CN102269821B - 一种wefox分裂法双向聚焦叠前地震成像方法 - Google Patents

Abstract

一种WEFOX分裂法双向聚焦叠前地震成像方法，它是基于分裂法双向聚焦成像理论的最大能量积分法成像技术，其核心技术是对聚焦算子的计算。该方法的实现是在地震波的有效频带范围内计算具有最大能量的地震波旅行时和振幅，将射线理论和波动理论有机地结合，解决了目前复杂构造的叠前偏移成像技术过分依赖于速度模型的缺点。该方法的优势是在低信噪比、复杂构造地区的地震资料处理，都能很好地使地下复杂构造成像。

Description

一种WEFOX分裂法双向聚焦叠前地震成像方法

技术领域

本发明涉及三维地震数据叠前偏移成像技术，具体的说是解决了目前复杂构造的叠前偏移成像技术过分依赖于速度模型的缺点。该方法的优势是在低信噪比、复杂构造地区的地震资料处理，都能很好地使地下复杂构造成像。

技术背景

在低信噪比、复杂构造地区的地震资料处理中，三维地震数据叠前偏移成像技术是必不可少的重要工具。基于分裂法双向聚焦成像理论的最大能量积分法成像技术，其核心技术是对聚焦算子的计算。该方法的实现是在地震波的有效频带范围内计算具有最大能量的地震波旅行时和振幅，将射线理论和波动理论有机地结合。

1.该发明结合目前石油勘探地震处理软件的现状，由潜能恒信能源技术股份有限公司研发完成；

2.本发明之分裂法双向聚焦叠前地震成像方法，提高复杂构造成像精度，进而为提高勘探精度开辟了一套新的思路，以减少石油勘探风险；

发明内容

本发明是提供一种针对低信噪比、复杂构造地区的地震资料处理叠前地震成像方法，可使低信噪比、复杂构造地区的地震资料叠前地震成像精度明显提高，更准确地反映地下复杂构造的真实情况。

本发明的WEFOX分裂法双向聚焦叠前地震成像方法，创新点主要有如下五点：

2)通过对数据矩阵进行时移后加权叠加的方法，实现针对该点的上行波场反向延拓的检波聚焦；

3)通过对CFP道集进行时移后加权叠加的方法，实现针对该点的下行波场反向延拓的震源聚焦；

4)读取叠前地震道集数据，存储于集群机磁盘阵列中；

5)聚焦算子的计算；

6)找出具有最大能量的地震波传播时间的方法。

本发明的具体实现原理如下：

第j炮激发、第i道接收单道数据的物理过程可表示为：

$P_{i,j}\left(z_0\right)=D_i^{-}\left(z_0\right)[{\∫}_0^{\∞}{W}^{-}(z_0,z)R\left(z\right)\×W^{+}(z,z_0)\mathrm{dz}]S_j^{+}\left(z_0\right)$ (公式2-1)

Pi，j为数据矩阵；Di为检波点矩阵，每一行表示一个检波点在地表记录的上行波场；W-为从z到z0的上行波场传播算子矩阵；R为深度z处的地下网格点的反射系数矩阵；W+为描述下行波场从z到z0的传播效应；Sj震源矩阵，每一列表示一个震源在地表激发的下行波场。引入格林函数的概念，上式变为：

$P\left(z_0\right)={\∫}_0^{\∞}{G}^{-}(z_0,z)R\left(z\right)G^{+}(z,z_0)\mathrm{dz}$ (公式2-2)

G(z，z0，w)表示物理可实现的离源而去的地震波场，其共轭转置形式G*(z0，z，w)，即逆时聚焦算子，表示物理不可实现的向源传播的波场。聚焦过程可以理解为对地震波传播过程的反运算，需要使用逆时聚焦算子。

假设地下深度zm位置存在一个虚拟接收点，通过对数据矩阵进行时移后加权叠加的方法，实现针对该点的上行波场反向延拓的检波聚焦：

$U\left(z_m\right)=\underset{{\mathrm{\Ω}}_R}{\∫\∫}{G}^{-*}(z_m,z_0)P\left(z_0\right)d{\mathrm{\Ω}}_R$ (公式2-3)

其中积分区域表示以聚焦点为中心所限定的炮记录数据的孔径范围。通过聚焦运算，将一炮记录转化为位于震源处单一道记录，数据也被转换到半偏移域，对孔径内所有炮做聚焦运算，把结果集中便得到该点的CFP道集U(zm)。

