CN104155690B - 基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法，包括以下步骤：在工区内划分共法向出射点面元，确定各面元位置；以面元中心所在位置为分析点，抽取该分析点处的共法向出射点道集；基于地震数据空间和叠加数据空间三维关系方程进行椭球展开并计算速度谱；在速度谱上拾取均方根速度；对所有面元分析点重复上述过程，得到各分析点处均方根速度；通过将各分析点处均方根速度进行内插外推，建立研究区叠加速度场。本发明得到的叠加速度场准确可靠，可为偏移速度分析方法提供高精度初始速度场，获得的零偏移距叠加剖面主要反射同相轴层次齐全、波组特征清楚、信噪比高。

Description

基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法

技术领域

本发明属于勘探地球物理学领域，具体地，涉及一种基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法。

背景技术

地球物理勘探主要涉及到两个空间：地震数据空间D和地质体空间S。其中，地震数据空间涉及到地震观测系统、运动学特征(旅行时等)、动力学特征(振幅、频率、相位、波形等)等信息；地质体空间描述的则是目标体几何形状、介质弹性性质、速度分布等信息。地震勘探的一般问题即为通过研究地震数据空间信息来获得地质体空间信息。然而，该问题的解决过程因地震信号的分辨率而复杂化。1976年Kondrashkov等基于三角映射原理提出的椭圆展开法(EDR法)为地震数据处理提供了一种无需使用先验信息的处理方法，此方法可以识别和获得与某个波场分量有关的信号，从而实现从空间S和空间D获取有效信息。为实现该方法，引入第三个空间——叠加数据空间S₀，作为以上两个空间的补充。在地震数据空间内地震资料展开到叠加数据空间的过程中，当且仅当所用速度正确时叠加效果最佳，因此可以在不同扫描速度下对地震数据进行椭圆展开叠加并提取速度谱，并在能量最大处拾取速度值构建速度场，此即椭圆法速度分析方法的基本原理。该速度分析方法未对地下介质作水平层假设，其速度分析过程以椭圆展开和参数展开方法为基础，能够处理不规则观测系统。与传统方法相比，该方法的主要优点在于不受地层倾角影响。需要指出的是，在三维地震勘探情况下，现有椭圆展开速度分析方法仍基于二维反射波椭圆展开理论，难以实现对三维地震数据的有效处理，无法满足研究与实际生产工作的要求。

发明内容

为了克服现有椭圆法速度分析方法无法实现对三维地震数据进行有效处理的不足，本发明提出一种基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法。该方法通过首先抽取分析点处共法向出射点道集，然后进行椭球展开并求取速度谱，最后进行速度拾取从而获得目标区域的均方根速度场。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：划分共法向出射点面元

步骤2：抽取共法向出射点面元处的共法向出射点道集

步骤3：利用地震数据空间和叠加数据空间三维关系方程进行椭球展开并求取速度谱

步骤4：在速度谱上进行速度拾取以确定分析点处均方根速度

步骤5：对所有分析点重复步骤2-4得到各分析点处均方根速度

步骤6：通过数据内插、外推得到最终均方根速度场

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：基于共法向出射点道集开展速度分析过程，有效降低了反射点弥散的问题，提高了速度分析精度；在常规处理已抽取的CMP道集基础上开展共法向出射点道集抽取工作，在确保得到有效信息的前提下，提高了计算效率，适于交互速度分析和拾取；以三维椭球展开法理论为基础进行速度分析，抛开地下水平层状假设，真正适用于三维条件下的地震资料处理，可有效获得高精度的均方根速度场，切实提高资料使用效率和处理精度。

附图说明

图1是基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法的流程图；

图2是某三维工区内某两相邻分析点的共法向出射点道集示意图；

图3(a)是利用基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法所得的某分析点处共法向出射点速度谱；

