CN110646840B - 角道集提取方法及系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种角道集提取方法及系统。该方法可以包括：步骤1：对地震数据进行预处理，保证CMP道集上的各记录来自同一反射点；步骤2：对预处理后的地震数据进行扫描，获得地层倾角信息，给定角道集的角度范围；步骤3：根据预处理后的地震数据与地层倾角信息，通过射线追踪方法，获得N层介质模型的偏移距，进行插值，得到当前角度下对应的振幅；步骤4：对所有采样点与角度范围内的所有角度重复步骤3，获得角道集剖面。本发明在传统方法基础上加入地层倾角信息进行角道集提取，可以提升角道集提取的精度，有效消除提取的角道集中出现的振幅不连续的现象。

Description

角道集提取方法及系统

技术领域

本发明涉及油汽地球物理技术领域，更具体地，涉及一种角道集提取方法及系统。

背景技术

通常，基于Zoeppritz方程及其近似公式的AVO/AVA分析或反演是以角度道集信息作为输入，错误的角度道集信息会直接导致AVO/AVA分析和反演结果与真实情况之间存在很大的偏差，因此准确地获取反射振幅随入射角变化的角度道集信息是进行地震岩性分析和油藏描述的关键。

目前，有多种提取角道集的方法，大致分为两大类：一类是基于射线理论的角道集提取方法，主要包括：(1)假设地下介质为均匀介质，地震波沿直线传播的直射线法，但是该方法得到的振幅随入射角变化的信息与实际情况偏差较大；(2)假设地下介质为速度连续介质，地震波沿曲射线传播的曲射线法，该方法将地层的速度进行线性模拟，得到的振幅随入射角变化的信息更接近于真实情况，但是对于较复杂的地下介质情况，得到的振幅随入射角变化的信息仍有较大的误差；(3)假设地下介质为层状介质，每层介质又是速度连续介质，然后利用曲射线方法将CDP道集转化为角道集，该方法近似模拟了地下层速度的变化，计算结果更接近于实际情况，但是该方法仍是基于水平层状介质假设，且该方法得到的炮检距偏小，得到的振幅随入射角变化的信息与实际情况仍有不小的偏差；(4)假设地下介质为水平层状介质，指定采样点和入射角度，根据每层介质速度沿射线向上追踪到炮点和检波点位置，得到炮检距和时间的关系，然后从原始CDP道集中提取相应的振幅信息，对所有采样点和入射角度重复上述步骤，就可以得到整个角道集剖面，该方法还可以处理射线路径不对称的情况，因此可以提取转换波角道集，但是该方法也是基于水平层状介质情况的假设下提取角道集，在大倾角地层的情况下，得到的振幅随入射角变化的信息与实际情况偏差较大；另一类是基于波动理论的角道集提取方法，波动理论角道集提取方法通过求解波动方程生成角度域共成像点道集，可以有效解决反射能量多路径的问题，得到较高质量的角道集，但其计算量较大，在当前条件下该方法的计算效率偏低，很难将其应用到实际生产应用中。

综上所述，目前提取角道集的方法研究主要存在以下问题：1、基于地下介质为均匀介质假设的直射线法，不能准确反映折射现象，从而不能得到正确的振幅随入射角变化的信息；2、基于地下介质为速度连续介质假设的曲射线法，将地层速度进行线性模拟，在较复杂地下介质情况下得到的振幅随入射角变化的信息有较大的误差；3、基于水平层状介质假设的射线追踪方法，同样不能较好的解决复杂地下介质情况对振幅随入射角变化信息提取的影响，限制了AVO分析以及AVO反演的精度；4、传统的基于射线理论角道集提取方法均基于地层为水平层状介质或倾角较小的假设，对于倾角较大或构造比较复杂的地层，提取得到振幅随入射角变化的信息与真实结果之间存在较大偏差；5、基于波动理论的角道集提取方法，利用波动方程叠前偏移技术在成像前或者成像后提取角道集，计算量巨大，很难将其应用到实际生产应用中。因此，有必要开发一种基于地层倾角信息的角道集提取方法及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种角道集提取方法及系统，其能够在传统方法基础上加入地层倾角信息进行角道集提取，可以提升角道集提取的精度，有效消除提取的角道集中出现的振幅不连续的现象。

