CN109738944B

CN109738944B - 基于广角反射的地震采集参数确定方法及装置

Info

Publication number: CN109738944B
Application number: CN201910163440.1A
Authority: CN
Inventors: 李景叶; 陈小宏; 朱光; 刘国昌; 马继涛; 王守东
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2039-03-05
Also published as: CN109738944A

Abstract

本发明提供了一种基于广角反射的地震采集参数确定方法及装置，该方法包括：根据测井数据和地质构造，建立地质模型；根据地质模型，获得目标层的纵横波多分量地震记录；根据目标层的纵横波多分量地震记录，获得反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据；根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，确定地震采集参数。本发明可以确定地震采集参数，且可得到纵波、横波的多分量数据，计算精度高。

Description

基于广角反射的地震采集参数确定方法及装置

技术领域

本发明涉及地震采集领域，尤其涉及一种基于广角反射的地震采集参数确定方法及装置。

背景技术

高速玄武岩在中新生代地层中重复出现，在高速玄武岩屏蔽区进行勘探存在一定困难，当高速层位于储层之上时，常规地震勘探方法往往会面临各种挑战，主要问题在于内幕反射能量弱，信噪比低，再加上高速层之间、高速层内部的多次波以及各种其它类型波的发育，使得对这些区块的油气勘探十分复杂。在海洋深水区、逆掩断层下、火成岩覆盖区、碳酸盐岩覆盖区、裂缝带、盐床或盐舌、永冻区等位置，采用常规地震勘探方法无法记录到高速屏蔽层下伏低速层的有效地震反射信息，此外，波的散射、波型转换等也造成地震反射层难以成像。

对于以上高速屏蔽层下伏的低速层，采用广角地震勘探是一种有效的地震勘探方法。当地震波以大于临界角的入射角入射到反射界面时，反射波的振幅会剧烈增大、相位也会发生很大的变化，这种现象叫做广角效应。广角地震勘探利用了这种效应，在常规地震的反射波能量较弱的情况下，获得地下反射信息。但是与通常提到的反射波不同，广角反射出现在中远偏移距处，常规的观测设置并不能很好的接收到这些信息。

目前，常用的广角反射地震波正演方法主要是基于射线理论与zeoppritz方程相结合的方法、标量声波方程模拟方法和有限差分方法。基于射线理论与zeoppritz方程相结合的方法是通过射线理论计算旅行时、zeoppritz方程计算反射系数且与地震子波褶积的方法，得到模拟地震记录，射线理论主要是通过求解程函方程计算地震波旅行时，其以波动方程的高频近似为前提，适合于物性参数缓慢变化的地质模型地震波场模拟，该方法的主要优点是计算成本低，计算效率高，还具有很强的适应性，能处理较复杂形状的地质体；射线追踪方法的缺点是由于是高频近似，计算精度低，不能很好地描述地震波的临界反射、转换波和层间的多次波，不适合物性参数变化较大地质模型的地震波场模拟；Zeoppritz方程是基于半空间无限介质假设、通过snell定律和应力连续，推导出的反映波入射到界面上的能量分布和相位变化关系的方程，其优点是计算速度快，缺点是通常情况下其假设条件并不能够满足，不能适用于复杂模型。

标量声波方程方法一般是通过有限差分求解声波方程、得到声波传播规律的方法。标量声波方程模拟方法是将波动方程中的介质参数及波场函数进行离散化，以差分算子代替微分算子，在有限精度内实现对地震波的传播问题进行模拟的一种数值计算方法，这种方法能够较精确地模拟任意非均匀介质中的地震波场，并含有多次反射波、转换波和绕射波等。标量声波方程模拟方法的计算精度较高，其缺点在于求解的方程中只存在纵波，不考虑横波及转换波的传播过程，且其求取的是标量场，不是多分量数据，不能适应如今的实际需要。

综上所述，目前基于广角反射的地震采集参数确定方法研究存在以下问题：一是基于射线理论与zeoppritz方程相结合的方法对模型的适应性差，计算精度低。二是标量声波方程模拟方法不能得到纵波、横波的多分量数据。

发明内容

本发明实施例提出一种基于广角反射的地震采集参数确定方法，用以确定地震采集参数，且可得到纵波、横波的多分量数据，计算精度高，该方法包括：

根据测井数据和地质构造，建立地质模型；

根据地质模型，获得目标层的纵横波多分量地震记录；

根据目标层的纵横波多分量地震记录，获得反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据；

根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，确定地震采集参数；

根据目标层的纵横波多分量地震记录，获得反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，包括：对目标层的纵横波多分量地震记录进行标量化处理；根据旅行时信息，从标量化处理后的目标层的纵横波多分量地震记录中提取反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线；

