CN111025424B - 叠前时间偏移响应算子量化评判方法 - Google Patents

叠前时间偏移响应算子量化评判方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种叠前时间偏移响应算子量化评判方法，包括：计算炮点—检波点对坐标到散射点坐标的旅行时间，对旅行时间进行等时间间隔采样，得到时间序列；把时间序列与输入地震子波进行褶积，得到地震记录，对合成地震记录道进行叠前时间偏移处理，得到叠前时间偏移结果；获取观测系统中各炮点—检波点对坐标，完成每个炮点—检波点对坐标的正演模拟和叠前时间偏移处理；计算得到叠前时间偏移响应结果；计算叠前时间偏移响应结果的四阶累积量；求取不同角度方位四阶累积量的标准差量化评判因子，进行叠前时间偏移结果的定量评价。该发明提出了偏移效果的定量评价方法，实现了高密度地震技术与采集施工成本之间的平衡，获取最优的偏移成像效果。

Description

叠前时间偏移响应算子量化评判方法
技术领域
本发明涉及油气田勘探开发技术领域，特别是涉及到一种叠前时间偏移响应算子量化评判方法。
背景技术
叠前时间偏移技术(PSTM)能够获得较好的构造及地层成像效果，以Kirchhoff积分法为主，具有运算效率高、适应性强等优势，是实际地震资料处理中最常用的偏移方法。叠前时间偏移技术普遍应用于三维地震资料处理中，成像效果依赖于地震资料品质，另外，观测系统特性对叠前时间偏移成像效果影响巨大，即激发点和接收点位置不同的观测系统会影响叠前时间偏移成像的效果。因此，必须将叠前时间偏移的技术思路贯穿于采集、处理的每一个环节，才能最大限度地突出叠前时间偏移的技术优势。随着地震勘探开发精度的不断提高，地震采集观测系统设计和地震数据处理、解释越来越紧密地联系在一起。
不同的观测系统对应有不同的叠前时间偏移响应算子，最优的观测系统应该具有良好的噪声衰减和对称的、聚焦的叠前时间偏移响应算子，叠前时间偏移响应属性可以定性地评价观测系统对叠前时间偏移成像效果的影响。目前，通过叠前时间偏移响应算子可以进行定性的效果评价，具体成像效果的好坏只能通过技术人员的经验进行评价，缺乏定量化的效果评价方法。为此我们发明了一种新的叠前时间偏移响应算子量化评判方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现了偏移效果的定量评价和高密度地震技术与采集施工成本之间的平衡的叠前时间偏移响应算子量化评判方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：叠前时间偏移响应算子量化评判方法，该叠前时间偏移响应算子量化评判方法包括：步骤1：计算炮点—检波点对坐标到散射点坐标的旅行时间，对旅行时间进行等时间间隔采样，得到时间序列；步骤2：把时间序列与输入地震子波进行褶积，得到地震记录，对合成地震记录道进行叠前时间偏移处理，得到叠前时间偏移结果；步骤3：获取观测系统中各炮点—检波点对坐标，完成观测系统中每个炮点—检波点对坐标的正演模拟和叠前时间偏移处理；步骤4：将所有叠前时间偏移结果进行叠加处理，计算得到叠前时间偏移响应结果；步骤5：根据随机变量分布特性的数值统计量计算公式，计算叠前时间偏移响应结果的四阶累积量；步骤6：求取不同角度方向四阶累积量的标准差量化评判因子，进行叠前时间偏移结果的定量评价。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
该叠前时间偏移响应算子量化评判方法还包括，在步骤1之前，从观测系统中选取一个炮点—检波点对坐标，从建立的三维速度模型中选取散射点坐标。
在选取坐标的步骤中，从室内设计或野外真实采集的观测系统中选取一个炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标，从建立的三维速度模型中选取散射点坐标(x,y,z)，三维速度模型是根据一次采集地震资料或二次采集地震资料建立的，该地区若无野外采集地震资料，则根据地质认识建立三维速度模型。
