CN103954996B - 一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的方法及装置，方法包括：获取三维动校正前的共中心点道集数据、共中心点坐标及纵测线方位角；以共中心点坐标为圆心，纵测线方位角的方位为起始方位，逆时针以预设角度为间隔布设测线；根据方位测线从共中心点道集数据中获取方位共中心点道集数据；根据方位共中心点道集数据选取目标层，确定目标层的多个偏移距方位旅行时；利用统计和加权平均方法，通过对多对方位测线及每对方位测线上不同偏移距方位旅行时差进行最小二乘法线性拟合和加权平均，获得裂隙裂缝的走向。本发明降低现有方位旅行时差法预测裂隙裂缝方向时误差的随机性和不确定性，提高裂隙裂缝预测结果的精度和稳定性。

Description

一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的方法及装置

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，具体的讲是一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的方法及装置。

背景技术

裂隙裂缝是油气的储集空间和渗滤通道，也是水、煤层气富集、储存、运移的场所。探明地下裂隙裂缝及其分布对油气预测、钻井设计、预防瓦斯爆炸及煤矿顶\底板突水等都至关重要。

地震技术是探测地下裂隙裂缝及其分布最有效的手段之一。目前利用地震技术探测裂隙裂缝的方法有多种，如横波分裂法、横波极化图法、纵波方位振幅、纵波方位速度椭圆法等。横波法最早用于裂缝探测，但由于横波数据采集比较困难，采集的成本也比较高，获得的数据质量不及纵波，再加上很多地区都有三维纵波采集数据，因此，近十多年来，人们大量研发纵波裂隙裂缝探测方法。理论上，利用上述方法都可很好地探测地下裂隙裂缝，尤其是裂缝的走向，但无论是横波数据还是纵波数据，由于数据采集的误差以及环境噪声的存在（也是不可避免的）、地层本身的非均值性等都影响利用这些方法探测裂隙裂缝结果的准确性，如纵波方位AVO法，影响振幅的因素就很多，除炮检距和方位之外，还有采集偏差、上覆层非均匀性等。利用纵波方位旅行时特征探测地下裂隙裂缝也是常用的方法之一，目前，这种方法多是采用两对正交测线方向上方位旅行时差计算裂隙裂缝方位角，即选择两对正交测线，利用这两对正交测线方向上方位旅行时差，按下式计算裂缝方位角或用交会分析法确定裂缝方向，

$\mathrm{\α}=\frac{1}{2}{\mathrm{tg}}^{-1}(-\frac{\mathrm{\Δ}{t}_2(\mathrm{\α},x)}{\mathrm{\Δ}{t}_1(\mathrm{\α},x)}),$

式中α为裂缝方位角，Δt₁和Δt₂分别为两对正交测线的方位旅行时差。

现有方位旅行时法的特征：（1）采用两对正交测线方位旅行时差，（2）采用单一偏移距时差计算方位角或多偏移距时差交会分析确定裂缝方向。由于测量误差，野外地震数据不可避免的噪音，以及地球表层复杂性引起的静校正处理不完全等，这些都会造成现有方法预测裂隙裂缝方向存在较大的随机误差。

发明内容

为降低现有方位旅行时差法预测裂隙裂缝方向时误差的随机性和不确定性，提高方位旅行时差法裂隙裂缝预测结果的精度和稳定性，本发明实施例提供了一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的方法，包括：

步骤1，获取三维动校正前的共中心点道集数据、共中心点坐标及纵测线方位角，其中，所述纵测线方位角为纵测线与正北方向夹角；

步骤2，以所述共中心点坐标为圆心，所述纵测线方位角的方位为起始方位，逆时针以预设角度为间隔布设测线，获得L条方位测线；

步骤3，根据所述的方位测线从所述共中心点道集数据中获取方位共中心点道集数据；

步骤4，根据所述方位共中心点道集数据选取目标层，确定所述L条方位测线的目标层的多个偏移距方位旅行时；

步骤5，将所述的L条方位测线中相互垂直的测线进行两两组合，生成对方位测线；

步骤6，根据所述L条方位测线的目标层的旅行时和式（1）确定所述对方位测线的每对方位测线的第一方位旅行时差，

$\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)=t_2^i\left(x\right)-t_1^i\left(x\right)---\left(1\right)$

步骤7，对所述每对方位测线的方位旅行时差进行两两组合，按式（2）和式（3）重新计算每组内方位旅行时差，生成组第二方位旅行时差，

$\mathrm{\Δ}{t}_i^k\left(x\right)=\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)---\left(2\right)$

$\mathrm{\Δ}{t}_j^k\left(x\right)=(\mathrm{\Δ}{t}_j\left(x\right)-\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)\cos 2{\mathrm{\φ}}_0)/\sin 2{\mathrm{\φ}}_0---\left(3\right)$

其中，k表示第k组方位旅行时差，由步骤6所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差组成，Δt_i（x）和Δt_j（x）分别表示步骤6所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差，和分别为重新计算后的第二方位旅行时差，φ₀为进行两两组合的第i对方位测线与第j对方位测线间的夹角；

