CN105425285A - 一种基于等效偏移距的叠前时间偏移成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于等效偏移距的叠前时间偏移成像方法，包括以下步骤：抽取每个CSP道集并获取均方根速度分布；基于目标散射点位置处的均方根速度对每个CSP道集进行等效偏移距偏移，得到包含目标散射点和附近散射点的偏移成像结果的等效偏移道集；从等效偏移道集中抽取与目标散射点的水平面投影坐标相同的道形成共等效点道集；对每个目标散射点的共等效点道集进行水平叠加，获得全部散射点的由近散射波能量和远散射波能量形成的成像点。本发明利用了共散射点道集所在位置处的散射波能量和远散射点道集的能量，使得最终成像效果噪音更小，成像更加真实。

Description

一种基于等效偏移距的叠前时间偏移成像方法

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，尤其涉及一种基于等效偏移距的叠前时间偏移成像方法。

背景技术

等效偏移距(EO)方法根据散射波理论和克希霍夫叠前时间偏移原理，将地震散射波的双平方根旅行时公式用一个等效偏移距的概念转换成了单平方根公式。应用这个时距关系式可以将地震道在给定的等效偏移距范围内映射到一个新的道集，即共散射点(CSP)道集的等效偏移距单元上。CSP道集聚集了共散射点道集上沿双曲线路径分布的散射能量，并且共散射点道集有更高的覆盖次数和更大的偏移距范围。

等效偏移距偏移(EOM)方法较常规偏移有抗噪能力强，适应复杂构造的优点，在实际应用中比较成熟。EOM方法是基于共散射点道集的一种现有偏移方法，根据等效偏移距原理形成的CSP道集的时距关系是一个双曲线形式。所以EOM方法的思路是对每个CSP道集沿双曲线轨迹叠加，这个过程相当于做动校正和叠加。

但是EOM方法在处理过程中只利用了共散射点道集所在位置处部分的散射波能量，而丢弃了一些有用的远散射点的能量。这样导致成像结果收敛不够彻底，噪声较大，地下构造的成像界面不够清晰。

因此，亟需一种充分利用共散射点道集中所有散射能量进行成像的叠前时间偏移成像方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于等效偏移距的叠前时间偏移成像方法，包括以下步骤：

抽取每个CSP道集并获取均方根速度分布；

基于目标散射点位置处的均方根速度对每个CSP道集进行等效偏移距偏移，得到包含目标散射点和附近散射点的偏移成像结果的等效偏移道集；

从等效偏移道集中抽取与目标散射点的水平面投影坐标相同的道形成共等效点道集；

对每个目标散射点的共等效点道集进行水平叠加，获得全部散射点的由近散射波能量和远散射波能量形成的成像结果。

根据本发明的一个实施例，所述基于目标散射点位置处的均方根速度对每个CSP道集进行等效偏移距偏移，得到包含目标散射点和附近散射点的偏移成像结果的等效偏移道集包括：

设定CSP道集中的一道为零偏移距道；

遍历零偏移距道中的全部零偏移距旅行时间，基于零偏移距旅行时间对应的目标散射点位置处的均方根速度，以及零偏移距道与CSP道集中非零偏移距道的水平距离计算所述零偏移距道的叠加道；

遍历CSP道集中的每一道分别设定为零偏移距道并计算叠加道，将全部叠加道组合形成等效偏移道集，其中，该等效偏移道集包含目标散射点和附近散射点的偏移成像结果。

根据本发明的一个实施例，所述遍历零偏移距道中的全部零偏移距旅行时间，基于零偏移距旅行时间对应的目标散射点位置处的均方根速度，以及零偏移距道与CSP道集中非零偏移距道的水平距离计算零偏移距道的叠加道包括：

根据零偏移距道与其所在CSP道集中非零偏移距道的水平距离δh_i计算每个δh_i对应的走时t_i，其中i＝1,2……,N，N为覆盖次数；

基于零偏移距旅行时间对应的目标散射点位置处的均方根速度，分别计算非零偏移距道的每一走时t_i处的采样点值的等效偏移数值并进行叠加，将叠加结果输出到零偏移距旅行时间对应的目标散射点；