根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，确定地震采集参数，包括：根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的振幅值变化范围，确定偏移距范围；根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的平缓或剧烈程度，确定地震采样间隔；若反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的振幅值的信噪比低于设定阈值，或该振幅变化曲线的振幅值低于设定阈值，确定采用检波器组合的方式进行地震数据采集。

本发明实施例提出一种基于广角反射的地震采集参数确定装置，用以确定地震采集参数，且可得到纵波、横波的多分量数据，计算精度高，该装置包括：

地质模型建立模块，用于根据测井数据和地质构造，建立地质模型；

地震记录获得模块，用于根据地质模型，获得目标层的纵横波多分量地震记录；

振幅变化数据获得模块，用于根据目标层的纵横波多分量地震记录，获得反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据；

地震采集参数确定模块，用于根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，确定地震采集参数；

振幅变化数据获得模块具体用于：对目标层的纵横波多分量地震记录进行标量化处理；根据旅行时信息，从标量化处理后的目标层的纵横波多分量地震记录中提取反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线；

地震采集参数确定模块具体用于：根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的振幅值变化范围，确定偏移距范围；根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的平缓或剧烈程度，确定地震采样间隔；若反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的振幅值的信噪比低于设定阈值，或该振幅变化曲线的振幅值低于设定阈值，确定采用检波器组合的方式进行地震数据采集。

在本发明实施例中，根据测井数据和地质构造，建立地质模型；根据地质模型，获得目标层的纵横波多分量地震记录；根据目标层的纵横波多分量地震记录，获得反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据；根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，确定地震采集参数。本发明实施例可以得到目标层的纵横波多分量地震记录，并根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，确定地震采集参数，计算精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例提出的基于广角反射的地震采集参数确定方法的流程图；

图2为本发明实施例中地质模型的示意图；

图3为本发明实施例中正演模拟后的地质模型的纵横波多分量地震记录中的Vx分量的示意图；

图4为本发明实施例中正演模拟后的地质模型的纵横波多分量地震记录中的Vz分量的示意图；

图5为本发明实施例中经过标量化处理的纵波多分量地震记录的示意图；

图6为本发明实施例中经过标量化处理的横波多分量地震记录的示意图；

图7为本发明实施例中PP波、PS波和PPPS波的同相轴的振幅变化曲线；

图8为本发明实施例中基于广角反射的地震采集参数确定装置的结构示意图。

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，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。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。

图1为本发明实施例提出的基于广角反射的地震采集参数确定方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤101，根据测井数据和地质构造，建立地质模型；

步骤102，根据地质模型，获得目标层的纵横波多分量地震记录；

步骤103，根据目标层的纵横波多分量地震记录，获得反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据；

步骤104，根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，确定地震采集参数。

在一实施例中，根据目标层的纵横波多分量地震记录，获得反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，可以包括：

对目标层的纵横波多分量地震记录进行标量化处理；

根据旅行时信息，从标量化处理后的目标层的纵横波多分量地震记录中提取反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线。

由于目标层的纵横波多分量地震记录为矢量数据，需要将矢量数据转化为标量数据，具体实施时，可以采用对目标层的纵横波多分量地震记录求模的方法，但是由于求模得到的数据为非负数据，而地震波是存在波峰、波谷的，简单求模会改变地震波的波形，因此，需要在求模基础上加上对应的纵波z分量地震记录和横波x分量地震记录的符号，从而在不改变波形的情况下，实现对目标层的纵横波多分量地震记录的标量化。

本发明实施例地震采集除常规地震波外，还可以采集如下性质的波：当波以大于临界角入射到反射界面时，反射波会出现振幅急剧增大的现象，使得在上覆高速体或超深层勘探时，常规反射能量很弱的情况下，而广角反射波的能量还较为强烈。为充分采集常规地震波和上述波，需要确定地震采集参数。

在一实施例中，根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，确定地震采集参数，可以包括：

根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的振幅值变化范围，确定偏移距范围；

根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的平缓或剧烈程度，确定地震采样间隔；

若反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的振幅值的信噪比低于设定阈值，或该振幅变化曲线的振幅值低于设定阈值，确定采用检波器组合的方式进行地震数据采集。

在一实施例中，根据测井数据和地质构造，建立地质模型，可以包括：

对测井数据进行平滑处理，获得地层速度；

采用地层速度填充地质构造，获得地质模型。

在一实施例中，根据地质模型，获得目标层的纵横波多分量地震记录，可以包括：

对地质模型进行正演模拟，获得地质模型的纵横波多分量地震记录；

采用上覆地层速度替换地质模型的目标层的速度，对替换处理后的地质模型进行正演模拟，获得地质模型的不含目标层信息的纵横波多分量地震记录；

将地质模型的纵横波多分量地震记录，与地质模型的不含目标层信息的纵横波多分量地震记录作差，获得目标层的纵横波多分量地震记录。

在一实施例中，可以采用基于纵横波解耦的弹性波波动方程，空间高阶、时间4阶精度有限差分方法，非分裂PML吸收边界条件，纵波震源加载方式，对地质模型进行正演模拟，和/或对替换处理后的地质模型进行正演模拟。