在步骤1中，炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标到散射点坐标(x,y,z)的旅行时间t计算公式如下：
Figure BDA0002356363600000021
其中：(x,y,z)为地下散射点的坐标；(xs,ys,zs)为炮点坐标；(xr,yr,zr)为检波点坐标；v为地震波传播速度；对旅行时间t进行等时间间隔采样，得到时间序列t(j)，j表示时间采样编号，j＝1,2，…，M，M为采样点总数。
在步骤2中，把时间序列t(j)与输入地震子波wl(j)进行褶积，输入地震子波wl(j)是通过一次采集地震资料或临近工区地震资料提取得到的，提取的地震子波能够反映该地区地表和地下地质构造的影响程度；褶积得到炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标所对应的地震记录ss(j)，对地震记录道ss(j)进行叠前时间偏移处理，得到叠前时间偏移结果。
在步骤3中，获取观测系统中各炮点—检波点对坐标，重复步骤1-3，直到完成观测系统中每个炮点—检波点对坐标的正演模拟和叠前时间偏移处理；
在步骤4中，根据Kirchhoff积分法偏移的原理得到了叠前时间偏移结果，将所有叠前时间偏移结果进行叠加处理，计算得到叠前时间偏移响应因子，将响应因子进行剖分，得到剖分后的因子Ap(e,w,s,n)，其中(e,w,s,n)分别表示东、西、南、北四个方向。
在步骤5中，叠前时间偏移响应结果的四阶累积量K计算公式如下：
Figure BDA0002356363600000031
其中：Api为瞬时振幅值；
Figure BDA0002356363600000032
为振幅均值；N为响应因子剖分后采样长度；σi为标准差；
根据随机变量分布特性的数值统计量计算公式，东、西、南、北四个主角度方向计算的叠前时间偏移响应结果四阶累积量分别为：Ke，Kw，Ks，Kn，通过上述公式计算不同角度方向的四阶累积量。
在步骤6中，求取不同角度方向四阶累积量的标准差量化评判因子σK，计算公式如下：
Figure BDA0002356363600000033
其中：Kp为计算的叠前时间偏移响应结果四阶累积量，包含东、西、南、北四个主方向的四阶累积量Ke，Kw，Ks，Kn；
Figure BDA0002356363600000034
为累积量均值；P为不同角度方向四阶累积量的总数量，P≥4。
本发明中的叠前时间偏移响应算子量化评判方法，将叠前时间偏移的技术思路贯穿于观测系统设计中，实现了偏移效果的定量评价，并结合地质建模、照明分析与三维正演模拟，实现了高密度地震技术与采集施工成本之间的平衡，从而获取最优的偏移成像效果。
本发明中的叠前时间偏移响应算子量化评判方法，根据观测系统和三维速度模型，通过传播旅行时计算，完成叠前时间偏移处理，并将所有叠前时间偏移结果进行叠加处理，计算得到叠前时间偏移响应结果，沿不同角度方向计算叠前时间偏移响应结果的四阶累积量，求取四阶累积量的标准差量化评判因子，实现了叠前时间偏移结果的定量评价。本发明将叠前时间偏移的技术思路贯穿于观测系统设计中，提出了偏移效果的定量评价方法，并结合地质建模、照明分析与三维正演模拟，实现了高密度地震技术与采集施工成本之间的平衡，从而获取最优的偏移成像效果。
附图说明
图1为本发明的一具体实施例中室内设计的观测系统示意图；
图2为本发明的一具体实施例中根据一次采集地震资料建立的三维速度模型示意图；
图3为本发明的一具体实施例中设计观测系统炮点距25米的叠前时间偏移响应算子及叠前时间偏移剖面图；
图4为本发明的一具体实施例中设计观测系统炮点距50米的叠前时间偏移响应算子及叠前时间偏移剖面图；