遍历全部零偏移距旅行时间，由零偏移距道中全部目标散射点的叠加结果得到零偏移距道的叠加道。

根据本发明的一个实施例，所述分别计算并非零偏移距道的每一走时ti处的采样点值的等效偏移数值包括：

将CSP道集中非零偏移距道的走时t_i处的采样点值与倾斜因子和球面扩散因子做乘积，得到采样点值的等效偏移数值。

根据本发明的一个实施例，所述遍历CSP道集中的每一道分别设定为零偏移距道并计算叠加道，将全部叠加道组合形成等效偏移道集包括：

针对CSP道集中的每一道分别指定为零偏移距道并计算叠加道；

对叠加道组合得到CSP道集的叠加道集以滤波因子进行褶积形成等效偏移距偏移道集。

根据本发明的一个实施例，所述根据零偏移距道与其所在CSP道集中非零偏移距道的水平距离δh_i计算每个δh_i对应的走时t_i包括：

获取指定的零偏移距道中目标散射点处的均方根速度v_rms；

计算CSP道集中零偏移距道与非零偏移距道的水平距离δh_i对应的走时：

$t_i=\sqrt{t_0^2+\frac{{\mathrm{\δh}}_i^2}{v_{\mathrm{rms}}^2}},$

其中，t₀表示零偏移距旅行时间。

根据本发明的一个实施例，所述基于零偏移距旅行时间对应的目标散射点位置处的均方根速度，分别计算非零偏移距道的每一走时t_i处的采样点值的等效偏移数值并进行叠加，将叠加结果输出到零偏移距旅行时间对应的目标散射点表示为：

$P_{\mathrm{out}}\left(t_0\right)=\frac{\mathrm{\Δx}}{2\mathrm{\π}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\cos \mathrm{\θR}(v_{\mathrm{rms}},r)P_{\mathrm{in}}\left(t_i\right),$

其中，cosθR(v_rms,r)P_in(t_i)为水平距离δh_i对应的走时t_i处的采样点值的等效偏移数值，P_out(t₀)为零偏移距旅行时间对应的目标散射点的波场数值，P_in(t_i)为每个走时t_i处的采样点值，t₀为零偏移距旅行时间，cosθ为倾斜因子，R(v_rms,r)为球面扩散因子，r为目标散射点和采样点的等效点之间的距离，v_rms为目标散射点位置处的均方根速度，△x为CSP道集的道间距。

根据本发明的一个实施例，所述对叠加道组合得到CSP道集的叠加道集以滤波因子进行褶积形成等效偏移距偏移道集表示为：

$P_{\mathrm{out}}*\mathrm{\ρ}\left(t\right)=\left[\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\underset{t_0}{\mathrm{\Σ}}\right[\frac{\mathrm{\Δx}}{2\mathrm{\π}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\cos \mathrm{\θR}(v_{\mathrm{rms}},r)P_{\mathrm{in}}\left(t_i\right)\left]\right]*\mathrm{\ρ}\left(t\right),$

其中，P_out表示叠加道集，ρ(t)为滤波因子，m表示CSP道集中的道编号。

根据本发明的一个实施例，所述滤波因子在二维偏移中为相位谱保持在45°，振幅谱正比于频率平方根的子波整形因子，在三维偏移中为相位谱为90°，振幅谱成正比于频率的子波整形因子。

根据本发明的一个实施例，所述共等效点道集中目标散射点的同相轴是一条水平轴。

本发明提出的基于等效偏移距的叠前时间偏移方法同时利用了共散射点道集所在位置处的散射波能量和远散射点道集的能量，最大限度发挥等效偏移距方法的优势，使得最终成像效果噪音更小，成像更加真实。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他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结构来实现和获得。

