CN105093292B - 一种地震成像的数据处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地震成像的数据处理方法和装置。属于地震勘探技术领域。首先拾取零偏VSP纵波初至和一定数量的上行强反射波场(包括上行P波和上行SV波)，建立井筒附近地层初始速度模型，再从零偏VSP射线追踪入手，采用常速度梯度复杂介质双向射线追踪方法实现零偏VSP上行P波和上行SV波的二维地震成像，并通过模型和实际高陡构造零偏VSP资料的处理，验证有效性。本发明的优点是能够对VSP上行P波和上行SV波进行精确成像，且没有其它波动方程成像剖面上的偏移划弧假象，可辅助井筒附近地层的精细构造解释。

Description

一种地震成像的数据处理方法和装置

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，具体而言，涉及一种地震成像的数据处理方法和装置。

背景技术

自20世纪60年代以来，VSP地震作为一项新的地震勘探技术，得到了长足的发展和广泛的应用。VSP资料可用于标定地震地质层位、预测VSP观测井段之下反射地层、研究井筒周围构造细节、检测裂缝和预测压力等。利用VSP资料还可以提取多种地震波运动学和动力学信息，如，泊松比、各向异性参数、品质因子和波阻抗及VSP地震子波等，用于辅助地面地震资料的处理和解释。

VSP根据震源与井下检波器的水平距离可分为零偏VSP或非零偏VSP。众所周知，零偏VSP是在水平介质情况下发展起来的一维地震勘探，主要用于求取准确的纵波地震速度和标定地震层位。在地层水平假设条件下，对零偏VSP上行反射波进行纵波初至静校正，上行反射同相轴得到拉平而获得上行纵波拉平剖面，然后沿纵波初至进行走廊切除并叠加可得到走廊叠加记录，利用上行纵波拉平剖面或走廊叠加记录标定地质层位是零偏VSP最广泛的用途之一。时至今日，上述处理流程，作为常规零偏VSP地震资料处理的基本要求被写入有关垂直地震剖面法勘探技术规范。

随着VSP地震勘探技术的不断发展，人们发现，当地质构造复杂、地层倾角较大情况下，零偏VSP上行反射波按上述处理流程处理，反射同相轴并不能得到有效拉平，因此着手研究走廊叠加记录的倾角时差校正问题。事实上，高陡构造区零偏VSP已不属于一维地震，所得到的也不仅仅是地震P波，还存在强上、下行SV波，在很多情况下，SV波甚至比P波反射更强。如果零偏VSP记录以上行SV波为主，所谓的倾角时差校正，并不可能将上行SV波记录拉平。因此，目前常规零偏VSP处理，已无法满足高陡构造区零偏VSP地震勘探需要。此外，在复杂高陡构造情况下，VSP观测井段之下的地震反射信息并非来自与井筒相交地层的反射，而是来自于离开井筒一定距离的地层，其间可能出现断层或复杂构造，因此在复杂高陡构造区，目前的常规零偏VSP地层预测方法也存在严重问题甚至误导地层解释。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种地震成像的数据处理方法和装置。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种地震成像的数据处理方法,含有以下步骤：

首先拾取零偏VSP纵波初至和一定数量的上行强反射波场(包括上行P波和上行SV波)，建立井筒附近地层初始速度模型，再从零偏VSP射线追踪入手，采用常速度梯度复杂介质双向射线追踪方法实现零偏VSP上行P波和上行SV波的二维地震成像，并通过模型和实际高陡构造零偏VSP资料的处理，验证有效性。

进一步地，还含有以下步骤；

步骤1、拾取零偏VSP纵波初至和一定数量的上行强反射波场，建立井筒附近地层纵波速度初始模型；

VSP上行反射波场包含反射界面的倾角信息，加上零偏VSP纵波初至所得到的速度信息，建立VSP上行纵波成像所需要的初始速度模型；

初始倾角的计算公式如下：

sinα＝t₃sinβ/t₅ (1c)