根据本发明的一方面，提出了一种角道集提取方法。所述方法可以包括：步骤1：对地震数据进行预处理，保证CMP道集上的各记录来自同一反射点；步骤2：对预处理后的地震数据进行扫描，获得地层倾角信息，给定角道集的角度范围；步骤3：根据预处理后的地震数据与所述地层倾角信息，通过射线追踪方法，获得N层介质模型的偏移距，进行插值，得到当前角度下对应的振幅；步骤4：对所有采样点与所述角度范围内的所有角度重复步骤3，获得角道集剖面。

优选地，所述预处理为DMO处理。

优选地，所述预处理为叠前偏移处理。

优选地，通过公式(1)获得N层介质模型的偏移距：

其中，v_i为第i层地层速度，α为入射角，z_i为第i层界面反射点垂深，t为第N层界面的旅行时，α^N-1代表对应第N层界面下行波与垂线夹角，γ_N为对应第N层界面的倾角，α'ⁱ表示对应第i层界面上行波与垂线的夹角，z'_i为对应第i层上行波界面处垂深。

根据本发明的另一方面，提出了一种角道集提取系统，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：步骤1：对地震数据进行预处理，保证CMP道集上的各记录来自同一反射点；步骤2：对预处理后的地震数据进行扫描，获得地层倾角信息，给定角道集的角度范围；步骤3：根据预处理后的地震数据与所述地层倾角信息，通过射线追踪方法，获得N层介质模型的偏移距，进行插值，得到当前角度下对应的振幅；步骤4：对所有采样点与所述角度范围内的所有角度重复步骤3，获得角道集剖面。

优选地，所述预处理为DMO处理。

优选地，所述预处理为叠前偏移处理。

优选地，通过公式(1)获得N层介质模型的偏移距：

其中，v_i为第i层地层速度，α为入射角，z_i为第i层界面反射点垂深，t为第N层界面的旅行时，α^N-1代表对应第N层界面下行波与垂线夹角，γ_N为对应第N层界面的倾角，α'ⁱ表示对应第i层界面上行波与垂线的夹角，z'_i为对应第i层上行波界面处垂深。

优选地，还包括：根据所述N层介质模型的偏移距，进行插值并进行平滑处理，得到当前角度下对应的振幅。

本发明的技术效果在于：

1、相比于传统的基于水平层状介质假设的角道集提取方法，能够提供更加准确的振幅随入射角度变化的信息；

2、相比于波动理论角道集提取方法更易于实现；

3、基于新推导的射线追踪方程，在射线追踪方程推导中加入地层倾角信息，使得新方程在地层倾角较大情况下也具有较高的计算精度，很好的克服了原有的射线追踪方法精度低的问题；

4、在角道集提取过程中引入平滑滤波处理，能够很好消除提取的角道集中出现的振幅不连续的现象。

本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的角道集提取方法的步骤的流程图。

图2a、图2b分别示出了根据本发明的一个实施例的水平层状介质模型与倾斜界面介质模型的示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的多层倾斜界面介质模型的示意图。

图4a、图4b分别示出了根据图2a的水平层状介质模型获得的振幅随偏移距变化剖面与AVO曲线的示意图。

图5a、图5b分别示出了根据图2b的倾斜界面介质模型获得的振幅随偏移距变化剖面与AVO曲线的示意图。

图6示出了根据图4a、图5a获得的不同倾角地层正演剖面差的示意图。

图7示出了根据图4b、图5b获得的不同倾角地层AVO曲线的示意图。

图8示出了根据本发明的一个实施例的精确AVA曲线、利用传统角道集提取方法得到的AVA曲线与利用本方法的AVA曲线的对比图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的角道集提取方法的步骤的流程图。

在该实施例中，根据本发明的角道集提取方法可以包括：步骤1：对地震数据进行预处理，保证CMP道集上的各记录来自同一反射点；步骤2：对预处理后的地震数据进行扫描，获得地层倾角信息，给定角道集的角度范围；步骤3：根据预处理后的地震数据与地层倾角信息，通过射线追踪方法，获得N层介质模型的偏移距，进行插值，得到当前角度下对应的振幅；步骤4：对所有采样点与角度范围内的所有角度重复步骤3，获得角道集剖面。

