CN103984020A - 一种基于渐变孔径剖面的即时偏移孔径分析方法 - Google Patents

Abstract

一种基于渐变孔径剖面的即时偏移孔径分析方法，本发明应用于勘探地震的资料处理领域，为确定Kirchhoff积分法叠前时间/深度偏移与逆时偏移等成像过程中的时变(深变)、空变偏移孔径的方法。其首先基于已存在的成像道集生成渐变偏移孔径的地震剖面，然后通过人工交互处理的方式确定时变、空变的偏移孔径范围，并即时显示相应的成像结果，据此判定所拾取孔径范围的准确性。本发明能够快速地获得时变(深变)、空变的偏移孔径参数，以提高Kirchhoff积分法叠前时间/深度偏移与逆时偏移等方法的成像质量。

Description

一种基于渐变孔径剖面的即时偏移孔径分析方法

技术领域

本发明涉及地震资料处理与分析领域，是一种应用于Kirchhoff积分法叠前时间/深度偏移与逆时偏移等成像过程中的时变(深变)、空变偏移孔径的确定方法。

背景技术

地震勘探是一项系统工程，也是油气资源勘探开发的主导技术。地震成像是这项系统工程中的核心环节，也是最终成果和效益的集中体现。

地震成像技术近年来得到了快速发展，基于声学理论的波动方程成像技术已逐步成熟。其中，Kirchhoff积分法叠前偏移在实际应用中占据了主导地位，这主要取决于积分法的高效率、较易建立模型、能够对高陡构造成像、对观测系统适应性强等优势；逆时偏移采用双程波动方程进行偏移成像，对地层速度、底层倾角和波场类型没有限制。随着勘探对象的日趋复杂，以及计算性能的大幅提升，逆时偏移已经成为研究的热点。

对于Kirchhoff积分法叠前偏移和逆时偏移等方法，偏移孔径宽度在一定程度上决定了地震剖面的成像数量。一般来说，过小的孔径会破坏倾角陡的同向轴，导致其振幅变化剧烈；同时，过小的孔径强化了随机噪音，特别在剖面深部，可能会形成假的水平同向轴；过大的孔径会造成偏移质量的下降，信噪比降低，大偏移孔径会使深部的噪声影响到本应较好成像的浅部位置。因此，若能够选择合适的偏移孔径，则会显著提高偏移成像的质量。

众所周知，地下的地质构造是存在横向变化的，因此合理的孔径宽度不仅是时变而且是空变的。但是，目前多是通过多次的迭代实验来予以确定，耗时费力，尚不存在便捷、即时分析的偏移孔径确定方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于渐变孔径剖面的即时偏移孔径分析方法

。其首先基于已存在的成像道集生成渐变偏移孔径的地震剖面(简称变孔径剖面)，然后通过人工交互处理的方式确定时变、空变的偏移孔径范围，并即时显示相应的成像结果，以判定所拾取孔径范围的准确性。

本发明是通过如下步骤实现的：

一种基于渐变孔径剖面的即时偏移孔径分析方法，具体步骤如下：

(1)在Kirchhoff积分法叠前偏移或逆时偏移方法的成像处理过程中，创建成像道集；

(2)输入成像道集，基于左孔径扫描次数M_l、右孔径扫描次数M_r及时变或深变的孔径间隔Δx(t)等参数，创建总数为M(M＝M_l+M_r)的渐变偏移孔径剖面；

(3)输入成像道集与渐变偏移孔径剖面，进行即时的偏移孔径分析。

进一步，所述的步骤(2)的变孔径剖面分为左、右两个系列，随着剖面的序号的增加，其对应的偏移孔径的大小也渐增，且为孔径间隔Δx(t)的整数倍。

进一步，所述步骤(3)的即时的偏移孔径分析：在成像道集中，以人工交互的方式拾取一条近于“∧”形态的切除线，所述切除线两翼分别描述了左、右孔径的范围，所述切除线外部为切除的部分；计算左、右变孔径剖面间的插值因子，通过线性插值合成新的剖面，即为即时偏移剖面，当孔径间隔Δx(t)较小时，则所得到的即时偏移剖面将与利用新偏移孔径重新进行偏移成像的剖面相一致。