式中，t1和t2分别为震源到接收点G1和G2的直达波初至时间，t3和t4分别为震源到接收点G1和G2的一次上行反射波时间，t5为震源S到虚震源S*的旅行时间，α为反射地层R的倾角，β为t3一次上行反射与井筒所形成的张角。

步骤2、采用三次样条函数描述地质界面并对速度场进行平滑处理；

几何地震学是波动地震学的高频近似，射线追踪要求地质界面和速度场具有一定的平滑度，宜采用三次样条函数描述上述地质界面并对速度场进行一定程度的平滑处理，使其充分光滑；

步骤3、对上述速度模型进行网格化处理及对网格内速度进行常速度梯度处理；

求取每个网格内的速度梯度，使网格内的速度场描述为：

c(r)＝c₀+λ·r，这里c0是恒定速度，是速度梯度；

步骤4、采用常速度梯度射线追踪法分别从炮点和每个检波点进行双向射线追踪；

当网格或速度梯度满足：相当于网格或速度梯度足够小时，借助于Taylor级数展开，得到恒定速度梯度场射线追踪近似公式

式中，r₀为射线在每个单元入口处的坐标，c₀为单元入口处的速度，n₀为入口处的射线方向，r(s)为射线在单元内路径S处的坐标，n(s)为该处的射线方向，t(s)为射线在单元内沿路径S旅行的传播时间；公式(2)，(3)，(4)为常速度梯度射线追踪的基本公式；

采用公式(2)、(3)、(4)求出分别从炮点和每个检波点出射的每条射线在上述所经过单元网格内的入口坐标r₀、出口坐标r(s)、射线传播方向n(s)和最短传播路径S及其传播时间t(s)；其中，炮点为沿射线的正向追踪，而检波点为沿射线的逆向追踪；

步骤5、求取炮点的每条射线与每个检波点中的每条射线在成像范围内的交点；

步骤6、求取从炮点到每个检波点的最短射线路径；

对上述步骤5中成像范围内的每个交点，有M条从炮点出发的射线与某检波点i发出的N条射线相交,从炮点出发的第k条射线到交点的传播时间为Tsk,从检波点i出发的第j条射线到交点的传播时间为Trij，则由下式可求出从炮点到检波点i的最小传播时间Ti为：

T_i＝min[Ts_k+Tr_ij],(k＝0,...M-1,j＝0,...,N-1) (5)

步骤7、根据每个检波器接收到的最小传播时间Ti精度误差，加密射线或网格；

根据snell定律，计算由上述(5)式求出的从炮点出发的射线在交点处的反射方向Ns，并与同样由(5)式求出的从检波点出发的射线方向比较，如果两者相差太大，说明由炮点和检波点出发的射线不够多，加密射线，重复步骤4到7，或者网格密度较低，加密网格，重复步骤3到7；

步骤8、对VSP上行P波进行成像处理；

如反射P波无法得到成像，说明速度场存在误差，给出地层倾角(或速度)一个小的扰动(修正项)，修正速度模型，继续完成步骤2到8的处理，直到成像剖面上同一反射界面上的反射能量得到聚焦(成像)；

步骤9、上行SV波成像过程；

对VSP上行SV波，由于从炮点到发射点的传播为纵波，因此，上述纵波速度模型及从炮点出发的纵波射线追踪不用做任何修改；

而横波速度一是可以根据零偏VSP分离的下行横波求取，另外同样可以在上行SV波剖面上，根据上行反射SV波及其与同一界面上的P波的时差求得；

再根据上述纵波速度模型，用纵波速度换成横波速度得到横波速度模型，用横波速度模型从检波点出发沿射线逆向追踪；重复上述步骤5至9，就可得到上行SV波地震成像；只不过最终上行SV波成像需要根据上行P波成像来判断其正确与否，如果同一界面上的上行SV波和上行P波成像到同一位置，说明上行SV波得到正确成像，否则修改横波速度模型，重复步骤3到9。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种地震成像的数据处理方法，包括：获取零偏垂直地震剖面上的纵波初至信息和上行反射波场信息；根据上述纵波初至信息和上述上行反射波场信息建立井筒周围地层的速度模型；以及根据上述速度模型生成与上述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像。

