CN105093319A - 基于三维地震数据的地面微地震静校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，选取能够包括该工区范围的三维地震资料；利用层析静校正方法求取其静校正量；由于三维地震资料的检波点可以通过大地坐标与地面微地震的接收点联系起来，这样对于每一个地面微地震的检波点来说，以该检波点为中心，给定一个最大、最小半径，在最小半径范围内的地震检波点静校正量作为该微地震检波点的静校正量；大于最小半径，小于最大半径时，通过反比距离内插的方法利用三维地震资料的静校正量内插出微地震的静校正量。本发明是利用三维地震资料来求取地面微地震的静校正量，避免了大量的人工拾取初至，且不需要任何先验信息，只需做好地震资料的静校正，是一种简单高效的静校正处理技术。

Description

基于三维地震数据的地面微地震静校正方法

技术领域

本发明涉及地震和地面微地震资料处理，属于地面微地震资料的静校正处理，具体是一种基于三维地震数据的地面微地震静校正方法。

背景技术

由于地面微地震监测的检波器布设在地表，微地震事件的初至会受到地表起伏和低降速带厚度、速度变化的影响。这不利于微地震资料提高信噪比的处理效果，并且影响微地震有效事件的定位精度。因此，在进行微地震数据处理前需要进行静校正处理。

常规的地面微地震静校正一般是利用拾取射孔有效事件的初至来求取静校正量，因此，初至拾取的精确程度直接影响静校正质量的好坏。由于地面微地震数据信噪比通常很低，即使是射孔资料，利用常规的自动初至拾取方法也难以满足精度的需要，若采用人工拾取，则存在反复大量修改的过程，费时费力，且每个事件能够准确拾取初至的记录道数是有限的，使得能够求取静校正量的记录道数就较少。更进一步地，在微地震波传播的过程中，由于不同事件的传播路径不同，往往其静校正值也不一样，使得利用射孔和某些微地震强事件计算出的静校正量应用到其它事件中去时，经过校正后事件同相轴存在局部抖动的现象。针对这些问题，提出一种利用三维地震数据求取地面微地震静校正量的方法是具有较高的研究与应用价值的。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于三维地震数据的地面微地震静校正方法。该方法不需要大量的人工拾取射孔资料的初至信息，避免了由于资料信噪比偏低造成的人工拾取过程中的误差，是利用三维地震数据求取地面微地震静校正量的一种静校正方法。

本发明可通过以下技术手段实现。

基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，其特征在于：包括下列步骤。

步骤1：根据采集的地面微地震工区选取能够包括该工区的三维地震资料。

步骤2：对选取的三维地震资料进行层析速度反演。

步骤3：利用反演的速度模型进行层析静校正。

步骤4：判断静校正量是否符合实际情况，如果合格，执行步骤5)；否则，重复步骤2-3，直到找到合格的静校正量。

步骤5：选取步骤4中合格的静校正量。

步骤6：选取一个地面微地震的检波点，以该检波点为中心，设定最小半径R_min、最大半径R_max；

若某一三维地震检波点与选取的检波点之间的距离d符合

d≤R_min

则认为这个三维地震的检波点与该地面微地震的检波点重合，二者的静校正量是一致的；

若某一三维地震检波点与选取的检波点之间的距离d符合

R_min<d≤R_max

则在R_min与R_max范围内利用，利用反比距离加权的方法计算该地面微地震检波点的静校正量；

若某一三维地震检波点与选取的检波点之间的距离d符合

d>R_max

则认为该检波点不在计算考虑的范围内；

按照上述原则对所有三维地震检波点进行逐一选取并处理；

步骤7：逐一选取其它地面微地震的检波点，重复步骤6，直到全部地面微地震的检波点完成静校正量的计算。

步骤8：将所有地面微地震检波点的静校正量应用于地面微地震数据。

进一步，所述步骤2的层析速度反演的具体实现方法如下。

将近地表离散成网格，每一个网格内速度相等但未知。给定初始速度模型进行初至射线追踪，然后将计算获得的初至旅行时与真实的初至时间进行比较。通过解式1所示的反演方程组A·△S＝△b，计算每个网格内的速度修正量，进而对初始模型进行修改；