图3(b)是使用某商业软件进行速度分析所得同一分析点处的速度谱；

图4(a)是利用基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法所得的某分析点处椭圆拉平校正剖面；

图4(b)是使用某商业软件进行速度分析所得同一分析点处的拉平校正剖面；

图5(a)是基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法所得叠加剖面；

图5(b)是使用某商业软件速度分析所得叠加剖面；

图6(a)是基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法所得三维速度场示意图；

图6(b)是使用某商业软件速度分析所得三维速度场示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法，包括以下步骤：

步骤1：划分共法向出射点面元

考虑工区研究对于精度和分辨率的要求并参考CMP点相应面元的划分，在工区内划分共法向出射点面元，确定各面元位置。具体方法如下：

根据工区特点，确定所需目标区域速度场的分辨率与精度，计算出各目标分析点所在三维法向出射点面元，完成共法向出射点面元划分。简单起见，可令共法向出射点面元划分情况与CMP面元划分情况保持一致。

步骤2：抽取共法向出射点面元处共法向出射点道集

以步骤1划分的各共法向出射点面元的中心作为分析点，计算出各法向出射点位于该面元内的地震信号对应CMP点的分布范围。根据计算出的CMP点分布范围，将所有可能具有同一法向出射点的各地震道记录按照炮检距大小排列起来形成的道集称为共法向出射点道集，。具体方法如下：

根据法向出射点与CMP点的几何关系，CMP道集中某一检波点处法向出射点相对于CMP道集中法向出射点的发散距离rg为：

此时CMP道集法向出射点最大散布范围半径rg₀为：

相应法向出射点与分析点处法向出射点面元有交点的CMP道集对应CMP点的分布范围为：

其中，法向出射点是指地下反射点处界面法线与地表的交点。以上各式中，h_B为地层法向深度，l为地震信号对应的偏移距，θ为地下界面倾角，h_max为目地层的最大埋深，l_max为最大偏移距，θ₀为深层地下界面倾角估计值，x_range、y_range分别表示所有法向出射点分散范围与分析点处法向出射点面元有交点的CMP道集对应CMP点的分布范围在工区内平面直角坐标系L_0x-L_0y中L_0x、L_0y方向的网格边长，gridx、gridy为L_0x、L_0y方向的分析点所在法向出射点面元网格边长；

以目标区域内的面元中心作为分析点，利用公式(3)计算出隶属于该面元的所有CMP道集所对应的CMP点分布范围，提取该范围内所有的CMP道集，将所有CMP道集记录按照炮检距大小排列起来形成的道集组成共法向出射点道集。

附图2为经过上述步骤所得的某三维工区内两相邻分析点的共法向出射点道集，该道集信息丰富，覆盖次数高，基本包含了在分析点面元范围内存在法向出射点分布的地震道。

步骤3：利用地震数据空间和叠加数据空间三维关系方程进行椭球展开并求取均方根速度谱

将步骤2抽取所得分析点处共法向出射点道集进行三维椭球展开，求取零偏移距域速度谱。具体方法如下：

首先，三维地震资料反射波椭球展开方程如下：

其中，L_0x-L_0y为一般工区所用的固定平面坐标系，(L_0x,L_0y)为法向出射点平面坐标，在椭球展开速度分析过程中代表当前分析点的平面坐标；(L_0xs,L_0ys)、(L_0xr,L_0yr)分别表示平面坐标系L_0x-L_0y中炮点、检波点的平面坐标；T₀为零偏移距域内沿零偏移距射线的双程旅行时(亦即自激自收时间)，v为地震波传播速度，t为进行椭球展开的反射波的旅行时；变量L、θ定义如下：

选定速度扫描范围，利用椭球展开方程式对当前分析点处共法向出射点道集中各地震道信号依次进行椭球展开并相干叠加，求取零偏移距域速度谱。

附图3(a)为经过上述步骤所得的某分析点处速度谱，图3(b)为使用某商业软件进行速度分析所得的该分析点处速度谱，对两图进行对比可以发现，本发明的方法所得速度谱结果相比某商业软件速度谱能量团更加清晰集中，深层能量更为聚焦，易于拾取，说明了该方法在提取速度谱过程中的优越性。