进一步地，上述上行反射波场信息包括：上行P波信息和上行VS波信息，根据上述速度模型生成与上述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像包括：根据上述速度模型生成与上述上行P波信息相对应的上行P波的二维地震图像；和/或根据上述速度模型生成与上述上行VS波信息相对应的上行VS波的二维地震图像。

进一步地，根据上述速度模型生成与上述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像包括：采用常速度梯度复杂介质双向射线追踪方法并根据上述速度模型生成与上述上行反射波场信息相对应的上述上行反射波的二维地震图像。

进一步地，在根据上述速度模型生成与上述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像之后，上述数据处理方法还包括：获取上述零偏垂直地震剖面的实际资料；以及根据上述零偏垂直地震剖面的实际资料和上述速度模型验证上述二维地震图像是否正确。

进一步地，上述上行反射波场信息包括：反射界面的倾角信息，获取零偏垂直地震剖面上的纵波初至信息和上行反射波场信息包括：获取零偏垂直地震剖面上的纵波初至信息；以及根据上述纵波初至信息计算上述反射界面的倾角信息。

根据本发明实施例的再一个方面，提供了一种地震成像的数据处理装置，包括：第一获取单元，用于获取零偏垂直地震剖面上的纵波初至信息和上行反射波场信息；创建单元，用于根据上述纵波初至信息和上述上行反射波场信息建立井筒周围地层的速度模型；以及生成单元，用于根据上述速度模型生成与上述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像。

进一步地，上述上行反射波场信息包括：上行P波信息和上行VS波信息，上述生成单元还用于根据上述速度模型生成与上述上行P波信息相对应的上行P波的二维地震图像；和/或上述生成单元还用于根据上述速度模型生成与上述上行VS波信息相对应的上行VS波的二维地震图像。

进一步地，上述生成单元还用于采用常速度梯度复杂介质双向射线追踪装置并根据上述速度模型生成与上述上行反射波场信息相对应的上述上行反射波的二维地震图像。

进一步地，上述数据处理装置还包括：第二获取单元，用于在根据上述速度模型生成与上述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像之后，获取上述零偏垂直地震剖面的实际资料；以及验证单元，用于根据上述零偏垂直地震剖面的实际资料和上述速度模型验证上述二维地震图像是否正确。

进一步地，上述上行反射波场信息包括：反射界面的倾角信息，上述第一获取单元包括：获取模块，用于获取零偏垂直地震剖面上的纵波初至信息；以及计算模块，用于根据上述纵波初至信息计算上述反射界面的倾角信息。

本发明的优点是能够对VSP上行P波和上行SV波进行精确成像，且没有其它波动方程成像剖面上的偏移划弧假象，可辅助井筒附近地层的精细构造解释。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为根据零偏VSP上行反射时间计算地层倾角的示意图；

图2为零偏VSP常速度梯度2D深度域地质模型的示意图；

图3(a)为模型模拟所得到的零偏VSPZ分量的示意图；

图3(b)为模型模拟所得到的零偏VSPZ分量衰减下行波场后的记录的示意图；

图4(a)为上述模拟记录采用本发明处理后的纵波成像的示意图；

图4(b)为上述模拟记录采用本发明处理后的纵波成像与反射射线模型比较的示意图；

图5(a)为实际零偏VSPZ分量的示意图；

图5(b)为实际零偏VSPZ分量的衰减下行波场后的记录的示意图；

图6(a)为上述零偏VSP经最终波场分离后的上行P波记录的示意图；

图6(b)为上述零偏VSP经最终波场分离后的上行SV波记录的示意图；

图7(a)为上行P波经本发明处理后的纵波成像与地震剖面比较的示意图；

图7(b)为上行SV波经本发明处理后的SV波成像与地震剖面比较的示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3(a)、图3(b)、图4(a)、图4(b)、图5(a)、图5(b)、图6(a)、图6(b)、图7(a)、图7(b)所示，高陡构造零偏VSP二维成像及地层倾角分析方法；

