CN109188527B - 滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法 - Google Patents

滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法，包括：提取初至信息和抽取共中心点道集；在共中心点道集计算初至走时的斜率；判断炮点是否位于海水层中，如果是，则将炮点校正至海底；计算各偏移距对应的回折点的速度和深度；对各深度处的速度进行线性插值得到该共中心点的一维速度模型；在将所有共中心点域道集均进行了处理后，采用线性插值方法，利用所有共中心点的一维速度模型，计算其余网格点的速度值，并输出速度模型。该滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法克服了海水层对射线传播的影响，消除了多种激发接收方式对反演结果的影响，且避免了常规方法需要进行多次射线追踪正演模拟的问题。

Description

滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法
技术领域
本发明涉及地震勘探的表层速度建模技术领域，特别是涉及到一种滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法。
背景技术
在滩浅海地区，表层速度结构变化剧烈，存在滩涂、淤泥、潮间带等。复杂的表层速度结构使得地震反射波同相轴扭曲，严重地影响了最终的成像质量。目前常用的解决方法是用初至走时层析速度建模方法建立表层速度模型，然后进行静校正。利用静校正后的地震数据进行叠加成像，从而提高成像的精度。
然而，在滩浅海地区，存在海面激发海底接收、陆地激发海底接收、海面激发陆地接收等多种激发接收方式。目前的初至走时层析速度建模方法都只考虑了单一的激发接收方式，不能直接应用于滩浅海地区的近海底速度建模。此外，常规的初至走时层析方法在反演过程中需要进行非常多次的射线追踪正演模拟，极大地增加了反演耗时。尤其是实际资料，由于炮检对非常多，因此需要进行非常多次的射线追踪正演模拟。
由于在滩浅海地区存在多种激发接收方式，常规初至走时方法不能直接应用于该地区的近海底速度建模。而且，常规的初至走时层析方法在反演过程中需要进行非常多次的射线追踪正演模拟，极大地增加了反演时间。为此我们发明了一种新的滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决了多种激发接收方式对反演的影响，避免了反演过程中需要进行射线追踪正演模拟的问题的滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法，该滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法包括：步骤1，提取初至信息；步骤2，提取共中心点道集；步骤3，在共中心点道集计算初至走时的斜率；步骤4，判断炮点是否位于海水中：如果不是，则跳过该步骤；如果是，则将炮点从海水中校正到海底；步骤5，计算每一条射线在回折点的速度；步骤6，计算每一条射线对应回折点的深度；步骤7，根据步骤5和6计算的回折点的速度和深度，通过线性插值得到该共中心点的一维速度模型；步骤8，判断是否所有共中心点域道集均进行了处理：如果是，则进入下一步骤，否则返回步骤3；步骤9，采用线性插值方法，利用所有共中心点的一维速度模型，计算其余网格点的速度值；步骤10，输出速度模型。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，提取初至信息时，从地震数据中获取初至走时、炮点坐标、检波点坐标。
在步骤3中，斜率的计算公式如下：
Figure BDA0001849168960000021
其中，Δt表示相邻道初至走时的差，Δx表示相邻道偏移距的差，p表示该道地震记录初至走时对应的斜率。
在步骤4中，当炮点位于海水中时，将炮点从海水中校正到海底；炮点深度校正公式如下：
zs′＝zs+dzsea (2)
其中，zs′表示炮点校正后的深度，zs表示炮点校正前的深度，dzsea表示炮点所在位置海水深度；炮点x坐标的校正公式如下：
Figure BDA0001849168960000022