步骤4：在速度谱上进行速度拾取以确定分析点处均方根速度

将步骤3所得速度谱进行交互拾取，获得当前分析点处的均方根速度。具体方法如下：

依据共法向出射点道集在零偏移距域内的拉平情况和叠加效果，在椭球展开过程提取的零偏移距域速度谱上，由浅至深拾取能量聚焦点处的速度值作为当前分析点处地下介质的均方根速度场，从而确定当前速度分析点的均方根速度。

附图4(a)为经过上述步骤所得的某分析点处椭球拉平校正剖面，图4(b)为使用某商业软件进行速度分析所得的该分析点处拉平校正剖面，对两图进行对比可以发现，相比某商业软件速度分析处理，本发明的远道校平效果更好，能够有效利用更多的有效信息。

步骤5：对所有分析点重复步骤2-4得到各分析点处的均方根速度

对所有分析点重复步骤2-4的速度分析过程，直至处理完所有分析点为止，拾取所有分析点的均方根速度。

步骤6：对各分析点的均方根速度进行内插外推，得到最终均方根速度场

以步骤5所得的均方根速度为输入和约束条件，在工区目标区域范围内，利用三维插值方法进行内插、外推，求取工区范围内分析点以外各均匀分布的离散点处的均方根速度，最终获得工区内目标区域的叠加速度场。具体方法如下：

步骤5获得各分析点的均方根速度后，首先根据纵向时间采样点数，对每个分析点处的均方根速度进行纵向线性插值，方程如下：

上式中，t_i、v_i分别为分析点第i个采样点的时间深度、速度，Δt为分析点的纵向时间采样间隔，(t₁,v₁)、(t₂,v₂)分别为第i个采样点上方、下方的已知时间速度对。根据该方程即可计算出各分析点处每个时间采样点的均方根速度。

完成纵向插值后，按照工区网格点分布，使用反距离加权方法对得到的各分析点均方根速度进行横向插值，时间深度为t时，其方程如下：

i＝0,1,2,…,n,j＝0,1,2,…,m

上式中，v(x_j,y_j)为时间深度为t时第j个网格点处的均方根速度，(x,y)为网格点坐标。该方程可计算出时间深度t处横向剖面上各网格点的均方根速度，t取(0→t_max)，即可求得整个工区所有网格点的均方根速度，获得工区目标区域的均方根速度场。

附图5(a)为基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法所得叠加剖面，图5(b)为使用某商业软件速度分析所得叠加剖面，对两图进行对比可以发现，相比某商业软件速度分析处理，本发明中的三维地震数据椭球法速度分析对应的叠加结果浅层、中深层同相轴连续性和一致性均更强，同相轴更为清晰，整体能量也得到加强，效果优于前者，采用该技术，可以明显提高速度场分析精度，有效改善叠加剖面质量，取得较好的地质效果。

附图6(a)为经过上述步骤所得的三维速度场示意图，图6(b)为使用某商业软件进行速度分析所得的三维速度场示意图，对两图进行对比可以发现，两种方法所得速度场背景速度基本一致，细节上有所不同。经过不同速度场的对比，并结合之前速度谱、拉平效果、叠加结果的对比，可以发现基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法摒弃水平界面的假设，能有效减少共反射点弥散引起的速度误差，提高了速度分析精度，最终可以得到精确可靠的层状地球介质的叠加速度场。

Claims (7)

