CN102478663A - 一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法及装置，所述方法包括：获取三维地震观测系统数据，并获取三维网格速度模型；利用所述三维地震观测系统数据和所述三维网格速度模型，进行地震波波场延拓，获取地震波波场延拓结果；根据所述地震波波场延拓结果，分别计算炮点偏移噪声和检波点偏移噪声；利用所述炮点偏移噪声和所述检波点偏移噪声，计算所述三维地震观测系统偏移噪声。本发明实施例适用于复杂介质条件且计算精度较高。

Description

一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法及装置

技术领域

本发明涉及三维地震观测系统分析评价技术，尤其涉及一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法及装置。

背景技术

理想的三维地震观测系统为检波点呈网格状分布的区域观测系统，能够实现地震波场的完整采样。但在实际地震勘探中，由于受勘探时间与预算的限制，必须采用稀疏的三维地震观测系统(比如正交型、斜交型与平行型等)。稀疏的三维地震观测系统在减小勘探成本的同时，也造成了采样的不均匀，因此必须对稀疏的三维地震观测系统采样的合理性进行评价。

常规的三维地震观测系统设计基于地震勘探中水平地层共中心点叠加理论，主要通过覆盖次数，炮检距分布与方位角分布等来判断三维地震观测系统设计方案的合理性。对于倾斜地层，这种共中心点叠加理论不再有效。因此地震勘探界发展出地震共反射点分析方法，它基于宏观地震速度模型，通过地震波射线追踪手段，得到通过目的地层上面元位置的射线条数与角度。与常规共中心点分析类似，地震共反射点分析也可以得到目标面元的覆盖次数，炮检距分布与方位角分布信息。

随着地震勘探叠前偏移方法逐步成为主流的地震资料处理方法，三维地震观测系统设计从地震叠加效应分析逐步转向地震叠前偏移效应分析。目前直接采用地震叠前偏移理论计算三维地震观测系统偏移噪声的方法主要有两种：(1)基于Beylkin理论，结合检波点与震源点的分析方法；(2)Berkhout共聚焦分析方法。目前这两种方法均采用地震波射线追踪或地震波Kirchhoff算子实现，因此仅适用于均匀介质或层状介质情况，无法适用于复杂的地下介质条件，且计算精度较低。

发明内容

本发明实施例提供一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法及装置，以适用于复杂介质条件且计算精度较高。

一方面，本发明实施例提供了一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法，所述方法包括：获取三维地震观测系统数据，并获取三维网格速度模型；利用所述三维地震观测系统数据和所述三维网格速度模型，进行地震波波场延拓，获取地震波波场延拓结果；根据所述地震波波场延拓结果，分别计算炮点偏移噪声和检波点偏移噪声；利用所述炮点偏移噪声和所述检波点偏移噪声，计算所述三维地震观测系统偏移噪声。

另一方面，本发明实施例提供了一种三维地震观测系统偏移噪声获取装置，所述装置包括：信息获取单元，用于获取三维地震观测系统数据，并获取三维网格速度模型；波场延拓单元，用于利用所述三维地震观测系统数据和所述三维网格速度模型，进行地震波波场延拓，获取地震波波场延拓结果；偏移噪声计算单元，用于根据所述地震波波场延拓结果，分别计算炮点偏移噪声和检波点偏移噪声，并利用所述炮点偏移噪声和所述检波点偏移噪声，计算所述三维地震观测系统偏移噪声。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用获取三维地震观测系统数据，并获取三维网格速度模型；利用所述三维地震观测系统数据和所述三维网格速度模型，进行地震波波场延拓，获取地震波波场延拓结果；根据所述地震波波场延拓结果，分别计算炮点偏移噪声和检波点偏移噪声；利用所述炮点偏移噪声和所述检波点偏移噪声，计算所述三维地震观测系统偏移噪声的技术手段，所以适用于复杂介质条件且计算精度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法流程图；

图2为本发明应用实例一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法流程图；

图3为本发明应用实例波场延拓示意图；

图4为本发明应用实例波场延拓的延拓层示意图；

图5为本发明应用实例三维地震观测系统偏移噪声图；

图6为本发明实施例一种三维地震观测系统偏移噪声获取装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法流程图，所述方法包括：