其中，xs′是炮点校正后的x坐标，xs是炮点校正前的x坐标，vsea是海水的速度，dzsea是炮点所在位置海水的深度，θ是炮检点连线和X轴的夹角，v是该炮检对对应射线在回折点的速度；当炮点x坐标小于检波点x坐标时，取正号，否则取负号；不同的炮检对所对应的v值不一样，因此，其校正量也不一样；炮点y坐标的校正公式如下：
Figure BDA0001849168960000031
其中，ys′是炮点校正后的y坐标，ys是炮点校正前的y坐标，vsea是海水的速度，dzsea是炮点所在位置海水的深度，θ是炮检点连线和X轴的夹角，v是该炮检对对应射线在回折点的速度；当炮点y坐标小于检波点y坐标时，取正号，否则取负号。
在步骤5中，计算每一条射线在回折点的速度的计算公式如下：
Figure BDA0001849168960000032
其中，p为该道地震记录初至走时对应的斜率，v为射线在回折点的速度。
在步骤6中，计算每一条射线对应回折点的深度，首先建立如下线性方程组，并求解得到每一层介质的厚度：
Figure BDA0001849168960000033
其中，下标n表示该共中心点域地震道的总数，dzi表示第i层介质的厚度，xri表示第i道地震记录检波点的x坐标，xsi表示第i道地震记录炮点的x坐标，yri表示第i道地震记录检波点的y坐标，ysi表示第i道地震记录炮点的y坐标，符号∣●∣表示取绝对值，系数ai,j的计算公式如下
Figure BDA0001849168960000041
其中，pi表示第i道地震记录初至走时对应的斜率，vj表示第j条射线在回折点的速度，θ为炮检点连线和X轴的夹角；系数bi,j的计算公式如下
Figure BDA0001849168960000042
其中，pi表示第i道地震记录初至走时对应的斜率，vj表示第j条射线在回折点的速度，θ为炮检点连线和X轴的夹角；
然后，计算每一条射线对应回折点的深度，其计算公式如下:
Figure BDA0001849168960000043
其中,dzk表示第k层介质的厚度，Zi表示第i条射线回折点的深度。
本发明中的滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法，将炮点从海面校正到海底；通过解方程组求解地下介质速度层的厚度，进而得到各偏移距对应的回折点的深度,从而克服了海水层对射线传播的影响，消除了多种激发接收方式对反演结果的影响；直接求解方程组来反演地下介质速度层的厚度，避免了常规初至走时方法需要进行非常多次的射线追踪正演模拟的问题。本发明的滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法，有着其他技术不具备的优势，其具体优势和特点表现在以下几个方面：
第一、适用于多种激发接收方式。该方法将炮点从海水表面校正到海底，从而克服了海水层对射线传播的影响，消除了多种激发接收方式对反演结果的影响。
第二、计算效率高。该方法直接求解方程组来反演地下介质速度层的厚度，避免了常规初至走时方法需要进行非常多次的射线追踪正演模拟的问题。该方法的计算耗时小于常规初至走时方法的2％。
第三、计算简单，易于实现。该方法避免了复杂的射线追踪正演模拟以及反演迭代过程中模型修正量的计算，直接求解方程组来反演地下介质速度层的厚度，计算方便，易于实现。
附图说明
图1为本发明的滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法的一具体实施例的流程图；
图2为本发明的一具体实施例中地层划分示意图；
图3为本发明的一具体实施例中真实速度模型的示意图；
图4为常规方法反演的速度模型的示意图；
图5为本方法的反演的速度模型的示意图；
图6为本方法和常规方法所用时间对比的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法的流程图。
步骤一：提取初至信息，从地震数据中获取初至走时、炮点坐标、检波点坐标；
步骤二：提取共中心点道集；
步骤三：在共中心点道集计算初至走时的斜率，斜率的计算公式如下：
Figure BDA0001849168960000051
其中，Δt表示相邻道初至走时的差，Δx表示相邻道偏移距的差，p表示该道地震记录初至走时对应的斜率；
步骤四：判断炮点是否位于海水中：如果不是，则跳过该步骤；如果是，则将炮点从海水中校正到海底；炮点深度校正公式如下：
zs′＝zs+dzsea (2)