步骤8，分别以各组中的第二方位旅行时差和为横、纵坐标轴，对每组内多偏移距第二方位旅行时差进行交会，获得离散交会点；

步骤9，对所述的每组离散交会点进行线性拟合，根据式（4）进行计算，获得各组裂隙裂缝方位角，

${\mathrm{\α}}_k=(i-1)\mathrm{\θ}+\frac{1}{2}{\mathrm{\φ}}_k---\left(4\right)$

其中，α_k为第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，i为步骤7所述的第i对正交测线，θ为步骤2中布设测线的预设角度，φ_k为第k组方位旅行时差交会拟合直线与横坐标轴的夹角；

步骤10，根据确定的各组的裂隙裂缝方位角、所述纵测线方位角和式（5）确定地层裂隙裂缝走向，

$\mathrm{\α}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{\mathrm{\α}}_k+{\mathrm{\α}}_0---\left(5\right)$

其中，α为裂隙裂缝与正北方向的夹角，N为步骤7所述的方位旅行时差组的组数，α_k为步骤9所述的第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，α₀为所述的纵测线方位角,w_k为加权系数，由所述的离散交会点与拟合直线偏离程度决定，且 $\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k=1.$

同时，本发明还提供了一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的装置，包括：

数据采集模块，用于获取三维动校正前的共中心点道集数据、共中心点坐标及纵测线方位角，其中，所述纵测线方位角为纵测线与正北方向夹角；

测线布设模块，以所述共中心点坐标为圆心，所述纵测线方位角的方位为起始方位，逆时针以预设角度为间隔布设测线，获得L条方位测线；

方位共中心点道集数据获取模块，用于根据所述的方位测线从所述共中心点道集数据中获取方位共中心点道集数据；

方位旅行时确定模块，根据所述方位共中心点道集数据选取目标层，确定所述L条方位测线的目标层的方位旅行时；

方位测线组合模块，用于将所述的L条方位测线中相互垂直的测线进行两两组合，生成对方位测线；

第一方位旅行时差确定模块，根据所述L条方位测线的目标层的旅行时和式（1）确定所述对方位测线的每对方位测线的第一方位旅行时差，

$\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)=t_2^i\left(x\right)-t_1^i\left(x\right)---\left(1\right)$

其中，i表示第i对方位测线组合，x表示偏移距，和分别为第i对方位测线组合中两条方位测线上目标层底部反射波旅行时，Δt_i（x）为第i对方位测线组合的方位旅行时差；

第二方位旅行时差确定模块，对所述每对方位测线的方位旅行时差进行两两组合，按式（2）和式（3）重新进行计算，生成组第二方位旅行时差，

$\mathrm{\Δ}{t}_i^k\left(x\right)=\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)---\left(2\right)$

$\mathrm{\Δ}{t}_j^k\left(x\right)=(\mathrm{\Δ}{t}_j\left(x\right)-\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)\cos 2{\mathrm{\φ}}_0)/\sin 2{\mathrm{\φ}}_0---\left(3\right)$

其中，k表示第k组方位旅行时差，由第一方位旅行时差确定模块确定的所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差组成，Δt_i（x）和Δt_j（x）分别表示第一方位旅行时差确定模块确定的所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差，和分别为重新计算后的第二方位旅行时差，φ₀第i对方位测线与第j对方位测线间的夹角；

交会分析模块，分别以各组中的第二方位旅行时差和为横、纵坐标轴，对每组内多偏移距第二方位旅行时差进行交会，获得离散交会点；

裂隙裂缝方位角确定模块，对所述的每组离散交会点进行线性拟合，根据式（4）进行计算，获得各组裂隙裂缝方位角，

${\mathrm{\α}}_k=(i-1)\mathrm{\θ}+\frac{1}{2}{\mathrm{\φ}}_k---\left(4\right)$

其中，α_k为第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，i为第二方位旅行时差确定模块确定的所述的第i对正交测线，θ为步骤2中布设测线的预设角度，φ_k为第k组方位旅行时差交会拟合直线与横坐标轴的夹角；

裂隙裂缝走向确定模块，根据确定的各组的裂隙裂缝方位角、所述纵测线方位角和式（5）确定地层裂隙裂缝走向，

$\mathrm{\α}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{\mathrm{\α}}_k+{\mathrm{\α}}_0---\left(5\right)$

其中，α为裂隙裂缝与正北方向的夹角，N为第二方位旅行时差确定模块确定的所述的N组方位旅行时差，α_k为裂隙裂缝方位角确定模块确定的第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，α₀为所述的纵测线方位角,w_k为加权系数，由离散点与拟合直线偏离程度决定，且

本发明利用统计和加权平均方法，通过对多对方位测线及每对方位测线上不同偏移距方位旅行时差进行最小二乘法线性拟合和加权平均，获得裂隙裂缝的走向，降低现有方位旅行时差法预测裂隙裂缝方向时误差的随机性和不确定性，提高方位旅行时差法裂隙裂缝预测结果的精度和稳定性。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