如图1所示，对单一倾斜反射界面R，假设界面以上介质为常速，S为炮点，S*为S的镜像点(虚震源)，t1和t2分别为震源到接收点G1和G2的直达波初至时间，t3和t4分别为震源到接收点的一次反射波时间，t5为震源到界面R的垂直双程反射时间(即震源S到虚震源S*的旅行时间)，则根据图中所示三角关系及余弦公式由下列关系可计算出地层倾角α，具体计算公式由式(1)给出。

图2为库车地区ks203井零偏VSP常速度梯度2D深度域地质模型，层位解释来源于过井地面地震剖面，速度资料来源于ks203井零偏VSP地震测井，图中层间表示的数据为：解释层位\纵波速度\横波速度\速度梯度\该点深度。

图3(a)为上述模型采用弹性波波动方程模拟所得到的零偏VSP Z分量地震记录。模拟所用参数完全与该井零偏VSP野外采集参数相同，为了与实际零偏VSP资料达到更加一致的模拟效果，我们还在图2模型的基础上于地表增加一个约60m厚的低速层，速度为700m/s。可以看出，由于表层低速层的存在，多次波特别发育，波场十分复杂。

图3(b)为图3(a)采用中值滤波简单衰减下行纵波后的Z分量地震记录，可以看到非常强的上行多次反射，包括上行SV波多次。

图4(a)和图4(b)为采用本发明得到的零偏地震成像时间剖面(a)与纵波一次反射射线模型(b)的比较，可以看出，上述成像较好地反映了地质模型，反射信息得到准确成像。

图5(a)为Ks203井零偏VSP原始Z分量地震记录。可以看出，实际资料比模拟数据情况还要复杂。图5(b)为经三分量记录检波器定向处理及衰减下行波场和井筒噪声等干扰后的记录，可以看出，上行SV波比上行P波能量强。

图6(a)和图6(b)分别为上述零偏VSP经最终波场分离等处理分离出来的上行P波和上行SV波。

图7(a)为上述零偏VSP纵波走廊叠加记录及经本发明处理得到的纵波(即上行P波)2D地震成像剖面插入过井地面地震剖面比较；图7(b)为VSP转换波走廊叠加及经本发明处理得到的零偏VSP转换波(即上行SV波)2D地震成像剖面插入过井地面地震剖面比较。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地震成像的数据处理方法，其特征在于含有以下步骤：

首先拾取零偏VSP纵波初至和一定数量的上行强反射波场，建立井筒附近地层初始速度模型，再从零偏VSP射线追踪入手，采用常速度梯度复杂介质双向射线追踪方法实现零偏VSP上行P波和上行SV波的二维地震成像，并通过模型和实际高陡构造零偏VSP资料的处理，验证有效性，其中，上行强反射波场包括上行P波和上行SV波，所述双向射线追踪方法分别从炮点和每个检波点进行射线追踪；

根据所述上行P波成像判断所述上行SV波地震成像是否正确；

如果同一界面上的上行SV波和上行P波成像到同一位置，说明所述上行SV波得到正确成像，否则说明所述上行SV波成像不正确。

2.根据权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于含有以下步骤；

步骤1、拾取零偏VSP纵波初至和一定数量的上行强反射波场，建立井筒附近地层纵波速度初始模型；

VSP上行反射波场包含反射界面的倾角信息，加上零偏VSP纵波初至所得到的速度信息，建立VSP上行纵波成像所需要的初始速度模型；

初始倾角的计算公式如下：

sinα＝t₃sinβ/t₅ (1c)