图5为本发明的一具体实施例中设计观测系统炮点距100米的叠前时间偏移响应算子及叠前时间偏移剖面图；
图6为本发明的一具体实施例中真实采集观测系统道间距12.5米的叠前时间偏移响应算子及叠前时间偏移剖面图；
图7为本发明的一具体实施例中真实采集观测系统道间距25米的叠前时间偏移响应算子及叠前时间偏移剖面图；
图8为本发明的叠前时间偏移响应算子量化评判方法的一具体实施例的流程图。
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8所示，图8为本发明的叠前时间偏移响应算子量化评判方法的流程图。
步骤101：从观测系统中选取一个炮点—检波点对坐标，从建立的三维速度模型中选取散射点坐标；从室内设计或野外真实采集的观测系统中选取一个炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标，从建立的三维速度模型中选取散射点坐标(x,y,z)，三维速度模型是根据一次采集地震资料或二次采集地震资料建立的，该地区若无野外采集地震资料，则根据地质认识建立三维速度模型。
步骤102：计算炮点—检波点对坐标到散射点坐标的旅行时间，对旅行时间进行等时间间隔采样，得到时间序列；炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标到散射点坐标(x,y,z)的旅行时间t计算公式如下：
Figure BDA0002356363600000051
其中：(x,y,z)为地下散射点的坐标；(xs,ys,zs)为炮点坐标；(xr,yr,zr)为检波点坐标；v为地震波传播速度。对旅行时间t进行等时间间隔采样，得到时间序列t(j)，j表示时间采样编号，j＝1,2，…，M，M为采样点总数。
步骤103：把时间序列与输入地震子波进行褶积，得到合成地震记录，对地震记录道进行叠前时间偏移处理，得到叠前时间偏移结果；把时间序列t(j)与输入地震子波wl(j)进行褶积，输入地震子波wl(j)是通过一次采集地震资料或临近工区地震资料提取得到的，提取的地震子波能够反映该地区地表和地下地质构造的影响程度。褶积得到炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标所对应的地震记录ss(j)，对地震记录道ss(j)进行叠前时间偏移处理，得到叠前时间偏移结果。
步骤104：获取观测系统中各炮点—检波点对坐标，重复步骤1-3，直到完成观测系统中每个炮点—检波点对坐标的正演模拟和叠前时间偏移处理；
步骤105：将所有叠前时间偏移结果进行叠加处理，计算得到叠前时间偏移响应结果；根据Kirchhoff积分法偏移的原理得到了叠前时间偏移结果，将所有叠前时间偏移结果进行叠加处理，计算得到叠前时间偏移响应因子，将响应因子进行剖分，得到剖分后的因子Ap(e,w,s,n)，其中(e,w,s,n)分别表示东、西、南、北四个方向。
步骤106：根据随机变量分布特性的数值统计量计算公式，计算叠前时间偏移响应结果的四阶累积量；叠前时间偏移响应结果的四阶累积量计算公式如下：
Figure BDA0002356363600000061
其中：Api为瞬时振幅值；
Figure BDA0002356363600000062
为振幅均值；N为响应因子剖分后采样长度；σi为标准差。
根据随机变量分布特性的数值统计量计算公式，东、西、南、北四个主角度方向计算的叠前时间偏移响应结果四阶累积量分别为：Ke，Kw，Ks，Kn，通过上述公式还可以计算不同角度方向的四阶累积量。
步骤107：求取不同角度方向四阶累积量的标准差量化评判因子，实现了叠前时间偏移结果的定量评价。求取不同角度方向四阶累积量的标准差量化评判因子，计算公式如下：
Figure BDA0002356363600000063
