CN106324702A - 一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于井中或海洋地震资料采集和处理领域，具体涉及一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法。具体包括以下步骤：步骤一、求取震源子波的平均振幅谱A(f)；步骤二、求取震源信号的相位谱步骤三、求取时间域的震源子波W(t)；步骤四、求取调谐采样旅行时差Δτ_t；步骤五、建立介质速度模型；步骤六、求取炮点的调谐采样间隔Δs_t；步骤七、求取互相关道集；步骤八、滤波处理；步骤九、求取不同炮间距下的重构的反射信号；步骤十、确定检波点到目的层的深度h_r；步骤十一、确定检波点间距Δr。本发明充分利用了射线分析的优势，求取调谐采样间隔，实现地震干涉法成像观测系统快速有效的定量评价。

Description

一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法

技术领域

本发明属于井中或海洋地震资料采集和处理领域，具体涉及一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法。

背景技术

在传统的陆地勘探中，地形起伏和复杂近地表影响往往会降低深部复杂地质目标体的成像质量。而对于海上勘探而言，由于海水层的存在，会引入很强的与海水层有关的多次波，进而影响深部地层的精细勘探，因此在偏移成像之前需要消除掉海水层的相关干扰，提高偏移成像的质量。而传统的勘探方式具有一定的局限性，无法较好地解决海水层和复杂近地表对深部复杂地质目标体勘探的影响。地震干涉法则是一种理想的数据驱动的方法，该方法通过互相关或褶积重构出新的地震记录，实现观测系统的转换。该方法可以避开复杂近地表速度模型的建立和多次波的消除等问题，进而实现深部复杂地质目标体的准确成像和4D监控。但是往往由于震源的有限性和观测系统设计的不足，会在干涉成像的过程中引入伪同相轴和振荡衰减的谐振波形，影响成像的质量和效果。Mehta虽然对产生虚源数据的观测系统进行了一定的定性研究，但没有给出不同采集参数下地震干涉法成像观测系统的定量设计和评价方法，严重制约了地震干涉法在复杂地质目标体精确勘探中的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法，实现地震干涉法成像观测系统快速有效的定量评价。

为解决上述技术问题，本发明一种

(暂时省略)

本发明的有益技术效果在于：充分利用了射线分析的优势，不仅能够获得干涉法重构的目的层反射信号与不同采集参数之间的基本关系式，且能求取调谐采样间隔，实现地震干涉法成像观测系统快速有效的定量评价。

附图说明

图1为观测系统的设计图示；

图2为余弦衰减滤波前目的层反射信号的对比图；

图3为余弦衰减滤波后目的层反射信号的对比图；

图4为相邻两炮干涉叠加的目的层反射信号随炮间距Δs(旅行时差Δτ)的变化剖面；

图5代表不同炮间距下干涉重构的目的层反射信号；

图6为不同检波点到目的层的深度下干涉重构的反射波场；

图7为不同检波点间距下干涉重构的反射波场。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法，具体包括以下步骤：

步骤一、对实际采集的炮记录进行傅里叶变换，求取每一地震道的自相关，对所有地震道的自相关进行叠加并开平方，求取震源子波的平均振幅谱A(f)，其求取公式为：

$A\left(F\right)=\sqrt{{\mathrm{\ΣX}}^2\left(f\right)}$

其中，f代表了频率域，X²(f)代表了频率域地震道的自相关，A(f)为求取的平均振幅谱；

步骤二、利用步骤一所求取得振幅谱以及希尔伯特变换，求取震源信号的相位谱其求取公式为：

其中，*代表了褶积运算，为求取的相位谱；

步骤三、利用步骤一和步骤二求取的震源子波的平均振幅谱A(f)和相位谱求取频率域震源子波及震源子波主频F，再利用傅里叶反变换求取时间域的震源子波，其求取公式为：

其中i代表复数的虚部，FFT^-1代表傅里叶反变换，W(t)代表求取的时间域震源子波；

步骤四、利用步骤三求取的震源子波主频F，求取调谐采样旅行时差：

△t_t＝1/(4F)

