CN105093318A - 一种自适应波动方程波场延拓静校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应波动方程波场延拓静校正方法。使用层析反演获得的速度场信息，利用原始单炮地震数据进行波动方程延拓，将地表采集的地震数据延拓到某一个基准面上。从共炮集记录开始使用有限差分法进行延拓，从地表延拓到高速层顶界面，然后采用相移法从高速层顶界面延拓到固定基准面上。将延拓后的数据进行道集抽取，抽取成共检波点道集数据，然后再采用有限差分法和相移法对共检波点道集记录进行波场延拓。完成共检波点数据延拓后将数据重新抽取为共炮道集数据。在进行波场延拓的过程中，加入随速度场复杂度自动调整的速度场平滑参数，使用经过平滑处理后的速度场进行延拓，可以解决有限差分法在大倾角下准确度低的问题。

Description

一种自适应波动方程波场延拓静校正方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术，属于地震资料处理的静校正方法，具体是一种适用于纵横向剧烈变速的自适应波动方程波场延拓静校正方法。

背景技术

在地球物理勘探中，得到的原始地震记录中包含了地下地层的速度及深度信息，只有准确获得这些信息才能够掌握地下的真实条件，进一步布置勘探井位，开采地下的油气资源。通常，地震勘探原理假设地表是水平的，并且低降速带厚度及速度是均匀变化的，但是实际情况与此差异很大，在一些复杂地区的地震勘探中，地表的起伏及速度的变化使后续的地震资料处理工作受到较大影响，为了消除近地表对地震波传播的影响，必须使用静校正方法进行处理。

目前的静校正方法可以分为地表一致性静校正和非地表一致性静校正两种，常规使用的大多为地表一致性静校正方法。在低速带速度较低、炮检距较小、地表起伏较小、风化层厚度较薄的情况下，地表一致性假设认为：①对于某道记录的所有反射波，地表因素的影响是时不变的；②地表因素对某一特定位置的影响保持恒定，即与地震波的传播路径无关。但是，在近地表条件复杂地区，地表一致性的假设难以符合实际地质情况，越来越多的资料出现了非地表一致性静校正问题。本发明所论述的为一种非地表一致性静校正方法，可以在各种复杂地表条件下很好地解决地震资料中存在的静校正问题。

发明内容

本发明目的在于针对各种复杂近地表条件，提供一种易于实现的非地表一致性静校正方法，在取得较准确的近地表速度模型的基础上，通过对有限差分波动方程进行改进，对速度模型进行自适应平滑，联合相移法波动方程进行延拓，能够有效解决起伏地表地质条件下的非地表一致性静校正问题。

本发明可通过以下技术手段实现。

一种自适应波动方程波场延拓静校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采用原始的单炮地震数据；

步骤2：使用常规的初至波层析方法获得近地表的速度结构；

步骤3：采用有限差分法将地表获得的波场延拓到高速层顶界面

常规有限差分法延拓公式为：

$\frac{\∂p}{\∂z}=\frac{\mathrm{i\ω}}{v(x,z)}\·\frac{a_j\frac{v^2(x,z)}{{\mathrm{\ω}}^2}\frac{{\∂}^2}{{\∂x}^2}}{1+b_j\frac{v^2(x,z)}{{\mathrm{\ω}}^2}\frac{{\∂}^2}{\∂x^2}}p$ (式1)

式中：p为波场值，v为速度，a_j、b_j为系数，j＝1，2，…，n；

改进后的有限差分法延拓方程为：

$\frac{\∂p}{\∂z}=\frac{\mathrm{i\ω}}{\stackrel{\‾}{v}(x,z)}\·\frac{a_j\frac{{\stackrel{\‾}{v}}^2(x,z)}{{\mathrm{\ω}}^2}\frac{{\∂}^2}{{\∂x}^2}}{1+b_j\frac{{\stackrel{\‾}{v}}^2(x,z)}{{\mathrm{\ω}}^2}\frac{{\∂}^2}{{\∂x}^2}}p$ (式2)

