CN103984021B - 一种基于系列速度误差剖面的偏移速度分析方法 - Google Patents

Abstract

一种基于系列速度误差剖面的偏移速度分析方法，本发明应用于勘探地震的资料处理领域，为应用于Kirchhoff积分法叠前时间偏移成像的高精度、高效率的速度分析方法。其首先基于已存在的初始速度场生成系列误差剖面，通过比较各剖面的成像质量，利用人机交互处理的方式修改原速度场，然后基于该速度场创建并显示新的偏移剖面，据此判定新速度场的精确性。本发明实现了基于剖面的即时偏移速度分析，能够快速地获得高精度的偏移速度场，从而可显著提高Kirchhoff积分法叠前时间偏移的成像质量。

Description

一种基于系列速度误差剖面的偏移速度分析方法

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积分法叠前时间偏移成像的高精度、高效率的速度分析方法。

背景技术

对于油气资源勘探及工程勘察等生产任务而言，准确地了解地下地质体的构造特征是其首要任务，而偏移成像处理是实现这一目标的主要手段。

随着计算机软硬件能力的提高，Kirchhoff积分法叠前时间偏移已成为应用最为广泛的成像方法。该方法最早从运动学上对偏移成像进行描述，原理上与绕射叠加技术相同，不同的是在叠加前要对地震波振幅和相位进行校正，考虑了球面扩散、倾斜因子和惠更斯二次震源的固有相移影响，使得校正后积分值与波动理论相一致。Kirchhoff偏移概念简单，计算灵活，且具有高偏移角度、无频散、占用资源少和实现效率高的特点，因此在实际应用中占据了主导地位。

对于Kirchhoff积分法叠前时间偏移而言，精确的速度场建立过程至关重要，其直接决定了偏移成像方法的成败。目前主要应用偏移速度分析方法进行偏移速度场的建立，其基本过程为：(1)偏移速度谱的生成。针对某一时刻，给定一系列速度值依次进行成像处理，然后将结果排列在横向为速度、纵向为旅行时的速度谱中；(2)速度曲线的拾取。在显示的速度谱中，首先识别出有效信息，然后由上至下依次选取较强的振幅值，其对应的速度为初始速度；(3)偏移道集分析。基于拾取的速度进行偏移，以成像道集中的有效同向轴是否水平作为优化目标，进一步修改选取的速度。

通常地下介质为各向异性，导致偏移速度具有多解性，只有根据对偏移剖面的分析才能确定较优的速度场。但是，现有的偏移速度分析方法仅是基于对速度谱与偏移道集的观察分析，其无法即时显示最终的偏移剖面，因此往往需要通过多次的迭代分析，这显著降低了生产效率。此外，由于缺少对多个速度的偏移剖面的对比分析，增加了建立错误速度场的风险。若应用存在误差的速度场进行叠前时间偏移成像，将会得到错误的偏移剖面，进而误导地质人员对地下地质构造的解释分析。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种基于速度误差剖面的即时偏移成像的速度分析方法。其是一种基于偏移剖面的速度分析方法，能够实时地显示所选速度场的偏移剖面，从而可快速地获得高精度的偏移速度场。

本发明的实现步骤如下：

一种基于系列速度误差剖面的偏移速度分析方法，所述分析方法应用于Kirchhoff积分法叠前时间偏移成像的处理，具体方法如下：

(1)基于对偏移速度谱与偏移道集的观察分析，通过人机交互处理的方式获得初始速度场；

(2)输入初始速度场、低速扫描次数N₁、高速扫描次数N₂及时变的速度误差Δv(t),创建N个系列速度误差剖面，所述的N＝N₁+N₂+1；

(3)输入偏移速度谱、初始速度场与系列速度误差剖面进行偏移速度分析。

进一步，所述步骤(2)的系列速度误差剖面分为低速系列速度误差剖面和高速系列速度误差剖面，系列速度误差剖面是以初始速度场与系列速度误差的和作为输入速度场的偏移剖面，所得到的系列偏移剖面即为系列速度误差剖面，而系列速度误差为速度误差Δv(t)的整数倍。

进一步，步骤(3)所述偏移速度分析：比较系列速度误差剖面，基于绕射收敛程度、同向轴的虚实及地质构造合理性准则，确定出局部较优的速度误差剖面，从而初步获得当前速度的范围；通过人机交互处理的方式拾取新的偏移速度；计算速度误差剖面间的插值因子，通过线性插值合成新的剖面，所述新的剖面为即时的偏移剖面，当速度误差Δv(t)较小时，则所得到的即时的偏移剖面将与利用新速度场重新进行偏移成像的剖面相一致；比较即时的偏移剖面与各速度误差剖面，判断新速度场是否精确。