在一个示例中，预处理为DMO处理。

在一个示例中，预处理为叠前偏移处理。

在一个示例中，通过公式(1)获得N层介质模型的偏移距：

其中，v_i为第i层地层速度，α为入射角，z_i为第i层界面反射点垂深，t为第N层界面的旅行时，α^N-1代表对应第N层界面下行波与垂线夹角，γ_N为对应第N层界面的倾角，α'ⁱ表示对应第i层界面上行波与垂线的夹角，z'_i为对应第i层上行波界面处垂深。

在一个示例中，还包括：根据N层介质模型的偏移距，进行插值并进行平滑处理，得到当前角度下对应的振幅。

图2a示出了根据本发明的一个实施例的水平层状介质模型，其纵波速度分别为：3000m/s、3400m/s；横波速度分别为：2800m/s、3000m/s；图2b示出了根据本发明的一个实施例的倾斜界面介质模型，其纵波速度及横波速度和水平层状介质相同，地层倾角为-20°。

具体地，传统的基于水平层状介质模型假设角道集提取方法，在给定x(炮检距)和T0(零炮检距的双程旅行时)，倾斜地层的反射角比水平地层的反射角小，如图2a、图2b所示。

传统的基于水平层状介质的情况下：

tanα＝x/vT₀ (2)

其中，x是偏移距，T₀是零偏移距的双程旅行时，α是反射角。

在倾斜地层的情况下：

tanα'≈(x/vT₀)cosγ＝tanαcosγ (3)

其中，α是地层水平情况下的反射角，γ是地层倾角，α'是倾斜地层反射角。可以得到当地层倾角为20°，水平层入射角为30°时，二者反射角相差大约为6.2％，并且随着地层倾角的增加，二者反射角误差也随之增大。所以，如果在计算反射角时忽略了地层倾角的影响，而只是基于水平层状介质假设提取角道集，则相应的振幅随角度变化的关系将会产生一定误差，使得AVO分析中随角度变化的参数不能得到正确的估计，从而降低AVO分析和反演的精度。

因此，根据本发明的角道集提取方法可以包括：

步骤1：对地震数据进行预处理，对于常规处理来说，很小的时移不会影响叠加效果，但是对于AVO处理而言，它将对横波反射系数的计算结果产生影响，寄生的横波分量将淹没真正的横波信息，所以应采取相应手段尽可能使得时差误差降为零。目前可以采用提高叠加速度的精度和无拉伸高保真动校正等方法来解决其对AVO分析的影响。采用DMO来消除反射点对倾角的依赖，同时消除动校正速度对倾角的依赖性，或者使用叠前偏移可以更好的解决动校正速度的多解性，保证CMP道集上的各记录来自同一反射点，从而大大提高倾斜层AVO分析精度。

步骤2：利用倾角扫描技术对预处理后的地震数据进行扫描，获得高质量的地层倾角信息，为后续角道集提取做准备。在对地震数据进行地层倾角扫描时利用到概率论和统计学中方差的概念，当沿着正确的地层倾角在目标点周围一定范围内对地震道进行时移时，能够将地震同相轴拉平为一条直线，此时相邻地震道波形基本相似，离散程度低，计算方差达到最小，所对应的倾角即可视为地震同相轴在此点的倾角，逐次扫描得到整个地震数据的倾角信息，给定角道集的角度范围。

步骤3：根据预处理后的地震数据与地层倾角信息，通过射线追踪方法，根据每层介质速度并加入地层倾角信息沿射线向上追踪到炮点和检波点位置，得到炮检距和时间，通过公式(1)获得N层介质模型的偏移距，进行插值并进行平滑处理，消除提取的角道集中出现的振幅不连续的现象，得到当前角度下对应的振幅。

图3示出了根据本发明的一个实施例的多层倾斜界面介质模型的示意图。

以双层介质为例，假设地层上倾方向为x正方向时倾角定为正，反之为负，如图3所示，规定向右方向为正，地层倾角分别为γ₁、γ₂，地层速度分别为v₁、v₂，假设入射角为α，反射界面入射角分别为α₁、α₂，z代表反射点的垂深。