式中：为模型自适应平滑速度，在进行计算前，需用对当前选取速度点三维空间一定范围内速度进行分析，获得其横向变化系数r＝|(v₀-v₁)/v₀|，当r<0.2时，不修改原速度场，当0.2≤r时，按照w＝5*(r-0.2)计算平滑范围；

采用改进后的延拓方程，在延拓的过程中判断周围速度场的变化程度，自动进行平滑处理，使有限差分法在遇到速度突变时造成的空间假频现象得到压制；

步骤5：采用相移法将波场从高速层顶界面延拓到地表，对数据进行延拓时采用变步长延拓法进行拓法；

步骤4：对延拓后的数据进行分选，按照检波点选排为共检波点数据集；

步骤6：再采用有限差分法和相移法对共检波点道集记录进行波场延拓；处理完成后，重新选排为共炮道集数据。

进一步，所述变步长延拓法的具体步骤是：

首先分析高速层顶界面到地表的高差，根据各高差差值设计延拓步长；然后分步延拓；

延拓步长的确定方法如下：

设高速层顶界面高程为H₀，各个检波器高程为H_i，首先对各检波器高程进行排序，高程排序后为H₁,H₂.........H_m，则各延拓步长分别为H_m-H₀,H_m-1-H_m.........H₂-H₁。

进一步，步骤5中，所述对延拓后的数据进行分选，按照检波点选排为共检波点数据集的具体步骤为：将延拓后的数据进行道集抽取，抽取成共检波点道集数据。

进一步，在步骤6中，按照步骤3所述的常规的有限差分法延拓公式和步骤4所述的相移法对共检波点道集记录进行波场延拓。

进一步，在步骤6中，按照步骤3所述的改进后的有限差分法延拓公式和步骤4所述的相移法对共检波点道集记录进行波场延拓。

对于近地表条件复杂地区，地表一致性假设对静校正带来的误差往往无法容忍，因此常规的地表一致性静校正方法无法完全解决非地表一致性问题，本发明通过采用有限差分联合相移法波动方程为基础的波场延拓静校正方法能够有效解决存在的非地表一致性问题。本发明脱离常规静校正地表一致性假设的局限，更适合于解决复杂条件下非地表一致性静校正问题，并且具有稳定性强、效率高和计算精度高的优点。

附图说明

图1为存在非地表一致性问题的起伏地表模型。

图2为对图1进行正演模拟后取得的原始单炮。

图3为对图2应用本发明进行延拓静校正处理后的单炮。

图4为实际资料层析得到的近地表速度模型。

图5为原始地震资料单炮记录。

图6为对图5应用本发明进行延拓静校正处理后的单炮。

图7为原始地震资料叠加剖面。

图8为对图7应用本发明进行延拓静校正处理后的叠加剖面。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

实施例1。一种自适应波动方程波场延拓静校正方法，采用以下具体的实施步骤：

1)采用原始的单炮地震数据。

2)使用常规的初至波层析方法获得近地表的速度结构。

3)采用有限差分法将地表获得的波场延拓到高速层顶界面，在延拓的过程中判断周围速度场的变化程度，自动进行平滑处理，使有限差分法在遇到速度突变是造成的空间假频现象得到压制。

常规有限差分法延拓公式为：

$\frac{\&PartialD;p}{\&PartialD;z}=\frac{\mathrm{i\&omega;}}{v(x,z)}\&CenterDot;\frac{a_j\frac{v^2(x,z)}{{\mathrm{\&omega;}}^2}\frac{{\&PartialD;}^2}{{\&PartialD;x}^2}}{1+b_j\frac{v^2(x,z)}{{\mathrm{\&omega;}}^2}\frac{{\&PartialD;}^2}{\&PartialD;x^2}}p$ (式1)