$\left(\begin{array}{cccccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1j}& ...& a_{1J}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2j}& ...& a_{2J}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ a_{i1}& a_{i2}& ...& a_{\mathrm{ij}}& ...& a_{\mathrm{iJ}}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ a_{I1}& a_{I2}& ...& a_{\mathrm{Ij}}& ...& a_{\mathrm{IJ}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;s}}_1\\ {\mathrm{\&Delta;s}}_2\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;s}}_j\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;s}}_J\end{array}\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;b}}_1\\ {\mathrm{\&Delta;b}}_2\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;b}}_i\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;b}}_I\end{array}\right]$ (式1)

其中，反演方程组中，A表示射线在网格中传播长度矩阵，△S为地下慢度修正量，△b为初至旅行时间差。

进一步，所述步骤2需要重复正反演的过程，通过多次迭代逐渐逼近旅行时误差最小的速度模型而停止迭代，初至旅行时间差△b为真实初至时间与正演模拟初至旅行时的差值。

进一步，步骤3所述利用反演的速度模型进行层析静校正是指：三维地震资料的层析速度反演后，进行基于初至时间的层析静校正处理。

其具体的实现方法是如下。

获得近地表速度场以后就可以方便的计算炮点和检波点位置的静校正量。在地表一致性前提下，认为穿过地表低降速带的射线为垂直射线，每一个物理点的校正量是唯一的。具体公式如下：

$t=t_A+t_B=-(\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&Delta;h}}_i}{{\mathrm{\&Delta;v}}_i}-\frac{h_b-h_{\mathrm{gA}}}{V_r})-(\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&Delta;h}}_j}{{\mathrm{\&Delta;v}}_j}-\frac{h_b-h_{\mathrm{gB}}}{V_r})$

(式2)

式中，△h_i为射线穿过的第i个网格的垂直厚度，h_b为统一基准面高程，h_gA、h_gB为炮点、检波点对应的高速顶的高程，V_r为替换速度，△v_i为层析反演后的第i个网格的速度，I为炮点处从地表垂直向下到高速顶的网格数，J为检波点处从地表垂直向下到高速顶的网格数；t_A为炮点的静校正量，t_B为检波点的静校正量，t为检波点B相对于炮点A这一道的静校正量。

进一步，在三维地震资料进行层析静校正后，一般有炮点静校正量与检波点静校正量。在步骤4中判断静校正量是否符合实际情况时，由于地面微地震的振动源在地下，仅选取三维地震资料的检波点静校正量进行计算，并判断其是否符合实际情况。

进一步，步骤6中所述反比距离加权的具体实现方法是：

设待插值地面微地震检波点为P(x_p,y_p,z_p)，P点在最小与最大半径范围内有已知三维地震检波点Q_i(x_i,y_i,z_i)，i＝1，2，……，n，利用距离加权反比法对P点的静校正量Z_p进行插值。其插值原理是待插值点的静校正量是待插点给定半径范围内三维地震静校正量的加权平均，权的大小与待插点和给定半径范围内已知点的距离有关，是距离k次方的倒数；即：

$Z_p=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_i/d_i^2}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}1/d_i^2}$ (式3)

其中，d_i为待插值点与给定半径范围内第i个点之间的距离。

进一步，所述步骤6中R_min和R_max的选择根据地面微地震排列的道距和三维地震排列的道距而定，即根据实际工区的施工情况，具体给定。

进一步，参数k的遍历范围是[0，2]，参数d_i的遍历范围是[R_min，R_max]。

本发明利用三维地震数据的静校正量求取地面微地震的静校正量，能够避免大量反复的人工拾取射孔资料的初至信息，更避免了由于不同事件传播路径不同，往往校正值不一样所造成的用射孔和某些微地震强事件算出的静校正量应用到其它事件中去时，事件同相轴校正后在局部存在的抖动的问题。该方法具有稳定性强、效率高和计算简便的优势。

附图说明

图1为本发明的基于三维地震数据的地面微地震静校正方法流程图。

图2为包含地面微地震工区的三维地震工区的示意图。

图3为利用三维地震数据，进行层析反演的速度场。

图4为利用层析速度反演后的模型进行层析静校正得到的三维地震资料的检波点静校正量。

图5为地面微地震工区的高程曲线和利用三维地震的静校正量通过内插求得的地面微地震的静校正量。

图6为应用地面微地震静校正量前的地面微地震剖面。

图7为应用了地面微地震静校正量后的地面微地震剖面。

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。

实施例1。基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，该基于三维地震数据的地面微地震静校正方法包括下列步骤。

