速度模型参数v0和a

$a=2\sqrt{\frac{K\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2{u_k}^2-\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{u_k}^2}{K\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^4-{\left(\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\right)}^2}}$

$v_0=\sqrt{\frac{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^4\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{u_k}^2-\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2{u_k}^2}{k\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^4-{\left(\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{r_k}^2\right)}^2}}$

式中K为总偏移距段数，第k段的折射波速度uk＝1/s_k；偏移距r_k取偏移距区间的中值或平均值；

(7)结束，形成地震勘探区的浅层速度模型，该速度模型科直接用于地震处理中的静校正或其它浅层速度反演的初始速度。

3.根据权利要求2所述的一种在高密度地震静校正处理中建立近地表速度模型的方法，其特征在于，

所述建立速度模型的方法步骤3中，对偏移距分段：将偏移距分成4～10段，选取最大偏移距在静校正的基岩层深度的5倍以内；各偏移距段可以等间距排列，也可以根据地震观测方式，依据各偏移距段中炮点数大致相当的原则不等分偏移距段。

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