式中：P为波场值，v为速度，aj、bj为系数，j＝1，2，…，n。

改进后的延拓方程为：

$\frac{\&PartialD;p}{\&PartialD;z}=\frac{\mathrm{i\&omega;}}{\stackrel{\&OverBar;}{v}(x,z)}\&CenterDot;\frac{a_j\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2(x,z)}{{\mathrm{\&omega;}}^2}\frac{{\&PartialD;}^2}{{\&PartialD;x}^2}}{1+b_j\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2(x,z)}{{\mathrm{\&omega;}}^2}\frac{{\&PartialD;}^2}{{\&PartialD;x}^2}}p$ (式2)

式中：为模型自适应平滑速度，在进行计算前，需用对当前选取速度点三维空间一定范围内速度进行分析，获得其横向变化系数r＝|(v₀-v₁)/v₀|，当r<0.2时，不修改原速度场，当0.2≤r时，按照w＝5*(r-0.2)计算平滑范围。本步骤能够自动适应复杂介质速度的变化，压制空间假频。

4)采用相移法将波场从高速层顶界面延拓到地表，对数据进行延拓时采用变步长延拓方法，首先分析高速层顶界面到地表的高差，根据各高差差值设计延拓步长，然后分步延拓；

延拓步长的确定方法如下：

设高速层顶界面高程为H₀，各个检波器高程为H_i，首先对各检波器高程进行排序，高程排序后为H₁,H₂.........H_m，则各延拓步长分别为H_m-H₀,H_m-1-H_m.........H₂-H₁。本步骤能够自动分析所需延拓步长，以最高效的延拓方式完成数据变换。

5)对延拓后的数据按照检波点位置进行分选，形成共检波点数据集。

6)对共检波点数据集按照3)，4)步骤进行处理，处理完成后，重新选排为共炮道集数据。

该方法为适用于纵横向剧烈变速的非一致性波动方程延拓静校正方法，适用于解决复杂构造下非一致性静校正问题。本方法使用层析反演获得的速度场信息，利用原始单炮地震数据进行波动方程延拓，将地表采集的地震数据延拓到某一个基准面上。从共炮集记录开始使用有限差分法进行延拓，从地表延拓到高速层顶界面，然后采用相移法从高速层顶界面延拓到固定基准面上。将延拓后的数据进行道集抽取，抽取成共检波点道集数据，然后再采用有限差分法和相移法对共检波点道集记录进行波场延拓。完成共检波点数据延拓后将数据重新抽取为共炮道集数据。在进行波场延拓的过程中，加入随速度场复杂度自动调整的速度场平滑参数，使用经过平滑处理后的速度场进行延拓，可以解决有限差分法在大倾角下准确度低的问题。该方法经过模型和实际资料验证，计算效果稳定可靠。

实施例2。一种自适应波动方程波场延拓静校正方法，采用以下具体的实施步骤：

1)建立起伏地表模型资料，模型近地表高程差超过500m，并伴有严重横向变速，横向速度从1500m/s到3000m/s，如图1所示。

2)针对图1的模型进行正演模拟，观测系统参数为：中间放炮，每炮300道，道距30米，最小偏移距为0，炮距50米，获得的单炮记录如图2所示。

3)对图2的单炮记录进行波动方程的波场延拓静校正处理，得到静校正后的单炮记录如图3所示。

4)采用层析方法获得某实际资料的近地表速度模型，如图4所示。

5)选取实际地震资料，地震资料时间长度为5000ms，时间采样间隔为2ms，共1000道，如图5所示。

6)应用本发明的波场延拓静校正技术对图5的原始单炮进行处理，得到处理后的单炮，如图3所示。

7)选取实际地震资料叠加剖面，结合图4的近地表速度模型对实际资料进行层析静校正，静校正后叠加如图7所示。

8)选取实际地震资料叠加剖面，结合图4的近地表速度模型对实际资料进行本发明的波场延拓静校正，静校正后叠加如图8所示。

对比图2与图3，自适应波动方程波场延拓静校正方法处理后，单炮各层的反射同相轴都很好的恢复了双曲线形态，与理论双曲线吻合度高，与此同时，通过波场延拓消除了一些噪音，资料保幅性提高。