1)根据采集的地面微地震工区选取能够包括该工区的三维地震资料；

2)对三维地震资料进行层析速度反演；

层析速度反演的具体实现方法：将近地表离散成网格，每一个网格内速度相等但未知。给定初始速度模型进行初至射线追踪，然后将计算获得的初至旅行时与真实的初至时间进行比较，通过解反演方程组A·△S＝△b(见式1)计算每个网格内的速度修正量，进而对初始模型进行修改。

$\left(\begin{array}{cccccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1j}& ...& a_{1J}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2j}& ...& a_{2J}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ a_{i1}& a_{i2}& ...& a_{\mathrm{ij}}& ...& a_{\mathrm{iJ}}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ a_{I1}& a_{I2}& ...& a_{\mathrm{Ij}}& ...& a_{\mathrm{IJ}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;s}}_1\\ {\mathrm{\&Delta;s}}_2\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;s}}_j\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;s}}_J\end{array}\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;b}}_1\\ {\mathrm{\&Delta;b}}_2\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;b}}_i\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;b}}_I\end{array}\right]$ (式1)

其中，反演方程组中，A表示射线在网格中传播长度矩阵，△S为地下慢度修正量，△b为初至旅行时间差。

3)三维地震资料的层析速度反演后，进行基于初至时间的层析静校正处理；

具体的实现方法：获得近地表速度场以后就可以方便的计算炮点和检波点位置的静校正量。在地表一致性前提下，认为穿过地表低降速带的射线为垂直射线，每一个物理点的校正量是唯一的。具体公式如下：

$t=t_A+t_B=-(\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&Delta;h}}_i}{{\mathrm{\&Delta;v}}_i}-\frac{h_b-h_{\mathrm{gA}}}{V_r})-(\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&Delta;h}}_j}{{\mathrm{\&Delta;v}}_j}-\frac{h_b-h_{\mathrm{gB}}}{V_r})$ (式2)

式中，△h_i为射线穿过的第i个网格的垂直厚度，h_b为统一基准面高程，h_gA、h_gB为炮点、检波点对应的高速顶的高程，V_r为替换速度，△v_i为层析反演后的第i个网格的速度，I为炮点处从地表垂直向下到高速顶的网格数，J为检波点处从地表垂直向下到高速顶的网格数。

4)三维地震资料进行层析静校正后，一般有炮点静校正量与检波点静校正量，由于地面微地震的振动源在地下，所以仅选取三维地震资料的检波点静校正量进行计算；

5)重复步骤2到4，直至计算的三维地震资料的静校正量符合实际情况，并确保准确性；

6)由于三维地震资料工区范围包括地面微地震工区，所以三维地震工区的检波点可以通过大地坐标与地面微地震检波点坐标联系起来，这样，对于每一个地面微地震的检波点来说，以该检波点为中心，设定最小、最大半径R_min和R_max，若某一三维地震检波点在R_min范围内，则认为这个三维地震的检波点与该地面微地震的检波点重合，二者的静校正量则是一致的；若没有与该地面微地震检波点重合的三维地震资料的检波点，则在R_min与R_max范围内利用反比距离加权的方法计算该地面微地震检波点的静校正量。其中，大于R_max的三维地震的检波点则不在计算考虑的范围内了；

反比距离加权的具体实现方法是：设待插值地面微地震检波点为P(x_p,y_p,z_p)，P点在最小与最大半径范围内有已知三维地震检波点Q_i(x_i,y_i,z_i)，i＝1，2，……，n，利用距离加权反比法对P点的静校正量Z_p进行插值。其插值原理是待插值点的静校正量是待插点给定半径范围内三维地震静校正量的加权平均，权的大小与待插点和给定半径范围内已知点的距离有关，是距离k次方的倒数。即：

$Z_p=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_i/d_i^2}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}1/d_i^2}$ (式3)

其中，d_i为待插值点与给定半径范围内第i个点之间的距离。

7)重复步骤6，直到全部地面微地震的检波点完成静校正量的计算；

8)将所有地面微地震检波点的静校正量应用于地面微地震数据。

实施例2。如流程如图1所示。基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，该基于三维地震数据的地面微地震静校正方法包括下列步骤。