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是本发明公开的一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的方法的流程图；

图2是一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的装置的框图；

图3是本发明实施例1裂缝地质模型；

图4是本发明实施例1方位测线分布图；

图5是本发明实施例1某一方位测线共中心点道集数据图；

图6是本发明实施例1测线Line1-Line7和测线Line4-Line10两对方位测线方向上方位旅行时差线性拟合图；

图7是本发明实施例1测线Line2-Line8和测线Line5-Line11两对方位测线方向上方位旅行时差线性拟合图；

图8是本发明实施例1测线Line3-Line9和测线Line6-Line12两对方位测线方向上方位旅行时差线性拟合图；

图9是本发明实施例2裂缝地质模型；

图10是本发明实施例2方位测线分布图；

图11是本发明实施例2某一方位测线共中心点道集数据图；

图12是本发明实施例2测线Line1-Line7和测线Line4-Line10两对方位测线方向上方位旅行时差线性拟合图；

图13是本发明实施例2测线Line2-Line8和测线Line5-Line11两对方位测线方向上方位旅行时差线性拟合图；

图14是本发明实施例2测线Line3-Line9和测线Line6-Line12两对方位测线方向上方位旅行时差线性拟合图。

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。

本发明提供了一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的方法，如图1所示，方法包括：

步骤S101，获取三维动校正前的共中心点道集数据、共中心点坐标及纵测线方位角，其中，所述纵测线方位角为纵测线与正北方向夹角；

步骤S102，以所述共中心点坐标为圆心，所述纵测线方位角的方位为起始方位，逆时针以预设角度为间隔布设测线，获得L条方位测线；

步骤S103，根据所述的方位测线从所述共中心点道集数据中获取方位共中心点道集数据；

步骤S104，根据所述方位共中心点道集数据选取目标层，确定所述L条方位测线的目标层的多个偏移距方位旅行时；

其中，确定所述L条方位测线的目标层的方位旅行时包括：分别拾取每一个方位测线上方位共中心点道集目标层顶部和底部反射波旅行时。

并且，只有一层裂隙裂缝层时，所述的方位旅行时为目标层底部反射波旅行时；

有多层裂隙裂缝层时，所述的方位旅行时为目标层顶部和底部反射波旅行时的差。

步骤S105，将所述的L条方位测线中相互垂直的测线进行两两组合，生成对方位测线；

步骤S106，根据所述L条方位测线的目标层的旅行时和式（1）确定所述对方位测线的每对方位测线的第一方位旅行时差，

$\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)=t_2^i\left(x\right)-t_1^i\left(x\right)---\left(1\right)$

其中，i表示第i对方位测线，x表示偏移距，和分别为第i对方位测线中第1条方位测线和第2条方位测线上目标层方位旅行时，测线对内测线序号（即第1条方位测线和第2条方位测线）按逆时针编号，Δt_i（x）为第i对方位测线的第一方位旅行时差；

步骤S107，对所述每对方位测线的方位旅行时差进行两两组合，按式（2）和式（3）重新计算每组内方位旅行时差，生成组第二方位旅行时差，

$\mathrm{\Δ}{t}_i^k\left(x\right)=\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)---\left(2\right)$

$\mathrm{\Δ}{t}_j^k\left(x\right)=(\mathrm{\Δ}{t}_j\left(x\right)-\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)\cos 2{\mathrm{\φ}}_0)/\sin 2{\mathrm{\φ}}_0---\left(3\right)$

其中，k表示第k组方位旅行时差，由步骤6所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差组成，Δt_i（x）和Δt_j（x）分别表示步骤6所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差，和分别为重新计算后第k组的第二方位旅行时差，φ₀为进行两两组合的第i对方位测线与第j对方位测线间的夹角；

步骤S108，分别以各组中的第二方位旅行时差和为横、纵坐标轴，对每组内多偏移距第二方位旅行时差进行交会，获得离散交会点；

步骤S109，对所述的每组离散交会点进行线性拟合，根据式（4）进行计算，获得各组裂隙裂缝方位角，

${\mathrm{\α}}_k=(i-1)\mathrm{\θ}+\frac{1}{2}{\mathrm{\φ}}_k---\left(4\right)$

其中，α_k为第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，i为步骤7所述的第i对正交测线，θ为步骤2中布设测线的预设角度，φ_k为第k组方位旅行时差交会拟合直线与横坐标轴的夹角；

步骤S1010，根据确定的各组的裂隙裂缝方位角、所述纵测线方位角和式（5）确定地层裂隙裂缝走向，

$\mathrm{\α}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{\mathrm{\α}}_k+{\mathrm{\α}}_0---\left(5\right)$

其中，α为裂隙裂缝与正北方向的夹角，N为步骤7所述的方位旅行时差组的组数，α_k为步骤9所述的第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，α₀为所述的纵测线方位角,w_k为加权系数，由所述的离散交会点与拟合直线偏离程度决定，且 $\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k=1.$