在计算旅行时将波的传播分为下行波、上行波对其分别进行计算，这样可以得到，第一层界面反射的旅行时间：

其中，

为上行波方向与垂直法线之间的夹角，与地层倾角和入射角之间的关系如下：

将公式(5)代入公式(4)中得到第一层界面反射的旅行时间为：

第二层界面的旅行时为：

其中，α¹、α'¹可根据斯奈尔定律推导得到，z₁为下行波在界面1的垂深，z₂为界面2反射点垂深，z'₁为上行波在界面1的垂深。

利用斯奈尔定律进行推导，角度关系推导如下，

其中，p代表射线参数，θ为下行波界面1的透射角。

从而得到：

根据求得的透射角度θ，可以得到：

α'＝θ+γ₁ (10)

同理可以推导出角度α'¹的关系，

其中，θ'为上行波界面1的透射角。

从而得到：

根据θ'，可以求得α'¹：

α'¹＝θ'-γ₁ (13)

根据公式(5)，同理可以推导得到任意第N层反射点位置上行波方向与垂直法线之间的夹角与入射角和地层倾角之间的关系。

因此，可以推导出N层介质模型为公式(1)，其中，第一部分为下行波部分，第二部分为上行波部分。

步骤4：对所有采样点与角度范围内的所有角度重复步骤3，获得角道集剖面。

本发明在传统方法基础上加入地层倾角信息进行角道集提取，可以提升角道集提取的精度，有效消除提取的角道集中出现的振幅不连续的现象。

应用示例

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

根据本发明的角道集提取方法包括：

步骤1：对地震数据进行预处理，对于常规处理来说，很小的时移不会影响叠加效果，但是对于AVO处理而言，它将对横波反射系数的计算结果产生影响，寄生的横波分量将淹没真正的横波信息，所以应采取相应手段尽可能使得时差误差降为零。目前可以采用提高叠加速度的精度和无拉伸高保真动校正等方法来解决其对AVO分析的影响。采用DMO来消除反射点对倾角的依赖，同时消除动校正速度对倾角的依赖性，或者使用叠前偏移可以更好的解决动校正速度的多解性，保证CMP道集上的各记录来自同一反射点，从而大大提高倾斜层AVO分析精度。

步骤2：利用倾角扫描技术对预处理后的地震数据进行扫描，获得高质量的地层倾角信息，为后续角道集提取做准备。在对地震数据进行地层倾角扫描时利用到概率论和统计学中方差的概念，当沿着正确的地层倾角在目标点周围一定范围内对地震道进行时移时，能够将地震同相轴拉平为一条直线，此时相邻地震道波形基本相似，离散程度低，计算方差达到最小，所对应的倾角即可视为地震同相轴在此点的倾角，逐次扫描得到整个地震数据的倾角信息，给定角道集的角度范围。

步骤3：根据预处理后的地震数据与地层倾角信息，通过射线追踪方法，根据每层介质速度并加入地层倾角信息沿射线向上追踪到炮点和检波点位置，得到炮检距和时间，通过公式(1)获得N层介质模型的偏移距，进行插值并进行平滑处理，消除提取的角道集中出现的振幅不连续的现象，得到当前角度下对应的振幅。

步骤4：对所有采样点与角度范围内的所有角度重复步骤3，获得角道集剖面。

图4a、图4b分别示出了根据图2a的水平层状介质模型获得的振幅随偏移距变化剖面与AVO曲线的示意图，可以看到明显的AVO现象。

图5a、图5b分别示出了根据图2b的倾斜界面介质模型获得的振幅随偏移距变化剖面与AVO曲线的示意图，可以看到明显的AVO现象。

图6示出了根据图4a、图5a获得的不同倾角地层正演剖面差的示意图，为了清楚的看到水平层状介质与倾斜介质AVO现象的差异，由图可知，水平层与倾斜地层得到的合成地震记录之间存在一定的差异。

图7示出了根据图4b、图5b获得的不同倾角地层AVO曲线的示意图，由图可知，水平层与倾斜地层得到的合成地震记录之间存在一定的差异，并且随着偏移距的增加，二者之间的差异逐渐增加。

图8示出了根据本发明的一个实施例的精确AVA(振幅随入射角度变化)曲线、利用传统角道集提取方法得到的AVA曲线与利用本方法的AVA曲线的对比图，由图可知，利用传统角道集提取方法得到的AVA曲线(0°线)与精确AVA曲线差异最大，而利用本方法考虑到一定地层倾角信息情况下提取得到的AVA曲线(10°线)逐渐向精确AVA曲线逼近，当得到准确的地层倾角之后利用本方法提取得到的AVA曲线(20°线)可以很好的逼近精确AVA曲线，说明在角道集提取过程中加入相对准确的地层倾角信息能够有效的提升角道集提取的精度，从而验证了本方法对于提升角道集提取精度的有效性。