进一步，所述步骤(1)获得初始速度场的具体方法为：

对原始地震记录进行能量平衡、随机噪音及相干噪音压制环节的预处理之后，利用如下计算公式创建偏移速度谱

$P_{\mathrm{out}}=\frac{\mathrm{\Δx\Δy}}{4\mathrm{\π}}\underset{A}{\mathrm{\Σ}}\frac{\cos \mathrm{\θ}}{\mathrm{vr}}\frac{\∂}{\∂t}{P}_{\mathrm{in}}$

式中，Δx和Δy为纵测线和横测线的道间距，为在一个孔径A内输入波场 $P_{\mathrm{in}}=P(x_{\mathrm{in}},y_{\mathrm{in}},z=0;\mathrm{\τ}=t-\frac{r}{v})$ 的偏移输出， $\cos \mathrm{\θ}=\frac{\∂r}{\∂z}.$

利用传统的速度分析方法，即基于对偏移速度谱与偏移道集的观察分析，通过人机交互处理的方式获得初始速度场。

进一步，所述步骤(2)生成系列速度误差剖面为：对于第i(-N₁≤i≤N₂)次的速度扫描，输入新速度场

v(x，t)＝v₀(x，t)+i·Δv(t)

进行偏移处理，获得含有速度误差为Δv(t)的时间剖面S_i(x，t)，重复上述过程，直至获得所有的速度误差剖面，最终得到系列速度误差剖面。

进一步，所述步骤(3)基于系列速度误差剖面的偏移速度分析，具体过程为：

①根据系列速度误差剖面的对比分析，拾取较优的速度，比较各速度误差剖面的某一时空位置(x₀，t₀)，基于绕射收敛程度、同向轴的虚实及地质构造合理性准则，确定出局部较优的速度误差剖面，设其序号为k，且-N₁≤i≤N₂，则该位置的合理速度应接近

v(x₀，t₀)＝v₀(x₀，t₀)+k·Δv(t₀)；

②合成并显示新速度的即时的偏移剖面拾取了较优的偏移速度之后，计算出剖面插值因子f(x₀，t₀)

$f(x_0,t_0)=\frac{v(x_0,t_0)-v_0(x_0,t_0)}{\mathrm{\Δv}\left(t_0\right)}$

取插值因子f(x₀，t₀)的整数部分，确定出位于该插值因子两侧最为邻近的误差剖面序号，设其为k与k+1,最终通过线性插值合成即时的偏移剖面S(x₀，t₀)

S(x₀，t₀)＝[f(x₀，t₀)-k]S_k+1(x₀，t₀)+[k+1-f(x₀，t₀)]S_k(x₀，t₀)

根据上式可知，速度误差Δv越小，则所得到的即时的偏移剖面与利用新速度场重新进行偏移成像的剖面越为接近；当给定合适的速度误差时，通过该过程实现了即时的偏移剖面分析；

③比较即时的偏移剖面与各速度误差剖面，判断新速度场是否精确，若不精确则重复步骤①和②；

④完成对系列速度误差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：

通过速度误差剖面的比较分析拾取较优的偏移速度，再根据速度差对速度误差剖面插值形成即时的偏移剖面，从而能够迅速判断所拾取速度的优劣，这显著提高了速度分析的效率与精度。对于常规速度分析方法，若形成所修改速度场的偏移剖面，则需要重新进行叠前时间偏移处理，这将导致巨大的时间消耗，因此，传统的速度分析方法无法做到针对速度误差——偏移剖面的系统分析，从而降低了所建立速度场的精度，会严重影响最终地震剖面的成像质量，进而增加了错误地质解释的风险

附图说明：

图1为生成速度误差剖面的参数示例；

图2为初始速度场显示示例；

图3为速度误差剖面分析的集成界面示例；

图4为修改偏移速度的示例；

图5为线性插值合成的即时偏移剖面示例。

具体实施方式：

本发明首先生成速度误差剖面，然后通过对其的比较分析拾取较优的偏移速度，再根据速度误差对速度误差剖面插值形成即时的偏移剖面，从而显著提高了速度分析的效率与精度。以下结合附图详细阐述本发明的具体实施过程：

实施例1

一种基于系列速度误差剖面的偏移速度分析方法，具体方法如下：

(1)基于对偏移速度谱、与偏移道集的观察分析，通过人机交互处理的方式获得初始速度场；

对原始地震记录进行了能量平衡、随机噪音及相干噪音压制等环节的预处理之后，利用如下计算公式创建偏移速度谱

$P_{\mathrm{out}}=\frac{\mathrm{\Δx\Δy}}{4\mathrm{\π}}\underset{A}{\mathrm{\Σ}}\frac{\cos \mathrm{\θ}}{\mathrm{vr}}\frac{\∂}{\∂t}{P}_{\mathrm{in}}$