此外，如图2所示，本发明还公开了一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的装置，包括：

数据采集模块201，用于获取三维动校正前的共中心点道集数据、共中心点坐标及纵测线方位角，其中，所述纵测线方位角为纵测线与正北方向夹角；

测线布设模块202，以所述共中心点坐标为圆心，所述纵测线方位角的方位为起始方位，逆时针以预设角度为间隔布设测线，获得L条方位测线；

方位共中心点道集数据获取模块203，用于根据所述的方位测线从所述共中心点道集数据中获取方位共中心点道集数据；

方位旅行时确定模块204，根据所述方位共中心点道集数据选取目标层，确定所述L条方位测线的目标层的方位旅行时；

方位测线组合模块205，用于将所述的L条方位测线中相互垂直的测线进行两两组合，生成对方位测线；

第一方位旅行时差确定模块206，根据所述L条方位测线的目标层的旅行时和式（1）确定所述对方位测线的每对方位测线的第一方位旅行时差，

$\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)=t_2^i\left(x\right)-t_1^i\left(x\right)---\left(1\right)$

其中，i表示第i对方位测线，x表示偏移距，和分别为第i对方位测线中第1条方位测线和第2条方位测线上目标层反射波方位旅行时，测线对内测线序号（即第1条方位测线和第2条方位测线）按逆时针编号，Δt_i（x）为第i对方位测线的第一方位旅行时差；

第二方位旅行时差确定模块207，对所述每对方位测线的方位旅行时差进行两两组合，按式（2）和式（3）重新进行计算，生成组第二方位旅行时差，

$\mathrm{\Δ}{t}_i^k\left(x\right)=\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)---\left(2\right)$

$\mathrm{\Δ}{t}_j^k\left(x\right)=(\mathrm{\Δ}{t}_j\left(x\right)-\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)\cos 2{\mathrm{\φ}}_0)/\sin 2{\mathrm{\φ}}_0---\left(3\right)$

其中，k表示第k组方位旅行时差，由第一方位旅行时差确定模块确定的所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差组成，Δt_i（x）和Δt_j（x）分别表示第一方位旅行时差确定模块确定的所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差，和分别为重新计算后第k组的第二方位旅行时差，φ₀第i对方位测线与第j对方位测线间的夹角；

交会分析模块208，分别以各组中的第二方位旅行时差和为横、纵坐标轴，对每组内多偏移距第二方位旅行时差进行交会，获得离散交会点；

裂隙裂缝方位角确定模块209，对所述的每组离散交会点进行线性拟合，根据式（4）进行计算，获得各组裂隙裂缝方位角，

${\mathrm{\α}}_k=(i-1)\mathrm{\θ}+\frac{1}{2}{\mathrm{\φ}}_k---\left(4\right)$

其中，α_k为第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，i为第一方位旅行时差确定模块确定的所述的第i对正交测线，θ为权利要求1步骤2中布设测线的预设角度，φ_k为第k组方位旅行时差交会拟合直线与横坐标轴的夹角；

裂隙裂缝走向确定模块210，根据确定的各组的裂隙裂缝方位角、所述纵测线方位角和式（5）确定地层裂隙裂缝走向，

$\mathrm{\α}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{\mathrm{\α}}_k+{\mathrm{\α}}_0---\left(5\right)$

其中，α为裂隙裂缝与正北方向的夹角，N为第二方位旅行时差确定模块确定的所述的N组方位旅行时差，α_k为裂隙裂缝方位角确定模块确定的第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，α₀为所述的纵测线方位角,w_k为加权系数，由离散点与拟合直线偏离程度决定，且

本发明是一种基于三维常规地震勘探提供的数据，利用多对不同方位、不同偏移距上多条方位测线上的纵波方位旅行时差，通过线性拟合和加权平均法获得裂隙裂缝走向。具体步骤包括：

1、获取三维动校正前的共中心点道集地震数据及相关参数；

（1）步骤1所述的相关参数包括：共中心点的坐标、纵测线方位角；

（2）步骤1的（1）中所述的纵测线方位角为纵测线与正北方向的夹角。

2、从步骤1获得的共中心点地震数据中抽取不同方位测线上数据，获得对应测线的方位共中心点道集数据；

（1）步骤2所述的不同方位测线是以步骤1获得的共中心点为圆心，取x₁轴的方位与步骤1获得的纵测线方位相同，从x₁轴开始，绕圆心，逆时针按一定角度的间隔布设多条测线，测线间隔角度记为θ，共获得条方位测线；

