CN103576201A - 基于均炮源波场照明的逆时偏移空间振幅补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明是保持地震波动力学特征的逆时偏移空间振幅补偿方法。采用深度域层速度模型和正演炮集数据，选取震源子波在深度域进行单炮波动方程正演，存储所有时刻单炮源波场并计算单炮源波场照明，用单炮记录作为初始边界沿时间轴逆向正演得到接收波场，计算未补偿的单炮逆时偏移成像和均炮源波场照明，得到均炮源波场照明补偿后的单炮逆时偏移成像，将所有单炮逆时偏移成像进行叠加得到均炮源波场照明补偿后的叠加逆时偏移成像。本发明从构造成像同相轴相对保持、背景噪音压制、波形和沿层地震属性空变相对保持方面好于单炮源波场照明的振幅补偿方法。

Description

基于均炮源波场照明的逆时偏移空间振幅补偿方法

技术领域

本发明涉及勘探和油藏地球物理技术，具体是一种基于均炮源波场照明的逆时偏移空间振幅补偿方法。

背景技术

在勘探和油藏地球物理中，地震偏移成像是其中最关键的一步，成像的好坏直接影响到后续的地震和地质解释，从而影响油气储层的识别。地震偏移成像可以分为几大类：（1）基于射线理论的Kirchhoff积分法偏移；（2）基于单程波动理论的F-K偏移和有限差分偏移；（3）基于双程波动理论的逆时偏移。（1）和（2）属于常规地震偏移，对横向速度剧烈变化、高陡倾角等复杂地质构造，成像能力有限。而逆时偏移是基于双程波动理论，理论上它能解决常规地震偏移所面临的问题，当然它也会带来很多新的问题。逆时偏移是利用源波场和接收波场零延迟互相关来进行成像（Claerbout,1971;Biondi和Shan,2002）。对于简单地质构造，它能很好地成像；对于逆掩断层等复杂地质构造，由于逆掩断层下盘地震波场照明较差，从而导致成像振幅很弱。为了对这些弱振幅进行补偿，一些学者进行了研究和尝试。Kaelin和Guitton（2006）通过对每炮互相关成像除以源波场或接收波场照明来改进成像条件，从而进行振幅补偿。Chattopadhyay和McMechan（2008）对几种不同成像条件的振幅特性进行分析，并与理论反射系数进行了比较，通过源波场照明补偿的互相关成像有正确的角度特性、尺度因子、符号和单位。一般采用基于单炮源波场照明的振幅补偿方法来进行弱振幅补偿，这种方法比较容易实现，也不会增加大的计算和存储量，但是它会破坏地震波的动力学特征，从而影响后续的油藏精细描述。

发明内容

本发明目地是克服基于单炮源波场照明的逆时偏移振幅补偿方法在地震波动力学特征保持方面存在的问题，提供一种在进行振幅补偿的同时，尽可能地保持地震波动力学特征的基于均炮源波场照明的逆时偏移空间振幅补偿方法。

本发明通过如下步骤实现：

1）采集地震勘探数据，处理得到深度域层速度模型和正演炮集数据；

2）利用下式在深度域进行单炮波动方程正演：

$\frac{1}{v^2}\frac{{\∂}^2{P}_s(X,t)}{\∂t^2}-\mathrm{\Δ}{P}_s(X,t)=\mathrm{\δ}(X-X_s)S\left(t\right),$

并存储所有时刻的单炮源波场；同时利用下式计算单炮源波场照明：

I_Source(X)=∫P_s(X,t)P_s(X,t)dt；

其中：v为地震波速度，P_s(X,t)为单炮源波场，Δ为Laplace算子，δ(X-X_s)为单位脉冲函数，S(t)为震源子波，X=(x,z)为波场所在二维空间位置坐标，X_s=(x_s,z_s)为震源所在二维空间位置坐标，x和x_s分别为波场和震源横坐标，z和z_s分别为波场和震源纵坐标，t为时间；

3）利用单炮地震记录作为初始边界条件，用下式从最大记录时刻开始，沿时间轴逆向进行波动方程正演，得到接收波场：

$\frac{1}{v^2}\frac{{\∂}^2{P}_g(X,t)}{\∂t^2}-\mathrm{\Δ}{P}_g(X,t)=G(X_g,t);$

其中：P_g(X,t)为接收波场，G(X_g,t)为单炮地震记录，X_g=(x_g,z_g)为检波器所在二维空间位置坐标，x_g为检波器横坐标，z_g为检波器纵坐标；

