CN102914791A - 一种起伏地表地震数据处理的克希霍夫叠前时间偏移方法 - Google Patents

Abstract

本发明是起伏地表地区反射波地震数据处理构造成像方法，对离散点上均方根速度三次样条插值，把所有的等待偏移的地震数据的起始计时线校正到共中心点叠加成像参考面上，用不同的偏移孔径进行叠前时间偏移，选定效果最佳偏移孔径，计算将要偏移的地震道在偏移结果空间的成像范围，在成像空间范围内每一个成像点位置上计算共成像点成像，计算射线旅行时，并积分求和，完成原始数据空间内每一道地震数据的克希霍夫叠前时间偏移。本发明克服了地形起伏对克希霍夫叠前时间偏移得影响，将克希霍夫叠前时间偏移成像方法对地形的适应性扩展到所有地表。

Description

一种起伏地表地震数据处理的克希霍夫叠前时间偏移方法

技术领域

本发明涉及反射波地震数据处理过程中的叠前时间成像技术，是一种起伏地表地震数据处理的克希霍夫(Kirchhoff)叠前时间偏移方法。

背景技术

克希霍夫叠前时间偏移技术经过多年的发展已经成为反射波地震数据处理流程中最重要的一个步骤。传统的克希霍夫叠前时间偏移方法是建立在水平观测面的假设下研究出来的。在复杂地表地区(如我国陕西北部黄土塬、四川山地、新疆沙漠等)进行地震勘探的过程中，数据的采集是在起伏的地表上进行的，获得的地震数据基准面是一个高低起伏的曲面，而不是一个平面。这种地震数据在进行克希霍夫叠前时间偏移处理时，会面临两个问题：第一业界没有一个公开的、正确的、被大家一致公认的起伏地表克希霍夫叠前时间偏移方法；第二起伏地表地震数据所在的基准面与水平地表克希霍夫叠前时间偏移的假设矛盾。如果用基于水平地表的克希霍夫叠前时间偏移方法进行成像，将得到一个带有一定误差的地质成像结果图像，会给后续的构造解释成图和油田钻井井位的设计造成误导。

生产中对于起伏地表条件下地震资料处理中克希霍夫叠前时间偏移的做法是：首先选取一个水平的基准面，在起伏地表和水平基准面之间用替换速度把起伏地表条地震数据校正到水平基准面上，然后用基于水平地表假设条件下的克希霍夫叠前时间偏移来实现构造成像。这种方法存在以下问题：如果将水平基准面选取在起伏地表的最高点之上，那么静校正的移动量过大，对速度分析和叠前时间偏移成像都会产生较大的影响；如果选取在地表中间的某个高程，这样静校正的移动量可能变小，但是会造成一些较浅的地震信息被“削”掉。由于静校正时移只是考虑了地震射线在垂直方向的移动，没有考虑射线水平分量的移动，地震时移静校正和地震波的实际传播路径存在误差，所以采用这种方法会对地震数据引入一定的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够适应所有地表条件下地震资料处理的克希霍夫叠前时间偏移方法。

本发明采用以下步骤：

1)野外采集得到的地震数据，经过常规静校正、去噪、反褶积等预处理后，用叠前时间偏移迭代法或叠前时间偏移速度扫描法计算并得到离散点上的均方根速度；

2)对离散点上的均方根速度进行三次样条插值、n点空间平滑得到和地震数据存放形式完全相同的均方根速度场；

步骤2)所述的均方根速度场的起始计时线是共中心点(CMP)叠加成像参考面。

3)把所有等待偏移地震数据的起始计时线校正到共中心点叠加成像参考面上；

4)用不同的偏移孔径进行叠前时间偏移，根据剖面成像质量选定效果最佳偏移孔径，用最佳偏移孔径计算将要偏移的地震道在偏移结果空间的成像范围；

5)在成像空间范围内每一个成像点位置上计算共成像点(CRP)成像基准面；

步骤5)所述的计算共成像点成像基准面的方法为：垂向上以成像点所在位置的共中心点叠加成像参考面作为起始计时线，横向上在将要偏移数据所在位置和成像点所在位置之间保持为相同水平面；

6)采用以下公式计算射线旅行时，并积分求和；

$\mathrm{\τ}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\τ}}_0^2}{4}+\frac{h_s^2}{v_{\mathrm{rms}}^2}}+\sqrt{\frac{{\mathrm{\τ}}_0^2}{4}+\frac{h_r^2}{v_{\mathrm{rms}}^2}}+\mathrm{\Δ\τ}$

