CN102033244B - 一种适于浅层高精度的曲地表叠加成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适于浅层高精度的曲地表叠加成像技术，属于地震勘探资料处理方法领域。本发明结合目的层层位的解释资料，确定真正的反射点位置，再采用曲地表反射波旅行时方程计算反射波旅行时，然后利用旅行时进行叠加成像，最后得到曲地表反射点校正后的叠加成像结果。本发明避免了常规静校正对旅行时计算结果的影响及存在的反射点发散等问题，旅行时计算准确，并解决了地表高差引起反射点弥散的问题，浅层地震成像精度高，尤其是浅层断层的刻画更为清楚、准确和可靠，这为地表起伏剧烈地区地震资料的浅层高精度的地震成像提供了一种实用的技术手段，减少了浅层地震勘探风险和浅层工程施工的危险。

Description

一种适于浅层高精度的曲地表叠加成像方法

技术领域

本发明属于地震勘探资料处理方法领域，具体涉及一种适于浅层高精度的曲地表叠加成像技术，针对地形起伏剧烈地区地震资料浅层高精度的叠加成像，特别是对浅层断层准确刻画，也可用于煤田、固体矿产、道路桥梁湖坝建设等工程地质勘探领域。

背景技术

水平叠加技术为一种业已成熟的叠加成像处理技术，但其理论基础是水平层状介质，要求炮点、检波点在同一基准面上，当近地表结构横向变化，尤其是地表高程剧烈变化时，处理之前需要进行大幅度的静校正处理，这使得：①它基于地表一致性假设，在地表起伏剧烈的山区就不能满足；②在地表起伏剧烈地区计算的静校正量较大，这种时移较大地改变了t₀，但没有还原反射波相应的双曲线形态；③计算的反射波旅行时精度不高，对浅层成像影响最明显；④CMP点偏离真正的反射点。这些问题使得地震资料成像，特别是浅层成像质量和成像精度都不高，不能满足浅层高精度地震勘探，特别是工程施工的需要。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种适于浅层高精度的曲地表叠加成像技术，提高地表起伏剧烈地区地震勘探成像的精度，特别是满足煤田、固体矿产、道路桥梁湖坝建设等工程地质方面的需要。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适于浅层高精度的曲地表叠加成像方法，所述方法是结合目的层层位的解释资料，确定真正的反射点位置，再采用曲地表反射波旅行时方程计算反射波旅行时，然后利用旅行时进行叠加成像，最后得到曲地表反射点校正后的叠加成像结果。

所述方法包括以下步骤：

（1）基于已有地震剖面解释目的层层位的深度和倾角；即用地震剖面数据解释目的层层位的深度和倾角，如果基于时间域的地震剖面进行解释，应将解释结果时深转化到深度域，如果是基于深度域的地震剖面进行解释，就可以直接应用解释结果.

（2）计算该道地震数据目的层反射波在成像空间内水平方向位置的偏移距离dx；

（3）计算该道地震数据目的层在成像空间内水平方向的正确位置；

（4）计算给定道地震数据的旅行时t；

（5）用步骤（4）计算的旅行时t进行叠加成像，水平方向的成像空间位置为步骤（3）得出的正确位置。

（6）输出曲地表反射点校正后的叠加成像结果

其中，所述步骤（1）的地震剖面解释中，S、R分别为起伏地表上的炮点和检波点，C为反射点，M代表S与R的中点，CMP为共中心点（共中心点CMP是指M点在反射界面上的竖直投影点）；

所述步骤（2）中用到的计算公式为：

$\mathrm{dx}=\frac{a}{2}\cos \mathrm{\α}-\frac{a}{2}\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\β})\cos \mathrm{\β}+\frac{a^2\sin 2(\mathrm{\α}-\mathrm{\β})\cos \mathrm{\β}}{8(h_0+h_{\mathrm{mo}}\cos \mathrm{\β})}---\left(1\right)$

（1）式中，

a为S、R点之间的直线距离；

h₀为CMP点到反射界面的垂直距离，即步骤（1）得到的目的层层位的深度；

h_mo为M点到地表CMP点的距离；

α为S与R连线与x轴正方向的夹角角度，逆时针方向为正；

β为反射界面与坐标X轴正方向的夹角角度，逆时针方向为正；β即为步骤（1）得到的目的层层位的倾角；

所述步骤（3）具体如下：令CMP点的坐标为x_CMP，用x_CMP+dx计算得到该道地震数据目的层在成像空间内水平方向的正确位置；

所述步骤（4）中用到的计算公式为：

$t^2={(\frac{{2h}_m}{v}+\frac{h_{\mathrm{sm}}}{v\cos \mathrm{\β}}+\frac{h_{\mathrm{rm}}}{v\cos \mathrm{\β}})}^2+{(\cos \mathrm{\β}+\sin \mathrm{\β}\tan \mathrm{\α})}^2\frac{x^2}{v^2},---\left(2\right)$

