CN108957545A - 气枪阵列子波方向性反褶积方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气枪阵列子波方向性反褶积方法及系统，所述方法包含：根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波计算获得方向性反褶积滤波器；根据共检波点地震数据，利用τ‑p变换获得角度域地震数据；根据所述角度域地震数据与所述方向性反褶积滤波器计算获得地震记录数据；根据所述地震记录数据，利用反傅里叶变换及反τ‑p变换获得最终地震数据；以此，综合考虑气枪阵列空间展布和海面虚反射的影响，构建方向性反褶积滤波器，对海上地震资料进行方向性反褶积，消除气枪阵列子波的方向性效应，提高海上地震资料处理精度。
Description
技术领域
本发明涉及油气地球物理勘探领域，尤指一种气枪阵列子波方向性反褶积方法及系统。
背景技术
地震勘探是一种利用人工地震技术探测地下结构的勘探方法。它采用一定的方式人工激发和接收地震波，通过对反射信号的处理分析探测地下结构。不同的勘探区域 采用的激发震源不尽相同。气枪因性能稳定可靠、安全环保等特点，成为海上地震勘 探中最广泛应用的震源。由于单个气枪激发信号太弱，后续的气泡脉冲干扰强，难以 满足地震资料对信噪比和分辨率的要求，所以实际勘探中均使用气枪阵列进行组合激 发。
气枪阵列具有一定的空间排列方式，不能满足点震源的假设，加上海面虚反射的影响，使得其所激发的远场子波会随着出射角度的不同而变化，表现出方向依赖性。 气枪阵列的这种方向性效应削弱了其可模拟性在地震勘探中的潜在优势，不仅影响了 地震记录在纵向上的稳态特征，降低了地震资料的处理效果，也破坏了地震子波的横 向一致性，增加了利用AVO技术进行储层预测的风险。
Hubbard等(1984)提出了f-k域方向性反褶积，要求在抽取共接收点道集的基 础上，将地震数据变换到f-k域进行方向性补偿。Roberts等(1989)对f-k域方向 性反褶积进行了扩展，提出了联合叠前偏移的方向性补偿方法，并使用模型资料和实 际资料进行了验证。Fokkema等(1990)提出了f-x域方向性反褶积，该方法基于 三次样条插值思想，在频率空间域设计方向性滤波算子，并作用于共接收点地震资料 以去除方向性效应。
上述方向性反褶积方法要解决假频、端点效应和插值等一系列问题，而且其出射角度的求取需要水平层状介质假设，降低了实际应用效果。
发明内容
针对上述方法存在的问题，本发明目的在于提出一种基于波场分解的气枪阵列子波方向性反褶积方法及系统，通过构建方向性滤波器，对共检波点地震数据在τ-p域 进行反褶积处理，消除气枪阵列子波的方向性效应。
为达上述目的，本发明所提供的气枪阵列子波方向性反褶积方法，具体包含：根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波计算获得方向性反褶积滤波器；根据共检波 点地震数据，利用τ-p变换获得角度域地震数据；根据所述角度域地震数据与所述 方向性反褶积滤波器计算获得地震记录数据；根据所述地震记录数据，利用反傅里叶 变换及反τ-p变换获得最终地震数据。
在上述气枪阵列子波方向性反褶积方法中，优选的，所述根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波计算获得方向性反褶积滤波器包含：根据各气枪的空间位置及其 对应的假想子波，在频率域合成不同方向上的远场子波，并根据所述远场子波计算获 得方向性反褶积滤波器。
在上述气枪阵列子波方向性反褶积方法中，优选的，根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波，在频率域合成不同方向上的远场子波包含：通过以下公式由各气枪 的空间位置及其对应的假想子波，在频率域合成不同方向上的远场子波；
上式中j为虚数单位；ω为圆频率；θ为远场位置相对于气枪阵列中心的角度； pi(ω)为阵列中第i支气枪的假想子波；为第i支气枪到远场位置上的距离；为第i支气枪其虚震源到远场位置上的距离；v为地震波在海水中的传播速度；σ为 海水面虚反射系数；w(θ，ω)为远场子波。