101、获取三维地震观测系统数据，并获取三维网格速度模型。

可选的，所述三维地震观测系统数据可以包括：炮点(即地震勘探普遍采用的人工炸药震源，一般将其称为炮点)坐标、检波点(指地震勘探中在地表布设的检波器，一般至少有上千个，用于接收震源发出经地下反射后回到地表的地震波)坐标及炮点与检波点的对应关系；获取所述三维地震观测系统数据后，可以利用所述炮点与检波点的对应关系，得到各个炮点坐标及其分别对应的检波点坐标。

102、利用所述三维地震观测系统数据和所述三维网格速度模型，进行地震波波场延拓，获取地震波波场延拓结果。

可选的，所述利用所述三维地震观测系统数据和所述三维网格速度模型，进行地震波波场延拓，获取地震波波场延拓结果，可以包括：利用Lippmann-Schwinger单程波动方程的离散退化算子，将各个炮点及其分别对应的检波点的地面波场分别进行向下波场延拓，得到地下目标深度的地震波波场信息，进而提取目标点水平位置及其邻近区域的波场。

103、根据所述地震波波场延拓结果，分别计算炮点偏移噪声和检波点偏移噪声。

可选的，所述根据所述地震波波场延拓结果，分别计算炮点偏移噪声和检波点偏移噪声，可以包括：将炮点进行向下波场延拓得到的邻近区域的波场乘以目标位置波场的逆，得到所述炮点的偏移噪声矩阵；将检波点进行向下波场延拓得到的邻近区域的波场乘以目标位置波场的逆，得到所述检波点的偏移噪声矩阵。

104、利用所述炮点偏移噪声和所述检波点偏移噪声，计算所述三维地震观测系统偏移噪声。

可选的，所述利用所述炮点偏移噪声和所述检波点偏移噪声，计算所述三维地震观测系统偏移噪声，可以包括：利用所述各个炮点的偏移噪声矩阵及所述各个炮点分别对应的检波点的偏移噪声矩阵的乘积，计算所述三维地震观测系统偏移噪声。可选的，可以根据计算获得的所述三维地震观测系统偏移噪声，绘制所述三维地震观测系统的偏移噪声图。

本发明实施例的目的在于克服常规的基于地震波射线追踪或地震波Kirchhoff算子的偏移噪声评估方法无法适用于复杂介质条件及其计算精度较低的缺陷，提出一种适用于任意复杂介质条件的三维地震观测系统偏移噪声快速定量评估方法。本发明实施例的三维地震观测系统偏移噪声分析方法，基于Lippmann-Schwinger单程波动方程的离散退化算子表达形式，依据地下地震速度模型与三维地震观测系统设计方案，直接计算三维地震观测系统的预期偏移噪声。由于采用离散退化方法求解波动方程，该方法即使对于地下强对比度介质条件与广角成像范围也具有很高的计算精度。由于输入地震速度模型为三维网格模型，通过合理设计网格间距，该方法可适用于任意复杂的介质模型。

如图2所示，为本发明应用实例一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法流程图，所述方法包括：

201、获取三维地震观测系统数据。

获取各种标准格式的三维地震观测系统数据(包含炮点坐标、检波点坐标及炮点与检波点的对应关系)，得到各个炮点坐标及其分别对应的检波点坐标。

202、获取三维网格速度模型。

获取三维网格速度模型，分别给出直角坐标系三个方向X、Y、Z轴方向上网格点数、网格间距和最大最小坐标值。

203、对炮点分别进行向下波场延拓，获取炮点的偏移噪声矩阵。

可以利用Lippmann-Schwinger单程波动方程的离散退化算子，将地表z_r层各个炮点r_r从地面分别进行向下波场延拓，得到地下z_f层目标位置r_f及其邻近区域的炮点波场信息r(如图3所示，为本发明应用实例波场延拓示意图)。

对于单程波传播问题，地下复杂介质被剖分成与波传播方向垂直的三维非均匀薄板，每个薄板内稳态谐波场满足Lippmann-Schwinger单程波动方程：

$\begin{array}{c}(k_z+{k^{\′}}_z)u(k_x,k_y,z+\mathrm{\Δz})-\frac{k_0}{2}F(k_x,k_y,z+\mathrm{\Δz})\\ =[2k_{z}u(k_x,k_y,z)+\frac{k_0}{2}F(k_x,k_y,z)]\exp \left({\mathrm{ik}}_z\mathrm{\Δz}\right)\end{array}---\left(1\right)$