4）在接收波场逆推时，读取相应时刻单炮源波场，利用下式计算未补偿的单炮逆时偏移成像：

I(X)＝∫P_s(X,t)P_g(X,t)dt，

5）利用下式计算均炮源波场照明：

${\stackrel{\‾}{I}}_{\mathrm{Source}}\left(X\right)=\left(\underset{\mathrm{Shot}}{\mathrm{\Σ}}{I}_{\mathrm{Source}}\left(X\right)\right)/N_{\mathrm{Shot}};$

其中：N_Shot为单炮成像孔径范围内的总炮数；（创新技术）

6）利用下式计算均炮源波场照明补偿后的单炮逆时偏移成像：

$I_{\mathrm{SC}}\left(X\right)=\frac{S\left\{I\left(X\right)\right\}}{{\stackrel{\‾}{I}}_{\mathrm{Source}}\left(X\right)};$

其中：S为满足二阶导数连续的平滑算子以保证成像波形的连续性（所述的平滑算子采用三次样条函数插值平滑算子）；（创新技术）

7）将所有单炮逆时偏移成像进行叠加，得到均炮源波场照明补偿后的叠加逆时偏移成像。

本发明试验结果表明：在构造成像同相轴相对保持、背景噪音压制、波形和沿层地震属性空变相对保持上，本发明提出的均炮源波场照明的振幅补偿方法要好于单炮源波场照明的振幅补偿方法。

附图说明

图1是理论模型与单炮地震记录。(a)为逆掩断层理论模型；(b)为其中一炮地震记录。

图2是补偿前后的逆时偏移成像。(a)未补偿；(b)单炮源波场照明补偿；(c)均炮源波场照明补偿；(d)单炮源波场照明；(e)均炮源波场照明；(f)为(a)的局部放大；(g)为(b)的局部放大；(h)为(c)的局部放大。

图3是补偿前后的逆时偏移成像波形（散射点P2）。(a)未补偿；(b)单炮源波场照明补偿；(c)均炮源波场照明补偿。

图4是沿层L2地震属性分析。(a)沿层L2层拉平剖面（未补偿）；(b)沿层L2层拉平剖面（单炮源波场照明补偿）；(c)沿层L2层拉平剖面（均炮源波场照明补偿）；(d)沿层L2瞬时振幅；(e)沿层L2瞬时频率；(f)沿层L2瞬时相位；（上）未补偿；（中）单炮源波场照明补偿；（下）均炮源波场照明补偿；(g)瞬时频率色标；(h)瞬时相位色标。注：由于瞬时振幅尺度范围不同，此处只关心相对空间变化特性，故省略瞬时振幅色标。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明。

1）采集地震勘探数据，处理得到深度域层速度模型（图1(a)，主要由一组单斜构造、一个逆掩断层和三个散射点组成）和正演炮集数据（图1(b)，为其中一炮地震记录）；

2）利用下式在深度域进行单炮波动方程正演：

$\frac{1}{v^2}\frac{{\∂}^2{P}_s(X,t)}{\∂t^2}-\mathrm{\Δ}{P}_s(X,t)=\mathrm{\δ}(X-X_s)S\left(t\right),$

并存储所有时刻的单炮源波场；同时利用下式计算单炮源波场照明：

I_Source(X)=∫P_s(X,t)P_s(X,t)dt；

其中：v为地震波速度，P_s(X,t)为单炮源波场，Δ为Laplace算子，δ(X-X_s)为单位脉冲函数，S(t)为震源子波，X=(x,z)为波场所在二维空间位置坐标，X_s=(x_s,z_s)为震源所在二维空间位置坐标，x和x_s分别为波场和震源横坐标，z和z_s分别为波场和震源纵坐标，t为时间；

3）利用单炮地震记录作为初始边界条件，用下式从最大记录时刻开始，沿时间轴逆向进行波动方程正演，得到接收波场：

$\frac{1}{v^2}\frac{{\∂}^2{P}_g(X,t)}{\∂t^2}-\mathrm{\Δ}{P}_g(X,t)=G(X_g,t);$

其中：P_g(X,t)为接收波场，G(X_g,t)为单炮地震记录，X_g=(x_g,z_g)为检波器所在二维空间位置坐标，x_g为检波器横坐标，z_g为检波器纵坐标；

4）在接收波场逆推时，读取相应时刻补偿后的单炮源波场，利用下式计算未补偿的单炮逆时偏移成像：

I(X)=∫P_s(X,t)P_g(X,t)dt；

5）利用下式计算均炮源波场照明：

${\stackrel{\‾}{I}}_{\mathrm{Source}}\left(X\right)=\left(\underset{\mathrm{Shot}}{\mathrm{\Σ}}{I}_{\mathrm{Source}}\left(X\right)\right)/N_{\mathrm{Shot}},$