进一步，所述步骤(1)创建成像道集的具体方法：

在Kirchhoff积分法叠前偏移与逆时偏移方法的成像处理过程中，要求其创建成像道集。对于成像道集而言，其第i个记录G_i(n，t)对应于剖面中的第i道S_i(t)，其中的一道为炮号为n的炮记录的成像结果，则存在如下关系式

$S_i\left(t\right)=\underset{n=N_1}{\overset{N_2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i(n,t)$

式中，N₁为最大左偏移孔径处的炮号，N₂为最大右偏移孔径处的炮号；t的意义依赖于偏移方法，对于时间偏移处理，t指的是旅行时间，而对于深度偏移处理，t则为深度；

现设炮号为n的炮点位置与剖面道位置之间的距离为x_n，则成像道集中的记录G_i(n，t)可改为G_i(x_n，t)；定义从左向右的方向为正，剖面道S_i(t)与x_n的关系式为

$S_i\left(t\right)=\underset{x=X_1}{\overset{X_2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i(x_n,t)$

其中，X₁为最大左偏移孔径值，X₂为最大右偏移孔径值，当炮点位于剖面道左方时x_n小于0，而炮点位于剖面道右方时x_n大于0。

通过分析可知，若切除了成像道集中的某些道，则去掉了相应炮记录时成像结果的贡献，该过程等价于偏移孔径的确定。

进一步，所述的变孔径剖面为仅包含左孔径或右孔径范围内部分炮的成像结果，所述的左孔径剖面的创建过径对于序号为m(0＜m≤M_l)的左孔径剖面，时变(或深变)的左孔径值为

x_m(t)＝-m·Δx(t)

据此将成像道集内偏移孔径x＜x_m(t)与x≥0范围的值切除，即令

$G_l(x,t)=\left\{\begin{array}{cc}0,& x<x_m\left(t\right)\\ G(x,t)& x_m\left(t\right)\&le;x<0\\ 0,& x\&GreaterEqual;0\end{array}\right.$

则合成新的剖面S_l(m，t)为

S_l(m，t)＝∑G_l(x，t)

按上述同样方法获得右孔径对应的剖面，对于第m(0＜m≤M_r)个剖面，时变(或深变)的右孔径值为

x_m(t)＝m·Δx(t)

将成像道集中偏移孔径x＜0与x＞x_m(t)范围的值切除，即令

$G_r(x,t)=\left\{\begin{array}{cc}0,& x<0\\ G(x,t)& 0\&le;x\&le;x_m\left(t\right)\\ 0,& x>x_m\left(t\right)\end{array}\right.$

则合成新的剖面S_r(m，t)为

S_r(m，t)＝∑G_r(x，t)

进一步，所述的偏移孔径分析的具体方法为

①交互拾取切除线对于指定位置的成像道集(序号为i)，相应的记录为G_i(x，t)。根据所显示记录中有效波同向轴的分布规律，以人工交互的方式拾取一条近于“∧”形态的切除线，所述的切除线两翼分别描述了左、右孔径范围的值x_l(t)与x_r(t)，所述的切除线外部为切除的部分。一般来说，虽然该曲线是不规则的，但仍可将其分解为左、右两部分，即分别描述了时变的左、右孔径范围的值x_l(t)与x_r(t)；

②合成新偏移孔径的剖面拾取切除线后，分别计算左、右变孔径剖面间的插值因子f_l(t)与f_r(t)

$\left\{\begin{array}{c}{f}_l\left(t\right)=\frac{x_l\left(t\right)}{\mathrm{\&Delta;x}\left(t\right)}\\ f_r\left(t\right)=\frac{x_r\left(t\right)}{\mathrm{\&Delta;x}\left(t\right)}\end{array}\right.$

