CN107942388A

CN107942388A - 一种山区地表情况下的三角网格逆时偏移方法

Info

Publication number: CN107942388A
Application number: CN201711103028.8A
Authority: CN
Inventors: 孙小东; 贾延睿; 宋煜; 依尔繁
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2018-04-20

Abstract

本发明涉及一种山区地表情况下的三角网格逆时偏移方法，其特征在于：模型剖分的过程为：将偏移涉及的地质区域利用三角网格进行剖分，三角网格之间无重叠区域和空白区域；剖分完成后，模型变为大量三角网格的集合体，每一个结点可能是多个三角形的共同顶点；具有共同顶点的多个三角网格构成一个计算单元，该计算单元为一个多边形；对计算单元中的每一个三角形取重心，将各三角形的重心连接起来形成一个新的多边形，该新的多边形为计算单元的对偶单元。

Description

一种山区地表情况下的三角网格逆时偏移方法

技术领域

本发明涉及一种山区地表情况下的三角网格逆时偏移方法，属于油气勘探地震资料偏移成像技术领域。

背景技术

国内西部探区的地震资料品质低，一直是处理的难点。剧烈的地表高程变化和地表以下低降速带的变化使得地震资料明显不同于平原勘探采集的情况。常规的野外高程静校正方法利用小折射或者微测井实验得到近似的近地表速度，从而对地震数据做时差校正，消除高程变化对地震数据旅行时的影响。在高速岩体出露的复杂地表地形条件下，非规则的地表会引起强烈的地震波漫散射，从而使得地震记录信噪比降低，难以识别弱反射。接下来的地震数据处理流程就很受影响。因此，在起伏地表地形的情况下，如何不通过预先静校正就直接实施正演模拟和逆时偏移是很重要的一个研究课题。

逆时偏移(RTM)是基于双程波波动方程对地震波场进行沿时间方向的延拓。因此，RTM最大的优点就是没有对原始的波动方程进行近似，从而保证了波场延拓的精度。在1982年召开的52届SEG年会上，Whtemore等人首次提出了RTM的概念，但受限于当时的计算机计算能力和存储空间，该方法难以应用到实际生产中去。之后，McMechan，Gazdag，Baysal等做了深入研究，在理论方面和实际应用方面都有很多贡献，使其渐渐实用化。随着机群的出现和GPU的应用，机器计算能力大幅度提高，于是RTM自然推广到三维的情况。Hayashi等很多学者在如何减少RTM应用时的计算量和存储空间方面做了很多研究，受到工业界的重视。Valenciano等人在提高RTM波场延拓精度方面，做了很大贡献。在国内，RTM也日渐成为研究的热点，许多国内学者进行了研究，工业界也得到了一定的应用。尧德中、张文生、张关泉、张美根和王妙月等基于不同的算法实现了逆时偏移。但是基于山区地表情况下的RTM尚鲜见论著及应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供在山区地表地形情况下的三角网格高精度逆时偏移方法，该方法可直接将实际山区起伏地表勘探采集的数据作为输入，从而避开了静校正的难题，保证了成像精度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种山区地表情况下的三角网格逆时偏移方法，其特征在于：

模型剖分的过程为：将偏移涉及的地质区域利用三角网格进行剖分，三角网格之间无重叠区域和空白区域；剖分完成后，模型变为大量三角网格的集合体，每一个结点可能是多个三角形的共同顶点；具有共同顶点的多个三角网格构成一个计算单元，该计算单元为一个多边形；对计算单元中的每一个三角形取重心，将各三角形的重心连接起来形成一个新的多边形，该新的多边形为计算单元的对偶单元；

在该三角网格化的速度模型中，波场延拓公式表示为：

式中，h_i表示计算单元中各三角形的共同顶点与计算单元多边形的第i个顶点的连线长度；s_i表示对偶单元多边形的第i个边的边长；N表示计算单元中三角网格的数量，A_i是包含公共顶点p₀的对偶单元中被三角形网格的边所分割成的第i个小的多边形的面积；

式中，其余符号的含义如下：u_i(j)表示第i个网格点处第j个时刻的波场；同理，u₀(j-1),u₀(j),u₀(j+1)分别表示第0个网格点处第j-1、j、j+1时刻的波场；v_i为与单元的公共顶点p₀相邻的第i个网格点处的介质速度；Δt表示时间间隔。

进一步地，采用了混合边界消除人工边界产生的假反射，使得波场模拟接近实际野外地震勘探的情况。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明对速度模型采用三角网格划分，从而可以精确的刻画山区地表地形，以及地下的地层反射界面和奇异地质构造体，这是矩形网格难以做到的，即使对于简单的倾斜界面，矩形网格划分后会变为阶梯状或锯齿状，而网格划分的不精确会导致后续的正演偏移产生假散射等现象，严重影响成像的保真度和精度；此外，三角网格可以随着速度的分别灵活改变尺寸。2、本发明直接应用于山区复杂地表采集的地震数据；通常，对山区采集的地震资料进行处理，最大的瓶颈就是静校正难以做好，从而后续的各种处理都深受影响；而本发明的方法可以避开静校正的难题，直接从起伏地表进行波场延拓与成像，从而保证了精度。相比于有限元算法，本发明更为简洁实用，可操作性强；相比于有限差分算法，它对于起伏地表又有更好的灵活性和适应性；因此，其成像优势十分明显，尤其是在西部山区或黄土塬等复杂地区。