其中，t₁和t₂分别为震源到接收点G1和G2的直达波初至时间，t₃和t₄分别为震源到接收点G1和G2的一次上行反射波时间，t₅为震源S到虚震源S*的旅行时间，α为反射地层R的倾角，β为t₃一次上行反射与井筒所形成的张角；

步骤2、采用三次样条函数描述地质界面并对速度场进行平滑处理；

几何地震学是波动地震学的高频近似，射线追踪要求地质界面和速度场具有一定的平滑度，采用三次样条函数描述上述地质界面并对速度场进行一定程度的平滑处理，使其充分光滑；

步骤3、对上述速度模型进行网格化处理及对网格内速度进行常速度梯度处理；

求取每个网格内的速度梯度，使网格内的速度场描述为：

c(r)＝c₀+λ·r，这里c₀是单元入口处的速度，是速度梯度，r为射线在每个单元内的坐标；

步骤4、采用常速度梯度射线追踪法分别从炮点和每个检波点进行双向射线追踪；

当网格或速度梯度满足：相当于网格或速度梯度足够小时，借助于Taylor级数展开，得到恒定速度梯度场射线追踪近似公式

式中，r₀为射线在每个单元入口处的坐标，c₀为单元入口处的速度，n₀为入口处的射线方向，r(s)为射线在单元内路径s处的坐标，n(s)为该处的射线方向，t(s)为射线在单元内沿最短传播路径s旅行的传播时间；公式(2)，(3)，(4)为常速度梯度射线追踪的基本公式，O(λ³)为Taylor级数中λ三阶以上的表示形式；

采用公式(2)、(3)、(4)求出分别从炮点和每个检波点出射的每条射线在上述所经过单元网格内的入口坐标r₀、射线在单元内路径s处的坐标r(s)、射线传播方向n(s)和最短传播路径s及其传播时间t(s)；其中，炮点为沿射线的正向追踪，而检波点为沿射线的逆向追踪；

步骤5、求取炮点的每条射线与每个检波点中的每条射线在成像范围内的交点；

步骤6、求取从炮点到每个检波点的最短射线路径；

对上述步骤5中成像范围内的每个交点，有M条从炮点出发的射线与某检波点i发出的N条射线相交,从炮点出发的第k条射线到交点的传播时间为Ts_k,从检波点i出发的第j条射线到交点的传播时间为Tr_ij，则由下式可求出从炮点到检波点i的最小传播时间T_i为：

T_i＝min[Ts_k+Tr_ij]，k＝0，...M-1，j＝0，...，N-1 (5)

步骤7、根据每个检波器接收到的最小传播时间T_i精度误差，加密射线或网格；

根据snell定律，计算由上述(5)式求出的从炮点出发的射线在交点处的反射方向Ns，并与同样由(5)式求出的从检波点出发的射线方向比较，如果两者相差太大，说明由炮点和检波点出发的射线不够多，加密射线，重复步骤4到7，或者网格密度较低，加密网格，重复步骤3到7；

步骤8、对VSP上行P波进行成像处理；

如反射P波无法得到成像，说明速度场存在误差，给出地层倾角或速度一个小的扰动，即修正项，修正速度模型，继续完成步骤2到8的处理，直到成像剖面上同一反射界面上的反射能量得到聚焦成像；

步骤9、上行SV波成像过程；

对VSP上行SV波，由于从炮点到发射点的传播为纵波，因此，上述纵波速度模型及从炮点出发的纵波射线追踪不用做任何修改；

而横波速度一是可以根据零偏VSP分离的下行横波求取，另外同样可以在上行SV波剖面上，根据上行反射SV波及其与同一界面上的P波的时差求得；

再根据上述纵波速度模型，用纵波速度换成横波速度得到横波速度模型，用横波速度模型从检波点出发沿射线逆向追踪；重复上述步骤5至9，就可得到上行SV波地震成像；如果上行SV波成像不正确，则修改横波速度模型，并重复步骤3到9。