（2）式中， $\tan \mathrm{\α}=\frac{h_{\mathrm{rm}}-h_{\mathrm{sm}}}{x},$ 其中：

M为S与R水平方向的中点；

x为S与R之间的水平距离，即偏移距；

h_m为点M到反射界面的垂直距离；

h_sm、h_rm分别代表S、R的高程；

v为反射界面之上底层的层速度或叠加速度。

所述方法的优化方案是采用迭代实施来提高成像质量，所述迭代实施是在方法的上述步骤步骤（5）和步骤（6）之间增加了步骤（5.5）：

所述步骤（5.5）是判断曲地表反射点校正后的叠加成像结果，如果判断结果为是，则转入步骤（6），如果判断结果为否，则返回步骤（1），重复步骤（1）至步骤（5.5）。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本发明结合目的层位的解释资料，采用曲地表反射波旅行时方程计算反射波旅行时和真正反射点位置，旅行时计算准确，浅层地震成像精度高，尤其是浅层断层的刻画更为清楚和准确，提高了地表起伏剧烈地区浅层地震勘探成像的精度，特别是浅层断层位置刻画精度高；（2）理论模型数据测试结果表明地震成像断点干脆、位置准确；（3）该方法避免了常规静校正对旅行时计算结果的影响，并解决了地表高差引起反射点弥散的问题；（4）本发明为地表起伏剧烈地区地震资料的浅层高精度成像提供了一种实用的技术手段，减少了浅层地震勘探风险和浅层工程施工中的危险。

附图说明

图1是本发明中高差引起的真正反射点与CMP点偏移量计算的示意图。

图2是本发明方法实施步骤的框图。

图3是本发明方法中迭代实施的框图。

图4是理论模型数据正演的速度模型图。

图5是使用常规方法生成的叠加剖面图。

图6是使用本发明方法生成的叠加剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种适于浅层高精度的曲地表叠加成像方法，所述方法包括以下几部分：

一、计算地表高差引起反射点的发散

如图1所示，假设地下反射界面为一倾斜平界面，此时地表起伏剧烈及地下地层倾斜，造成中心点道集内各地震道的反射点发散，实际反射点与中心点CMP点的距离dx可表示为

$\mathrm{dx}=\frac{a}{2}\cos \mathrm{\α}-\frac{a}{2}\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\β})\cos \mathrm{\β}+\frac{a^2\sin 2(\mathrm{\α}-\mathrm{\β})\cos \mathrm{\β}}{8(h_0+h_{\mathrm{mo}}\cos \mathrm{\β})}---\left(1\right)$

图1中，S、R分别为起伏地表上的炮点和检波点，C为反射点，M代表S与R的中点；

（2）式中，

a为S、R点之间的直线距离；

h₀为CMP点到反射界面的垂直距离，可由已有的初始成像剖面目的层的解释结果计算得到；

h_mo为M点到地表CMP点的距离；

α、β分别是S与R之间的连线的倾角和反射层的倾角。

二、曲地表CMP道集反射波旅行时的精确计算

地表起伏情况下，假设地下反射界面以上为均匀介质时，CMP道集中各道反射波的旅行时间t可表达为

$t^2={(\frac{{2h}_m}{v}+\frac{h_{\mathrm{sm}}}{v\cos \mathrm{\β}}+\frac{h_{\mathrm{rm}}}{v\cos \mathrm{\β}})}^2+{(\cos \mathrm{\β}+\sin \mathrm{\β}\tan \mathrm{\α})}^2\frac{x^2}{v^2},---\left(2\right)$

式中， $\tan \mathrm{\α}=\frac{h_{\mathrm{rm}}-h_{\mathrm{sm}}}{x},$ 其中：

M为炮点S与检波点R水平方向的中点；

x为炮点S与检波点R水平方向的距离，即炮检距或偏移距；

α为炮点S与检波点R连线与x轴正方向的夹角角度，逆时针方向为正；

β为反射界面与坐标X轴正方向的夹角角度，逆时针方向为正；

h_m为点M到反射界面的垂直距离；

h_sm、h_rm分别代表炮点S、检波点R的高程；

v为反射界面之上底层的层速度（单层介质），或叠加速度（多层介质）；

β得到，v由一种曲地表地震资料速度分析的方法分析可得（可参考：一种曲面地表地震资料速度分析的方法，潘宏勋，2009，中国专利，申请号：200910236263.1）。

三、单道成像位置校正

对于CMP道集中的单道数据，令该道炮检点中点CMP的坐标为x_CMP（假设令y坐标均为0），用方程（2）计算出该道数据的旅行时，其水平方向的成像空间位置不是x_CMP（传统方法），而是x_CMP+dx，其中dx由（1）式计算。用此作为校正目的层在成像空间内水平方向的位置。

本发明具体实施的步骤如图2所示，包括：

（1）基于已有地震剖面解释目的层层位的深度和倾角；

（2）用（1）式计算该道地震数据目的层反射波在成像空间内水平方向位置的偏移距离dx；

（3）用x_CMP+dx计算该道地震数据目的层在成像空间内水平方向的正确位置；

（4）用（2）式计算给定道地震数据的旅行时t；

（5）用步骤（4）计算的旅行时进行叠加成像（注意是基于起伏地表），水平方向的成像空间位置为步骤（3）校正后得到的正确位置；

（6）输出曲地表反射点校正后的叠加成像结果.