附图说明

图1是本发明对速度模型做三角网格剖分的示意图；

图2是对某油田提供的复杂地表模型做的偏移对比测试；其中，图(a)是山区起伏地表地震模型；图(b)是从地震数据中抽取的某一炮记录；图(c)是利用单程波方程做基于起伏地表延拓的叠前有限差分法偏移的结果；图(d)是本发明利用直接基于山区复杂地表的三角网格逆时偏移结果；

图3是国际通用的山区起伏地表地震模型的三角网格逆时偏移和频空域有限差分法单程波偏移处理结果对比；其中，图(a)是对起伏地表的波场利用直接下延的办法做频率空间域有限差分得到的单程波偏移结果；图(b)是基于山区地表地形的三角网格逆时偏移结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明提出了山区地表情况下的三角网格逆时偏移方法，其特征在于：

模型剖分的方案为：将偏移涉及的地质区域利用三角网格进行剖分，三角网格之间无重叠区域和空白区域。剖分完成后，模型变为大量三角网格的集合体，每一个结点可能是多个三角形的共同顶点。具有共同顶点的多个三角网格构成一个计算单元，该计算单元为一个多边形。例如在图1中，具有共同顶点p₀的五个三角形构成一个计算单元，即如图所示的五边形。对计算单元中的每一个三角形取重心，将各三角形的重心连接起来形成一个新的多边形，该新的多边形为计算单元的对偶单元。在图1中，某一个计算单元中的五个顶点用P_i表示，其对偶单元也是五边形，顶点用Q_i表示。

在该三角网格化的速度模型中，波场延拓公式表示为：

式中，h_i表示计算单元中各三角形的共同顶点与计算单元多边形的第i个顶点的连线长度；s_i表示对偶单元多边形的第i个边的边长；N表示计算单元中三角网格的数量，A_i是包含公共顶点p₀的对偶单元中被三角形网格的边所分割成的第i个小的多边形的面积。

在实际应用中，采用了混合边界，消除了人工边界产生的假反射，从而使得波场模拟接近实际野外地震勘探的情况。

下面通过几个具体实施例来说明本发明的效果。

为了验证本方法的应用效果，本发明分别在某油田提供的复杂地表模型和国际通用的山区起伏地表地震模型上做了测试，取得了满意的效果。同时，也对结果做了分析，验证了本发明的优越性。

图2是某油田提供的复杂地表模型地震模拟数据的处理结果。图2(a)是三角网格RTM用到的地震速度模型，横向展布超过10000米，间隔为50米。纵向深度达到4000米。为了更好地描述薄层，深度间隔取4米。图2(b)是将检波器埋置在复杂山区地表下采集的某一炮的炮记录。总时间长度是2.5秒，采样的时间间隔是0.001秒。图2(d)是本发明得到的三角网格RTM结果。和图2(c)频率空间域的基于复杂地表波场延拓的单程波偏移方法相比，无论是山区地表产生的漫散射，还是中深层的复杂异常构造体，都得到了很好的成像。地表漫散射的影响得到了很好的收敛，提高了偏移的精度，成功避开了静校正的难题。

图3是对国际通用的山区起伏地表地震模型地震数据(Sam Gray and GaryMaclean,1995)的处理结果。该模型描述了加拿大地区特异的地质断层构造特征，成像非常困难。常规的生产处理方法对这样的问题无能为力。本发明直接对未做层析法或射线法静校正的数据做处理，成像效果明显优于其他方法。该加拿大模型横向范围为0-25000米，检波器间隔15米。地质模型深度变化范围为0-10000米，深度采样点为1000个。图3(a)是频率空间域的基于复杂地表波场延拓的单程波偏移方法的结果，图3(b)是本发明做的偏移结果。

可以看到，山地地区由于高程变化及其剧烈，而且近地表横向地质条件非均质性很强，从高速岩体、砂砾石变化到黄土层或沙漠。采集的野外数据中，反射绕射同相轴严重的扭曲，并被来自地表地形产生的漫散射及地下奇异体散射影响，导致地震资料品质差，信噪比低。此时，射线理论不再适用，常规的高程静校正、射线法层析静校正甚至模拟退火法重建近地表模型都难以应用。本发明直接基于复杂地表地形，从而避开了传统处理流程的瓶颈问题—静校正，所以偏移成像结果得到了大大改善，高陡倾角、翻转断层的陡翼都能够清晰地成像。

从图中可以看出，采用本专利所提出的基于山区地表地形的三角网格逆时偏移方法是山区地震勘探资料处理的有效手段，能够解决复杂地表成像问题。这在山区地区勘探、油气田开发中会发挥越来越大的作用。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种山区地表情况下的三角网格逆时偏移方法，其特征在于：

在该三角网格化的速度模型中，波场延拓公式表示为：

<mrow> <msub> <mi>u</mi> <mn>0</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>u</mi> <mn>0</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <mn>0</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mfrac> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&Delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <mfrac> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>v</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mfrac> </mrow> </mfrac> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <mfrac> <msub> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>h</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>u</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <mn>0</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow>

式中，其余符号的含义如下：u_i(j)表示第i个网格点处第j个时刻的波场；同理，u₀(j-1)，u₀(j)，u₀(j+1)分别表示第0个网格点处第j-1、j、j+1时刻的波场；v_i为与单元的公共顶点p₀相邻的第i个网格点处的介质速度；Δt表示时间间隔。

2.如权利要求1所述的一种山区地表情况下的三角网格逆时偏移方法，其特征在于：采用了混合边界消除人工边界产生的假反射，使得波场模拟接近实际野外地震勘探的情况。