根据f_l(t)可轻易确定位于该插值因子两侧最为邻近的左孔径剖面序号k_l(t)与k_l(t)+1，最终通过线性插值合成剖面S_l(t)，即

S_l(t)＝[f_l(t)-k_l(t)]S_l(k_l(t)+1，t)+[k_l(t)+1-k_l(t)]S_l(k_l(t)，t)

相据f_r(t)可轻易确定位于该插值因子两侧最为邻近的左孔径剖面序号k_r(t)与k_r(t)+1，最终通过线性插值合成剖面S_r(t)，即

S_r(t)＝[f_r(t)-k_r(t)]S_r(k_r(t)+1，t)+[k_r(t)+1-k_r(t)]S_r(k_r(t)，t)

最终的剖面是S_l(t)与S_r(t)的和，即为即时偏移剖面S(t)，其计算方法为

S(t)＝S_l(t)+S_r(t)

当孔径间隔Δx(t)较小时，则所得到的即时偏移剖面将与利用新偏移孔径重新进行偏移成像的剖面相一致，通过上述过程实现了即时的偏移孔径分析；

③通过分析即时偏移剖面，判断新孔径是否合理，若不合理则重复步骤①和②；

④完成对变孔径剖面所有时空位置的比较分析。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本发明首先生成变孔径剖面，然后通过对其的比较分析拾取较优的偏移孔径曲线，再根据孔径间隔对系列孔径剖面线性插值形成即时的偏移剖面，从而显著提高了偏移孔径分析的效率与精度。如果不进行偏移孔径的确定或所确定的偏移孔径不合理，将会导致最终的成像剖面中出现干扰同相轴，进而会使地质工作人员得到错误的解释。

附图说明

图1为创建系列变孔径剖面的参数示例；

图2为各变孔径剖面显示示例；

图3为偏移孔径分析的集成界面示例；

图4为拾取新偏移孔径曲线的示例；

图5为线性插值合成的即时偏移剖面示例。

具体实施方式

本发明首先生成变孔径剖面，然后通过对其的比较分析拾取较优的偏移孔径曲线，再根据孔径间隔对系列孔径剖面线性插值形成即时的偏移剖面，从而显著提高了偏移孔径分析的效率与精度。以下结合附图详细阐述本发明的具体实施过程：

实施例1

一种基于渐变孔径剖面的即时偏移孔径分析方法，具体步骤如下：

(1)创建成像道集；

在Kirchhoff积分法叠前偏移的成像处理过程中，要求其创建成像道集。对于成像道集而言，其第i个记录G_i(n，t)对应于剖面中的第i道S_i(t)，其中的一道为炮号为n的炮记录的成像结果，则存在如下关系式

$S_i\left(t\right)=\underset{n=N_1}{\overset{N_2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{G}_i(n,t)$

式中，N₁为最大左偏移孔径处的炮号，N₂为最大右偏移孔径处的炮号；t的意义依赖于偏移方法，对于时间偏移处理，t指的是旅行时，而对于深度偏移处理，t则为深度。

现设炮号为n的炮点位置与剖面道位置之间的距离为x_n，则成像道集中的记录G_i(n，t)可改为G_i(x_n，t)。不妨定义从左向右的方向为正，剖面道S_i(t)与x_n的关系式为

$S_i\left(t\right)=\underset{x=X_1}{\overset{X_2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{G}_i(x_n,t)$

其中，X₁为最大左偏移孔径值，X₂为最大右偏移孔径值，当炮点位于剖面道左方时x_n小于0，而炮点位于剖面道右方时x_n大于0。

通过分析可知，若切除了成像道集中的某些道，则去掉了相应炮记录时成像结果的贡献，该过程等价于偏移孔径的确定。

(2)生成渐变偏移孔径剖面

输入成像道集与渐变偏移孔径参数，后者主要包括左孔径扫描次数M_l、右孔径扫描次数M_r及时变(或深变)的孔径间隔Δx(t)，创建总数为M(M＝M_l+M_r)的渐变偏移孔径剖面。

