CN104570100B - 多子波克希霍夫地震数据偏移方法 - Google Patents
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Abstract
一种多子波克希霍夫地震数据偏移方法，它包括下列步骤：(1)、生成多地震子波序列；(2)、利用多地震子波序列对地震道进行分解，得到l1范数优化的稀疏地震子波系数序列；(3)、选定所要偏移的子波的主频率；(4)、对波克希霍夫偏移算法中，将给定成像时间计算输入样点时间的计算方法改成给定输入子波时间计算该子波在成像中的时间；(5)、对移动后的共反射点地震道进行重构叠加，得到所给定子波的偏移成像；本发明的有益效果是：它提高地震数据偏移精度，以得到多地震子波不同波段的，更加精确的地下岩层和物理特征的分布和变化的偏移结果，为下一步对资源(油气，煤炭，矿产等)的解释，提供更可靠的资料。
Description
技术领域
本发明涉及地震资源(石油，煤炭，矿产等)勘探中的地震资料处理和解释技术领域，属于一种多子波克希霍夫地震数据偏移方法。
背景技术
地震数据偏移是地震数据处理过程中的一个重要环节。目前地震数据都是以某个地球平面振动的振幅按等时间隔采样来表述的，一个地震道代表了平面上一个点在一个时间段的振动，实际表述为一个浮点数数组。因此，目前常规的地震资料处理都是基于，或建立在振动样点之上的。在基于样点的偏移计算中，不可避免地用到对振动场的样点插值，从而引起频散噪音和地震波动或子波的拉伸变形，造成进一步地震资料解释的困难，也有可能造成错误的解释。
近年来在国际上新出现了基于小波变换的偏移计算方法，例如Yu Zhou等作者于2004年提出了基于小波变换的叠前多尺度(multiscale)克希霍夫偏移的方法。这种方法首先应用小波变换将地震道分解成不同尺度(scale)的小波，然后应用常规的克希霍夫偏移算法移动小波的系数，然后根据小波系数重构共反射点道集，叠加得到偏移结果。虽然这种方法可降低频散噪音，但也存在以下问题：
1.所用有限数量小波以尺度(scale)度量，可用于信号压缩，但与实际的地震子波不同，特别是大尺度小波，在偏移时可能引人误差。
2.小波变换得到的小波系数属于l2范数优化，即求反射系数的极小值，是非稀疏分解。对地震道内的地震子波解析程度差。
3.偏移结果得到的与不同尺度小波对应的成像结果不能有效的反映地下岩层结构，或物理特性的分布与变化。
除小波变换外，安平于2006年提出了用地震子波库，应用线性规划的计算方法，将一个地震道分解成由给定地震子波库中的地震子波组成的子波集合的算法。应用这种方法将地震道分解后，用所有得到的子波，就可以重构出原始分解前的地震道。用部分子波重构，可以得到新的地震道。
发明内容
本发明的目的是提供一种多子波克希霍夫地震数据偏移方法，它提高地震数据偏移精度，以得到多子波不同子波主频波段的，更加精确的反映地下岩层和物理特征的分布和变化的偏移结果，为下一步对资源(油气，煤炭，矿产等)的解释，提供更可靠的资料。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种多子波克希霍夫地震数据偏移方法，其特征在于：它包括下列步骤：
(1)、生成多地震子波序列，即不同主频或最大振幅频率的地震子波序列；