其中：Kp为计算的叠前时间偏移响应结果四阶累积量，包含东、西、南、北四个主方向的四阶累积量Ke，Kw，Ks，Kn；
Figure BDA0002356363600000064
为累积量均值。
以下为应用本发明的两个具体实施例：
实施例1。一种叠前时间偏移响应算子量化评判方法，该方法包括：
(1)从室内设计的观测系统中选取一个炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标，室内设计的观测系统如图1所示，可以设计不同的炮点距、道间距、炮道密度、偏移距、覆盖次数等参数。
(2)从建立的三维速度模型中选取散射点坐标(x,y,z)，三维速度模型是根据一次采集地震资料建立的，该地区若无一次采集地震资料，则根据地质认识建立三维速度模型，三维速度模型如图2所示，建立的三维速度模型越接近于真实地质构造，最终分析结果越好。
(3)计算炮点—检波点对坐标到散射点坐标的旅行时间，炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标到散射点坐标(x,y,z)的旅行时间t计算公式如下：
Figure BDA0002356363600000071
其中：(x,y,z)为地下散射点的坐标；(xs,ys,zs)为炮点坐标；(xr,yr,zr)为检波点坐标；v为地震波传播速度。对旅行时间t进行等时间间隔采样，得到时间序列t(j)，j表示时间采样编号，j＝1,2，…，M，M为采样点总数。
(4)把时间序列t(j)与输入地震子波wl(j)进行褶积，输入地震子波wl(j)是通过一次采集地震资料或临近工区地震资料提取得到的，可以采用自相关方法或高阶累计量方法进行子波提取，提取的地震子波能够反映该地区地表和地下地质构造的影响程度。褶积得到炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标所对应的地震记录ss(j)，对地震记录道ss(j)进行叠前时间偏移处理，得到叠前时间偏移结果。
(5)获取室内设计观测系统中各炮点—检波点对坐标，进行传播旅行时计算，直到完成观测系统中每个炮点—检波点对坐标的正演模拟和叠前时间偏移处理。
(6)根据Kirchhoff积分法偏移的原理得到了叠前时间偏移结果，将所有叠前时间偏移结果进行叠加处理，计算得到叠前时间偏移响应因子，将响应因子进行剖分，得到剖分后的因子Ap(e,w,s,n)，其中(e,w,s,n)分别表示东、西、南、北四个主角度方向。设计观测系统炮点距25米的叠前时间偏移响应算子及叠前时间偏移剖面如图3所示，其中叠前时间偏移响应算子的横坐标为东西方向剖分网格，纵坐标为南北方向剖分网格。
(7)在室内设计不同参数的观测系统，分别进行叠前时间偏移处理，计算叠前时间偏移响应因子，图4是设计观测系统炮点距50米的叠前时间偏移响应算子及叠前时间偏移剖面，图5是设计观测系统炮点距100米的叠前时间偏移响应算子及叠前时间偏移剖面。
(8)根据随机变量分布特性的数值统计量计算公式，计算叠前时间偏移响应结果的四阶累积量，叠前时间偏移响应结果的四阶累积量计算公式如下：
Figure BDA0002356363600000081
其中：Api为瞬时振幅值；
Figure BDA0002356363600000082
为振幅均值；N为响应因子剖分后采样长度；σi为标准差。
(9)根据随机变量分布特性的数值统计量计算公式，东、西、南、北四个主角度方向计算的叠前时间偏移响应结果四阶累积量分别为：Ke，Kw，Ks，Kn，还可以计算不同角度方向的四阶累积量。
(10)求取不同角度方向四阶累积量的标准差量化评判因子，计算公式如下：
Figure BDA0002356363600000083
其中：Kp为计算的叠前时间偏移响应结果四阶累积量，包含东、西、南、北四个主角度方向的四阶累积量Ke，Kw，Ks，Kn；
Figure BDA0002356363600000084