具体实施时，弹性波波动方程在地下介质较复杂时，纵波、横波的波场非常复杂，会互相交叉、在某处重叠，很难从其中完整地拾取出目标层的同相轴。

在一实施例中，基于纵横波解耦的弹性波波动方程如下：

v_x＝v_px+v_sx

v_z＝v_pz+v_sz

其中，τ_p为纵波应力分量；

τ_sxx、τ_szz和τ_sxz为横波应力分量；

v_px和v_pz为纵波质点振动速度分量；

v_sx和v_sz为横波质点振动速度分量；

v_x和v_z为混合质点振动速度分量；

v_p为纵波速度；

v_s为横波速度；

ρ为密度。

具体实施时，常规的空间高阶、时间2阶的交错网格差分系数是分别基于空间和时间进行泰勒展开，没有基于整个时空域进行考虑，整体误差较大，而且时间2阶差分的精度较低，只能适用于较小的时间间隔，导致计算点数增加、计算量增大。

在一实施例中，采用空间高阶、时间4阶精度有限差分方法的公式如下：

其中，r_0,0为网比；

d_m,0(m＝1,2,...,M)为坐标轴点的系数；

d_1,1为非坐标轴点的系数。

以上的空间高阶、时间4阶精度有限差分方法的公式，在时空域基础上引入了时间高阶算子，综合考虑了精度和效率。

具体实施时，吸收边界条件是波动方程正演模拟必须要面对的问题，如今最常用、效果最好的吸收边界条件是PML吸收边界条件，通过在计算区域外施加边界区域，并在边界区域内对波场进行衰减，减轻人工边界的反射对计算区域造成的影响。

正演模拟要在计算区域外施加边界区域，并在其中进行边界处理。常规的分裂PML条件，要对原方程进行处理，并在计算区域和边界区域施加衰减项，只是计算区域的衰减为0，会很大程度上增加内存的占用。

在一实施例中，采用非分裂PML吸收边界条件进行正演模拟，分别对计算区域和边界区域进行处理，计算区域采用上述的基于纵横波解耦的弹性波波动方程进行正演模拟(没有衰减项)，边界区域采用如下的边界公式进行正演模拟(考虑衰减)：

以基于纵横波解耦的弹性波波动方程中的第5式

为例，对边界区域进行正演模拟的计算公式如下：

其中，ψ_xx为辅助变量；

σ_x为x方向的衰减因子。

基于纵横波解耦的弹性波波动方程中的其它公式，对其相应的边界区域进行正演模拟的计算公式这里不再列出。

在实际地震勘探中，不管是爆炸震源还是水中气枪激发，纵波能量都是占据主导地位的，常规的质点振动垂直分量加载方式会同时产生纵波和横波，因此，为了得到较强的纵波能量，采用纵波震源加载方式，在贴近实际的同时，可以得到简单的波场。

下面给出一具体实施例，说明本发明的基于广角反射的地震采集参数确定方法的具体应用。

首先，获得测井数据和地质构造，然后对测井数据进行平滑处理，获得地层速度，采用地层速度填充地质构造，获得地质模型，图2为本发明实施例中地质模型的示意图，如图2所示，横坐标表示地层横向距离，纵坐标表示地层深度，右侧柱形图分别代表纵波速度Vp、横波速度Vs和密度，从图2中可以看到，不同地层深度中纵波速度Vp、横波速度Vs和密度是不一样的，地层越深，纵波速度Vp、横波速度Vs和密度最大，且在同样深度的地层中，纵波速度Vp大于横波速度Vs。

采用前述的基于纵横波解耦的弹性波波动方程，空间高阶、时间4阶精度有限差分方法，非分裂PML吸收边界条件，纵波震源加载方式，对地质模型进行正演模拟，获得地质模型的纵横波多分量地震记录。

图3为本发明实施例中正演模拟后的地质模型的纵横波多分量地震记录中的Vx分量的示意图，图4为本发明实施例中正演模拟后的地质模型的纵横波多分量地震记录中的Vz分量的示意图，如图3和图4所示，该地质模型的纵横波多分量地震记录中的Vx分量和Vz分量分别包括多条地震反射信息。

采用上覆地层速度替换地质模型的目标层的速度，对替换处理后的地质模型，采用前述的基于纵横波解耦的弹性波波动方程，空间高阶、时间4阶精度有限差分方法，非分裂PML吸收边界条件进行正演模拟，纵波震源加载方式，获得地质模型的不含目标层信息的纵横波多分量地震记录；