1)选取胜利油田施工的某地面微地震区块内的资料，并选取包括该工区的三维地震数据，如图2所示。

2)利用选取的三维地震数据进行层析速度反演，反演的深度为700m，速度范围为1200～2500m/s，如图3所示。

3)利用层析速度反演后的速度模型进行基于初至时间的层析静校正。

4)三维地震资料进行层析静校正后，一般有炮点静校正量与检波点静校正量，由于地面微地震的振动源在地下，所以仅选取三维地震资料的检波点静校正量进行计算。

5)重复步骤2到4，直至计算的三维地震资料的静校正量符合实际情况，并确保准确性，如图4所示。

6)对于每一个地面微地震的检波点来说，以该检波点为中心，根据两工区各自的道间距以及计算范围能包括的三维地震检波点的个数，给定最小半径R_min范围为[5,10]和最大半径R_max范围为[100,300]，单位为m，该范围应根据实际工区的施工情况，具体给定。

7)若第一个三维地震检波点在R_min范围内，则认为该三维地震的检波点与该地面微地震的检波点重合，二者的静校正量是相同的，则停止搜索，进行下一个地面微地震检波点的计算；若搜索了全部的三维地震的检波点，而没有与该地面微地震检波点重合的情况，则在R_min与R_max范围内利用反比距离加权的方法计算该地面微地震检波点的静校正量，直至搜索了全部的三维地震的检波点为止。其中，大于R_max的三维地震的检波点则不在计算考虑的范围内了，且利用反比距离算法进行计算时，加权因子取值为2。

8)重复步骤7，直到完成计算全部微地震检波点的静校正量，如图5所示，图5为地面微地震各检波点的高程与计算的微地震静校正量曲线对比图，可以看出，计算的静校正量与高程吻合度较高，仅在速度变化区和高速区稍有所不同。

9)图6为应用静校正量之前的地面微地震剖面，将所有地面微地震检波点的静校正量应用于地面微地震数据，如图7所示。对比图6与图7，应用静校正以后，改善了地面微地震剖面同相轴的扭曲现象，而且没有出现局部抖动的情况，为后续的震源定位等处理奠定了基础。

本发明在获取地震资料后，根据地面微地震工区的范围，选取能够包括该工区范围的三维地震资料。利用层析静校正方法求取三维地震资料的静校正量。由于三维地震资料的检波点可以通过大地坐标与地面微地震的接收点联系起来，这样对于每一个地面微地震的检波点来说，以该检波点为中心，给定一个最大、最小半径，在最小半径范围内的地震检波点静校正量作为该微地震检波点的静校正量；大于最小半径，小于最大半径时，通过反比距离内插的方法利用三维地震资料的静校正量内插出微地震的静校正量。本发明是利用三维地震资料来求取地面微地震的静校正量，避免了大量的人工拾取初至，且不需要任何先验信息，只需做好地震资料的静校正，是一种简单高效的静校正处理技术。

Claims (8)

1.基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，其特征在于：包括下列步骤：

步骤1：根据采集的地面微地震工区选取能够包括该工区的三维地震资料；

步骤2：对选取的三维地震资料进行层析速度反演；

步骤3：利用反演的速度模型进行层析静校正；

步骤4：判断静校正量是否符合实际情况，如果合格，执行步骤5；否则，重复步骤2-3，直到找到合格的静校正量；

步骤5：选取步骤4中合格的静校正量；

步骤6：选取一个地面微地震的检波点，以该检波点为中心，设定最小半径R_min、最大半径R_max；

若某一三维地震检波点与选取的检波点之间的距离d符合

d≤R_min

则认为这个三维地震的检波点与该地面微地震的检波点重合，二者的静校正量是一致的；

若某一三维地震检波点与选取的检波点之间的距离d符合

R_min<d≤R_max

则在R_min与R_max范围内利用，利用反比距离加权的方法计算该地面微地震检波点的静校正量；

若某一三维地震检波点与选取的检波点之间的距离d符合

d>R_max

则认为该检波点不在计算考虑的范围内；

按照上述原则对所有三维地震检波点进行逐一选取并处理；

步骤7：逐一选取其它地面微地震的检波点，重复步骤6，直到全部地面微地震的检波点完成静校正量的计算；

步骤8：将所有地面微地震检波点的静校正量应用于地面微地震数据。

2.如权利要求1所述的基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，其特征在于：

所述步骤2的层析速度反演的具体实现方法是：

将近地表离散成网格，每一个网格内速度相等但未知；给定初始速度模型进行初至射线追踪，然后将计算获得的初至旅行时与真实的初至时间进行比较，通过解式1所示的反演方程组A·△S＝△b，计算每个网格内的速度修正量，进而对初始模型进行修改；

