CN105301648A - 一种获取共反射面元叠加参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取共反射面元叠加参数的方法，所述方法包含以下步骤：步骤一，获取地震数据；步骤二，基于所述地震数据进行共中心点叠加得到零偏移距剖面；步骤三，基于所述零偏移距剖面搜索有效同相轴，所述有效同相轴包括在同一零偏移距位置处相交的多个不同倾角的同相轴；步骤四，根据所述有效同相轴得到与所述有效同相轴对应的出射角，从而根据所述出射角计算法向波的波前曲率半径以及法向入射点波的波前曲率半径。由于本发明方法的参数获取过程考虑到了同相轴相交的情况，因此基于本发明方法获取的参数进行共反射面元叠加，其叠加结果能更加清晰的描述强弯曲同相轴，更加符合实际情况。

Description

一种获取共反射面元叠加参数的方法

技术领域

本发明涉及地质勘探领域，具体说涉及一种获取共反射面元叠加参数的方法。

背景技术

从20世纪80年代末开始，地球物理学家们逐步提出了一些不依赖于宏观速度模型的多参数叠加方法，其中以德国卡尔斯鲁厄大学地球物理学者Hubral领导的WIT(WaveInversionTechnology)课题组提出的共反射面元(CommonReflectionSurface,CRS)叠加方法最具代表性。CRS叠加算子由旁轴射线理论推导而来，考虑地下反射层的局部地质特征，叠加过程中将目标反射点邻域内共反射面元上所有反射点的信息进行校正和叠加，显著提高了地震资料品质。CRS叠加算子涉及多个叠加参数，为提高计算效率，具体实现时往往采用多级优化策略。然而在现有技术中，常用的获取叠加参数的方法并没有全面的考虑实际情况。现有的叠加参数获取方法并未考虑叠加剖面中存在同相轴相交的情况，即同一零偏移距位置处存在多个不同倾角的同相轴。从而导致利用现有技术得到的叠加参数进行CRS叠加时，其叠加结果与实际情况有较大的差距。

因此，针对现有叠加参数获取方法对实际情况考虑不够全面的问题，需要一种新的叠加参数获取方法以获取更为符合实际情况的叠加参数。

发明内容

针对现有叠加参数获取方法对实际情况参考不够全面的问题，本发明提供了一种获取共反射面元叠加参数的方法，所述方法包含以下步骤：

步骤一，获取地震数据；

步骤二，基于所述地震数据进行共中心点叠加从而得到零偏移距剖面；

步骤三，基于所述零偏移距剖面搜索有效同相轴，所述有效同相轴包括在同一零偏移距位置处相交的多个不同倾角的同相轴；

步骤四，根据所述有效同相轴得到与所述有效同相轴对应的出射角，从而根据所述出射角计算法向波的波前曲率半径以及法向入射点波的波前曲率半径。

在一个实施例中，所述方法还包括步骤五，基于共反射面元超道集优化所述出射角、所述法向波的波前曲率半径、所述法向入射点波的波前曲率半径。

在一个实施例中，在步骤三中，从所述零偏移距剖面上各点中筛选出有效成像点，从而搜索出与所述有效成像点对应的所述有效同相轴。

在一个实施例中，在步骤三中，利用相干分析得到对应于所述零偏移距剖面上各点的全局最大相干值，确定与所述全局最大相干值对应的阈值，基于所述阈值以及所述全局最大相干值筛选出所述有效成像点。

在一个实施例中，在步骤三中，基于下述规则筛选所述有效成像点：

所述有效成像点对应的全局最大相干值大于所述阈值。

在一个实施例中，在步骤三中，利用所述相干分析得到对应于同一所述有效成像点的多个局部最大相干值，筛选所述局部最大相干值从而得到有效局部最大相干值，基于所述有效局部最大相干值搜索对应于所述有效成像点的有效同相轴。

在一个实施例中，在步骤三中，基于下述规则筛选所述局部最大相干值：

所述有效局部最大相干值大于相应的所述阈值；

同一有效成像点对应的不同的有效局部最大相干值之间的差值大于特定值。

在一个实施例中，在步骤四中，基于所述有效同相轴确定与所述有效同相轴对应的中心射线，进而获取所述中心射线在地表处的出射角。

在一个实施例中，在步骤四中，基于所述出射角进行双曲零偏移距叠加从而得到与所述有效同相轴对应的法向波的波前曲率半径。

在一个实施例中，在步骤四中，基于共炮点/共接收点道集利用所述出射角和所述法向波的波前曲率半径计算与所述有效同相轴对应的法向入射点波的波前曲率半径。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明的获取叠加参数的方法考虑到了同相轴相交的情况，获取的结果更加符合实际情况；