在上述气枪阵列子波方向性反褶积方法中，优选的，根据所述远场子波计算获得方向性反褶积滤波器包含：根据所述远场子波通过以下公式计算获得方向性反褶积滤 波器；
上式中，ε为稳定性因子，取值范围为0.01-0.05；ω为圆频率；θ为远场位置 相对于气枪阵列中心的角度；q(θ，ω)为方向性反褶积滤波器；w(θ，ω)为远场子波。
在上述气枪阵列子波方向性反褶积方法中，优选的，所述根据共检波点地震数据，利用τ-p变换获得角度域地震数据包含：根据共检波点地震数据，通过进行τ-p变 换获得第一地震数据；根据第一地震数据计算获得角度域地震数据；其中，p为水平 视慢度；τ为地震波双程垂直旅行时间。
在上述气枪阵列子波方向性反褶积方法中，优选的，所述根据第一地震数据计算获得角度域地震数据包含：利用公式θ＝arcsin(p·v)将第一地震数据转化为角度域地 震数据；其中，θ是地震波出射角度，v是地震波在海水中的传播速度，p为水平视 慢度。
在上述气枪阵列子波方向性反褶积方法中，优选的，所述根据所述角度域地震数据与所述方向性反褶积滤波器计算获得地震记录数据包含：对所述角度域地震数据进 行傅里叶变换后，利用所述方向性反褶积滤波器滤波获得地震记录数据。
在上述气枪阵列子波方向性反褶积方法中，优选的，所述根据所述地震记录数据，利用反傅里叶变换及反τ-p变换获得最终地震数据包含：对所述地震记录数据进行 反傅里叶变换后转化为第二地震数据；对所述第二地震数据进行反τ-p变换，获得 最终地震数据；其中，p为水平视慢度；τ为地震波双程垂直旅行时间。
在上述气枪阵列子波方向性反褶积方法中，优选的，对所述地震记录数据进行反傅里叶变换后转化为第二地震数据包含：对所述地震记录数据进行反傅里叶变换后， 通过公式p＝sinθ/v反变换为第二地震数据；其中，θ是地震波出射角度，v是地震 波在海水中的传播速度，p为水平视慢度。
本发明还提供一种气枪阵列子波方向性反褶积系统，所述系统包含滤波器生成单元、地震数据变换单元和计算单元；所述滤波器生成单元用于根据各气枪的空间位置 及其对应的假想子波计算获得方向性反褶积滤波器；所述地震数据变换单元用于根据 共检波点地震数据，利用τ-p变换获得角度域地震数据；以及根据所述角度域地震 数据与所述方向性反褶积滤波器计算获得地震记录数据；所述计算单元用于根据所述 地震记录数据，利用反傅里叶变换及反τ-p变换获得最终地震数据。
本发明的有益技术效果在于：综合考虑气枪阵列空间展布和海面虚反射的影响，构建方向性反褶积滤波器，对海上地震资料进行方向性反褶积，消除气枪阵列子波的 方向性效应，提高海上地震资料处理精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明一实施例所提供的气枪阵列子波方向性反褶积方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例所提供的含方向性效应的地震记录示意图；
图3为本发明一实施例所提供的方向性反褶积后的地震记录示意图；
图4为本发明一实施例所提供的方向性反褶积前后振幅与炮检距的关系曲线示意图；
图5为本发明一实施例所提供的共接收点地震记录示意图；
图6为本发明一实施例所提供的方向性反褶积后的共接收点地震记录示意图；
图7为本发明一实施例所提供的方向性反褶积前后地震记录的差值剖面示意图；
图8为本发明一实施例所提供的气枪阵列子波方向性反褶积系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本 发明，但并不作为对本发明的限定。
请参考图1所示，本发明所提供的气枪阵列子波方向性反褶积方法，具体包含：S101根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波计算获得方向性反褶积滤波器； S102根据共检波点地震数据，利用τ-p变换获得角度域地震数据；S103根据所述角 度域地震数据与所述方向性反褶积滤波器计算获得地震记录数据；S104根据所述地 震记录数据，利用反傅里叶变换及反τ-p变换获得最终地震数据。在该实施例中， 主要通过τ-p变换将共检波点地震数据进行波场分解，使得每个地震道对应确定的 出射角；综合考虑气枪阵列展布和虚反射的影响，构建与出射角有关的方向性反褶积 滤波器，在τ-p域进行方向性反褶积，消除气枪阵列子波的方向性效应；该τ-p变 换方法具体将在后续详细说明，在此就不再详述。