附图说明

图1是根据本发明实施例的基于等效偏移距的叠前时间偏移成像方法的步骤流程图；

图2是根据本发明实施例的CSP道集等效偏移距偏移方法的步骤流程图；

图3是根据图2所示等效偏移距偏移的原理示意图；

图4a是一倾斜界面的CSP道集未进行叠前时间偏移的成像结果；

图4b是一倾斜界面的CSP道集根据本发明实施例的叠前时间偏移成像方法输出的成像结果；

图5是倾斜界面上的一点在相邻多个CSP道集中的成像结果；

图6是形成共等效点道集的示意图；

图7a是单点模型根据现有技术中等效偏移距偏移方法的成像结果；

图7b是单点模型根据本发明实施例的方法的成像结果；

图8a是水平界面模型根据现有技术中等效偏移距偏移方法的成像结果；

图8b是水平界面模型根据本发明实施例的方法的成像结果；

图9a是断层模型根据现有技术中等效偏移距偏移方法的成像结果；

图9b是断层模型根据本发明实施例的方法的成像结果；。

具体实施方式

本发明的实施例提供一种依据等效偏移距的叠前时间偏移成像方法，既利用近散射点的能量，又利用远散射点处的能量，可以避免现有技术中只利用部分散射波能量成像的不足，使成像过程中噪音变小，从而使得成像效果更加真实。

实施例

图1是本实施例的基于等效偏移距的叠前时间偏移成像方法的流程图。具体步骤如图所示：

首先，在步骤S101中，抽取每个CSP道集并获取均方根速度分布。

随后，执行步骤S102，根据克希霍夫偏移原理对每个CSP道集进行等效偏移距偏移，即基于目标散射点位置处的均方根速度对每个CSP道集进行等效偏移距偏移，对目标散射点及其附近相对的较远散射点的散射波能量偏移收敛形成当前散射点及其附近相对较远散射点的偏移成像结果。如此以来，对每个CSP道集可以得到包含目标散射点和附近散射点的偏移成像结果的等效偏移道集。

接下来，执行步骤S103，从等效偏移道集中抽取与目标散射点的水平面投影坐标相同的道形成共等效点道集。其中，将目标散射点的水平面投影坐标作为目标散射点的等效点的物理坐标。对于偏移之后的CSP道集，按照目标散射点的等效点的物理坐标重行选排，抽取与等效点的物理坐标相同的道形成共等效点道集。

最后，执行步骤S104，对每个目标散射点的共等效点道集进行水平叠加，获得全部散射点的由近散射波能量和远散射波能量形成的成像结果。具体来说，使得目标散射点在其CSP道集中的成像点的能量与目标散射点在其他CSP道集中的来自同一成像点的能量叠加，得到由近散射波能量和远散射波能量形成的全部散射点的成像结果。

以下参照图2对步骤S102中对其中一个CSP道集进行等效偏移距偏移的具体方法进行详细说明。

首先，在步骤S201中，选择CSP道集中的一道做为零偏移距道并选定零偏移距旅行时间t₀。

然后，执行步骤S202，首先，获取指定的零偏移距道中时间t₀对应的目标散射点处的均方根速度v_rms；然后计算零偏移距道与其所在CSP道集中其他道，即非零偏移距道的水平距离δh_i，以及每个δh_i对应的走时t_i，其中i＝1,2……,N，N为覆盖次数。其中，按照下述表达式计算走时t_i

$t_i=\sqrt{t_0^2+\frac{{\mathrm{\δh}}_i^2}{v_{\mathrm{rms}}^2}}---\left(1\right)$

接下来，在步骤S203中，分别计算非零偏移距道的每一走时t_i处的采样点值的等效偏移数值，即将CSP道集中非零偏移距道的走时t_i的采样点值乘以倾斜因子cosθ，再乘以球面扩散因子R(v_rms,r)，得到采样点值的等效偏移数值cosθR(v_rms,r)P_in(t_i)。