其中，zs′表示炮点校正后的深度，zs表示炮点校正前的深度，dzsea表示炮点所在位置海水深度；炮点x坐标的校正公式如下：
Figure BDA0001849168960000061
其中，xs′是炮点校正后的x坐标，xs是炮点校正前的x坐标，vsea是海水的速度，dzsea是炮点所在位置海水的深度，θ是炮检点连线和X轴的夹角，v是该炮检对对应射线在回折点的速度；当炮点x坐标小于检波点x坐标时，取正号，否则取负号；通常情况下，不同的炮检对所对应的v值不一样，因此，其校正量也不一样；炮点y坐标的校正公式如下：
Figure BDA0001849168960000062
其中，ys′是炮点校正后的y坐标，ys是炮点校正前的y坐标，vsea是海水的速度，dzsea是炮点所在位置海水的深度，θ是炮检点连线和X轴的夹角，v是该炮检对对应射线在回折点的速度；当炮点y坐标小于检波点y坐标时，取正号，否则取负号；
步骤五：计算每一条射线在回折点的速度，计算公式如下：
Figure BDA0001849168960000063
其中，p为该道地震记录初至走时对应的斜率，v为射线在回折点的速度；
步骤六：计算每一条射线对应回折点的深度，首先建立如下线性方程组，并求解得到每一层介质的厚度：
Figure BDA0001849168960000071
其中，下标n表示该共中心点域地震道的总数，dzi表示第i层介质的厚度(详见图2)，xri表示第i道地震记录检波点的x坐标，xsi表示第i道地震记录炮点的x坐标，yri表示第i道地震记录检波点的y坐标，ysi表示第i道地震记录炮点的y坐标，符号∣●∣表示取绝对值，系数ai,j的计算公式如下
Figure BDA0001849168960000072
其中，pi表示第i道地震记录初至走时对应的斜率，vj表示第j条射线在回折点的速度，θ为炮检点连线和X轴的夹角；系数bi,j的计算公式如下
Figure BDA0001849168960000073
其中，pi表示第i道地震记录初至走时对应的斜率，vj表示第j条射线在回折点的速度，θ为炮检点连线和X轴的夹角；
然后，计算每一条射线对应回折点的深度，其计算公式如下:
Figure BDA0001849168960000081
其中,dzk表示第k层介质的厚度，Zi表示第i条射线回折点的深度；
步骤七：根据步骤五和步骤六计算的回折点的速度和深度，采用线性插值的方法计算规则网格深度点上的速度值，从而得到该共中心点对应的一维速度模型；
步骤八：判断是否所有共中心点域道集均进行了处理：如果是，则进入下一步骤，否则返回步骤三；
步骤九：采用线性插值方法，利用所有共中心点的一维速度模型，计算其余网格点的速度值；
步骤十：输出速度模型。
为了进一步说明本方法的实现思路及实现过程并证明方法的有效性，在应用本发明的一具体实施例中，用含海水层的近地表速度模型进行测试，并和菲涅尔体层析反演的结果进行比较。
S1:将含海水层的近地表速度模型作为真实速度模型(详见图3)。真实速度模型长度为8000m，宽度为1000m，深度为100m。采用正方形网格离散，网格大小为5×5×1m3。
S2:观测系统：在y方向，从100m至900m均匀分布了9条炮线，每条炮线均匀分布了161个炮点；在y方向，从50m至950m均匀分布了19条接收线，每条线均匀分布了801个检波点。
S3:由真实速度模型(详见图3)和震源函数为30Hz的雷克子波，通过时间2阶、空间12阶精度的规则网格离散声波方程，采用完全匹配层边界条件，正演模拟得到地震记录，并将之作为观测地震记录。
S4:从观测地震记录中提取初至走时、炮点坐标和检波点坐标，并计算偏移距。
S5:从共炮域数据体中抽取共中心点道集。
S6:计算共中心点道集中每一道地震记录初至走时的斜率。
S7:判断炮点是否位于海水中；如果不是，则跳过该步骤，如果是，则将炮点校正到海底。
S8:计算每一道地震记录对应的回折波射线在回折点的速度。
S9:计算每一层介质的厚度。
S10:计算每一道地震记录对应的回折波射线在回折点的深度。
S11:利用第8和第10步计算出的回折点的速度和深度，采用线性插值方法，计算该共中心点的一维速度模型。
S12：判断是否还有未处理的共中心点道集；如果是，则返回步骤6；如果不是，则利用已求出的速度和深度信息，采用线性插值方法计算未知点的速度和深度信息，然后输出结果。
图4是常规方法的速度模型。图5是本实施例的反演结果，可以明显地看出反演结果非常接近真实速度模型，并且稍好于常规方法反演结果。图6是本发明和常规方法所用时间对比。图6表明本发明反演所用的时间约为常规反演所用时间的1％。