为了实现即时的分析处理，渐变偏移孔径剖面定义为仅包含左孔径(或右孔径)范围内部分炮的成像结果。现简要介绍左孔径剖面的创建过程：对于序号为m(0＜m≤M_l)的左孔径剖面，时变(或深变)的左孔径值为

x_m(t)＝-m·Δx(t)

据此将成像道集内偏移孔径x＜x_m(t)与x≥0范围的值切除，即令

$G_l(x,t)=\left\{\begin{array}{cc}0,& x<x_m\left(t\right)\\ G(x,t)& x_m\left(t\right)\&le;x<0\\ 0,& x\&GreaterEqual;0\end{array}\right.$

则合成新的剖面S_l(m，t)为

S_l(m，t)＝∑G_l(x，t)

同理，可获得右孔径对应的剖面。对于第m(0＜m≤M_r)个剖面，时变(或深变)的右孔径值为

x_m(t)＝m·Δx(t)

将成像道集中偏移孔径x＜0与x＞x_m(t)范围的值切除，即令

$G_r(x,t)=\left\{\begin{array}{cc}0,& x<0\\ G(x,t)& 0\&le;x\&le;x_m\left(t\right)\\ 0,& x>x_m\left(t\right)\end{array}\right.$

则合成新的剖面S_r(m，t)为

S_r(m，t)＝∑G_r(x，t)

(3)即时的偏移孔径分析

输入成像道集与渐变偏移孔径剖面后，即可进行即时的偏移孔径分析。其具体过程为：

①交互拾取切除线。对于指定位置的成像道集(序号为i)，相应的记录为G_i(x，t)。根据所显示记录中有效波同向轴的分布规律，以人工交互的方式拾取一条近于“∧”形态的切除线，其两翼分别描述了左、右孔径的范围，其外部为切除的部分。一般来说，虽然该曲线是不规则的，但仍可将其分解为左、右两部分，即分别描述了时变的左、右孔径值x_l(t)与x_r(t)；

②合成对应于新偏移孔径的即时偏移剖面。拾取切除线后，分别计算左、右变孔径剖面间的插值因子f_l(t)与f_r(t)

$\left\{\begin{array}{c}{f}_l\left(t\right)=\frac{x_l\left(t\right)}{\mathrm{\&Delta;x}\left(t\right)}\\ f_r\left(t\right)=\frac{x_r\left(t\right)}{\mathrm{\&Delta;x}\left(t\right)}\end{array}\right.$

根据f_l(t)可轻易确定位于该插值因子两侧最为邻近的左孔径剖面序号k_l(t)与k_l(t)+1，最终通过线性插值合成剖面S_l(t)，即

S_l(t)＝[f_l(t)-k_l(t)]S_l(k_l(t)+1，t)+[k_l(t)+1-k_l(t)]S_l(k_l(t)，t)

相据f_r(t)可轻易确定位于该插值因子两侧最为邻近的左孔径剖面序号k_r(t)与k_r(t)+1，最终通过线性插值合成剖面S_r(t)，即

S_r(t)＝[f_r(t)-k_r(t)]S_r(k_r(t)+1，t)+[k_r(t)+1-k_r(t)]S_r(k_r(t)，t)

最终的剖面为S_l(t)与S_r(t)的和

S(t)＝S_l(t)+S_r(t)

当孔径间隔Δx(t)较小时，则所得剖面将与利用新偏移孔径进行成像的剖面相一致，通过上述过程实现了即时的偏移孔径分析；系列变孔径剖面

③通过分析即时偏移剖面，判断新孔径是否合理，若不合理则重复步骤①和②；

④完成对渐变偏移孔径剖面所有时空位置的比较分析。

实施例2本发明方法在地震数据处理软件系统中的应用

(1)形成时变或深变的孔径间隔Δx(t)

图1中虚线圈起的范围为建立系列变孔径剖面的参数，其包括左孔径剖面个数M_l、右孔径孔径剖面个数M_r、起始时间(或深度)t₁、起始孔径间隔Δx₁、终止时间(或深度)t₂及终止孔径间隔Δx₂，则总剖面数为