其中，u为波场，k_x、k_y和k_z分别为x、y和z方向的波数分量，k′_z为薄板下方相邻介质的波数，

为背景波数，u₀(r)为背景速度场[F(k_x，k_y，z)＝FFT_xy[ik₀Δz(n(r)-1)]，FFT_xy表示沿水平方向的二维Fourier变换，

为声波折射率，u(r)为速度。

利用Born逼近，方程可化简为下列形式：

$u(k_x,k_y,z+\mathrm{\Δz})=[u(k_x,k_y,z)+\frac{1}{k_z}F(k_x,k_y,z)]\exp \left({\mathrm{ik}}_z\mathrm{\Δz}\right)---\left(2\right)$

方程对应的频散关系为：

${\stackrel{\‾}{k}}_z=\sqrt{1-{\stackrel{\‾}{k}}_x^2-{\stackrel{\‾}{k}}_y^2}+(n-1){(1-{\stackrel{\‾}{k}}_x^2-{\stackrel{\‾}{k}}_y^2)}^{-1/2}---\left(3\right)$

其中，

为归一化后的波数.

对于单程波有

与

方程(3)中的

项可以用下列的有理式来逼近：

${(1-{\stackrel{\‾}{k}}_x^2-{\stackrel{\‾}{k}}_y^2)}^{-1/2}=1-\underset{j=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_j({\stackrel{\‾}{k}}_x^2+{\stackrel{\‾}{k}}_y^2)}{1+b_j({\stackrel{\‾}{k}}_x^2+{\stackrel{\‾}{k}}_y^2)}---\left(4\right)$

其中系数a_j与b_j与n无关.方程可化简为：

${\stackrel{\‾}{k}}_z=\sqrt{1-{\stackrel{\‾}{k}}_x^2-{\stackrel{\‾}{k}}_y^2}+(n-1)-(n-1)\underset{j=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_j({\stackrel{\‾}{k}}_x^2+{\stackrel{\‾}{k}}_y^2)}{1+b_j({\stackrel{\‾}{k}}_x^2+{\stackrel{\‾}{k}}_y^2)}---\left(5\right)$

上述方程是一个退化算子表达式，可实现纯Fourier变换的数值实施.系数a_j与b_j可通过最小二乘法来确定，即搜索最优的系数a_j与b_j使得频散误差最小.由于有理函数的数学特性和逼近行为，上述方程具有良好的逼近特性，通常使用其一阶项，至多二阶项就能满足强对比介质中的大角度成像.采用近似

可得到对应于频散方程(5)的Fourier变换波场延拓算法：

$\begin{array}{c}u(k_x,k_y,z+\mathrm{\Δz})=[\underset{j=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_j({\stackrel{\‾}{k}}_x^2+{\stackrel{\‾}{k}}_y^2)}{1+b_j({\stackrel{\‾}{k}}_x^2+{\stackrel{\‾}{k}}_y^2)}+(1-\underset{j=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_j({\stackrel{\‾}{k}}_x^2+{\stackrel{\‾}{k}}_y^2)}{1+b_j({\stackrel{\‾}{k}}_x^2+{\stackrel{\‾}{k}}_y^2)})\exp [{\mathrm{ik}}_z\mathrm{\Δz}(n-1)\left]\right]\\ \×u(k_x,k_y,z)\exp \left({\mathrm{ik}}_z\mathrm{\Δz}\right)\end{array}$

令

并取一阶项，则该方程可简化为

u(k_x，k_y，z+Δz)

＝{C₁+(1-C₁)FT_xy[u(k_x，k_y，z)exp(ik₀Δz(n-1))]}exp(ik_zΔz)。

利用上述公式，可将各个炮点或检波点的地面波场u₁(x，y，z)分别进行向下波场延拓(如图4所示，为本发明应用实例波场延拓的延拓层示意图)，得到地下目标深度的地震波波场信息u₃(x，y，z)，进而提取目标点水平位置及其邻近区域的波场。

计算炮点偏移噪声：将得到的邻近区域的波场乘以目标位置波场的逆，得到炮点的偏移噪声。对地下目标位置的波场u₀取逆得到再乘以邻近区域内的其它波场u，得到炮点的偏移噪声矩阵S。