$\left(\begin{array}{cccccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1j}& ...& a_{1J}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2j}& ...& a_{2J}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ a_{i1}& a_{i2}& ...& a_{\mathrm{ij}}& ...& a_{\mathrm{iJ}}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ a_{I1}& a_{I2}& ...& a_{\mathrm{Ij}}& ...& a_{\mathrm{IJ}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;s}}_1\\ {\mathrm{\&Delta;s}}_2\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;s}}_j\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;s}}_J\end{array}\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;b}}_1\\ {\mathrm{\&Delta;b}}_2\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;b}}_i\\ ...\\ {\mathrm{\&Delta;b}}_I\end{array}\right]$ (式1)

其中，反演方程组中，A表示射线在网格中传播长度矩阵，△S为地下慢度修正量，△b为初至旅行时间差。

3.根据权利要求1所述的基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，其特征在于：

所述步骤2需要重复正反演的过程，通过多次迭代逐渐逼近旅行时误差最小的速度模型而停止迭代，初至旅行时间差△b为真实初至时间与正演模拟初至旅行时的差值。

4.如权利要求1所述的基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，其特征在于：

步骤3所述利用反演的速度模型进行层析静校正是指：三维地震资料的层析速度反演后，进行基于初至时间的层析静校正处理；

其具体的实现方法是：获得近地表速度场以后就可以方便的计算炮点和检波点位置的静校正量；在地表一致性前提下，认为穿过地表低降速带的射线为垂直射线，每一个物理点的校正量是唯一的；具体公式如下：

$t=t_A+t_B=-(\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&Delta;h}}_i}{{\mathrm{\&Delta;v}}_i}-\frac{h_b-h_{\mathrm{gA}}}{V_r})-(\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&Delta;h}}_j}{{\mathrm{\&Delta;v}}_j}-\frac{h_b-h_{\mathrm{gB}}}{V_r})$ (式2)

式中，△h_i为射线穿过的第i个网格的垂直厚度，h_b为统一基准面高程，h_gA、h_gB为炮点、检波点对应的高速顶的高程，V_r为替换速度，△v_i为层析反演后的第i个网格的速度，I为炮点处从地表垂直向下到高速顶的网格数，J为检波点处从地表垂直向下到高速顶的网格数；t_A为炮点的静校正量，t_B为检波点的静校正量，t为检波点B相对于炮点A这一道的静校正量。

5.如权利要求1所述的基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，其特征在于：

在三维地震资料进行层析静校正后，一般有炮点静校正量与检波点静校正量，在步骤4中判断静校正量是否符合实际情况时，由于地面微地震的振动源在地下，仅选取三维地震资料的检波点静校正量进行计算，并判断其是否符合实际情况。

6.如权利要求1所述的基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，其特征在于：

步骤6中所述反比距离加权的具体实现方法是：

设待插值地面微地震检波点为P(x_p,y_p,z_p)，P点在最小与最大半径范围内有已知三维地震检波点Q_i(x_i,y_i,z_i)，i＝1，2，……，n，利用距离加权反比法对P点的静校正量Z_p进行插值；其插值原理是待插值点的静校正量是待插点给定半径范围内三维地震静校正量的加权平均，权的大小与待插点和给定半径范围内已知点的距离有关，是距离k次方的倒数；即：

$Z_p=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_i/d_i^2}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}1/d_i^2}$ (式3)

其中，d_i为待插值点与给定半径范围内第i个点之间的距离。

7.如权利要求6所述的基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，其特征在于：所述步骤6中R_min和R_max的选择根据地面微地震排列的道距和三维地震排列的道距而定。

8.如权利要求6所述的基于三维地震数据的地面微地震静校正方法，其特征在于：参数k的遍历范围是[0，2]，参数d_i的遍历范围是[R_min，R_max]。