（2）步骤2所述的方位共中心点道集数据是以每条方位测线为对称轴，从步骤1所述的共中心点道集数据中抽取测线两侧角度内的数据，共获得L个方位共中心点道集数据。

3、根据步骤2获得的方位共中心点道集地震数据选取目标层，并拾取目标层顶部和底部反射波旅行时，获得方位旅行时；

（1）步骤3所述的拾取目标层底部地震波旅行时是用常规方法分别拾取每一个方位测线上方位共中心点道集目标层底部反射波旅行时；

（2）只有一层裂隙裂缝层时，步骤3所述的方位旅行时为目标层底部反射波旅行时；

有多层裂隙裂缝层时，步骤3所述的方位旅行时为目标层顶部和底部反射波旅行时的差。

4、对步骤2所述的L条方位测线进行两两组合，形成对方位测线组合；步骤4所述的方位测线组合中每对内两条测线相互垂直（正交测线）。

5、根据步骤4所述的M对方位测线和步骤2所述的方位旅行时，计算每对方位测线的方位旅行时差；

（1）步骤5所述的方位旅行时差按下式计算，

$\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)=t_2^i\left(x\right)-t_1^i\left(x\right)---\left(1\right)$

式中，i表示第i对方位测线组合，x表示偏移距，和分别为第i对方位测线组合中两条方位测线上目标层底部反射波旅行时，Δt_i（x）为第i对方位测线组合的方位旅行时差。

6、对步骤5所述的M对方位测线组合的方位旅行时差再进行两两组合，形成组方位旅行时差。

7、对步骤6所述的每组内两方位旅行时差按下式重新进行计算，

$\mathrm{\Δ}{t}_i^k\left(x\right)=\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)---\left(2a\right)$

$\mathrm{\Δ}{t}_j^k\left(x\right)=(\mathrm{\Δ}{t}_j\left(x\right)-\mathrm{\Δ}{t}_i\left(x\right)\cos 2{\mathrm{\φ}}_0)/\sin 2{\mathrm{\φ}}_0---\left(2b\right)$

式中，k表示第k组方位旅行时差，由步骤5所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差组成，Δt_i（x）和Δt_j（x）分别表示步骤5所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差，和分别为重新计算后的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差，φ₀第i对方位测线与第j对方位测线间的夹角。

8、以步骤7所述的每组方位旅行时差中为横坐标轴，为纵坐标轴，对每组内N_t对方位旅行时差进行线性拟合，获得拟合直线与横坐标轴的夹角，并用下式计算裂隙裂缝方位角，

${\mathrm{\α}}_k=(i-1)\mathrm{\θ}+\frac{1}{2}{\mathrm{\φ}}_k---\left(3\right)$

式中α_k为第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，i为步骤7所述的第i对正交测线，θ为步骤2（1）所述的测线间隔角度，φ_k为第k组方位旅行时差交会拟合直线与横坐标轴的夹角；

步骤8所述的裂隙裂缝方位角，利用每组方位旅行时差获得一个裂隙裂缝方位角数据，M对方位正交方位测线形成N组方位旅行时差，共获得N个裂缝方位角。

9、对步骤8获得的N个裂缝方位角进行平均，并按下式计算裂隙裂缝的走向（与正北方向的夹角），

$\mathrm{\α}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{\mathrm{\α}}_k+{\mathrm{\α}}_0---\left(4\right)$

式中，N为步骤6所述的N组方位旅行时差，α_k为步骤8所述的第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，α₀为步骤1所述的纵测线方位角,w_k为加权系数，由离散点与拟合直线偏离程度决定，且

本发明的有益效果在于，通过多对方位测线方向上旅行时差进行最小二乘线性拟合，获得同一裂隙裂缝方位角的多个预测值，并根据方位旅行时差的离散程度对多个预测方位角进行加权平均，从而消除或最大程度地降低由地震数据测量不准、环境噪音以及旅行时拾取中产生的随机误差等引起的预测裂隙裂缝方位角的不确定性，提高方位旅行时法预测裂隙裂缝的精度和结果的稳定性。下面结合具体的实施例对本发明技术方案做进一步详细描述。

实施例一

实施例一是一个预测单层裂隙裂缝走向的实例。如图3所示为本实施例的裂缝地质模型，该实例有三层地层，中间层发育有裂缝，裂缝走向与x₁轴平行（x₁轴为正北方向）。具体实现步骤为：

1、获取三维动校正前的共中心点道集地震数据及相关参数，相关参数包括：共中心点的坐标、纵测线方位角；

2、以共中心点为圆心，取x1轴为x轴，从x轴开始，绕圆心，逆时针按15度的间隔布设测线，如图4所示，共有12条方位测线：Line1、Line2、Line3、Line4、Line5、Line6、Line7、Line8、Line9、Line10、Line11、Line12，从Line1到Line12各测线的方位角分别为：0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°，105°，120°，135°，150°和165°；

3、以每条方位测线为对称轴，分别从步骤1获得的三维动校正前的共中心点道集数据中抽取测线两侧7.5度内的数据，获得12个方位共中心点道集数据；

4、选取目标层，在每个方位共中心点道集数据上拾取目标层底部反射波旅行时；

5、对12条方位测线进行两两组合，获得6对方位测线组合，第1对到第6对测线组合分别是：Line1-Line7、Line2-Line8、Line3-Line9、Line4-Line10、Line5-Line11、Line6-Line12；