其中，非零偏移距道在水平面的投影为走时t_i的采样点的等效点。θ是零偏移距旅行时间t₀对应的目标散射点与δh_i对应的非零偏移距道在水平面投影的连线与垂直方向的夹角，也就是目标散射点与采样点的等效点的连线与垂直方向的夹角。r是目标散射点与采样点的等效点的距离，v_rms是目标散射点处的均方根速度。P_in(t_i)为每个走时t_i处的采样点值。

球面扩散因子在二维偏移中表示为在三维偏移中表示为： $R(v_{\mathrm{rms}},r)=\frac{1}{v_{\mathrm{rms}}r}.$

在步骤S204中，将CSP道集中非零偏移距道的采样点值的等效偏移数值叠加并输出到选定的零偏移距旅行时间t₀对应的目标散射点。用下式表示：

$P_{\mathrm{out}}\left(t_0\right)=\frac{\mathrm{\Δx}}{2\mathrm{\π}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\cos \mathrm{\θR}(v_{\mathrm{rms}},r)P_{\mathrm{in}}\left(t_i\right)---\left(2\right)$

其中，P_out(t₀)为零偏移距旅行时间对应的目标散射点的波场数值，P_in(t_i)为每个走时t_i处的采样点值，△x为CSP道集的道间距。

接下来，在步骤S205中判断是否已经遍历全部零偏移距旅行时间t₀。如果是，则执行步骤S206，输出CSP道集中其他非零偏移距道对零偏移距道的叠加道，如果否，则执行步骤S201，重新设定下一个零偏移距旅行时间t₀。

这样可以遍历该道中全部零偏移距旅行时间t₀，由零偏移距道中全部目标散射点的等效偏移数值叠加结果得到零偏移距道的叠加道。

随后，在步骤S207中判断是否已经遍历当前CSP道集中所有的道。如果是，则执行步骤S208，输出一个CSP道集中的全部叠加道，将全部叠加道组合得到CSP道集的叠加道集；如果否，则执行步骤S201，重新选择CSP道集中的下一个道做为零偏移距道。

然后，在步骤S209中，对叠加道组合得到CSP道集的叠加道集以滤波因子进行褶积形成等效偏移距偏移道集，表示为：

$P_{\mathrm{out}}*\mathrm{\ρ}\left(t\right)=\left[\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\underset{t_0}{\mathrm{\Σ}}\right[\frac{\mathrm{\Δx}}{2\mathrm{\π}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\cos \mathrm{\θR}(v_{\mathrm{rms}},r)P_{\mathrm{in}}\left(t_i\right)\left]\right]*\mathrm{\ρ}\left(t\right)---\left(3\right)$

其中，P_out表示叠加道集，ρ(t)为滤波因子，m表示CSP道集编号。

表示遍历所指定的零偏移距道中的全部零偏移距旅行时间t₀，计算并组合目标散射点的波场数值P_out(t₀)。表示遍历当前CSP道集中所有的道，计算并组合叠加道，得到CSP道集的叠加道集。运算符号*表示褶积。

以下结合图3和图4对本实施例中等效偏移距偏移的效果进行详细说明。图3是CSP道集的克希霍夫偏移原理示意图。

如图3所示，选择CSP道集中的第j道(j＝1，2，…N)作为零偏移距道，设定一个双程旅行时间t₀。A点为所在CSP道集第j道上一个目标散射点，图中OA距离为该目标散射点的零偏移距旅行时间t₀。第j道到其他每一道的水平距离为δh_i，N表示CSP道集的覆盖次数。v_rms为目标散射点A处的均方根速度，第i道在水平面的投影B为走时t_i的采样点的等效点。根据表达式(1)计算水平距离δh_i(图3中的OB)对应的走时t_i。

在图3中，θ是OA与AB的夹角，也就是目标散射点与采样点的等效点的连线与垂直方向的夹角。r表示AB的距离。可由表达式(2)计算目标散射点A的波场数值，进而根据表达式(3)计算CSP道集的等效偏移距偏移道集。