在上述实施例的步骤S101中所述根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波计算获得方向性反褶积滤波器还包含：根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波，在 频率域合成不同方向上的远场子波，并根据所述远场子波计算获得方向性反褶积滤波 器。其中，所述根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波，在频率域合成不同方向 上的远场子波包含：通过以下公式由各气枪的空间位置及其对应的假想子波，在频率 域合成不同方向上的远场子波；
上式中，j为虚数单位；ω为圆频率；θ为远场位置相对于气枪阵列中心的角度； pi(ω)为阵列中第i支气枪的假想子波；为第i支气枪到远场位置上的距离；为第i支气枪其虚震源到远场位置上的距离；v为地震波在海水中的传播速度；σ为 海水面虚反射系数；w(θ，ω)为远场子波。
在上述实施例中，根据所述远场子波计算获得方向性反褶积滤波器包含：根据所述远场子波通过以下公式计算获得方向性反褶积滤波器；
上式中，ε为稳定性因子，取值范围为0.01-0.05；ω为圆频率；θ为远场位置 相对于气枪阵列中心的角度；q(θ，ω)为方向性反褶积滤波器；w(θ，ω)为远场子波。
在上述实施例的步骤S102中，所述根据共检波点地震数据，利用τ-p变换获得 角度域地震数据包含：根据共检波点地震数据，通过进行τ-p变换获得第一地震数 据；根据第一地震数据计算获得角度域地震数据；其中，p为水平视慢度；τ为地震 波双程垂直旅行时间。其中，所述根据第一地震数据计算获得角度域地震数据包含： 利用公式θ＝arcsin(p·v)将第一地震数据转化为角度域地震数据；其中，θ是地震波 出射角度，v是地震波在海水中的传播速度，p为水平视慢度。
在上述实施例的步骤S103中，所述根据所述角度域地震数据与所述方向性反褶积滤波器计算获得地震记录数据包含：对所述角度域地震数据进行傅里叶变换后，利 用所述方向性反褶积滤波器滤波获得地震记录数据。
在上述实施例的步骤S104中，所述根据所述地震记录数据，利用反傅里叶变换 及反τ-p变换获得最终地震数据包含：对所述地震记录数据进行反傅里叶变换后转 化为第二地震数据；对所述第二地震数据进行反τ-p变换，获得最终地震数据；其 中，p为水平视慢度；τ为地震波双程垂直旅行时间。其中，对所述地震记录数据进 行反傅里叶变换后转化为第二地震数据包含：对所述地震记录数据进行反傅里叶变换 后，通过公式p＝sinθ/v反变换为第二地震数据；其中，θ是地震波出射角度，v是 地震波在海水中的传播速度，p为水平视慢度。
为更清楚的解释上述气枪阵列子波方向性反褶积方法的流程及各步骤中详细计算方式，本发明将在以下内容中以具体实例对上述流程做进一步说明，本领域相关技 术人员当可知，以下内容仅为更清楚的理解本发明所提供的气枪阵列子波方向性反褶 积方法，并不对其构成任何限定。
(1)按照下式，由各气枪空间位置及其假想子波，在频率域合成不同方向的远 场子波w(θ，ω)：
其中，j为虚数单位；ω为圆频率，单位是弧度/秒；θ为远场位置相对于气枪阵 列中心的角度，单位是弧度；n为气枪个数，本实例中取值为8；pi(ω)为阵列中第i支 气枪的假想子波，本实例中均为40赫兹主频雷克子波的频谱；为第i支气枪到θ方 向远场位置上的距离，取(400+i·5·sinθ)米；为第i支气枪其虚震源到远场位置 上的距离，取(400+i·5·sinθ+10·cosθ)米；v为地震波在海水中的传播速度，取值为 1478.0米/秒；σ为海水面虚反射系数取值为-1；
(2)由各方向远场子波w(θ，ω)计算方向性反褶积滤波器q(θ，ω)：
ε为稳定性因子，取值为0.025；
(3)对图2所示的方向性地震记录d(x，t)进行τ-p变换，得到τ-p域地震数据 d(p，τ)，其中，p为水平视慢度，单位是秒/米；τ为地震波双程垂直旅行时间，单 位是秒；
(4)利用公式θ＝arcsin(p·v)将τ-p域地震数据d(p，τ)转化为角度域地震数据 d(θ，τ)，其中，θ是角度，单位是弧度，v是地震波在海水中的传播速度，取为1478.0 米/秒；
