CN107870355A - 一种复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移方法 - Google Patents

一种复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移方法，包括以下步骤：读入相关参数文件、偏移速度模型及地震记录；将单炮地震记录分为若干不同的以窗中心为核心的时间域数据体，并对每一个数据体进行局部平面波分解；从炮点沿着不同方向追踪射线，并计算储存每条射线对应分段式射线束范围内网格节点的属性信息；从窗中心沿着不同方向追踪射线，并计算储存每条射线对应分段式射线束范围内网格节点的属性信息；选取炮点和窗中心相应的射线束对进行成像计算；累加所有射线束对的成像结果，得到偏移成像结果。本发明增加了射线束在模型浅层的覆盖率，提高了克希霍夫型波束偏移方法在复杂地形模型中浅层构造的成像效果。

Description

一种复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移方法
技术领域
本发明涉及地震偏移成像方法，尤其涉及一种复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移方法。
背景技术
陆上地震勘探经常在复杂地表条件(如山地、丘陵、戈壁、黄土塬)下展开，这些区域经常存在起伏地形引起的地表高程较大问题，地震数据的覆盖率不足问题，采集的原始地震数据信噪比较低问题等。这些问题会给地震数据成像工作带来一定的困难，并会影响地震成像的计算效率和成像精度。
《地球物理学报》2012年04期公开了岳玉波等“复杂地表条件下保幅高斯束偏移”，介绍了一种复杂地形条件下保幅高斯波束偏移方法，将高程、倾角以及实际道间距等信息考虑进了局部平面波分解步骤，对针对起伏地形的偏移方法进行改进。并且通过复杂地形条件下保幅高斯束偏移对简单层状起伏模型和SEG(Socienty of ExplorationGeophysicists，勘探地球物理学家协会)起伏地表模型进行了成像处理，实验结果得到了比较好的效果。
吉林大学2017年博士论文公开了《克希霍夫型动态聚焦波束偏移》，介绍了一种复杂地形条件下克希霍夫型动态聚焦波束偏移方法，将动态聚焦射线束传播算子引入到复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移中，对射线束传播范围进行控制。并且通过复杂地形条件下克希霍夫型动态聚焦波束偏移对SEG起伏地表模型进行了成像处理，实验结果得到了比较好的效果。
CN102590857A公开了一种《真地表起伏叠前深度域双程波成像方法》，首先获取地震数据的真实高程重新定义速度模型，进行真实地形条件下的正演计算，随后对地震数据进行规则化，进行波场外推并应用起伏地表边界条件，最后利用相关条件进行成像，以此来克服起伏地形的影响，从而获得复杂地表条件的高质量成像结果。
通过以上例子可以看出，现有成像方法在一定程度上能够提升复杂地表条件下偏移成像结果，但实现过程复杂，计算效率也较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移方法，通过采用分段形式的射线束传播算子，以及在局部平面波分解步骤中采用余弦平方窗函数的形式，不仅改善复杂地形条件下地震偏移成像效果，同时提高了地震资料的处理效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移方法，包括以下步骤：
步骤1：读入相关参数文件、偏移速度模型以及地震记录，其中，所述参数文件包含模型的网格点数、网格间距、参考频率、最大频率、初始波束宽度、地震记录采样点数、每一炮的道数和道间距；
步骤2：将单炮地震记录按照距离分为若干不同的以窗中心为核心的时间域数据体，并对每一个数据体进行局部平面波分解；其中，Vavg为偏移速度场的平局值，fmin为参考频率，fmax为选取的频率最大值；
步骤3：从炮点沿着不同方向追踪射线，并计算储存每条射线对应分段式射线束范围内网格节点的属性信息，所述属性信息包括走时和振幅；从炮点沿着不同方向发射射线，使用龙哥库塔法求解运动学射线追踪方程组得到中心射线信息；
其中，xi表示空间位置，pi表示慢度，τ表示地震波走时，v表示离散点处的速度值；得出中心射线上离散点信息后，通过榜轴近似方法求取射线束覆盖范围内网格节点的属性信息，所述属性信息包括走时和振幅；
通过分段式方法计算射线束的宽度：
其中，Δa为相邻射线的角度差，σ为速度沿着射线路径的积分；
步骤4：从窗中心沿着不同方向追踪射线，并计算储存每条射线对应分段式射线束范围内网格节点的属性信息，所述属性信息包括走时和振幅；同样，射线束的宽度通过步骤3中分段式方法进行计算；对窗中心对应的地震数据进行局部倾斜叠加，得到局部平面波分解结果；
步骤5：选取炮点和窗中心相应的射线束对进行成像计算：
其中，Is(x)表示点x处的成像值，ps表示炮点发出射线的慢度值，pbc表示窗中心发出射线的慢度值，A表示权函数，Ds表示局部平面波分解结果；
步骤6：累加所有射线束对的成像结果，得到最终的偏移成像结果。
进一步的，所述步骤3中，射线的发射角度范围为：-60°到+60°，相邻射线之间的发射角度间隔为
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于采用了分段式射线束传播算子，增加了射线束在浅层的覆盖范围，得到的偏移成像结果在起伏地表处的规律性更强，本发明可以更为清晰地反映出断层构造。
附图说明
图1为复杂地形条件下克希霍夫型波束偏移方法的流程图。
图2为原始克希霍夫型波束偏移射线束范围示意图。
图3为本发明中克希霍夫型波束偏移射线束范围示意图。
图4为起伏地形条件下Marmousi模型，x表示横向距离，z表示深度。
图5为起伏地形条件下Marmousi模型原有克希霍夫型波束偏移结果。
图6为起伏地形条件下Marmousi模型新克希霍夫型波束偏移结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移方法流程图，图中显示了本发明方法的实现流程，具体如下：
1)读入相关参数文件、偏移速度模型文件以及地震记录；所述参数文件包含模型的网格点数、网格间距、参考频率、最大频率、初始波束宽度、地震记录采样点数、每一炮的道数和道间距。
2)将单炮地震记录按照距离分为若干不同的以窗中心为核心的时间域数据体，并对每一个数据体进行局部平面波分解；其中，Vavg为偏移速度场的平局值，fmin为参考频率，fmax为选取的频率最大值。
3)从炮点沿着不同方向发射射线，射线的发射角度范围为：-60°到+60°，射线之间的角度间隔为使用龙哥库塔法求解运动学射线追踪方程组得到中心射线信息，如下式所示：
其中，xi表示空间位置，pi表示慢度，τ表示地震波走时，v表示离散点处的速度值；得出中心射线上离散点信息后，通过榜轴近似方法求取射线束覆盖范围内网格节点的属性信息，所述属性信息包括走时和振幅。
原有的波束宽度计算公式(如图2所示)为其中Δa为相邻射线的角度差，V0为射线起始位置的速度值，σ＝∫rayVds表示速度沿着射线路径的积分，但这一波束宽度确定方法难以满足模型浅层的射线束覆盖率。本发明采用分段式方法(如图3所示)计算波束宽度：
4)从窗中心沿着不同方向追踪射线，并计算储存每条射线对应分段式射线束范围内网格节点的属性信息，所述属性信息包括走时和振幅；同样，射线束的宽度通过3)中分段式方法进行计算；对窗中心对应的地震数据进行局部倾斜叠加，得到局部平面波分解结果。
5)从炮点和窗中心分别选出一条射线束按照下式进行成像计算：
其中Is(x)表示点x处的成像值，ps表示炮点发出射线的慢度值，pbc表示窗中心发出射线的慢度值，A表示权函数，Ds表示局部平面波分解结果。
6)叠加所有射线束对的成像结果，得到最终的偏移成像结果。
下面通过复杂地形条件下Marmousi模型对本发明方案和有益效果进行验证。图4为起伏Marmousi速度模型，横向有737个网格节点，横向网格间距为12.5m，纵向上有750个网格节点，纵向网格间距为4m。地震记录由240炮组成，炮间距为90m，每炮有101个接受道，道间距为25m，偏移距范围从0m到2500m不等，每道有800个采样点，采样间隔为4ms。图5为使用常规射线束宽度计算公式的克希霍夫型波束偏移结果，图6为本发明中采用分段式波束宽度计算公式对应的偏移结果。从偏移结果图中可以看出：本发明方法的偏移结果在起伏地表处的偏移能量规律性更强，偏移结果性噪比更高，反映的地质构造更加清晰，图中画白圈的断层构造可以清晰地识别出来。
本发明方法是一种重要的针对复杂地形的地震数据成像方法，针对原有波束宽度计算公式在模型浅层覆盖范围不足，难以满足复杂地形特殊条件要求，将分段式波束宽度计算方法引入到复杂地形条件下克希霍夫型波束偏移方法中，提升了偏移方法在模型浅层的成像效果。