1.一种基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：划分共法向出射点面元；

步骤2：抽取共法向出射点面元处的共法向出射点道集；

步骤3：利用地震数据空间和叠加数据空间三维关系方程进行椭球展开并计算得到均方根速度谱；

步骤4：在速度谱上进行速度拾取主要能量团的均方根速度；

步骤5：对所有分析点重复步骤2-4，得到各分析点处均方根速度；

步骤6：对各分析点的均方根速度进行内插外推，得到最终均方根速度场。

2.根据权利要求1所述的基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法，其特征在于，

步骤1包括：根据工区特点，确定目标区域速度场的分辨率与精度，计算出各目标分析点所在三维法向出射点面元，完成共法向出射点面元划分，其中，共法向出射点面元划分情况与CMP面元划分情况保持一致。

3.根据权利要求2所述的基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法，其特征在于，

步骤2包括：以步骤1划分的各共法向出射点面元的中心作为分析点，计算出各法向出射点位于该面元内的地震信号对应CMP点的分布范围；根据计算出的CMP点分布范围，对所有CMP点的道集记录按照炮检距大小重新排列以形成新的道集，作为共法向出射点道集，具体包括以下步骤：

根据法向出射点与CMP点的几何关系，CMP道集中某一检波点处法向出射点相对于CMP道集中法向出射点的发散距离rg为：

CMP道集法向出射点最大散布范围半径rg₀为：

法向出射点处对应CMP点的分布范围为

其中，法向出射点是指地下反射点处界面法线与地表的交点，h_B为地层法向深度，l为地震信号对应的偏移距，θ为地下界面倾角，h_max为目地层的最大埋深，l_max为最大偏移距，θ₀为深层地下界面倾角估计值，x_range、y_range分别表示所有法向出射点分散范围与分析点处法向出射点面元有交点的CMP道集对应CMP点的分布范围在工区内平面直角坐标系L_0x-L_0y中L_0x、L_0y方向的网格边长，gridx、gridy为L_0x、L_0y方向的分析点所在法向出射点面元网格边长；

以目标区域内的面元中心作为分析点，计算出隶属于该面元的所有CMP道集所对应的CMP点分布范围，提取该范围内所有CMP道集，将所有CMP道集记录按照炮检距大小排列起来组成共法向出射点道集。

4.根据权利要求3所述的基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法，其特征在于，

步骤3包括对步骤2抽取得到的分析点处共法向出射点道集进行三维椭球展开，计算得到零偏移距域均方根速度谱，具体包括以下步骤：

三维地震资料反射波椭球展开方程为：

其中，L_0x-L_0y为一般工区所用的固定平面坐标系，(L_0x,L_0y)为法向出射点平面坐标，在椭球展开速度分析过程中代表当前分析点的平面坐标；(L_0xs,L_0ys)、(L_0xr,L_0yr)分别表示平面坐标系L_0x-L_0y中炮点、检波点的平面坐标；T₀为零偏移距域内沿零偏移距射线的双程旅行时，v为地震波传播速度，t为进行椭球展开的反射波的旅行时；

选定速度扫描范围，利用椭球展开方程式对当前分析点处共法向出射点道集中各地震道依次进行椭球展开并进行相干叠加，计算得到零偏移距域速度谱。

5.根据权利要求4所述的基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法，其特征在于，

步骤4包括将步骤3所得速度谱进行交互拾取，获得当前分析点处主要能量团的均方根速度，具体包括如下步骤：

依据共法向出射点道集在零偏移距域内的拉平情况和叠加效果，在椭球展开过程提取的零偏移距域速度谱上，由浅至深拾取能量聚焦点处的速度值作为当前分析点处地下介质的均方根速度，从而确定当前速度分析点的速度分布情况。

6.根据权利要求5所述的基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法，其特征在于，

步骤5包括对其它分析点重复步骤2-4的速度分析过程，直至处理完所有分析点为止，拾取所有分析点各主要能量团的均方根速度。

7.根据权利要求6所述的基于椭球展开的三维地震数据叠加速度求取方法，其特征在于，

步骤6包括：以步骤5所得的均方根速度为输入，在工区目标区域范围内，利用三维插值方法进行内插、外推，求取工区范围内各离散网格点处的均方根速度，最终获得工区内目标区域的叠加速度场。