6、计算每对方位测线的方位旅行时差，如第1对方位测线组合，它是由Line1和Line7组成，方位旅行时差按下式计算，

$\mathrm{\Δ}{t}_1\left(x\right)=t_2^1\left(x\right)-t_1^1\left(x\right)---\left(1\right)$

上式中为Line1方向上目标层底部反射波旅行时，为Line7方向上目标层底部反射波旅行时；

7、对上述6对方位测线组合的方位旅行时差再进行两两组合，形成3组方位旅行时差：第1组由第1对和第4对方位测线上方位旅行时差组成，第2组由第2对和第5对方位测线上方位旅行时差组成，第3组由第3对和第6对方位测线上方位旅行时差组成，重新计算每组内两方位测线上方位旅行时差，如第1组，

$\mathrm{\Δ}{t}_1^1\left(x\right)=\mathrm{\Δ}{t}_1\left(x\right)---\left(2a\right)$

$\mathrm{\Δ}{t}_4^1\left(x\right)=(\mathrm{\Δ}{t}_4\left(x\right)-\mathrm{\Δ}{t}_1\left(x\right)\cos 2{\mathrm{\φ}}_0)/\sin 2{\mathrm{\φ}}_0---\left(2b\right)$

式中，φ₀=90°，Δt₁为第1对方位测线的方位旅行时差，Δt₄为第4对方位测线的方位旅行时差，和分别为重新计算后的第1对方位测线的方位旅行时差和第4对方位测线的方位旅行时差。

8、以每组方位旅行时差中为横坐标轴，为纵坐标轴，对所有偏移距上的方位旅行时差进行线性拟合，获得拟合直线与横坐标轴的夹角(见图6、图7和图8)，共有三个：0°，-20°和-52.8°。

9、用下式计算每组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，

${\mathrm{\α}}_k=(i-1)\mathrm{\θ}+\frac{1}{2}{\mathrm{\φ}}_k---\left(3\right)$

式中α_k为第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，i为第i对正交测线，θ为测线间隔角度，等于15°，φ_k为第k组方位旅行时差交会拟合直线与横坐标轴的夹角（逆时针方向为正），

第1组方位旅行时差，i=1，φ₁=0°，α₁=(1-1)×15+0/2=0，

第2组方位旅行时差，i=2，φ₂=-20°，α₂=(2-1)×15+(-20)/2=-5，

第3组方位旅行时差，i=3，φ₃=-52.8°，α₃=(3-1)×15+(-52.8)/2=3.6；

本实施例中，N=3，α₀=0，去权系数：w₁=0.6，w₂=0.2，w₃=0.2，按下式，对上述三个裂隙裂缝方位角进行加权平均，获得裂隙裂缝走向，

$\mathrm{\α}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{\mathrm{\α}}_k+{\mathrm{\α}}_0=(0.6\×0+0.2\×(-5)+0.2\×3.6)+0=-0.28.$

图5显示了Line2测线上方位共中心点道集；图6为Line1-Line7和Line4-Line10两对方位测线时差拟合图，拟合直线与Δt₁轴的夹角0°，相应的裂缝方位角为0°；图7为Line2-Line8和Line5-Line11两对方位测线时差拟合图，拟合直线与Δt₁轴的夹角-20°，相应的裂缝方位角为-5°；图8为Line3-Line9和Line6-Line12两对方位测线所得的结果，拟合直线与Δt₁轴的夹角为-52.8°，相应的裂缝方位角为3.6°。

利用本发明提供的方法预测的裂隙裂缝走向与x₁轴夹角为-0.28°，与实际0°非常接近，虽然用本发明方法预测的裂隙裂缝走向比只用两对正交测线的第1组预测的裂隙裂缝走向偏差大，但比第2组和第3组预测的结果偏差小得多。本发明方法预测结果比只用两对正交测线稳定性好，整体上比只用两对正交方位测线预测结果精度高。

实施例二

实施例二是一个预测多层裂隙裂缝走向实例。图9为实施例二的地质模型。该实例有五层地层，中间第3层和第4层为裂缝层，第3层裂缝走向与x₁轴（x₁轴为正北方向）夹角为-35°（负号表示顺时针），第4层裂缝走向与x₁轴夹角为-75°。该实施例裂缝预测采用的方案为，首先确定第3层裂缝走向，然后再确定第4层裂缝走向。