为累积量均值。
(11)根据图3、图4和图5中叠前时间偏移响应算子，分别计算得到炮点距25米、炮点距50米、炮点距100米的标准差量化评判因子分别为：0.16、0.19、0.37。对比不同炮点距的叠前时间偏移响应算子、叠前时间偏移剖面、标准差量化评判因子，炮点距25米和炮点距50米的成像效果比较理想，而炮点距100米的成像效果较差，并且标准差量化评判因子数值由0.16和0.19增大到0.37，数值明显增大接近2倍，表明叠前时间偏移效果不理想，从正演模拟数据的偏移效果得到了相同的结论，炮点距100米的偏移剖面效果较差，最终实现了叠前时间偏移结果的定量评价。
实施例2。一种叠前时间偏移响应算子量化评判方法，该方法包括：
(1)获取野外真实的观测系统，并从该观测系统中选取一个炮点—检波点对坐标；
(2)根据野外采集地震资料建立三维速度模型，并从中选取散射点坐标；
(3)计算炮点—检波点对坐标到散射点坐标的旅行时间，对旅行时间进行等时间间隔采样，得到时间序列；
(4)把时间序列与输入地震子波进行褶积，得到一个地震记录，对地震记录道进行叠前时间偏移处理，得到叠前时间偏移结果；
(5)获取野外真实观测系统中各炮点—检波点对坐标，直到完成观测系统中每个炮点—检波点对坐标的正演模拟和叠前时间偏移处理；
(6)将所有叠前时间偏移结果进行叠加处理，计算得到叠前时间偏移响应结果，图6为真实采集观测系统道间距12.5米的叠前时间偏移响应算子及叠前时间偏移剖面；
(7)将野外真实观测系统进行退化分析，道间距由12.5米增大到25米，图7为真实采集观测系统道间距25米的叠前时间偏移响应算子及叠前时间偏移剖面；
(8)根据随机变量分布特性的数值统计量计算公式，计算叠前时间偏移响应结果的四阶累积量，真实采集观测系统道间距12.5米的4个主角度方向四阶累积量分别为：Ke＝4.6，Kw＝4.6，Ks＝4.5，Kn＝4.3，真实采集观测系统道间距25米的4个主角度方向四阶累积量分别为：Ke＝4.6，Kw＝4.6，Ks＝4.4，Kn＝4.3；
(9)求取不同角度方向四阶累积量的标准差量化评判因子，真实采集观测系统道间距12.5米的标准差量化评判因子为0.12，真实采集观测系统道间距25米的标准差量化评判因子为0.13；
(10)分析不同道间距的叠前时间偏移响应算子、叠前时间偏移剖面、标准差量化评判因子，根据图6和图7，道间距12.5米和道间距25米的量化评判因子分别为0.12和0.13，表明道间距由12.5米退化增大到25米后，偏移成像效果基本一致，从实际资料的偏移剖面中也得到了相同的结论，通过标准差量化评判因子，最终实现了叠前时间偏移结果的定量评价。
常规叠前时间偏移响应算子可以进行定性的效果评价，具体成像效果的好坏只能通过技术人员的经验进行评价，缺乏定量化的效果评价方法。本发明将叠前时间偏移的技术思路贯穿于观测系统设计中，提出了偏移效果的定量评价方法，沿不同角度方向计算叠前时间偏移响应结果的四阶累积量，求取四阶累积量的标准差量化评判因子，实现了叠前时间偏移结果的定量评价，结合地质建模、照明分析与三维正演模拟，实现了高密度地震技术与采集施工成本之间的平衡，从而获取最优的偏移成像效果。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.叠前时间偏移响应算子量化评判方法，其特征在于，该叠前时间偏移响应算子量化评判方法包括：
步骤1：计算炮点—检波点对坐标到散射点坐标的旅行时间，对旅行时间进行等时间间隔采样，得到时间序列；
步骤2：把时间序列与输入地震子波进行褶积，得到地震记录，对合成地震记录道进行叠前时间偏移处理，得到叠前时间偏移结果；
步骤3：获取观测系统中各炮点—检波点对坐标，完成观测系统中每个炮点—检波点对坐标的正演模拟和叠前时间偏移处理；
步骤4：将所有叠前时间偏移结果进行叠加处理，计算得到叠前时间偏移响应结果；