3.一种地震成像的数据处理方法，其特征在于，包括：

获取零偏垂直地震剖面上的纵波初至信息和上行反射波场信息；

根据所述纵波初至信息和所述上行反射波场信息建立井筒周围地层的速度模型；以及

根据所述速度模型生成与所述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像；

其中，根据所述速度模型生成与所述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像包括：

采用常速度梯度复杂介质双向射线追踪方法并根据所述速度模型生成与所述上行反射波场信息相对应的所述上行反射波的二维地震图像，其中，所述双向射线追踪方法分别从炮点和每个检波点进行射线追踪；

其中，所述上行反射波场信息包括：上行P波信息和上行SV波信息，在根据所述速度模型生成与所述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像之后，所述数据处理方法还包括：

根据所述上行P波成像判断所述上行SV波地震成像是否正确；

如果同一界面上的上行SV波和上行P波成像到同一位置，说明所述上行SV波得到正确成像，否则说明所述上行SV波成像不正确。

4.根据权利要求3所述的数据处理方法，其特征在于，根据所述速度模型生成与所述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像包括：

根据所述速度模型生成与所述上行P波信息相对应的上行P波的二维地震图像；和/或

根据所述速度模型生成与所述上行SV波信息相对应的上行SV波的二维地震图像。

5.根据权利要求3所述的数据处理方法，其特征在于，在根据所述速度模型生成与所述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像之后，所述数据处理方法还包括：

获取所述零偏垂直地震剖面的实际资料；以及

根据所述零偏垂直地震剖面的实际资料和所述速度模型验证所述二维地震图像是否正确。

6.根据权利要求3所述的数据处理方法，其特征在于，所述上行反射波场信息包括：反射界面的倾角信息，获取零偏垂直地震剖面上的纵波初至信息和上行反射波场信息包括：

获取零偏垂直地震剖面上的纵波初至信息；以及

根据所述纵波初至信息计算所述反射界面的倾角信息。

7.一种地震成像的数据处理装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取零偏垂直地震剖面上的纵波初至信息和上行反射波场信息；

创建单元，用于根据所述纵波初至信息和所述上行反射波场信息建立井筒周围地层的速度模型；以及

生成单元，用于根据所述速度模型生成与所述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像；

其中，所述生成单元还用于采用常速度梯度复杂介质双向射线追踪装置并根据所述速度模型生成与所述上行反射波场信息相对应的所述上行反射波的二维地震图像，双向射线追踪方法分别从炮点和每个检波点进行射线追踪；

其中，所述上行反射波场信息包括：上行P波信息和上行SV波信息，所述数据处理装置还用于根据所述上行P波成像判断所述上行SV波地震成像是否正确；如果同一界面上的上行SV波和上行P波成像到同一位置，说明所述上行SV波得到正确成像，否则说明所述上行SV波成像不正确。

8.根据权利要求7所述的数据处理装置，其特征在于，

所述生成单元还用于根据所述速度模型生成与所述上行P波信息相对应的上行P波的二维地震图像；和/或

所述生成单元还用于根据所述速度模型生成与所述上行SV波信息相对应的上行SV波的二维地震图像。

9.根据权利要求7所述的数据处理装置，其特征在于，所述数据处理装置还包括：

第二获取单元，用于在根据所述速度模型生成与所述上行反射波场信息相对应的上行反射波的二维地震图像之后，获取所述零偏垂直地震剖面的实际资料；以及

验证单元，用于根据所述零偏垂直地震剖面的实际资料和所述速度模型验证所述二维地震图像是否正确。

10.根据权利要求7所述的数据处理装置，其特征在于，所述上行反射波场信息包括：

反射界面的倾角信息，所述第一获取单元包括：

获取模块，用于获取零偏垂直地震剖面上的纵波初至信息；以及

计算模块，用于根据所述纵波初至信息计算所述反射界面的倾角信息。