其中△t_t代表调谐采样旅行时差，即波长的四分之一周期；

步骤五、基于前期地震勘探资料，反演出地下地层结构，并利用声波测井资料进行标定，建立简化的针对目标层位的介质速度模型；

步骤六、如图1所示，利用射线分析的方法，利用步骤四所求取的调谐采样旅行时差△t_t，求取炮点的调谐采样间隔△s_t：

${\mathrm{\Δs}}_t=\frac{{\mathrm{v\Δ\τ}}_t}{\[(x+\mathrm{\Δ}r)/\sqrt{{(x+\mathrm{\Δ}r)}^2+{(2h-h_r)}^2}-x/\sqrt{x^2+h_r^2}\]}$

其中，x代表偏移距，△r代表检波点间距，h代表目的层的深度，h_r代表检波点到目的层的深度，v为目的层上的等效均匀介质速度；

附图中采用的震源子波为主频35Hz的Ricker子波，对应的子波四分之一周期为7ms，相对于2000m/s的介质速度，其调谐采样间隔为14m，为了保证目的层反射信号的准确重构，必须保证炮间距小于调谐采样间隔；

步骤七、如图1所示，针对任意选定的检波点对，求取不同炮点处所重构的虚源波场的旅行时t，进而与步骤三所求取的震源子波做褶积，求取互相关道集，虚源波场的旅行时t求取公式为：

$\mathrm{\τ}=(\sqrt{{(x+\mathrm{\Δ}r)}^2+{(2h-h_r)}^2}-\sqrt{x^2+h_r^2})/v;$

步骤八、针对步骤七所求取的互相关道集，对靠近边界震源处的地震道进行余弦衰减滤波处理，消除震源有限性所导致的伪同相轴，滤波处理的公式为：

$h\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}\cos \frac{(m-n)}{2},n\&le;m\\ 1,m<n<n_{\max }-m\\ \cos \frac{(n_{\max }-n)\mathrm{\&pi;}}{2},(n_{\max }-n)\&le;m\end{array}\right.$

x(n)_c＝x(n)h(n)，

其中，n代表炮号，x(n)代表步骤九求取的不同炮点处的互相关道集，h(n)为余弦滤波器，x(n)_c为经过余弦滤波处理后的互相关道集，n_max代表总炮数，m为需要滤波的地震道数；

图2、图3所示为余弦衰减滤波前后干涉重构的目的层反射信号的对比图，分析可知，由于炮点的有限性，导致在1.2s和1.6s附近出现了两个虚假的反射波信号，通过余弦衰减滤波处理后的虚假反射信号得到很好的压制；

步骤九、通过步骤八的互相关道集的叠加，求取不同炮间距下的重构的反射信号，通过求取反射信号的信噪比分析炮间距的变化对反射波重构质量的影响，验证炮点调谐采样间隔△s_t的合理性和有效性；

图4所示即为相邻两炮干涉叠加的目的层反射信号随炮间距Δs(旅行时差Δτ)的变化剖面，从图中分析可知，对应于步骤八中求取的调谐采样间隔14m(7ms)，当旅行时差小于7ms时，可以实现反射波场的准确重构；反之则会出现虚假的反射信号，验证了调谐采样间隔的合理性；

图5所示为共检波点道集下，不同炮间距下干涉重构的反射信号。分析可知，随着炮间距的不断增大，谐振噪音的强度也在不断增大。因此，为了压制谐振噪音的干扰，必须保证炮间距小于调谐采样间隔；

步骤十、改变检波点到目的层的深度h_r，不断重复步骤六至步骤九，求取不同检波点埋藏深度下重构的反射信号，针对求取合适的炮点调谐采样间隔△s_t，确定检波点到目的层的深度h_r；

图6所示为不同检波点埋藏深度下干涉重构的反射波场，从图中可知，随着检波点埋藏深度的不断增大，谐振噪音的强度不断减弱，有效反射信号的能量逐渐增强；通过炮间距与检波点埋深的变换关系可知，对较浅的检波点埋深，调谐采样间隔较小；反之较大；

步骤十一、改变检波点间距△r，利用步骤十中的检波点到目的层的深度h_r，重复步骤六至九，求取不同检波点间距下重构的反射信号，针对不同的检波点间距△r，求取合适的炮点调谐采样间隔△s_t，确定检波点间距△r；

图7所示为不同检波点间距下干涉重构的反射波场，从图中可知，随着检波点间距的不断增大，谐振噪音和有效反射信号的相对强弱关系没有太大改变；通过炮间距与检波点间距的变换关系可知，调谐采样间隔随着检波点间距的变化基本保持不变，这与图6所示结果一致。