图3中显示为虚线的双曲线表示走时t_i的轨迹，代表CSP道集进行克希霍夫偏移时的零偏移距动校正轨迹。

图4a是一个倾斜界面的CSP道集进行克希霍夫偏移前的成像效果示意图，其中倾斜界面的图像并不收敛，在倾斜界面的下方还呈现一条由近散射点的能量形成的双曲线。图4b为偏移后的成像示意图，可以看出经过克希霍夫偏移后，CSP道集上的每个散射点能量都会被收敛到相应的一点，最终形成一个清晰的倾斜界面。

以下根据图5和图6说明在步骤S103中如何从等效偏移道集中抽取与目标散射点的水平面投影坐标相同的道形成共等效点道集。

图5是一个倾斜界面上一个点在相邻多个共散射点道集的成像效果示意图。如图5所示，在倾斜界面上的A点经过偏移后在CSP1道集、CSP2道集、CSP3道集上都有成像点，并且A点在CSP1道集、CSP2道集、CSP3道集上的成像点的水平面投影坐标物理位置是相同的。根据这一特性，将A点所在的水平面投影坐标物理位置处的CSP1道集、CSP2道集、CSP3道集上的道抽取成道集，组成图6所示的共等效点道集。从图6中可以看出，A点的共等效点道集同相轴是一个水平轴。

需要说明的是，A点在CSP1道集中的成像点为近散射波能量形成，A点在CSP2道集和CSP3道集中的成像点为远散射波能量形成。在常规的等效偏移距偏移EOM方法中，仅仅计算了A点在CSP1道集中的散射波能量，而忽略了远散射波能量。而本实施例中的方法能够获得全部散射点的由近散射波能量和远散射波能量形成的成像点，因此，成像效果更清晰。

模拟结果

为说明本发明实施例所述方法相比现有技术所产生的有益效果，以下提供三个具体示例，这三个模型分别应用常规的等效偏移距偏移EOM方法和本发明实施例的方法进行成像。

图7a和图7b所示为一个单点模型的成像结果。从结果看两种成像方法都达到了对单点散射波的正确成像，但EOM方法对单点散射波的收敛程度没有本发明实施例的方法彻底。

图8a和图8b所示为水平界面模型的成像结果。其中EOM方法成像结果达到了成像要求，但在模型的两个端点和上界面中段的同相轴能量欠佳，相比而言，本发明的实施例方法成像结果抗噪能力能力强，成像效果明显优于EOM方法。

图9a和图9b所示为断层模型的成像结果。其中EOM方法对断面的成像效果明显不如本发明实施例方法的成像结果，尤其在两个断点附近沿着水平同相轴延伸出两条较长的尾巴，表示噪音比较重，而且在断点附近的断面不连续。本发明的方法对模型的成像结果的抗噪能力较强，断面成像界清晰干净。

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。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于等效偏移距的叠前时间偏移成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

抽取每个CSP道集并获取均方根速度分布；

基于目标散射点位置处的均方根速度对每个CSP道集进行等效偏移距偏移，得到包含目标散射点和附近散射点的偏移成像结果的等效偏移道集；

从等效偏移道集中抽取与目标散射点的水平面投影坐标相同的道形成共等效点道集；

对每个目标散射点的共等效点道集进行水平叠加，获得全部散射点的由近散射波能量和远散射波能量形成的成像结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于目标散射点位置处的均方根速度对每个CSP道集进行等效偏移距偏移，得到包含目标散射点和附近散射点的偏移成像结果的等效偏移道集包括：

设定CSP道集中的一道为零偏移距道；

遍历零偏移距道中的全部零偏移距旅行时间，基于零偏移距旅行时间对应的目标散射点位置处的均方根速度，以及零偏移距道与CSP道集中非零偏移距道的水平距离计算所述零偏移距道的叠加道；