204、对检波点分别进行向下波场延拓，获取检波点的偏移噪声矩阵。

用类似于上述步骤203的方式对检波点进行处理，得到检波点的偏移噪声矩阵D。

205、计算整个三维地震观测系统偏移噪声。

将步骤203得到的炮点偏移噪声矩阵S与步骤204得到的检波点偏移噪声矩阵D进行乘积，得到整个三维地震观测系统的偏移噪声矩阵B。

206、根据计算获得的三维地震观测系统偏移噪声矩阵B，绘制偏移噪声图。

如下表1所示，为本发明应用实例一种三维地震观测系统设计方案表，采用本发明上述步骤进行偏移噪声评估，可以得到本发明应用实例三维地震观测系统偏移噪声图如图5所示。

编号	观测系统方案
		观测系统	8L8S90T
接收线距	50(m)
		炮线距	100(m)
炮点距	200(m)
		接收点距	150(m)
面元	25×50(m)
		滚动线数	4
覆盖次数	15纵×4横＝60次
		接收道数	720
纵向排列	2225-25-50-25-2225

表1一种三维地震观测系统设计方案表

从图5可以看到，该方案的偏移能量除了主要分布与中心的主瓣位置外，还有相当部分的能量分布在四周的旁瓣。旁瓣能量越小，观测系统的能量会越集中于目标点，则观测系统方案的偏移噪声越小，计算精度较高，更有利于地震成像。

本发明应用实例利用基于Lippmann-Schwinger单程波动方程的离散退化算子表达形式，提出一种适用于任意复杂介质条件的三维地震观测系统偏移噪声快速定量评估方法。该方法依据地下地震速度模型与三维地震观测系统设计方案，直接计算三维地震观测系统的预期偏移噪声，将以往基于抽象的覆盖次数，炮检距分布和方位角分布的观测系统评价方法，转换为对三维地震观测系统最终成像效果的定量评估，因此更加直观的反应了三维地震观测系统的优劣程度，更有利于设计人员根据构造和岩性勘探的需要选择最佳的三维地震观测系统设计方案，适用于复杂介质条件，且计算精度较高。

如图6所示，为本发明实施例一种三维地震观测系统偏移噪声获取装置结构示意图，所述装置包括：

信息获取单元61，用于获取三维地震观测系统数据，并获取三维网格速度模型；

波场延拓单元62，用于利用所述三维地震观测系统数据和所述三维网格速度模型，进行地震波波场延拓，获取地震波波场延拓结果；

偏移噪声计算单元63，用于根据所述地震波波场延拓结果，分别计算炮点偏移噪声和检波点偏移噪声，并利用所述炮点偏移噪声和所述检波点偏移噪声，计算所述三维地震观测系统偏移噪声。

可选的，所述三维地震观测系统数据可以包括：炮点坐标、检波点坐标及炮点与检波点的对应关系；所述信息获取单元61，具体可以用于获取所述三维地震观测系统数据后，利用所述炮点与检波点的对应关系，得到各个炮点坐标及其分别对应的检波点坐标。

可选的，所述波场延拓单元62，具体可以用于利用Lippmann-Schwinger单程波动方程的离散退化算子，将各个炮点及其分别对应的检波点的地面波场分别进行向下波场延拓，得到地下目标深度的地震波波场信息，进而提取目标点水平位置及其邻近区域的波场。

可选的，所述偏移噪声计算单元63，具体可以用于将炮点进行向下波场延拓得到的邻近区域的波场乘以目标位置波场的逆，得到所述炮点的偏移噪声矩阵；将检波点进行向下波场延拓得到的邻近区域的波场乘以目标位置波场的逆，得到所述检波点的偏移噪声矩阵。

可选的，所述偏移噪声计算单元63，具体用于利用所述各个炮点的偏移噪声矩阵及所述各个炮点分别对应的检波点的偏移噪声矩阵的乘积，计算所述三维地震观测系统偏移噪声。

可选的，所述装置还可以包括：绘图单元64，用于根据计算获得的所述三维地震观测系统偏移噪声，绘制所述三维地震观测系统的偏移噪声图。

本发明实施例因为采用信息获取单元获取三维地震观测系统数据，并获取三维网格速度模型；波场延拓单元利用所述三维地震观测系统数据和所述三维网格速度模型，进行地震波波场延拓，获取地震波波场延拓结果；偏移噪声计算单元根据所述地震波波场延拓结果，分别计算炮点偏移噪声和检波点偏移噪声；利用所述炮点偏移噪声和所述检波点偏移噪声，计算所述三维地震观测系统偏移噪声的技术手段，所以适用于复杂介质条件且计算精度较高。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述全部或部分步骤，所述的存储介质，如：ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法，其特征在于，所述方法包括：