步骤5：根据随机变量分布特性的数值统计量计算公式，计算叠前时间偏移响应结果的四阶累积量；
步骤6：求取不同角度方向四阶累积量的标准差量化评判因子，进行叠前时间偏移结果的定量评价；
在步骤6中，求取不同角度方向四阶累积量的标准差量化评判因子σK，计算公式如下：
Figure FDA0003124207960000011
其中：Kp为计算的叠前时间偏移响应结果四阶累积量，包含东、西、南、北四个主方向的四阶累积量Ke，Kw，Ks，Kn；
Figure FDA0003124207960000012
为累积量均值；P为不同角度方向四阶累积量的总数量，P≥4。
2.根据权利要求1所述的叠前时间偏移响应算子量化评判方法，其特征在于，该叠前时间偏移响应算子量化评判方法还包括，在步骤1之前，从观测系统中选取一个炮点—检波点对坐标，从建立的三维速度模型中选取散射点坐标。
3.根据权利要求2所述的叠前时间偏移响应算子量化评判方法，其特征在于，在选取坐标的步骤中，从室内设计或野外真实采集的观测系统中选取一个炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标，从建立的三维速度模型中选取散射点坐标(x,y,z)，三维速度模型是根据一次采集地震资料或二次采集地震资料建立的，该地区若无野外采集地震资料，则根据地质认识建立三维速度模型。
4.根据权利要求1所述的叠前时间偏移响应算子量化评判方法，其特征在于，在步骤1中，炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标到散射点坐标(x,y,z)的旅行时间t计算公式如下：
Figure FDA0003124207960000021
其中：(x,y,z)为地下散射点的坐标；(xs,ys,zs)为炮点坐标；(xr,yr,zr)为检波点坐标；v为地震波传播速度；对旅行时间t进行等时间间隔采样，得到时间序列t(j)，j表示时间采样编号，j＝1,2，…，M，M为采样点总数。
5.根据权利要求1所述的叠前时间偏移响应算子量化评判方法，其特征在于，在步骤2中，把时间序列t(j)与输入地震子波wl(j)进行褶积，输入地震子波wl(j)是通过一次采集地震资料或临近工区地震资料提取得到的，提取的地震子波能够反映该地区地表和地下地质构造的影响程度；褶积得到炮点(xs,ys,zs)—检波点(xr,yr,zr)对坐标所对应的地震记录ss(j)，对地震记录道ss(j)进行叠前时间偏移处理，得到叠前时间偏移结果。
6.根据权利要求1所述的叠前时间偏移响应算子量化评判方法，其特征在于，在步骤3中，获取观测系统中各炮点—检波点对坐标，重复步骤1-3，直到完成观测系统中每个炮点—检波点对坐标的正演模拟和叠前时间偏移处理。
7.根据权利要求1所述的叠前时间偏移响应算子量化评判方法，其特征在于，在步骤4中，根据Kirchhoff积分法偏移的原理得到了叠前时间偏移结果，将所有叠前时间偏移结果进行叠加处理，计算得到叠前时间偏移响应因子，将响应因子进行剖分，得到剖分后的因子Ap(e,w,s,n)，其中(e,w,s,n)分别表示东、西、南、北四个方向。
8.根据权利要求1所述的叠前时间偏移响应算子量化评判方法，其特征在于，在步骤5中，叠前时间偏移响应结果的四阶累积量K计算公式如下：
Figure FDA0003124207960000031
其中：Api为瞬时振幅值；
Figure FDA0003124207960000032
为振幅均值；N为响应因子剖分后采样长度；σi为标准差；
根据随机变量分布特性的数值统计量计算公式，东、西、南、北四个主角度方向计算的叠前时间偏移响应结果四阶累积量分别为：Ke，Kw，Ks，Kn，通过上述公式计算不同角度方向的四阶累积量。
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