确定第3层裂缝走向的具体实现步骤与实施例1完全相同。

确定第4层裂缝走向的具体实现步骤与实施例1也基本相同，即：

（1）步骤1-步骤3、步骤5-步骤9与实施例1中步骤1-步骤3、步骤5-步骤9相同；

（2）步骤4中：选取目标层，在每个方位共中心点道集数据上分别拾取目标层顶部和底部反射波旅行时，并计算它们的差，以顶部和底部反射波旅行时的差作为方位旅行时；

（3）步骤10中，N=3，α₀=0，加权系数：

第三层：w₁=0.4，w₂=0.15，w₃=0.45，

第四层：w₁=0.6，w₂=0.15，w₃=0.25。

实施例二中的方位测线分布图如图10所示，同实施例1，测线间夹角为15°，图11显示了Line2测线上方位共中心点道集；图12—图14分别为第三层Line1-Line7和Line4-Line10、Line2-Line8和Line5-Line11、Line2-Line8和Line5-Line11三组方位旅行时差拟合图，三个图中拟合直线与Δt₁轴的夹角分别为-68.0°、-110.3°和-132.93°，对应的裂缝走向与x₁轴夹角分别为-34.0°、-40.1°和-36.5°，加权平均后获得的裂缝走向为-36.0°，即第三层裂缝走向为-36.0°。第四层三组方位旅行时差拟合图获得的裂缝走向与x₁轴夹角分别为-76.2°、-81.8°和-79.5°，加权平均后获得的裂缝走向为-77.8°，即第四层裂缝走向为-77.8°。本发明方法对两层裂缝走向预测结果整体上比只用两对正交方位测线预测结果精度高。

本发明的目的就是利用统计和加权平均方法，通过对多对方位测线及每对方位测线上不同偏移距方位旅行时差进行最小二乘法线性拟合和加权平均，获得裂隙裂缝的走向，降低现有方位旅行时差法预测裂隙裂缝方向时误差的随机性和不确定性，提高方位旅行时差法裂隙裂缝预测结果的精度和稳定性。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的方法，其特征在于，所述的方法包括：

步骤1，获取三维动校正前的共中心点道集数据、共中心点坐标及纵测线方位角，其中，所述纵测线方位角为纵测线与正北方向夹角；

步骤2，以所述共中心点坐标为圆心，所述纵测线方位角的方位为起始方位，逆时针以预设角度为间隔布设测线，获得L条方位测线；

步骤3，根据所述的方位测线从所述共中心点道集数据中获取方位共中心点道集数据；

步骤4，根据所述方位共中心点道集数据选取目标层，确定所述L条方位测线的目标层的多个偏移距方位旅行时；

步骤5，将所述的L条方位测线中相互垂直的测线进行两两组合，生成对方位测线；

步骤6，根据所述L条方位测线的目标层的旅行时和式(1)确定所述对方位测线的每对方位测线的第一方位旅行时差，

${\mathrm{\Δt}}_i\left(x\right)=t_2^i\left(x\right)-t_1^i\left(x\right)---\left(1\right)$

其中，i表示第i对方位测线，x表示偏移距，和分别为第i对方位测线中第1条方位测线和第2条方位测线上目标层方位旅行时，测线对内测线序号按逆时针编号，Δt_i(x)为第i对方位测线的第一方位旅行时差；

步骤7，对所述每对方位测线的方位旅行时差进行两两组合，按式(2)和式(3)重新计算每组内方位旅行时差，生成组第二方位旅行时差，

${\mathrm{\Δt}}_i^k\left(x\right)={\mathrm{\Δt}}_i\left(x\right)---\left(2\right)$

${\mathrm{\Δt}}_j^k\left(x\right)=\left({\mathrm{\Δt}}_j\right(x)-{\mathrm{\Δt}}_i(x\left)cos2{\mathrm{\φ}}_0\right)/\sin 2{\mathrm{\φ}}_0---\left(3\right)$

其中，k表示第k组方位旅行时差，由步骤6所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差组成，Δt_i(x)和Δt_j(x)分别表示步骤6所述的第i对方位测线的第一方位旅行时差和第j对方位测线的第一方位旅行时差，和分别为重新计算后第k组的第二方位旅行时差，φ₀为进行两两组合的第i对方位测线与第j对方位测线间的夹角；

步骤8，分别以各组中的第二方位旅行时差和为横、纵坐标轴，对每组内多偏移距第二方位旅行时差进行交会，获得离散交会点；

步骤9，对所述的每组离散交会点进行线性拟合，根据式(4)进行计算，获得各组裂隙裂缝方位角，

${\mathrm{\α}}_k=(i-1)\mathrm{\θ}+\frac{1}{2}{\mathrm{\φ}}_k---\left(4\right)$

其中，α_k为第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，i为步骤7所述的第i对正交测线，θ为步骤2中布设测线的预设角度，φ_k为第k组方位旅行时差交会拟合直线与横坐标轴的夹角；

步骤10，根据确定的各组的裂隙裂缝方位角、所述纵测线方位角和式(5)确定地层裂隙裂缝走向，

$\mathrm{\α}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{\mathrm{\α}}_k+{\mathrm{\α}}_0---\left(5\right)$

其中，α为裂隙裂缝与正北方向的夹角，N为步骤7所述的第二方位旅行时差组的组数，α_k为步骤9所述的第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，α₀为所述的纵测线方位角,w_k为加权系数，由所述的离散交会点与拟合直线偏离程度决定，且