基于本发明方法获取的参数进行共反射面元叠加，其叠加结果能更加清晰的描述强弯曲同相轴的实际物理特性，更加符合实际情况。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的实施流程图；

图2a是根据本发明一实施例进行CRS叠加后的剖面图；

图2b和图2c为CRS叠加剖面图的局部放大图；

图2d和图2e为进行CRS叠加后同相轴出射角图的局部放大图；

图2f和图2g为进行CRS叠加后同相轴的参数比率图的局部放大图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

从20世纪80年代末开始，地球物理学家们逐步提出了一些不依赖于宏观速度模型的多参数叠加方法，其中以德国卡尔斯鲁厄大学地球物理学者Hubral领导的WIT(WaveInversionTechnology)课题组提出的共反射面元(CommonReflectionSurface,CRS)叠加方法最具代表性。

常规CRS叠加技术基于旁轴射线理论和二阶泰勒展开，推导出二维情况下共反射面元的旅行时近似公式。在以中心点x_m和半偏移距h建立的坐标系中，其双曲型叠加算子表示为：

$T^2({\mathrm{\Δx}}_m,h)={[t_0+2\frac{\sin \mathrm{\β}}{v_0}{\mathrm{\Δx}}_m]}^2+{2t}_0\frac{{\cos }^2\mathrm{\β}}{v_0}(\frac{{\mathrm{\Δx}}_m^2}{R_N}+\frac{h^2}{R_{\mathrm{NIP}}})---\left(1\right)$

式中：t₀为中心射线的双程旅行时；

T为旁轴射线的双程旅行时；

△x_m为旁轴射线与中心射线在中心点处的偏离距离；

h为旁轴射线的半偏移距；

v₀为近地表处的地震波速度；

β为中心射线在地表处的出射角；

R_N、R_NIP分别为法向波和法向入射点波的波前曲率半径。

三参数(β,R_N,R_NIP)代表运动学波场属性，刻画了二维地下介质中反射界面的局部构造特征，即反射段的位置、倾向和曲率，被称为CRS叠加参数。

在现有技术中，高效解决三参数优化问题的途径是将其分别进行优化。在叠前地震数据的子集中(如共中心点(CMP)道集，零炮检距(ZO)剖面)得到CRS叠加算子的简化式。在CMP道集中，叠加算子简化为：

$T_{\mathrm{CMP}}^2\left(h\right)=t_0^2+{2t}_0\frac{{\mathrm{qh}}^2}{v_0}---\left(2\right)$

其中，组合参数q为：

$q=\frac{{\cos }^2\mathrm{\β}}{R_{\mathrm{NIP}}}---\left(3\right)$

在ZO剖面中(h＝0)，叠加算子简化为：

$T_{\mathrm{ZO}}^2\left({\mathrm{\Δx}}_m\right)={[t_0+2\frac{\sin \mathrm{\β}}{v_0}{\mathrm{\Δx}}_m]}^2+{2t}_0\frac{{\cos }^2\mathrm{\β}}{v_0}\frac{{\mathrm{\Δx}}_m^2}{R_N}---\left(4\right)$

观察公式(2)、(4)可见，叠加算子中未知参数的数量降为1到2个，这样就可以将CRS叠加分成几步来做，从而快速准确地确定三参数的初始值。然后将得到的叠加参数值作为优化算法的起点，应用到原始多次覆盖地震数据中，利用公式(1)所示的双曲叠加算子得到最终CRS叠加剖面及波场属性剖面。

通过对公式(2)的分析可以得知，CMP叠加算子的计算仅依赖于组合参数q。而由于q为出射角度β和曲率半径R_NIP的组合参数，并且q与β值的正负没有关系。因此基于公式(2)的策略无法处理同相轴相交的情况。这意味着，在同相轴相交的情况下，因为所有有贡献的反射同相轴均会对组合参数的扫描造成影响，所以任何一条同相轴的参数都无法通过基于公式(2)的策略而得到。

针对上述缺陷，本发明的方法提出了一种新的参数搜索策略。在CRS叠加过程中，因为CMP道集中反射同相轴的曲率(即参数R_N)没有贡献，并且存在倾角(即参数β)的数值大致相等而符号相反的情况。所以无法利用CMP道集处理同相轴相交的情况。但是ZO剖面能处理同相轴相交的情况。因此本发明的方法基于ZO剖面搜索出明确有贡献的同相轴。这里为方便描述，将上述明确有贡献的同相轴称为有效同相轴。

下面基于附图1中的流程图来详细描述本发明方法的实施过程。附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