Claims (2)

1.一种复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：读入相关参数文件、偏移速度模型以及地震记录，其中，所述参数文件包含模型的网格点数、网格间距、参考频率、最大频率、初始波束宽度、地震记录采样点数、每一炮的道数和道间距；
步骤2：将单炮地震记录按照距离分为若干不同的以窗中心为核心的时间域数据体，并对每一个数据体进行局部平面波分解；其中，Vavg为偏移速度场的平局值，fmin为参考频率，fmax为选取的频率最大值；
步骤3：从炮点沿着不同方向追踪射线，并计算储存每条射线对应分段式射线束范围内网格节点的属性信息，所述属性信息包括走时和振幅；从炮点沿着不同方向发射射线，使用龙哥库塔法求解运动学射线追踪方程组得到中心射线信息；
其中，xi表示空间位置，pi表示慢度，τ表示地震波走时，v表示离散点处的速度值；得出中心射线上离散点信息后，通过榜轴近似方法求取射线束覆盖范围内网格节点的属性信息，所述属性信息包括走时和振幅；
通过分段式方法计算射线束的宽度：
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其中，Δa为相邻射线的角度差，σ为速度沿着射线路径的积分；
步骤4：从窗中心沿着不同方向追踪射线，并计算储存每条射线对应分段式射线束范围内网格节点的属性信息，所述属性信息包括走时和振幅；同样，射线束的宽度通过步骤3中分段式方法进行计算；对窗中心对应的地震数据进行局部倾斜叠加，得到局部平面波分解结果；
步骤5：选取炮点和窗中心相应的射线束对进行成像计算：
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其中，Is(x)表示点x处的成像值，ps表示炮点发出射线的慢度值，pbc表示窗中心发出射线的慢度值，A表示权函数，Ds表示局部平面波分解结果；
步骤6：累加所有射线束对的成像结果，得到最终的偏移成像结果。
2.如权利要求1所述的一种复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移方法，其特征在于，所述步骤3中，射线的发射角度范围为：-60°到+60°，相邻射线之间的发射角度间隔为
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