综上所述，本发明在传统方法基础上加入地层倾角信息进行角道集提取，可以提升角道集提取的精度，有效消除提取的角道集中出现的振幅不连续的现象。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

根据本发明的一种角道集提取系统，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：步骤1：对地震数据进行预处理，保证CMP道集上的各记录来自同一反射点；步骤2：对预处理后的地震数据进行扫描，获得地层倾角信息，给定角道集的角度范围；步骤3：根据预处理后的地震数据与地层倾角信息，通过射线追踪方法，获得N层介质模型的偏移距，进行插值，得到当前角度下对应的振幅；步骤4：对所有采样点与角度范围内的所有角度重复步骤3，获得角道集剖面。

在一个示例中，预处理为DMO处理。

在一个示例中，预处理为叠前偏移处理。

在一个示例中，通过公式(1)获得N层介质模型的偏移距：

其中，v_i为第i层地层速度，α为入射角，z_i为第i层界面反射点垂深，t为第N层界面的旅行时，α^N-1代表对应第N层界面下行波与垂线夹角，γ_N为对应第N层界面的倾角，α'ⁱ表示对应第i层界面上行波与垂线的夹角，z'_i为对应第i层上行波界面处垂深。

在一个示例中，还包括：根据N层介质模型的偏移距，进行插值并进行平滑处理，得到当前角度下对应的振幅。

本发明在传统方法基础上加入地层倾角信息进行角道集提取，可以提升角道集提取的精度，有效消除提取的角道集中出现的振幅不连续的现象。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种角道集提取方法，包括：

步骤1：对地震数据进行预处理，保证CMP道集上的各记录来自同一反射点；

步骤2：对预处理后的地震数据进行扫描，获得地层倾角信息，给定角道集的角度范围；

步骤3：根据预处理后的地震数据与所述地层倾角信息，通过射线追踪方法，获得N层介质模型的偏移距，进行插值，得到当前角度下对应的振幅；

步骤4：对所有采样点与所述角度范围内的所有角度重复步骤3，获得角道集剖面；

其中，通过公式(1)获得N层介质模型的偏移距：

其中，v_i为第i层地层速度，α为入射角，z_i为第i层界面反射点垂深，t为第N层界面的旅行时，α^N-1代表对应第N层界面下行波与垂线夹角，γ_N为对应第N层界面的倾角，α'ⁱ表示对应第i层界面上行波与垂线的夹角，z′_i为对应第i层上行波界面处垂深。

2.根据权利要求1所述的角道集提取方法，其中，所述预处理为DMO处理。

3.根据权利要求1所述的角道集提取方法，其中，所述预处理为叠前偏移处理。

4.根据权利要求1所述的角道集提取方法，其中，还包括：

根据所述N层介质模型的偏移距，进行插值并进行平滑处理，得到当前角度下对应的振幅。

5.一种角道集提取系统，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：

步骤1：对地震数据进行预处理，保证CMP道集上的各记录来自同一反射点；

步骤2：对预处理后的地震数据进行扫描，获得地层倾角信息，给定角道集的角度范围；

步骤3：根据预处理后的地震数据与所述地层倾角信息，通过射线追踪方法，获得N层介质模型的偏移距，进行插值，得到当前角度下对应的振幅；

步骤4：对所有采样点与所述角度范围内的所有角度重复步骤3，获得角道集剖面；

其中，通过公式(1)获得N层介质模型的偏移距：

其中，v_i为第i层地层速度，α为入射角，z_i为第i层界面反射点垂深，t为第N层界面的旅行时，α^N-1代表对应第N层界面下行波与垂线夹角，γ_N为对应第N层界面的倾角，α'ⁱ表示对应第i层界面上行波与垂线的夹角，z′_i为对应第i层上行波界面处垂深。

6.根据权利要求5所述的角道集提取系统，其中，所述预处理为DMO处理。

7.根据权利要求5所述的角道集提取系统，其中，所述预处理为叠前偏移处理。

8.根据权利要求5所述的角道集提取系统，其中，还包括：

根据所述N层介质模型的偏移距，进行插值并进行平滑处理，得到当前角度下对应的振幅。

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