式中，Δx和Δy为纵测线和横测线的道间距，为在一个孔径A内输入波场 $P_{\mathrm{in}}=P(x_{\mathrm{in}},y_{\mathrm{in}},z=0;\mathrm{\τ}=t-\frac{r}{v})$ 的偏移输出， $\cos \mathrm{\θ}=\frac{\∂r}{\∂z}.$

利用传统的速度分析方法，即基于对偏移速度谱与偏移道集的观察分析，通过人机交互处理的方式获得初始速度场。

(2)输入初始速度场、低速扫描次数N₁、高速扫描次数N₂及时变的速度误差Δv(t),创建N(N＝N₁+N₂+1)个系列速度误差剖面；

通过本方法的实施例，输入初始速度场v₀(x，t)、低速扫描次数N₁、高速扫描次N₂及时变的速度误差Δv(t),创建N(N＝N₁+N₂+1)个速度误差剖面。

从本质上讲，速度误差剖面即是以初始速度场与系列速度误差的和作为输入速度场的偏移剖面。生成系列速度误差剖面为：对于第i(-N₁≤i≤N₂)次的速度扫描，输入新速度场

v(x，t)＝v₀(x，t)+i·Δv(t)

进行偏移处理，获得含有速度误差为i·Δv(t)的时间剖面S_i(x，t)，重复上述过程，直至获得所有的速度误差剖面，最终得到系列速度误差剖面。

(3)输入偏移速度谱、初始速度场与系列速度误差剖面进行偏移速度分析

输入偏移速度谱、初始速度场与N个速度误差剖面后，即可进行基于速度误差剖面的偏移速度分析。其具体过程为：

①根据速度误差剖面的对比分析，拾取较优的速度。比较各速度误差剖面的某一时空位置(x₀，t₀)，基于绕射收敛程度、同向轴的虚实及地质构造合理性等准则，确定出局部较优的速度误差剖面(设其序号为k，且-N₁≤i≤N₂)，则该位置的合理速度应接近

v(x₀，t₀)＝v₀(x₀，t₀)+k·Δv(t₀)；

②合成并显示新速度的即时的偏移剖面。拾取了较优的偏移速度之后，计算出剖面插值因子f(x₀，t₀)

$f(x_0,t_0)=\frac{v(x_0,t_0)-v_0(x_0,t_0)}{\mathrm{\Δv}\left(t_0\right)}$

取插值因子f(x₀，t₀)的整数部分，可确定出位于该插值因子两侧最为邻近的误差剖面序号，不妨设其为k与k+1,最终通过线性插值合成即时的偏移剖面S(x₀，t₀)

S(x₀，t₀)＝[f(x₀，t₀)-k]S_k+1(x₀，t₀)+[k+1-f(x₀，t₀)]S_k(x₀，t₀)

根据上式可知，速度误差Δv越小，则所得即时的剖面与利用新速度场重新进行偏移成像的剖面越为接近。当给定合适的速度误差时，通过该过程实现了即时的偏移剖面分析；

③比较即时的偏移剖面与各速度误差剖面，判断新速度场是否精确，若不精确则重复步骤①和②；

④完成对系列速度误差剖面所有时空位置的比较分析。

实施例2本发明计算方法在地震数据处理软件系统中的应用

(1)生成速度误差剖面

图1虚线圈起的范围为速度误差的生成参数，包括低速扫描次数N₁、高速扫描次数N₂、起始时间t₁、起始速度间隔Δv₁、终止时间t₂及终止速度间隔Δv₂，则总的速度扫描次数N为

N＝N₁+N₂+1

为便于处理，将速度误差序列Δv(t)定义为

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

即当t₁＜t＜t₂时，Δv(t)为Δv₁和Δv₂对于时间t的线性插值结果。

此外，还需输入初始速度场、炮集记录及偏移参数。其中，初始速度场的示例见图2，横纵坐标分别为距离与时间。然后基于含有不同速度误差的新速度场进行Kirchhoff积分法叠前时间偏移处理，即可获得N个系列速度误差剖面。

(2)基于系列速度误差剖面的偏移速度分析

在图3所示的速度误差剖面分析的集成界面中，输入偏移速度谱、初始速度场与速度误差剖面后，即可开始偏移速度分析处理。图3中右下方窗口中的为系列速度误差剖面(部分)，通过比较各速度误差剖面中的构造形态及同向轴特征，可以确定初始速度场是否准确，若不准确，则可根据速度误差剖面的序号得出速度的修改量。