(2)、利用得到的多地震子波序列对地震道进行分解，得到l1范数优化的稀疏地震子波系数序列，即求满足为极小值的系数序列，提高对地震道的解析程度。
(3)、选定所要偏移的子波的主频率，或所要偏移的子波的主频率范围。理论上，对给定子波序列中的任何一个子波，都可以得到一个成像输出，该输出代表地震数据中与该子波对应的信息的成像；
(4)、对克希霍夫偏移算法中，将给定成像时间计算输入样点时间的计算方法改成给定输入子波时间计算该子波在成像中的时间，然后将上一步所选定的输入地震子波准确地移动到成像中的共反射点地震道中的位置，最后将共反射点地震道进行重构，形成移动后的共反射点地震道集；
(5)、对移动后的共反射点地震道集进行叠加得到精确的偏移结果，得到所给定子波的偏移成像；同样，得到不同给定主频区间的子波的成像；将部分主频区间的成像叠加，就等于该主频区间的子波的成像；所有主频不重叠的成像叠加，就是所有输入信息的成像。
其中，在步骤(1)中生成多地震子波序列中给定一个子波，通过三次样条函数插值和二进制搜寻计算得到给定子波最大振幅频率或主频的子波的计算方法。
其中，在步骤(2)中利用一个子波序列，求满足l1范数优化的稀疏地震子波系数序列的方法。
其中，在步骤(4)中由输入子波，移动子波到共反射点道集中的地震道，从而达到偏移的结果。
其中，在步骤(4)中由输入子波时间t，计算移动到共反射点道集中的地震道的时间t0的方法。
其中，在步骤(1)至步骤(5)中得到对应于给定子波主频或主频范围的偏移结果的方法。
本发明的有益效果是：它提高地震数据偏移精度，以得到多地震子波不同波段的，更加精确的地下岩层和物理特征的分布和变化的偏移结果，为下一步资源(油气，煤炭，矿产等)的解释，提供更可靠的资料。
附图说明
图1是多子波克希霍夫(Kirchhoff)地震数据偏移工作流程示意图。
图2是本发明的多子波序列示意图(横坐标为子波主频，纵坐标为时间)。
图3是克希霍夫偏移检波和震源几何示意图。
图4是真实二维数据全子波偏移剖面示意图(3-85Hz)。
图5是主频3-15Hz子波偏移剖面示意图。
图6是主频为16-25Hz子波偏移剖面示意图。
图7是主频为26-35Hz子波偏移剖面示意图。
图8是主频为36-45Hz子波偏移剖面示意图。
具体实施方式
参见图1所示：附图1是工作流程示意图，整个多子波克希霍夫偏移可以分成五步：
1.生成多地震子波序列。
a)如果采用数学子波，即不同主频的子波可以通过一个数学表达式计算得到，只需要按顺序计算出子波序列即可。例如雷克子波的数学表达式为
其中fi是子波的最大振幅频率。给定不同的，等间距的最大振幅频率fi，就可以得到对应的子波序列。
b)在地震资料处理和解释过程中，通常可以从地震数据中提取一个与该数据相符的地震子波，该子波表述为一个等时间间隔的浮点数组，在这种情况下，我们采用三次样条圆滑插值获得子波序列。在原始子波的时间范围内，新插值点数多于原样点数，即新插值时间间隔小于原始子波的时间间隔时，对新差值得到的浮点数组赋予原始子波的时间间隔时，其主频就降低。反之新插值点数少于原样点数，即新插值时间间隔大于原始子波的时间间隔时，对新差值得到的浮点数组赋予原始子波的时间间隔时，其主频就升高。运用二进制搜寻，很快就可以得到任意给定主频的子波。重复以上插值和搜寻计算，就可以得到所需要的子波序列。附图2是从一个地震子波，通过插值得到的子波序列的例子。其主频率间隔为1Hz.