获取三维地震观测系统数据，并获取三维网格速度模型；

利用所述三维地震观测系统数据和所述三维网格速度模型，进行地震波波场延拓，获取地震波波场延拓结果；

根据所述地震波波场延拓结果，分别计算炮点偏移噪声和检波点偏移噪声；

利用所述炮点偏移噪声和所述检波点偏移噪声，计算所述三维地震观测系统偏移噪声。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述三维地震观测系统数据包括：炮点坐标、检波点坐标及炮点与检波点的对应关系；

获取所述三维地震观测系统数据后，利用所述炮点与检波点的对应关系，得到各个炮点坐标及其分别对应的检波点坐标。

3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述利用所述三维地震观测系统数据和所述三维网格速度模型，进行地震波波场延拓，获取地震波波场延拓结果，包括：

利用Lippmann-Schwinger单程波动方程的离散退化算子，将各个炮点及其分别对应的检波点的地面波场分别进行向下波场延拓，得到地下目标深度的地震波波场信息，进而提取目标点水平位置及其邻近区域的波场。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述根据所述地震波波场延拓结果，分别计算炮点偏移噪声和检波点偏移噪声，包括：

将炮点进行向下波场延拓得到的邻近区域的波场乘以目标位置波场的逆，得到所述炮点的偏移噪声矩阵；

将检波点进行向下波场延拓得到的邻近区域的波场乘以目标位置波场的逆，得到所述检波点的偏移噪声矩阵。

5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述利用所述炮点偏移噪声和所述检波点偏移噪声，计算所述三维地震观测系统偏移噪声，包括：

利用所述各个炮点的偏移噪声矩阵及所述各个炮点分别对应的检波点的偏移噪声矩阵的乘积，计算所述三维地震观测系统偏移噪声。

6.如权利要求1-5任一项所述方法，其特征在于，根据计算获得的所述三维地震观测系统偏移噪声，绘制所述三维地震观测系统的偏移噪声图。

7.一种三维地震观测系统偏移噪声获取装置，其特征在于，所述装置包括：

信息获取单元，用于获取三维地震观测系统数据，并获取三维网格速度模型；

波场延拓单元，用于利用所述三维地震观测系统数据和所述三维网格速度模型，进行地震波波场延拓，获取地震波波场延拓结果；

偏移噪声计算单元，用于根据所述地震波波场延拓结果，分别计算炮点偏移噪声和检波点偏移噪声，并利用所述炮点偏移噪声和所述检波点偏移噪声，计算所述三维地震观测系统偏移噪声。

8.如权利要求7所述装置，其特征在于，所述三维地震观测系统数据包括：炮点坐标、检波点坐标及炮点与检波点的对应关系；

所述信息获取单元，具体用于获取所述三维地震观测系统数据后，利用所述炮点与检波点的对应关系，得到各个炮点坐标及其分别对应的检波点坐标。

9.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述波场延拓单元，具体用于利用Lippmann-Schwinger单程波动方程的离散退化算子，将各个炮点及其分别对应的检波点的地面波场分别进行向下波场延拓，得到地下目标深度的地震波波场信息，进而提取目标点水平位置及其邻近区域的波场。

10.如权利要求9所述装置，其特征在于，所述偏移噪声计算单元，具体用于将炮点进行向下波场延拓得到的邻近区域的波场乘以目标位置波场的逆，得到所述炮点的偏移噪声矩阵；将检波点进行向下波场延拓得到的邻近区域的波场乘以目标位置波场的逆，得到所述检波点的偏移噪声矩阵。

11.如权利要求10所述装置，其特征在于，所述偏移噪声计算单元，具体用于利用所述各个炮点的偏移噪声矩阵及所述各个炮点分别对应的检波点的偏移噪声矩阵的乘积，计算所述三维地震观测系统偏移噪声。

12.如权利要求7-11任一项所述装置，其特征在于，所述装置还包括：

绘图单元，用于根据计算获得的所述三维地震观测系统偏移噪声，绘制所述三维地震观测系统的偏移噪声图。

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