四、迭代叠加成像的处理方法

本发明具体实施过程中，目的层的解释，曲地表速度分析及曲地表叠加成像可进行迭代实施，这样能进一步提高成像质量。一种高效实用的迭代实施的步骤如图3所示，具体如下：

①基于已有地震剖面解释目的层层位深度和倾角；

②用（1）式计算该道地震数据目的层反射波在成像空间内水平方向位置的偏移距离dx；

③用x_CMP+dx计算该道地震数据目的层在成像空间内水平方向的正确位置；

④用（2）式计算给定道地震数据的旅行时t；

⑤用步骤④计算的旅行时进行叠加成像（注意是基于起伏地表），水平方向的成像空间位置为步骤③校正后得到的正确位置;

⑥曲地表反射点校正后的叠加成像结果满意？如果是，则转入第⑦步，如果否，则返回第①步，重复步骤①至⑥。

⑦输出曲地表反射点校正后的叠加成像结果。

本发明的一个实施例如下：

理论模型数据正演的速度模型见图4，地形起伏剧烈，地表最大高差达580m，地下浅层300m处（模型左侧对应的深度）有一个水平的反射界面，但在1000桩号处有一断层，深层有一个倾斜反射层。从浅到深各层的层速度分别为2000m/s、2500m/s和3000m/s。使用常规方法生成的叠加剖面如图5所示，可以看出其断点不清楚，位置不准确，而用本文方法生成的叠加剖面如图6所示，可以看出断点干脆，位置准确。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。

Claims (1)

1.一种适于浅层的曲地表叠加成像方法，其特征在于：所述方法是结合目的层层位的解释资料，确定真正的反射点位置，再采用曲地表反射波旅行时方程计算反射波旅行时，然后利用旅行时进行叠加成像，最后得到曲地表反射点校正后的叠加成像结果；所述方法包括以下步骤：

（1）基于已有地震剖面解释目的层层位的深度和倾角，即用地震剖面数据解释目的层层位的深度和倾角，如果基于时间域的地震剖面进行解释，应将解释结果时深转化到深度域，如果是基于深度域的地震剖面进行解释，就可以直接应用解释结果；

（2）计算该道地震数据目的层反射波在成像空间内水平方向位置的偏移距离dx，即实际反射点与中心点CMP点的距离dx；

（3）计算该道地震数据目的层在成像空间内水平方向的正确位置；

（4）计算给定道地震数据的旅行时t；

（5）用步骤（4）计算的旅行时t进行叠加成像，水平方向的成像空间位置为步骤（3）得出的正确位置；

（6）输出曲地表反射点校正后的叠加成像结果；

其中，所述步骤（1）的地震剖面解释中，S、R分别为起伏地表上的炮点和检波点，C为反射点，M代表S与R的中点，CMP为共中心点；

所述步骤（2）中用到的计算公式为：

$\mathrm{dx}=\frac{a}{2}\cos \mathrm{\α}-\frac{a}{2}\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\β})\cos \mathrm{\β}+\frac{a^2\sin 2(\mathrm{\α}-\mathrm{\β})\cos \mathrm{\β}}{8(h_0+h_{\mathrm{mo}}\cos \mathrm{\β})}---\left(1\right)$

（1）式中，

a为S、R点之间的直线距离；

h₀为CMP点到反射界面的垂直距离，即步骤（1）得到的目的层层位的深度；

h_mo为M点到地表CMP点的距离；

α为S与R连线与x轴正方向的夹角角度，逆时针方向为正；

β为反射界面与坐标X轴正方向的夹角角度，逆时针方向为正；β即步骤（1）得到的目的层层位的倾角；

所述步骤（3）具体如下：令CMP点的坐标为x_CMP，用x_CMP+dx计算得到该道地震数据目的层在成像空间内水平方向的正确位置；

所述步骤（4）中用到的计算公式为：

$t^2={(\frac{{2h}_m}{v}+\frac{h_{\mathrm{sm}}}{v\cos \mathrm{\β}}+\frac{h_{\mathrm{rm}}}{v\cos \mathrm{\β}})}^2+{(\cos \mathrm{\β}+\sin \mathrm{\β}\tan \mathrm{\α})}^2\frac{x^2}{v^2},---\left(2\right)$

式中， $\tan \mathrm{\α}=\frac{h_{\mathrm{rm}}-h_{\mathrm{sm}}}{x},$ 其中：

M为S与R水平方向的中点；

x为S与R之间的水平距离，即偏移距；

h_m为点M到反射界面的垂直距离；

h_sm、h_rm分别代表S、R的高程；

v为反射界面之上底层的层速度或叠加速度；

所述步骤（5）中，曲地表速度分析及曲地表叠加成像采用迭代实施；

所述方法在步骤（5）和步骤（6）之间增加了步骤（5.5）：

所述步骤（5.5）是判断曲地表反射点校正后的叠加成像结果，如果判断结果为是，则转入步骤（6），如果判断结果为否，则返回步骤（1），重复步骤（1）至步骤（5.5）。

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