2.多子波地震道数据分解。利用第一步得到的子波序列，可以将一个地震道表述为一个求满足l1范数优化的稀疏地震子波系数序列的问题：求极小值CTR给定AR＝S，R>0，其中C是单位向量；R是子波反射系数向量；S是地震道；A是由子波序列中的子波构成的矩阵，子波序列中每个子波对应于S中的一个样点构成A的一列；同样对每个子波的负子波，每个负子波对应于S中的一个样点；此外，每个正子波在地震道S的每个解析极大值的位置构成一列，每个负子波在地震道S的每个解析极小值的位置构成一列。采用线性优化的方法对上述线性系统求解，得到满足l1范数优化的稀疏地震子波系数序列R。R中大部分元素都等于0或接近0，去掉0和可忽略的元素，和去掉A中所对应的列或子波，就得到一组可精确表述该地震道的，稀疏的子波。
3.选定要偏移的子波或子波范围。可根据对数据的分析以及后续解释的目的，选定子波或子波范围。例如3-15Hz。
4.偏移选定的子波。克希霍夫偏移算法中，常用的由给定发散点(Zo)的成像时间t0，计算在给定输入地震道的时间公式为：
中Vmig是偏移速度，x和h可参见附图3，其中，x是共反射点(CRP)到共中心点(CMP)的距离，h是共中心点(CMP)到震源(S)、接收点(R)的距离；常规的克希霍夫偏移算法是先给定成像(结果)样点位置(t0)应用上述公式，计算出在输入地震道上的时间(t)，由于t一般不会正好在地震道的样点位置，通常解决的办法是用插值得到t点的振幅值。这种算法显然对我们输入子波的偏移方法不适用。我们需要从输入子波的时间t，计算得到输出成像上的t0时间。
我们对以上公式进行了改写，得到：
采用新的公式，对给定在时间t的输入子波，我们都可以精确地计算出偏移到结果剖面的时间。根据新的公式，对所选定的子波进行偏移。
5.重构，叠加，输出结果。对偏移后由子波组成的共反射点地震道进行重构，得到所选定子波的叠前时间偏移的常规的共反射点道集，再将道集叠加，得到选定子波或子波范围的成像结果。附图4-8是一个真实的地震数据采用以上描述的多子波克希霍夫(Kirchhoff)地震数据偏移方法得到的结果。附图4是全子波的偏移结果，附图5-8是不同主频段子波偏移的结果。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多子波克希霍夫地震数据偏移方法，其特征在于：它包括下列步骤：
(1)、生成多地震子波序列，即不同主频或最大振幅频率的地震子波序列；
(2)、利用上述地震子波序列对每个地震道进行分解，得到l1范数优化的稀疏地震子波系数序列，提高对地震道的解析程度；
(3)、选定所要偏移的子波的主频率，或所要偏移的子波的主频率范围；
(4)、对波克希霍夫偏移算法中，将给定成像时间计算输入样点时间的计算方法改成给定输入子波时间计算该子波在成像中的时间，然后将输入地震子波准确地移动到成像中的位置，然后重构得到精确移动后的共反射点地震道集；
(5)、对移动后的共反射点地震道集进行叠加得到精确的偏移结果，得到所给定子波的偏移成像；理论上，对给定子波序列中的任何一个子波，都可以得到一个成像输出，该输出代表地震数据中与该子波对应的信息的成像；同样，得到不同给定主频区间的子波的成像；将部分主频区间的成像叠加，就等于该主频区间的子波的成像；所有主频不重叠的成像叠加，就是所有输入信息的成像。
2.根据权利要求1所述的多子波克希霍夫地震数据偏移方法，其特征在于：
在步骤(1)中生成多地震子波序列中给定一个子波，通过三次样条函数插值和二进制搜寻计算得到给定子波最大振幅频率或主频的子波的计算方法。
3.根据权利要求2所述的多子波克希霍夫地震数据偏移方法，其特征在于：
在步骤(2)中利用一个子波序列，求满足l1范数优化的稀疏地震子波系数序列的方法。
4.根据权利要求3所述的多子波克希霍夫地震数据偏移方法，其特征在于：
在步骤(4)中由输入子波，移动子波到共反射点道集中的地震道，从而达到偏移的结果。
5.根据权利要求4所述的多子波克希霍夫地震数据偏移方法，其特征在于：
在步骤(4)中由输入子波时间t，计算移动到共反射点道集中的地震道的时间t0的方法。
6.根据权利要求5所述的多子波克希霍夫地震数据偏移方法，其特征在于：
在步骤(1)至步骤(5)中得到对应于给定子波主频或主频范围的偏移结果的方法。
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