Claims (4)

1.滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法，其特征在于，该滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法包括：
步骤1，提取初至信息；
步骤2，提取共中心点道集；
步骤3，在共中心点道集计算初至走时的斜率；
步骤4，判断炮点是否位于海水中：如果不是，则跳过该步骤；如果是，则将炮点从海水中校正到海底；
步骤5，计算每一条射线在回折点的速度；
步骤6，计算每一条射线对应回折点的深度；
步骤7，根据步骤5和6计算的回折点的速度和深度，通过线性插值得到该共中心点的一维速度模型；
步骤8，判断是否所有共中心点域道集均进行了处理：如果是，则进入下一步骤，否则返回步骤3；
步骤9，采用线性插值方法，利用所有共中心点的一维速度模型，计算其余网格点的速度值；
步骤10，输出速度模型；
在步骤4中，当炮点位于海水中时，将炮点从海水中校正到海底；炮点深度校正公式如下：
zs′＝zs+dzsea (2)
其中，zs′表示炮点校正后的深度，zs表示炮点校正前的深度，dzsea表示炮点所在位置海水深度；炮点x坐标的校正公式如下：
Figure FDA0002813496770000011
其中，xs′是炮点校正后的x坐标，xs是炮点校正前的x坐标，vsea是海水的速度，dzsea是炮点所在位置海水的深度，θ是炮检点连线和X轴的夹角，v是该炮检对对应射线在回折点的速度；当炮点x坐标小于检波点x坐标时，取正号，否则取负号；不同的炮检对所对应的v值不一样，因此，其校正量也不一样；炮点y坐标的校正公式如下：
Figure FDA0002813496770000021
其中，ys′是炮点校正后的y坐标，ys是炮点校正前的y坐标，vsea是海水的速度，dzsea是炮点所在位置海水的深度，θ是炮检点连线和X轴的夹角，v是该炮检对对应射线在回折点的速度；当炮点y坐标小于检波点y坐标时，取正号，否则取负号；
在步骤6中，计算每一条射线对应回折点的深度，首先建立如下线性方程组，并求解得到每一层介质的厚度：
Figure FDA0002813496770000022
其中，下标n表示该共中心点域地震道的总数，dzi表示第i层介质的厚度，xri表示第i道地震记录检波点的x坐标，xsi表示第i道地震记录炮点的x坐标，yri表示第i道地震记录检波点的y坐标，ysi表示第i道地震记录炮点的y坐标，符号∣●∣表示取绝对值，系数ai,j的计算公式如下
Figure FDA0002813496770000023
其中，pi表示第i道地震记录初至走时对应的斜率，vj表示第j条射线在回折点的速度，θ为炮检点连线和X轴的夹角；系数bi,j的计算公式如下
Figure FDA0002813496770000031
其中，pi表示第i道地震记录初至走时对应的斜率，vj表示第j条射线在回折点的速度，θ为炮检点连线和X轴的夹角；
然后，计算每一条射线对应回折点的深度，其计算公式如下:
Figure FDA0002813496770000032
其中,dzk表示第k层介质的厚度，Zi表示第i条射线回折点的深度。
2.根据权利要求1所述的滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法，其特征在于，在步骤1中，提取初至信息时，从地震数据中获取初至走时、炮点坐标、检波点坐标。
3.根据权利要求1所述的滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法，其特征在于，在步骤3中，斜率的计算公式如下：
Figure FDA0002813496770000033
其中，Δt表示相邻道初至走时的差，Δx表示相邻道偏移距的差，p表示该道地震记录初至走时对应的斜率。
4.根据权利要求1所述的滩浅海地区快速建立三维近海底速度模型的方法，其特征在于，在步骤5中，计算每一条射线在回折点的速度的计算公式如下：
Figure FDA0002813496770000034
其中，p为该道地震记录初至走时对应的斜率，v为射线在回折点的速度。
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