2.如权利要求1所述的基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的方法，其特征在于，所述步骤4中，根据所述方位共中心点道集数据选取目标层，确定所述L条方位测线的目标层的方位旅行时包括：

分别拾取每一个方位测线上方位共中心点道集目标层顶部和底部反射波旅行时。

3.如权利要求2所述的基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的方法，其特征在于，

一层裂隙裂缝层时，所述的方位旅行时为目标层底部反射波旅行时；

有多层裂隙裂缝层时，所述的方位旅行时为目标层顶部和底部反射波旅行时的差。

4.一种基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的装置，其特征在于，所述的装置包括：

数据采集模块，用于获取三维动校正前的共中心点道集数据、共中心点坐标及纵测线方位角，其中，所述纵测线方位角为纵测线与正北方向夹角；

测线布设模块，以所述共中心点坐标为圆心，所述纵测线方位角的方位为起始方位，逆时针以预设角度为间隔布设测线，获得L条方位测线；

方位共中心点道集数据获取模块，用于根据所述的方位测线从所述共中心点道集数据中获取方位共中心点道集数据；

方位旅行时确定模块，根据所述方位共中心点道集数据选取目标层，确定所述L条方位测线的目标层的方位旅行时；

方位测线组合模块，用于将所述的L条方位测线中相互垂直的测线进行两两组合，生成对方位测线；

第一方位旅行时差确定模块，根据所述L条方位测线的目标层的旅行时和式(1)确定所述对方位测线的每对方位测线的第一方位旅行时差，

${\mathrm{\Δt}}_i\left(x\right)=t_2^i\left(x\right)-t_1^i\left(x\right)---\left(1\right)$

其中，i表示第i对方位测线，x表示偏移距，和分别为第i对方位测线中第1条方位测线和第2条方位测线上目标层反射波方位旅行时，测线对内测线序号按逆时针编号，Δt_i(x)为第i对方位测线的第一方位旅行时差；

第二方位旅行时差确定模块，对所述每对方位测线的方位旅行时差进行两两组合，按式(2)和式(3)重新进行计算，生成组第二方位旅行时差，

${\mathrm{\Δt}}_i^k\left(x\right)={\mathrm{\Δt}}_i\left(x\right)---\left(2\right)$

${\mathrm{\Δt}}_j^k\left(x\right)=\left({\mathrm{\Δt}}_j\right(x)-{\mathrm{\Δt}}_i(x\left)cos2{\mathrm{\φ}}_0\right)/\sin 2{\mathrm{\φ}}_0---\left(3\right)$

其中，k表示第k组方位旅行时差，由第一方位旅行时差确定模块确定的所述的第i对方位测线的方位旅行时差和第j对方位测线的方位旅行时差组成，Δt_i(x)和Δt_j(x)分别表示第一方位旅行时差确定模块确定的所述的第i对方位测线的第一方位旅行时差和第j对方位测线的第一方位旅行时差，和分别为重新计算后第k组的第二方位旅行时差，φ₀第i对方位测线与第j对方位测线间的夹角；

交会分析模块，分别以各组中的第二方位旅行时差和为横、纵坐标轴，对每组内多偏移距第二方位旅行时差进行交会，获得离散交会点；

裂隙裂缝方位角确定模块，对所述的每组离散交会点进行线性拟合，根据式(4)进行计算，获得各组裂隙裂缝方位角，

${\mathrm{\α}}_k=(i-1)\mathrm{\θ}+\frac{1}{2}{\mathrm{\φ}}_k---\left(4\right)$

其中，α_k为第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，i为第一方位旅行时差确定模块确定的所述的第i对正交测线，θ为权利要求1步骤2中布设测线的预设角度，φ_k为第k组方位旅行时差交会拟合直线与横坐标轴的夹角；

裂隙裂缝走向确定模块，根据确定的各组的裂隙裂缝方位角、所述纵测线方位角和式(5)确定地层裂隙裂缝走向，

$\mathrm{\α}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{\mathrm{\α}}_k+{\mathrm{\α}}_0---\left(5\right)$

其中，α为裂隙裂缝与正北方向的夹角，N为第二方位旅行时差确定模块确定的所述的N组第二方位旅行时差，α_k为裂隙裂缝方位角确定模块确定的第k组方位旅行时差获得的裂隙裂缝方位角，α₀为所述的纵测线方位角,w_k为加权系数，由离散点与拟合直线偏离程度决定，且

5.如权利要求4所述的基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的装置，其特征在于，所述方位旅行时确定模块根据所述方位共中心点道集数据选取目标层，确定所述L条方位测线的目标层的方位旅行时包括：

分别拾取每一个方位测线上方位共中心点道集目标层顶部和底部反射波旅行时。

6.如权利要求5所述的基于旅行时法确定地层裂隙裂缝走向的装置，其特征在于，

一层裂隙裂缝层时，所述的方位旅行时为目标层底部反射波旅行时；

多层裂隙裂缝层时，所述的方位旅行时为目标层顶部和底部反射波旅行时的差。