式中：

τ₀：成像时间；

Δτ：共中心点叠加成像参考面和共成像点成像基准面之间的双程时差；

h_s：炮点到成像点的距离；

h_r：检波点到成像点的距离；

v_rms：成像点位置处的均方根速度；

7)重复5)～6)步完成偏移结果空间内每一道地震数据的克希霍夫叠前时间偏移；

8)重复3)～7)步完成原始数据空间内每一道地震数据的克希霍夫叠前时间偏移。

本发明具有以下特点：

(1)计算精度高，可以正确处理起伏地表地区地震资料的克希霍夫叠前时间偏移。

(2)充分考虑了地震资料前期处理的静校正技术、速度迭代分析技术，该方法可以直接过度到实用化，开发成工业产品。

(3)该方法虽然引入了共成像点成像基准面，该基准面的计算、使用等过程完全封装在方法内部，不会对应用人员的使用带来不便。

附图说明

图1水平地表旅行时计算图；

图2起伏地表旅行时计算图；

图3起伏地表速度模型；

图4模型数据水平地表叠前时间偏移道集；

图5模型数据本发明的叠前时间偏移道集；

图6实际资料一水平地表叠前时间偏移结果；

图7实际资料一本发明叠前时间偏移结果；

图8实际资料二水平地表叠前时间偏移结果；

图9实际资料二本发明叠前时间偏移结果。

具体实施方式

以下结合附图具体说明本发明。

在水平地表情况下，Kirchhoff积分法偏移用公式为：

$u(x,y,z,t)=-\frac{1}{2\mathrm{\π}}\underset{A}{\∫\∫}\frac{\cos \mathrm{\θ}}{\mathrm{Rv}}[\frac{v}{R}u(x_0,y_0,0,t+\frac{R}{v})+\frac{\∂u(x_0,y_0,0,t+\frac{R}{v})}{\∂t}]\mathrm{dxdy}---\left(1\right)$

其中(1)式可以进行深度偏移，也可以完成时间偏移，当完成时间偏移式时，旅行时计算如图1所示，(2)式是经典的双平方根旅行时计算公式。

$\mathrm{\τ}={\mathrm{\τ}}_s+{\mathrm{\τ}}_r=\sqrt{\frac{{\mathrm{\τ}}_0^2}{4}+\frac{h_s^2}{v_{\mathrm{rms}}^2}}+\sqrt{\frac{{\mathrm{\τ}}_0^2}{4}+\frac{h_r^2}{v_{\mathrm{rms}}^2}}---\left(2\right)$

公式中变量参看图1，含义如下：

τ₀：成像时间；

h_s：炮点到成像点的距离os；

h_r：检波点到成像点的距离or；

v_rms：成像点位置处的均方根速度；

在非地表情况下，图2所示，由于地表高程的差别无法保证所有的炮点、检波点及成像点都位于相同高程的基准面上，就不能直接用公式(2)计算旅行时间。用本发明下述方法解决起伏地表旅行时计算问题：

1)野外采集得到的地震数据，经过常规静校正、去噪、反褶积等预处理后，在共中心点叠加成像参考面用叠前时间偏移迭代法或叠前时间偏移速度扫描法计算并得到离散点上的均方根速度；

2)在共中心点叠加成像参考面对离散点上的均方根速度进行三次样条插值、n点空间平滑得到和地震数据存放形式完全相同的均方根速度场；

3)把所有的等待偏移的地震数据的起始计时线校正到共中心点叠加成像参考面上；

4)在叠前时间偏移程序中，偏移孔径参数对成像结果的质量起关键决定作用，首先用一系列偏移孔径进行叠前时间偏移试验，选定最佳偏移孔径，根据最佳偏移孔径计算将要偏移的地震道在偏移结果空间的成像范围；

5)在成像空间范围内每一个成像点位置上计算共成像点成像基准面。计算方法如下：

图2中左边标记CMP为待偏移数据所在的位置，s、r分别是该地震道数据炮点和检波点，经第3)步后s、r位于局部水平面s-r。右边标记CRP为成像点所在的位置，该位置处对应的共中心点叠加成像参考面位于另一局部水平面为O。两个局部水平面有一定的高差，在时间域用Δτ/2表示。

为了解决偏移数据和偏移结果数据的基准面不统一问题，首先建立共成像点成像基准面，其定义如下：垂向上以成像点所在位置的共中心点叠加成像参考面作为起始计时线，横向上在将要偏移数据所在位置和成像点所在位置之间保持为相同水平面。

6)采用以下公式计算射线旅行时，并积分求和；

首先把共中心点叠加成像参考面上的待偏移数据校正到共成像点成像基准面上，通过应用时差Δτ/2来完成，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\τ}}_s\≈{\mathrm{\τ}}_s^{\′}+\mathrm{\Δ\τ}/2\\ {\mathrm{\τ}}_r\≈{\mathrm{\τ}}_r^{\′}+\mathrm{\Δ\τ}/2\end{array}\right.---\left(3\right)$

再在共成像点成像基准面上应用公式(2)计算旅行时，总旅行时计算公式为：

$\mathrm{\τ}={\mathrm{\τ}}_s+{\mathrm{\τ}}_r\≈({\mathrm{\τ}}_s^{\′}+\mathrm{\Δ\τ}/2)+({\mathrm{\τ}}_r^{\′}+\mathrm{\Δ\τ}/2)$