Claims (7)

1.一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一、对实际采集的炮记录进行傅里叶变换，求取每一地震道的自相关，对所有地震道的自相关进行叠加并开平方，求取震源子波的平均振幅谱A(f)；

步骤二、利用步骤一所求取得振幅谱以及希尔伯特变换，求取震源信号的相位谱

步骤三、利用步骤一和步骤二求取的震源子波的平均振幅谱和相位谱，求取频率域震源子波及震源子波主频F，再利用傅里叶反变换求取时间域的震源子波W(t)；

步骤四、利用步骤三求取的震源子波主频F，求取调谐采样旅行时差Δτ_t；

步骤五、建立简化的针对目标层位的介质速度模型；

步骤六、利用射线分析的方法，利用步骤四所求取的调谐采样旅行时差Δτ_t，求取炮点的调谐采样间隔Δs_t；

步骤七、针对任意选定的检波点对，求取不同炮点处所重构的虚源波场的旅行时τ，进而与步骤三所求取的震源子波做褶积，求取互相关道集；

步骤八、针对步骤七所求取的互相关道集，对靠近边界震源处的地震道进行余弦衰减滤波处理；

步骤九、通过步骤八的互相关道集的叠加，求取不同炮间距下的重构的反射信号；

步骤十、改变检波点到目的层的深度h_r，不断重复步骤六至步骤九，求取不同检波点埋藏深度下重构的反射信号，针对求取合适的炮点调谐采样间隔Δs_t，确定检波点到目的层的深度h_r；

步骤十一、改变检波点间距Δr，利用步骤十中的检波点到目的层的深度h_r，重复步骤六至九，求取不同检波点间距下重构的反射信号，针对不同的检波点间距Δr，求取合适的炮点调谐采样间隔Δs_t，确定检波点间距Δr。

2.根据权利要求1所述的一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法，其特征在于：所述的步骤平均振幅谱的求取公式为：

$A\left(f\right)=\sqrt{{\mathrm{\&Sigma;X}}^2\left(f\right)}$

其中，f代表了频率域，X²(f)代表了频率域地震道的自相关，A(f)为求取的平均振幅谱。

3.根据权利要求2所述的一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法，其特征在于：所述步骤二中相位谱的求取公式为：

其中，*代表了褶积运算，f代表了频率域。

4.根据权利要求3所述的一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法，其特征在于：所述步骤三中，时间域震源子波W(t)求取公式为：

其中i代表复数的虚部，FFT^-1代表傅里叶反变换。

5.根据权利要求4所述的一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法，其特征在于：所述步骤六中，炮点的调谐采样间隔Δs_t的求取公式为：

${\mathrm{\&Delta;s}}_t=\frac{{\mathrm{v\&Delta;\&tau;}}_t}{\&lsqb;(x+\mathrm{\&Delta;}r)/\sqrt{{(x+\mathrm{\&Delta;}r)}^2+{(2h-h_r)}^2}-x/\sqrt{x^2+h_r^2}\&rsqb;}$

其中，x代表偏移距，Δr代表检波点间距，h代表目的层的深度，h_r代表检波点到目的层的深度，v为目的层上的等效均匀介质速度。

6.根据权利要求5所述的一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法，其特征在于：所述步骤七中，虚源波场的旅行时τ求取公式为：

$\mathrm{\&tau;}=(\sqrt{{(x+\mathrm{\&Delta;}r)}^2+{(2h-h_r)}^2}-\sqrt{x^2+h_r^2})/v.$

7.根据权利要求6所述的一种地震干涉法成像观测系统设计的定量评价方法，其特征在于：所述步骤八中，滤波处理的公式为：

$h\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}\cos \frac{(m-n)\mathrm{\&pi;}}{2},n\&le;m\\ 1,m<n<n_{\max }-m\\ \cos \frac{(n_{\max }-n)\mathrm{\&pi;}}{2},(n_{\max }-n)\&le;m\end{array}\right.$

x(n)_c＝x(n)h(n)，

其中，n代表炮号，x(n)代表步骤九求取的不同炮点处的互相关道集，h(n)为余弦滤波器，x(n)_c为经过余弦滤波处理后的互相关道集，n_max代表总炮数，m为需要滤波的地震道数。