遍历CSP道集中的每一道分别设定为零偏移距道并计算叠加道，将全部叠加道组合形成等效偏移道集，其中，该等效偏移道集包含目标散射点和附近散射点的偏移成像结果。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述遍历零偏移距道中的全部零偏移距旅行时间，基于零偏移距旅行时间对应的目标散射点位置处的均方根速度，以及零偏移距道与CSP道集中非零偏移距道的水平距离计算零偏移距道的叠加道包括：

根据零偏移距道与其所在CSP道集中非零偏移距道的水平距离δh_i计算每个δh_i对应的走时t_i，其中i＝1,2……,N，N为覆盖次数；

基于零偏移距旅行时间对应的目标散射点位置处的均方根速度，分别计算非零偏移距道的每一走时t_i处的采样点值的等效偏移数值并进行叠加，将叠加结果输出到零偏移距旅行时间对应的目标散射点；

遍历全部零偏移距旅行时间，由零偏移距道中全部目标散射点的叠加结果得到零偏移距道的叠加道。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分别计算并非零偏移距道的每一走时t_i处的采样点值的等效偏移数值包括：

将CSP道集中非零偏移距道的走时t_i处的采样点值与倾斜因子和球面扩散因子做乘积，得到采样点值的等效偏移数值。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述遍历CSP道集中的每一道分别设定为零偏移距道并计算叠加道，将全部叠加道组合形成等效偏移道集包括：

针对CSP道集中的每一道分别指定为零偏移距道并计算叠加道；

对叠加道组合得到CSP道集的叠加道集以滤波因子进行褶积形成等效偏移距偏移道集。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据零偏移距道与其所在CSP道集中非零偏移距道的水平距离δh_i计算每个δh_i对应的走时t_i包括：

获取指定的零偏移距道中目标散射点处的均方根速度v_rms；

计算CSP道集中零偏移距道与非零偏移距道的水平距离δh_i对应的走时：

$t_i=\sqrt{t_0^2+\frac{{\mathrm{\δh}}_i^2}{v_{\mathrm{rms}}^2}},$

其中，t₀表示零偏移距旅行时间。

7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述基于零偏移距旅行时间对应的目标散射点位置处的均方根速度，分别计算非零偏移距道的每一走时t_i处的采样点值的等效偏移数值并进行叠加，将叠加结果输出到零偏移距旅行时间对应的目标散射点表示为：

$P_{\mathrm{out}}\left(t_0\right)=\frac{\mathrm{\Δx}}{2\mathrm{\π}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\cos \mathrm{\θR}(v_{\mathrm{rms}},r)P_{\mathrm{in}}\left(t_i\right),$

其中，cosθR(v_rms,r)P_in(t_i)为水平距离δh_i对应的走时t_i处的采样点值的等效偏移数值，P_out(t₀)为零偏移距旅行时间对应的目标散射点的波场数值，P_in(t_i)为每个走时t_i处的采样点值，t₀为零偏移距旅行时间，cosθ为倾斜因子，R(v_rms,r)为球面扩散因子，r为目标散射点和采样点的等效点之间的距离，v_rms为目标散射点位置处的均方根速度，△x为CSP道集的道间距。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对叠加道组合得到CSP道集的叠加道集以滤波因子进行褶积形成等效偏移距偏移道集表示为：

$P_{\mathrm{out}}*\mathrm{\ρ}\left(t\right)=\left[\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\underset{t_0}{\mathrm{\Σ}}\right[\frac{\mathrm{\Δx}}{2\mathrm{\π}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\cos \mathrm{\θR}(v_{\mathrm{rms}},r)P_{\mathrm{in}}\left(t_i\right)\left]\right]*\mathrm{\ρ}\left(t\right),$

其中，P_out表示叠加道集，ρ(t)为滤波因子，m表示CSP道集中的道编号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滤波因子在二维偏移中为相位谱保持在45°，振幅谱正比于频率平方根的子波整形因子，在三维偏移中为相位谱为90°，振幅谱成正比于频率的子波整形因子。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述共等效点道集中目标散射点的同相轴是一条水平轴。