采用基于纵横波解耦的弹性波波动方程进行正演模拟时，由于其本身的无源性假设，导致其在震源位置处会出现干扰，利用两次正演结果作差，可以去除掉这部分干扰，保证了本方法的精度。

由于目标层的纵横波多分量地震记录为矢量数据，对目标层的纵横波多分量地震记录求模，并考虑纵横波多分量地震记录中的纵波多分量地震记录和横波多分量地震记录的符号，即纵波的模乘以基于纵横波解耦的弹性波波动方程中纵波质点振动速度的z分量v_pz符号、横波的模乘以横波质点振动速度的x分量v_px的符号，从而在不改变波形的情况下，实现对目标层的纵横波多分量地震记录的标量化。

图5为本发明实施例中经过标量化处理的纵波多分量地震记录的示意图，图6为本发明实施例中经过标量化处理的横波多分量地震记录的示意图，如图5和图6所示，经过标量化处理的纵波分量地震记录(P波标量地震记录)和横波分量地震记录(S波标量地震记录)与图3和图4中的地质模型的地震记录的波形是一致性的。

根据旅行时信息，从标量化处理后的目标层的纵横波多分量地震记录中提取反射纵波(PP波)和转换横波(PS波)的同相轴的振幅变化曲线。

图7为本发明实施例中PP波、PS波和PPPS波的同相轴的振幅变化曲线，如图7所示，其中，PPPS波是PS波的一种。

根据图7中的振幅变化曲线，确定地震采集参数的具体过程如下：

首先，PP波、PS波和PPPS波的振幅在地层距离为0到3000米之间时，可观测到振幅变化，偏移距为0到3000米。

针对PP波和PPPS波，在1500m到3000米之间，PP波和PPPS波的振幅变化剧烈，因此可设置一个较小的采样间隔；而在0m到1500m之间，PP波和PPPS波的振幅变化平缓，因此可设置一个较大的采样间隔。

针对PS波，在800m到3000米之间其振幅变化曲线的振幅值过小，低于设定阈值，确定采用检波器组合的方式进行地震数据采集，且振幅变化剧烈，因此可设置一个较小的采样间隔。

另外，本发明实施例采用基于纵横波解耦的弹性波波动方程，空间高阶、时间4阶精度有限差分方法，非分裂PML吸收边界条件，纵波震源加载方式，对地质模型进行正演模拟，能模拟地震波的多次波，也能适应复杂地质模型，且精度更高。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种基于广角反射的地震采集参数确定装置，如下面的实施所述。由于这些解决问题的原理与基于广角反射的地震采集参数确定方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不在赘述。

图8为本发明实施例中基于广角反射的地震采集参数确定装置的结构示意图，如图8所示，该装置包括：

地质模型建立模块801，用于根据测井数据和地质构造，建立地质模型；

地震记录获得模块802，用于根据地质模型，获得目标层的纵横波多分量地震记录；

振幅变化数据获得模块803，用于根据目标层的纵横波多分量地震记录，获得反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据；

地震采集参数确定模块804，用于根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，确定地震采集参数。

综上所述，在本发明实施例中，根据测井数据和地质构造，建立地质模型；根据地质模型，获得目标层的纵横波多分量地震记录；根据目标层的纵横波多分量地震记录，获得反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据；根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，确定地震采集参数。本发明实施例可以得到目标层的纵横波多分量地震记录，并根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据，确定地震采集参数，计算精度高。

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

1.一种基于广角反射的地震采集参数确定方法，其特征在于，包括：

根据测井数据和地质构造，建立地质模型；

根据地质模型，获得目标层的纵横波多分量地震记录；

2.如权利要求1所述的基于广角反射的地震采集参数确定方法，其特征在于，根据测井数据和地质构造，建立地质模型，包括：

对测井数据进行平滑处理，获得地层速度；

采用地层速度填充地质构造，获得地质模型。

3.如权利要求1所述的基于广角反射的地震采集参数确定方法，其特征在于，根据地质模型，获得目标层的纵横波多分量地震记录，包括：

4.如权利要求3所述的基于广角反射的地震采集参数确定方法，其特征在于，采用基于纵横波解耦的弹性波波动方程，空间高阶、时间4阶精度有限差分方法，非分裂PML吸收边界条件，纵波震源加载方式，对地质模型进行正演模拟，和/或对替换处理后的地质模型进行正演模拟。

5.一种基于广角反射的地震采集参数确定装置，其特征在于，包括：

反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化数据为反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线；地震采集参数确定模块具体用于：根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的振幅值变化范围，确定偏移距范围；根据反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的平缓或剧烈程度，确定地震采样间隔；若反射纵波和转换横波的同相轴的振幅变化曲线的振幅值的信噪比低于设定阈值，或该振幅变化曲线的振幅值低于设定阈值，确定采用检波器组合的方式进行地震数据采集。

6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一所述方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至4任一所述方法的计算机程序。