(5)对τ-p域地震数据d(θ，τ)做傅里叶变换，得到d(θ，ω)；
(6)利用方向性反褶积滤波器q(θ，ω)对角度域地震数据d(θ，ω)进行滤波，得 到方向性反褶积之后的地震记录
(7)对地震数据进行反傅里叶变换，得到
(8)利用公式p＝sinθ/v，将角度域地震数据反变换为慢度域地震数据
(9)对慢度域地震数据进行反τ-p变换，得到图3所示的消除方向性 效应的地震数据
再请参考图4所示的第二层反射在方向性反褶积前后其振幅与炮检距的关系曲线， 可以看出，方向性反褶积之后，振幅与炮检距的关系曲线得到了校正和恢复。以此为基础，以某气枪阵列采集的实际海上资料的应用实例；该气枪阵列由3个间距为9.55 米的子阵列组成，共36条单枪，工作压力2000磅/平方英寸，阵列总容量为3370立 方英寸，沉放深度5米；请参考图5所提供的共检波点道集地震数据，对该数据应用 本发明所提供的气枪阵列子波方向性反褶积方法，得到图6所示的地震数据；其结果 可参考图7为示，该图7为本发明处理前后的差剖面，通过该图可看出方向性反褶积 系统很好地补偿了气枪阵列的方向性效应；以此，本发明所提供的气枪阵列子波方向 性反褶积方法综合考虑气枪阵列展布和虚反射效应的影响，构建了方向性反褶积滤波 算子，通过在τ-p域对方向性资料进行补偿处理，消除了气枪阵列子波方向性效应 的影响，恢复了地震记录的波形特征，提高了海上地震资料处理精度，对海上地震勘 探具有重要的指导意义和参考价值。
请参考图8所示，本发明还提供一种气枪阵列子波方向性反褶积系统，所述系统包含滤波器生成单元、地震数据变换单元和计算单元；所述滤波器生成单元用于根据 各气枪的空间位置及其对应的假想子波计算获得方向性反褶积滤波器；所述地震数据 变换单元用于根据共检波点地震数据，利用τ-p变换获得角度域地震数据；以及根 据所述角度域地震数据与所述方向性反褶积滤波器计算获得地震记录数据；所述计算 单元用于根据所述地震记录数据，利用反傅里叶变换及反τ-p变换获得最终地震数 据。
本发明的有益技术效果在于：综合考虑气枪阵列空间展布和海面虚反射的影响，构建方向性反褶积滤波器，对海上地震资料进行方向性反褶积，消除气枪阵列子波的 方向性效应，提高海上地震资料处理精度。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件 方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序 代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上 实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流 程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的 每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这 些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理 设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器 执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个 方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包 括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一 个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算 机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或 方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发 明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气枪阵列子波方向性反褶积方法，其特征在于，所述方法包含：