同理，地下深度Zm位置存在一个虚拟理想震源，通过对CFP道集进行时移后加权叠加的方法，实现针对该点的下行波场反向延拓的震源聚焦，生成该网格点成像结果R(zm)：

$R\left(z_m\right)=\underset{{\mathrm{\Ω}}_S}{\∫\∫}{U\left(z_m\right)G}^{+*}(z_0,z_m)d{\mathrm{\Ω}}_S$ (公式2-4)

积分区域表示以一个CFP′道集数据对所有地下网格点重复上述双聚焦过程的孔径范围。忽略地震波传播方向的影响，可以把两次聚焦过程写成统一的积分公式：

$R\left(z_m\right)=\underset{R_S}{\∫\∫}\left[\underset{{\mathrm{\Ω}}_R}{\∫\∫}G(z_m,z_0)P\left(z_0\right)d{\mathrm{\Ω}}_R\right]G(z_0,z_m)\mathrm{d\Ωs}$

$=\underset{{\mathrm{\Ω}}_S}{\∫\∫}\underset{{\mathrm{\Ω}}_R}{\∫\∫}G(z_0,z_m)G(z_m,z_0)P\left(z_0\right)d{\mathrm{\Ω}}_{R}d{\mathrm{\Ω}}_S$ (公式2-5)

计算上式的关键在于对格林函数，也就是聚焦算子的计算。

$=[G^{*}\left({\mathrm{\ω}}_1\right)...G^{*}\left({\mathrm{\ω}}_n\right)]E\left[\begin{array}{c}G\left({\mathrm{\ω}}_1\right)\\ .\\ .\\ .\\ G\left({\mathrm{\ω}}_n\right)\end{array}\right]$ (公式2-6)

利用二次多项式拟合时间域格林函数信号能量谱：

式中： $E=E_{k1}=e^{i({\mathrm{\ω}}_k-{\mathrm{\ω}}_t)t}$ (k，1＝1，，2，...n)

为了找出具有最大能量的地震波传播时间，需要求出E(t)的一次和二次导数，因只有E中含有时间项，所以对E求导即可：

E′＝i(ω_k-ω_t)E

E″＝-(ω_k-ω_t)E (公式2-7)

使用牛顿迭代法找出最大能量时间，也就是时间一阶导数为零的采样点时间：

$t_{\max }=t-\frac{\mathrm{dE}}{\mathrm{dt}}/\frac{d^{2}E}{{\mathrm{dt}}^2}$ (公式2-8)

附图说明

图1是本发明WEFOX分裂法双向聚焦叠前地震成像方法流程图；

图2是SEG-MARMOUSI理论模型；

图3是本发明与常规叠前偏移方法的成像效果对比；

通过著名的SEG-MARMOUSI模型的试验，验证了WEFOX成像方法的有效性和保真性。图2为SEG-MARMOUSI模型，图3为常规叠前偏移方法与WEFOX方法的保幅剖面对比。WEFOX成像结果波组特征清晰，断面清楚、信噪比高，尤其是断裂带下方的构造形态成像精明显高于常规偏移方法。

具体实施方式

本发明的WEFOX分裂法双向聚焦叠前地震成像方法，其具体实施方式为：

(1)读取叠前地震道集数据和测井数据，存储于集群机磁盘阵列中；

(2)给出偏移算子；

(3)算出炮点、检波点聚焦道集；

(4)计算出最大能量聚焦算子；

(5)将地震记录中的两种道集进行分裂法双向叠前聚焦；

(6)对合成两种道集，进行叠前偏移成像；

(7)将成果数据写入集群机磁盘阵列中。

Claims (1)

1.一种分裂法双向聚焦叠前地震成像方法，其特征在于，具体步骤包括：

1)、通过对数据矩阵进行时移后加权叠加的方法，实现针对虚拟接收点的上行波场反向延拓的检波聚焦；假设地下深度zm位置存在一个虚拟接收点，通过聚焦运算，将一炮记录转化为位于震源处单一道记录，数据也被转换到半偏移域，对孔径内所有炮做聚焦运算，把结果集中便得到该虚拟接收点的CFP道集U(zm)；

2)、地下深度zm位置存在一个虚拟理想震源，通过对CFP道集进行时移后加权叠加的方法，实现针对该虚拟理想震源的下行波场反向延拓的震源聚焦，生成该虚拟理想震源成像结果R(zm)；

3)、读取叠前地震道集数据，存储于集群机磁盘阵列中；

4)、聚焦算子的计算；

5)、找出具有最大能量的地震波传播时间

利用二次多项式拟合时间域格林函数信号能量谱E；

为了找出具有最大能量的地震波传播时间，需要求出E(t)的一次和二次导数，因只有E中含有时间项，所以对E求导即可；

使用牛顿迭代法找出最大能量时间，也就是时间一阶导数为零的采样点时间：