首先执行步骤S100，获取地震数据。然后执行步骤S110，根据地震数据进行CMP叠加，从而得到ZO剖面。接着执行步骤S120，在ZO剖面搜索出有效同相轴。

在搜索有效同相轴的过程中(步骤S120)，为了避免在不含真实同相轴的噪音区域进行运算，要确定ZO剖面上的有效成像点。首先对每个ZO剖面上的点基于CMP叠加利用相干分析得到对应于ZO剖面上各点的全局最大相干值，然后基于实际地质情况根据历史地质资料分析确定与全局最大相干值对应的阈值，最后基于阈值以及全局最大相干值筛选出有效成像点。在筛选过程中，全局最大相干值小于或等于阈值的点为不含真实同相轴的噪音点。

经过上述筛选之后，就可以基于筛选出的有效成像点搜索与有效成像点对应的有效同相轴。利用相干分析，针对同一有效成像点可以得到多个局部最大相干值。由于真实反射同相轴在相同旅行时和叠加孔径条件下应得到类似的相干值，因此在理想状况下，每个局部最大相干值应对应一个经过该有效成像点的同相轴。但是考虑到噪声干扰，首先要对局部最大相干值进行筛选，筛选出有效局部最大相干值。

首先，有效局部最大相干值应大于相应的全局最大相干值对应的阈值。小于或等于阈值的局部最大相干值为不含真实同相轴的噪音产生的。其次，由于同一个相干峰值由于噪音的起伏生成可以生成多个不同的局部最大相干值。因此同一有效成像点对应的不同有效局部最大相干值之间的差值必须大于特定值。差值小于或等于特定值的两个局部最大相干值则是由同一个相干峰值由于噪音的起伏生成的。在实际操作中，上述筛选过程中用到的特定值是基于对实际地震资料的品质分析而确定的。

有效局部最大相干值筛选完成后，则可以基于有效局部最大相干值搜索对应的有效同相轴。这里，对应同一有效成像点的有效同相轴在有效成像点相交。在本实施例中，把搜索得到的能量最强的有效同相轴定义为主同相轴，把与主同相轴相交的能量较弱的有效同相轴定义为次同相轴。其中，主同相轴即是现有技术方法中搜索出的同相轴，次同相轴则是在现有技术方法中被忽略的。

本发明的方法的目的是要获取CRS叠加参数，CRS叠加参数之一即是中心射线在地表处的出射角。每条有效同相轴可以确定一条中心射线。因此接下来进行步骤S121，基于有效同相轴确定与其对应的中心射线，进而得到中心射线在地表处的出射角。在本实施例中，由于获取到的有效同相轴考虑到了同相轴相交的情况，因此对于同一有效成像点可以获得出射角角度集β⁽ⁱ⁾(索引i表示相交的有效同相轴)。

接下来执行步骤S130，获取CRS叠加参数之一的法向波的波前曲率半径。在本实施例中，基于公式(4)针对出射角角度集β⁽ⁱ⁾中每个出射角分别进行双曲ZO叠加，然后基于相干分析进行单参数搜索，从而得到对应的法向波波前曲率半径

紧接着执行步骤S140，获取CRS叠加参数之一的法向入射点波波前曲率半径。因为CMP叠加只能得到单一组合参数q，法向入射点波波前曲率半径无法通过出射角度β⁽ⁱ⁾和组合参数q计算得到。因此，CMP道集和ZO剖面均不适用于搜索曲率半径在本实施例中，采用共炮点(CommonShot,CS)道集或共接收点(CommonReceiver,CR)道集来确定参数

对于共炮点或共接收点道集(△x_m＝h)，公式(1)简化为：

$T^2\left({\mathrm{\Δx}}_m\right)={[t_0+2\frac{\sin \mathrm{\β}}{v_0}{\mathrm{\Δx}}_m]}^2+{2t}_0\frac{{\cos }^2\mathrm{\β}}{v_0}\frac{{\mathrm{\Δx}}_m^2}{R_C}---\left(5\right)$

其中， $\frac{1}{R_C}=\frac{1}{R_N}+\frac{1}{R_{\mathrm{NIP}}}---\left(6\right).$

基于公式(5)根据步骤S121中确定的出射角度β⁽ⁱ⁾值，利用相干分析进行单参数搜索得到值。再结合步骤S130中得到的值，利用公式(6)计算得到值。

由于出射角信息可通过线性ZO叠加得到，法向入射点波波前曲率半径的搜索过程中仅包含单个参数，因此利用上述方法计算法向入射点波波前曲率半径效率较高。

最后，本实施例还包括步骤S150，优化CRS叠加参数。基于共反射面元超道集优化出射角、法向波的波前曲率半径、法向入射点波的波前曲率半径。

本发明改进的CRS叠加参数获取方法与常规方法的区别在于CMP叠加步骤仅提供模拟ZO剖面。由于叠加参数获取过程没有用到组合参数q信息，因此获取到的叠加参数包含了同相轴相交的情况。并且针对ZO叠加中存在的同相轴相交的情况，本发明方法利用CS/CR道集搜索参数