根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波计算获得方向性反褶积滤波器；
根据共检波点地震数据，利用τ-p变换获得角度域地震数据；
根据所述角度域地震数据与所述方向性反褶积滤波器计算获得地震记录数据；
根据所述地震记录数据，利用反傅里叶变换及反τ-p变换获得最终地震数据。
2.根据权利要求1所述的气枪阵列子波方向性反褶积方法，其特征在于，所述根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波计算获得方向性反褶积滤波器包含：根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波，在频率域合成不同方向上的远场子波，并根据所述远场子波计算获得方向性反褶积滤波器。
3.根据权利要求2所述的气枪阵列子波方向性反褶积方法，其特征在于，根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波，在频率域合成不同方向上的远场子波包含：通过以下公式由各气枪的空间位置及其对应的假想子波，在频率域合成不同方向上的远场子波；
上式中，j为虚数单位；ω为圆频率；θ为远场位置相对于气枪阵列中心的角度；pi(ω)为阵列中第i支气枪的假想子波；为第i支气枪到远场位置上的距离；为第i支气枪其虚震源到远场位置上的距离；v为地震波在海水中的传播速度；σ为海水面虚反射系数；w(θ，ω)为远场子波。
4.根据权利要求2所述的气枪阵列子波方向性反褶积方法，其特征在于，根据所述远场子波计算获得方向性反褶积滤波器包含：根据所述远场子波通过以下公式计算获得方向性反褶积滤波器；
上式中，ε为稳定性因子，取值范围为0.01-0.05；ω为圆频率；θ为远场位置相对于气枪阵列中心的角度；q(θ，ω)为方向性反褶积滤波器；w(θ，ω)为远场子波。
5.根据权利要求1所述的气枪阵列子波方向性反褶积方法，其特征在于，所述根据共检波点地震数据，利用τ-p变换获得角度域地震数据包含：根据共检波点地震数据，通过进行τ-p变换获得第一地震数据；根据第一地震数据计算获得角度域地震数据；其中，p为水平视慢度；τ为地震波双程垂直旅行时间。
6.根据权利要求5所述的气枪阵列子波方向性反褶积方法，其特征在于，所述根据第一地震数据计算获得角度域地震数据包含：利用公式θ＝arcsin(p·v)将第一地震数据转化为角度域地震数据；其中，θ是地震波出射角度，v是地震波在海水中的传播速度，p为水平视慢度。
7.根据权利要求1所述的气枪阵列子波方向性反褶积方法，其特征在于，所述根据所述角度域地震数据与所述方向性反褶积滤波器计算获得地震记录数据包含：对所述角度域地震数据进行傅里叶变换后，利用所述方向性反褶积滤波器滤波获得地震记录数据。
8.根据权利要求1所述的气枪阵列子波方向性反褶积方法，其特征在于，所述根据所述地震记录数据，利用反傅里叶变换及反τ-p变换获得最终地震数据包含：对所述地震记录数据进行反傅里叶变换后转化为第二地震数据；对所述第二地震数据进行反τ-p变换，获得最终地震数据；其中，p为水平视慢度；τ为地震波双程垂直旅行时间。
9.根据权利要求8所述的气枪阵列子波方向性反褶积方法，其特征在于，对所述地震记录数据进行反傅里叶变换后转化为第二地震数据包含：对所述地震记录数据进行反傅里叶变换后，通过公式p＝sinθ/v反变换为第二地震数据；其中，θ是地震波出射角度，v是地震波在海水中的传播速度，p为水平视慢度。
10.一种气枪阵列子波方向性反褶积系统，其特征在于，所述系统包含滤波器生成单元、地震数据变换单元和计算单元；
所述滤波器生成单元用于根据各气枪的空间位置及其对应的假想子波计算获得方向性反褶积滤波器；
所述地震数据变换单元用于根据共检波点地震数据，利用τ-p变换获得角度域地震数据；以及根据所述角度域地震数据与所述方向性反褶积滤波器计算获得地震记录数据；
所述计算单元用于根据所述地震记录数据，利用反傅里叶变换及反τ-p变换获得最终地震数据。
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