M＝M₁+M₂

为便于处理，将时变或深变的孔径间隔Δx(t)定义为

$\mathrm{\&Delta;x}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;x}}_1& t\&le;t_1\\ \frac{1}{t_2-t_1}[(t_2-t){\mathrm{\&Delta;x}}_1+(t-t_1){\mathrm{\&Delta;x}}_2]& t_1<t<t_2\\ {\mathrm{\&Delta;x}}_2& t\&GreaterEqual;t_2\end{array}\right.$

即当t₁＜t＜t₂时，Δx(t)为Δx₁和Δx₂对t的线性插值。

(2)合成系列变孔径剖面

图2显示的为系列变孔径剖面示例，窗口左部显示的为左孔径剖面，右部显示的为右孔径剖面。

(3)基于系列变孔径剖面的偏移孔径分析

在图3所示的偏移孔径分析的集成界面中，输入成像道集、系列变孔径剖面后，即可开始时变、空变偏移孔径的分析处理。

在图4所示的成像道集中，通过人机交互处理的方式确定当前位置的偏移孔径曲线，见图中的深色曲线，其从浅部到深部的变化体现了偏移孔径的时变(或深变)特性；图中浅色曲线表示的是在之前的成像道集中选择的偏移孔径曲线，二条曲线的差别体现了偏移孔径的空变特性。

若偏移孔径曲线发生变化，通过线性插值合成即时的偏移剖面，如图5所示。检查即时的偏移剖面，并将其与系列变孔径剖面比较，以确定当前的拾取是否合理，若不合理则重新修改图五中的偏移孔径曲线。在图5中，左部为合成的新剖面，右部为原剖面，其中椭圆范围中的倾斜噪音已被消除，可初步判定所选孔径是合理的。如果不进行偏移孔径的确定或所确定的偏移孔径不合理，将会导致最终的成像剖面中出现干扰同相轴，进而会使地质工作人员得到错误的解释。

Claims (6)

1.一种基于渐变孔径剖面的即时偏移孔径分析方法，其特征在于所述方法的具体步骤如下：

(1)在Kirchhoff积分法叠前偏移或逆时偏移方法的成像处理过程中，创建成像道集；

(2)输入成像道集，基于左孔径扫描次数M_l、右孔径扫描次数M_r及时变或深变的孔径间隔Δx(t)等参数，创建总数为M的渐变偏移孔径剖面，所述的M＝M_l+M_l；

(3)输入成像道集与渐变偏移孔径剖面，进行即时的偏移孔径分析。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(2)的渐变偏移孔径剖面分为左、右两个系列，随着渐变偏移孔径剖面的序号的增加，所述渐变偏移孔径剖面对应的偏移孔径的大小也渐增，且所述偏移孔径为孔径间隔Δx(t)的整数倍。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)的即时的偏移孔径分析：在成像道集中，以人工交互的方式拾取一条近于“∧”形态的切除线，所述切除线两翼分别描述了左、右孔径的范围，所述切除线外部为切除的部分；计算左、右变孔径剖面间的插值因子，通过线性插值合成新的剖面，所述新的剖面即为即时偏移剖面，当孔径间隔Δx(t)较小时，则所得到的即时偏移剖面将与利用新偏移孔径重新进行偏移成像的剖面相一致。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的所述步骤(1)创建成像道集的具体方法：在Kirchhoff积分法叠前偏移与逆时偏移方法的成像处理过程中，要求其创建成像道集，对于成像道集而言，其第i个记录G_i(n，t)对应于剖面中的第i道S_i(t)，其中的一道数据为炮号为n的炮记录的成像结果，则存在如下关系式

$S_i\left(t\right)=\underset{n=N_1}{\overset{N_2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{G}_i(n,t)$