接下来通过一个具体地应用实例来描述基于本发明方法进行CRS叠加的具体效果。模型Sigsbee2a，其具有较复杂的地质构造特征。图2a为利用本发明的参数获取方法得到的模型Sigsbee2a的CRS叠加剖面。图2c为图2a中黑色方框处的局部放大图。图2b为利用现有技术进行CRS叠加的叠加剖面对应于图2a黑色方框位置处的局部放大图。如图2b中所示，箭头所指位置处为多个强弯曲同相轴。由于现有技术的CRS叠加由于只考虑主同相轴，大部分强弯曲同相轴被压制。因此图2b中并没有很清晰的体现，其由图左下到右上构成了两条断断续续的弧线。

而由于基于本发明方法获取的叠加参数考虑了同一位置处存在多个同相轴相交的情况，因此基于本发明方法获取的叠加参数进行的CRS叠加所模拟的剖面更加真实可靠。对比图2b和图2c可以看出，相较图2b中的对应位置，图2c中箭头指出的两条由图左下到右上的弧线在图中很清晰体现了出来。

图2d为现有技术进行CRS叠加后的同相轴出射角图。图2d中针对每个有效成像点只能确定相干值最大的一个出射角，也就是只能确定一个同相轴。图2e基于本发明获取的叠加参数进行CRS叠加后的同相轴出射角图。对于任意一个有效成像点，若是只有一个有效同相轴，就只确定一个出射角，该点与图2d是一样的；若是有多个有效同相轴，就可以得到多个对应的出射角，该图显示就是相干值第二大的出射角。对比图2d以及图2e，在图2e中，箭头所指的弧线更加清晰的体现出来。

图2f为现有技术进行CRS叠加后的同相轴的参数R_N与R_NIP的比率图。图2f中对每个有效成像点只能确定相干值最大的同相轴的参数R_N与R_NIP的比率；图2g为基于本发明获取的叠加参数进行CRS叠加后的同相轴的参数R_N与R_NIP的比率图。在图2g中，对于任意一个有效成像点，若是只有一个有效同相轴，就只确定同相轴的参数R_N与R_NIP的比率，该点与图2f是一样的；若是有多个有效同相轴，该图显示就是相干值第二大的同相轴的参数R_N与R_NIP的比率。对比图2f以及图2g，在图2g中，箭头所指的弧线更加清晰的体现出来。

综上所述，经过本发明改进后的技术进行CRS叠加，其叠加结果更加清晰地显示了强弯曲同相轴。叠加结果符合强弯曲同相轴的理论本质，更加接近实际情况。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种获取共反射面元叠加参数的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

步骤一，获取地震数据；

步骤二，基于所述地震数据进行共中心点叠加从而得到零偏移距剖面；

步骤三，基于所述零偏移距剖面搜索有效同相轴，所述有效同相轴包括在同一零偏移距位置处相交的多个不同倾角的同相轴；

步骤四，根据所述有效同相轴得到与所述有效同相轴对应的出射角，从而根据所述出射角计算法向波的波前曲率半径以及法向入射点波的波前曲率半径。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤五，基于共反射面元超道集优化所述出射角、所述法向波的波前曲率半径、所述法向入射点波的波前曲率半径。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤三中，从所述零偏移距剖面上各点中筛选出有效成像点，从而搜索出与所述有效成像点对应的所述有效同相轴。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤三中，利用相干分析得到对应于所述零偏移距剖面上各点的全局最大相干值，确定与所述全局最大相干值对应的阈值，基于所述阈值以及所述全局最大相干值筛选出所述有效成像点。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤三中，基于下述规则筛选所述有效成像点：

所述有效成像点对应的全局最大相干值大于所述阈值。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤三中，利用所述相干分析得到对应于同一所述有效成像点的多个局部最大相干值，筛选所述局部最大相干值从而得到有效局部最大相干值，基于所述有效局部最大相干值搜索对应于所述有效成像点的有效同相轴。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤三中，基于下述规则筛选所述局部最大相干值：

所述有效局部最大相干值大于相应的所述阈值；

同一有效成像点对应的不同的有效局部最大相干值之间的差值大于特定值。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤四中，基于所述有效同相轴确定与所述有效同相轴对应的中心射线，进而获取所述中心射线在地表处的出射角。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤四中，基于所述出射角进行双曲零偏移距叠加从而得到与所述有效同相轴对应的法向波的波前曲率半径。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤四中，基于共炮点/共接收点道集利用所述出射角和所述法向波的波前曲率半径计算与所述有效同相轴对应的法向入射点波的波前曲率半径。