在图4所示的速度谱中，通过人机交互处理的方式修改当前位置的速度曲线，其中左侧曲线为初始速度曲线，右侧曲线为修改后的速度曲线。

若速度曲线发生变化，通过线性插值合成即时的偏移剖面，如图5所示。检查图5所示新的即时的偏移剖面，并将其与图3右下部所示系列速度误差剖面比较，以确定当前速度是否合理，若不合理则重新修改图4中的速度曲线。对于常规速度分析方法，若形成所修改速度场的偏移剖面，则需要重新进行叠前时间/深度偏移处理，这将导致巨大的时间消耗，因此，传统的速度分析方法无法做到针对速度误差——偏移剖面的系统分析，从而降低了所建立速度场的精度，会严重影响最终地震剖面的成像质量，进而增加了错误地质解释的风险。

Claims (4)

1.一种基于系列速度误差剖面的偏移速度分析方法，所述分析方法应用于Kirchhoff积分法叠前时间偏移成像的处理，其特征在于所述分析方法具体如下： 

(1)基于对偏移速度谱与偏移道集的观察分析，通过人机交互处理的方式获得初始速度场； 

(2)输入初始速度场、低速扫描次数N₁、高速扫描次数N₂及时变的速度误差Δv(t),创建N个系列速度误差剖面，所述的N＝N₁+N₂+1； 

(3)输入偏移速度谱、初始速度场与系列速度误差剖面进行偏移速度分析； 

所述步骤(2)的系列速度误差剖面分为低速系列速度误差剖面和高速系列速度误差剖面，系列速度误差剖面是以初始速度场与系列速度误差的和作为输入速度场的偏移剖面，所得到的系列偏移剖面即为系列速度误差剖面，而系列速度误差为速度误差Δv(t)的整数倍； 

步骤(3)所述偏移速度分析：比较系列速度误差剖面，基于绕射收敛程度、同向轴的虚实及地质构造合理性准则，确定出局部较优的速度误差剖面，从而初步获得当前速度的范围；通过人机交互处理的方式拾取新的偏移速度；计算速度误差剖面间的插值因子，通过线性插值合成新的剖面，所述新的剖面为即时的偏移剖面，当速度误差Δv(t)较小时，则所得到的即时的偏移剖面将与利用新速度场重新进行偏移成像的剖面相一致；比较即时的偏移剖面与各速度误差剖面，判断新速度场是否精确。 

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于所述步骤(1)获得初始速度场的具体方法为：对原始地震记录进行能量平衡、随机噪音及相干噪音压制环节的预处理之后，利用如下计算公式创建偏移速度谱 

式中，Δx和Δy为纵测线和横测线的道间距，为在一个孔径A内输入波场的偏移输出，；

利用传统的速度分析方法，即基于对偏移速度谱与偏移道集的观察分析，通过人机交互处理的方式获得初始速度场。 

3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于所述步骤(2)生成系列速度误差剖面的具体方法为：对于第i(-N₁≤i≤N₂)次的速度扫描，输入新速度场 

v(x，t)＝v₀(x，t)+i·Δv(t) 

进行偏移处理，获得含有速度误差为i·Δv(t)的时间剖面S_i(x，t)，重复上述过程，直至获得所有的速度误差剖面，最终得到系列速度误差剖面。 

4.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于所述步骤(3)基于系列速度误差剖面的偏移速度分析，具体过程为： 

①根据系列速度误差剖面的对比分析，拾取较优的速度，比较各速度误差剖面的某一时空位置(x₀，t₀)，基于绕射收敛程度、同向轴的虚实及地质构造合理性准则，确定出局部较优的速度误差剖面，设其序号为k，且-N₁≤k≤N₂，则该位置的合理速度应接近v(x₀，t₀)＝v₀(x₀，t₀)+k·Δv(t₀)； 

②合成并显示新速度的即时的偏移剖面拾取了较优的偏移速度之后，计算出剖面插值因子f(x₀，t₀) 

取插值因子f(x₀,t₀)的整数部分，确定出位于该插值因子两侧最为邻近的误差剖面序号，设其为k与k+1,最终通过线性插值合成即时的偏移剖面S(x₀，t₀) 

S(x₀，t₀)＝[f(x₀，t₀)-k]S_k+1(x₀，t₀)+[k+1-f(x₀，t₀)]S_k(x₀，t₀) 

根据上式可知，速度误差Δv越小，则所得到的即时的偏移剖面与利用新速度场重新进行偏移成像的剖面越为接近；当给定合适的速度误差时，通过该过程实现了即时的偏移剖面分析； 

③比较即时的偏移剖面与各速度误差剖面，判断新速度场是否精确，若不精确则重复步骤①和②； 

④完成对系列速度误差剖面所有时空位置的比较分析。