其中：N_Shot为单炮成像孔径范围内的总炮数；（创新技术）

6）利用下式计算均炮源波场照明补偿后的单炮逆时偏移成像：

$I_{\mathrm{SC}}\left(X\right)=\frac{S\left\{I\left(X\right)\right\}}{{\stackrel{\‾}{I}}_{\mathrm{Source}}\left(X\right)};$

其中：S为满足二阶导数连续的平滑算子以保证成像波形的连续性（所述的平滑算子采用三次样条函数插值平滑算子）；（创新技术）

7）将所有单炮逆时偏移成像进行叠加，得到均炮源波场照明补偿后的叠加逆时偏移成像。

以上步骤2）到7）是放在一个程序包里实现的，直接运行即可得到最终的结果。从构造成像同相轴的相对保持和背景噪音压制（图2(b)、(g)与(c)、(h)）可以看出，本发明提出的振幅补偿方法要好于单炮源波场照明的振幅补偿方法。这是由于单炮源波场照明空间变化剧烈（图2(c)），而均炮源波场照明空间变化平缓的缘故（图2(d)）。从成像波形的相对保持上可以看出（图3(a)、(b)、(c)），本发明提出的振幅补偿方法要好于单炮源波场照明的振幅补偿方法。从沿层L2地震瞬时振幅空变稳定性、瞬时频率和相位空变相对保持上可以看出，本发明提出的振幅补偿方法要好于单炮源波场照明的振幅补偿方法。

综上所述，在构造成像同相轴相对保持、背景噪音压制、波形相对保持以及沿层瞬时振幅空变稳定性、沿层瞬时频率和相位相对保持上，本发明提出的振幅补偿方法要好于单炮源补偿照明的振幅补偿方法。

Claims (1)

1.基于均炮源波场照明的逆时偏移空间振幅补偿方法，特点是通过如下步骤实现：

1）采集地震勘探数据，处理得到深度域层速度模型和正演炮集数据；

2）利用下式在深度域进行单炮波动方程正演：

$\frac{1}{v^2}\frac{{\∂}^2{P}_s(X,t)}{\∂t^2}-\mathrm{\Δ}{P}_s(X,t)=\mathrm{\δ}(X-X_s)S\left(t\right),$

并存储所有时刻的单炮源波场；同时利用下式计算单炮源波场照明：

I_Source(X)＝∫P_s(X,t)P_s(X,t)dt；

其中：v为地震波速度，P_s(X,t)为单炮源波场，Δ为Laplace算子，δ(X-X_s)为单位脉冲函数，S(t)为震源子波，X=(x,z)为波场所在二维空间位置坐标，X_s=(x_s,z_s)为震源所在二维空间位置坐标，x和x_s分别为波场和震源横坐标，z和z_s分别为波场和震源纵坐标，t为时间；

3）利用单炮地震记录作为初始边界条件，用下式从最大记录时刻开始，沿时间轴逆向进行波动方程正演，得到接收波场：

$\frac{1}{v^2}\frac{{\∂}^2{P}_g(X,t)}{\∂t^2}-\mathrm{\Δ}{P}_g(X,t)=G(X_g,t);$

其中：P_g(X,t)为接收波场，G(X_g,t)为单炮地震记录，X_g=(x_g,z_g)为检波器所在二维空间位置坐标，x_g为检波器横坐标，z_g为检波器纵坐标；

4）在接收波场逆推时，读取相应时刻单炮源波场，利用下式计算未补偿的单炮逆时偏移成像：

I(X)=∫P_s(X,t)P_g(X,t)dt；

5）利用下式计算均炮源波场照明：

${\stackrel{\‾}{I}}_{\mathrm{Source}}\left(X\right)=\left(\underset{\mathrm{Shot}}{\mathrm{\Σ}}{I}_{\mathrm{Source}}\left(X\right)\right)/N_{\mathrm{Shot}};$

其中：N_Shot为单炮成像孔径范围内的总炮数；

6）利用下式计算均炮源波场照明补偿后的单炮逆时偏移成像：

$I_{\mathrm{SC}}\left(X\right)=\frac{S\left\{I\left(X\right)\right\}}{{\stackrel{\‾}{I}}_{\mathrm{Source}}\left(X\right)};$

其中：S为满足二阶导数连续的平滑算子以保证成像波形的连续性（所述的平滑算子采用三次样条函数插值平滑算子）；

7）将所有单炮逆时偏移成像进行叠加，得到均炮源波场照明补偿后的叠加逆时偏移成像。

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