式中，N₁为最大左偏移孔径处的炮号，N₂为最大右偏移孔径处的炮号；t的意义依赖于偏移方法，对于时间偏移处理，t指的是旅行时间，而对于深度偏移处理，t则为深度；

现设炮号为n的炮点位置与剖面道位置之间的距离为x_n，则成像道集中的记录G_i(n，t)可改为G_i(x_n，t)；定义从左向右的方向为正，剖面道S_i(t)与x_n的关系式为

$S_i\left(t\right)=\underset{x=X_1}{\overset{X_2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{G}_i(x_n,t)$

其中，X₁为最大左偏移孔径值，X₂为最大右偏移孔径值，当炮点位于剖面道左方时x_n小于0，而炮点位于剖面道右方时x_n大于0。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的渐变偏移孔径剖面为仅包含左孔径或右孔径范围内部分炮的成像结果，所述的左孔径剖面的创建过程：对于序号为m(0＜m≤M_l)的左孔径剖面，时变(或深变)的左孔径值为

x_m(t)＝-m·Δx(t)

据此将成像道集内偏移孔径x＜x_m(t)与x≥0范围的值切除，即令

$G_l(x,t)=\left\{\begin{array}{cc}0,& x<x_m\left(t\right)\\ G(x,t)& x_m\left(t\right)\&le;x<0\\ 0,& x\&GreaterEqual;0\end{array}\right.$

则合成新的剖面S_l(m，t)为

S_l(m，t)＝∑G_l(x，t)

按上述同样方法获得右孔径对应的剖面，对于第m(0＜m≤M_r)个剖面，时变(或深变)的右孔径值为

x_m(t)＝m·Δx(t)

将成像道集中偏移孔径x＜0与x＞x_m(t)范围的值切除，即令

$G_r(x,t)=\left\{\begin{array}{cc}0,& x<0\\ G(x,t)& 0\&le;x\&le;x_m\left(t\right)\\ 0,& x>x_m\left(t\right)\end{array}\right.$

则合成新的剖面S_r(m，t)为

S_r(m，t)＝∑G_r(x，t)。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的即时的偏移孔径分析的具体方法为

①交互拾取切除线对于序号为i的成像道集，，相应的记录为G_i(x，t)；根据所显示记录中有效波同向轴的分布规律，以人工交互的方式拾取一条近于“∧”形态的切除线，所述的切除线两翼分别描述了左、右孔径范围的值x_l(t)与x_r(t)，所述的切除线外部为切除的部分；

②合成对应于新偏移孔径的即时偏移剖面拾取切除线后，分别计算左、右变孔径剖面间的插值因子f_l(t)与f_r(t)

$\left\{\begin{array}{c}{f}_l\left(t\right)=\frac{x_l\left(t\right)}{\mathrm{\&Delta;x}\left(t\right)}\\ f_r\left(t\right)=\frac{x_r\left(t\right)}{\mathrm{\&Delta;x}\left(t\right)}\end{array}\right.$

根据f_l(t)确定位于该插值因子两侧最为邻近的左孔径剖面序号k_l(t)与k_l(t)+1，最终通过线性插值合成剖面S_l(t)，即

S_l(t)＝[f_l(t)-k_l(t)]S_l(k_l(t)+1，t)+[k_l(t)+1-k_l(t)]S_l(k_l(t)，t)

根据f_r(t)可轻易确定位于该插值因子两侧最为邻近的左孔径剖面序号k_r(t)与k_r(t)+1，最终通过线性插值合成剖面S_r(t)，即

S_r(t)＝[f_r(t)-k_r(t)]S_r(k_r(t)+1，t)+[k_r(t)+1-k_r(t)]S_r(k_r(t)，t)

最终的剖面是S_l(t)与S_r(t)的和，即为即时偏移剖面S(t)，其计算公式为

S(t)＝S_l(t)+S_r(t)

当孔径间隔Δx(t)较小时，则所得到的即时偏移剖面将与利用新偏移孔径重新进行偏移成像的剖面相一致，通过上述过程实现了即时的偏移孔径分析；

③通过分析即时偏移剖面，判断新孔径是否合理，若不合理则重复步骤①和②；

④完成对渐变偏移孔径剖面所有时空位置的比较分析。