对比图5与图6，经过自适应波动方程波场延拓静校正方法处理后，原始单炮初至及同向轴的扭曲现象得到了改善，资料信噪比略有提高。对比图7与图8，相比于常规的层析静校正技术，在相同近地表速度模型的前提下，波场延拓静校正叠加后同相轴更加连续，构造形态更加自然，而在相同位置，层析静校正同相轴凌乱，表现出静校正问题比较严重。

Claims (5)

1.一种自适应波动方程波场延拓静校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采用原始的单炮地震数据；

步骤2：使用常规的初至波层析方法获得近地表的速度结构；

步骤3：采用有限差分法将地表获得的波场延拓到高速层顶界面

常规有限差分法延拓公式为：

$\frac{\&PartialD;p}{\&PartialD;z}=\frac{\mathrm{i\&omega;}}{v(x,z)}\&CenterDot;\frac{a_j\frac{v^2(x,z)}{{\mathrm{\&omega;}}^2}\frac{{\&PartialD;}^2}{{\&PartialD;x}^2}}{1+b_j\frac{v^2(x,z)}{{\mathrm{\&omega;}}^2}\frac{{\&PartialD;}^2}{\&PartialD;x^2}}p$ (式1)

式中：p为波场值，v为速度，a_j、b_j为系数，j＝1，2，…，n；

改进后的有限差分法延拓方程为：

$\frac{\&PartialD;p}{\&PartialD;z}=\frac{\mathrm{i\&omega;}}{\stackrel{\&OverBar;}{v}(x,z)}\&CenterDot;\frac{a_j\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2(x,z)}{{\mathrm{\&omega;}}^2}\frac{{\&PartialD;}^2}{{\&PartialD;x}^2}}{1+b_j\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2(x,z)}{{\mathrm{\&omega;}}^2}\frac{{\&PartialD;}^2}{{\&PartialD;x}^2}}p$ (式2)

式中：为模型自适应平滑速度，在进行计算前，需用对当前选取速度点三维空间一定范围内速度进行分析，获得其横向变化系数r＝|(v₀-v₁)/v₀|，当r<0.2时，不修改原速度场，当0.2≤r时，按照w＝5*(r-0.2)计算平滑范围；

采用改进后的延拓方程，在延拓的过程中判断周围速度场的变化程度，自动进行平滑处理，使有限差分法在遇到速度突变时造成的空间假频现象得到压制；

步骤4：采用相移法将波场从高速层顶界面延拓到地表，对数据进行延拓时采用变步长延拓法进行延拓；

步骤5：对延拓后的数据进行分选，按照检波点选排为共检波点数据集；

步骤6：再采用有限差分法和相移法对共检波点道集记录进行波场延拓；处理完成后，重新选排为共炮道集数据。

2.根据权利要求1所述的自适应波动方程波场延拓静校正方法，其特征在于：所述变步长延拓法的具体步骤是：

首先分析高速层顶界面到地表的高差，根据各高差差值设计延拓步长；然后分步延拓；

延拓步长的确定方法如下：

设高速层顶界面高程为H₀，各个检波器高程为H_i，首先对各检波器高程进行排序，高程排序后为H₁,H₂.........H_m，则各延拓步长分别为H_m-H₀,H_m-1-H_m.........H₂-H₁。

3.根据权利要求1所述的自适应波动方程波场延拓静校正方法，其特征在于：步骤5中，所述对延拓后的数据进行分选，按照检波点选排为共检波点数据集的具体步骤为：将延拓后的数据进行道集抽取，抽取成共检波点道集数据。

4.根据权利要求1所述的自适应波动方程波场延拓静校正方法，其特征在于：在步骤6中，按照步骤3所述的常规的有限差分法延拓公式和步骤4所述的相移法对共检波点道集记录进行波场延拓。

5.根据权利要求1所述的自适应波动方程波场延拓静校正方法，其特征在于：在步骤6中，按照步骤3所述的改进后的有限差分法延拓公式和步骤4所述的相移法对共检波点道集记录进行波场延拓。