$=\sqrt{\frac{{\mathrm{\τ}}_0^2}{4}+\frac{h_s^2}{v_{\mathrm{rms}}^2}}+\sqrt{\frac{{\mathrm{\τ}}_0^2}{4}+\frac{h_r^2}{v_{\mathrm{rms}}^2}}+\mathrm{\Δ\τ}---\left(4\right)$

公式中变量意义参看图2，含义如下：

τ₀：成像时间；

Δτ：共中心点叠加成像参考面和共成像点成像基准面之间的双程时差；

h_s：炮点到成像点的距离；

h_r：检波点到成像点的距离；

v_rms：成像点位置处的均方根速度；

7)重复5)～6)步完成偏移结果空间内每一道地震数据的克希霍夫叠前时间偏移；

8)重复3)～7)步完成原始数据空间内每一道地震数据的克希霍夫叠前时间偏移。

本发明实例说明如下：

图3是一个二维起伏地表速度模型，图中红色部分的底界面是实际地表，为了显示方便地表以上用0速度填充到一个水平高度。该地表是借用了某条二维测线的实际高程设计的，有一定的实用性。在该模型上从左到右均匀采集了300个炮集记录，每个炮集包含361个地震道。图4、图5分别是用水平地表和本发明的起伏地表方法得到的叠前时间偏移共成像点(CRP)道集，显示道集的具体位置在图3中用符号

标记。图4、图5中用红线标记的区段代表模型第一个层位的信息，由于水平地表方法破坏了地震波的运动学特征，所以不能把来此同一层位的地震信息偏移到正确的位置上，造成图4中同相轴上翘现象，图5中第一层的地震信息偏移到正确位置，因此证明本发明的起伏地表数据克希霍夫叠前时间偏移方法是正确的。

图6、图7是实际资料一的实施结果，分别是用水平地表和本发明的起伏地表方法得到的叠前时间偏移剖面。图6结果中由于水平地表偏移破坏了地震波的运动学特征，地震反射层位越浅破坏越严重，所以水平地表偏移无法使地震反射轴同相叠加，偏移剖面同相轴虚，分辩率较低；图7结果中的本发明起伏地表方法的叠前时间偏移剖面，由于沿着起伏地表正确地震波轨迹进行旅行时计算，所以偏移结果精度高，图像分辨率高。两个剖面上用红线标记的区段本发明的起伏地表方法的叠前时间偏移成像质量明显好于水平地表偏移结果。

图8、图9是实际资料二的实施结果，分别是用水平地表和本发明的起伏地表方法得到的叠前时间偏移剖面。实施结论和实际资料一完全相同。两个剖面上用红线标记的区段本发明的起伏地表方法的叠前时间偏移成像质量明显好于水平地表偏移结果。

Claims (3)

1.一种起伏地表地震数据处理的克希霍夫叠前时间偏移方法，其特征在于采用以下步骤：

1)野外采集得到的地震数据，进行常规静校正、去噪、反褶积预处理，用叠前时间偏移迭代法或叠前时间偏移速度扫描法计算并得到离散点上的均方根速度；

2)对离散点上的均方根速度进行三次样条插值、n点空间平滑得到和地震数据存放形式完全相同的均方根速度场；

3)把所有的等待偏移的地震数据的起始计时线校正到共中心点(CMP)叠加成像参考面上；

4)用不同的偏移孔径进行叠前时间偏移，根据剖面成像质量选定效果最佳偏移孔径，用最佳偏移孔径计算将要偏移的地震道在偏移结果空间的成像范围；

5)在成像空间范围内每一个成像点位置上计算共成像点(CRP)成像基准面；

6)采用以下公式计算射线旅行时，并积分求和；

$\mathrm{\τ}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\τ}}_0^2}{4}+\frac{h_s^2}{v_{\mathrm{rms}}^2}}+\sqrt{\frac{{\mathrm{\τ}}_0^2}{4}+\frac{h_r^2}{v_{\mathrm{rms}}^2}}+\mathrm{\Δ\τ}$

式中：

τ₀：成像时间；

Δτ：共中心点叠加成像参考面和共成像点成像基准面之间的双程时差；

h_s：炮点到成像点的距离；

h_r：检波点到成像点的距离；

v_rms：成像点位置处的均方根速度；

7)重复5)～6)步完成偏移结果空间内每一道地震数据的克希霍夫叠前时间偏移；

8)重复3)～7)步完成原始数据空间内每一道地震数据的克希霍夫叠前时间偏移。

2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)所述的均方根速度场的起始计时线是共中心点叠加成像参考面。

3.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤5)所述的计算共成像点成像基准面计算方法为：垂向上以成像点所在位置的共中心点叠加成像参考面作为起始计时线，横向上在将要偏移数据所在位置和成像点所在位置之间保持为相同水平面。

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