CN111474580B - 一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取方法和系统 - Google Patents

一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取方法和系统，包括以下步骤：将地震数据分为若干炮检距矢量片；计算每个炮检距矢量片的地面方位角；对采集地震数据进行三维Kirchhoff积分叠前时间偏移，计算出地下散射方位角和反射角；保留与地面方位角角度一致的地下散射方位角；根据保留的地下散射方位角在一平面内选取若干x轴，x轴用于表征发射角的角度变化，平面的法线方向为z轴，z轴用于表征地层深度变化，将获得的反射角标记在x‑z坐标系中得到反射角分布图谱；根据反射角分布图谱获得方位角道集。其有效降低了散射张角γ、散射方位角
Figure DDA0002489770470000011
的变化范围，可以大幅节约内存和硬盘资源，缩短计算周期。

Description

一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取方法和系统
技术领域
本发明是关于一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取方法和系统，属于地震勘探技术领域。
背景技术
三维地震勘探中，方位角度道集具有极其重要的应用价值。现有的方位角度道集通常通过三维克希霍夫(Kirchhoff)积分叠前时间偏移的方法提取，在提取偏移方位角度道集时，需要把成像空间中的一个样点根据其七个特征参数放在一个七维空间中。这七个维度分别是成像点的三维坐标X、Y、Z、散射张角γ、散射方位角
Figure GDA0003526083560000011
照明倾角Θ和照明方位角ψ。因此，无论在硬盘内存还是在计算成本方面都存在巨大挑战。由于当前地震数据采集技术的迅猛发展，叠前地震数据通常都是在T(1000G)数量级进行计算，对计算机硬件条件要求高，普通的计算机难以承受。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取方法和系统，其基于炮检距矢量片道集提取三维时间域方位角度道集的特点有效降低了散射张角γ、散射方位角
Figure GDA0003526083560000012
的变化范围，可以大幅节约内存和硬盘资源，缩短计算周期。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取方法，包括以下步骤：S1将地震数据分为若干炮检距矢量片；S2计算每个炮检距矢量片的地面方位角；S3对每个炮检距矢量片中地震数据进行三维Kirchhoff积分叠前时间偏移，并计算出相应的地下散射方位角和反射角；S4保留与地面方位角角度一致的地下散射方位角；S5根据保留的地下散射方位角在一平面内选取若干x轴，x轴用于表征发射角的角度变化，平面的法线方向为z轴，z轴用于表征地层深度变化，将步骤S3中获得的反射角标记在x-z坐标系中得到反射角分布图谱；S6根据反射角分布图谱获得方位角道集。
进一步，反射角分布图谱通过以下方式获得：首先将平面内的反射角在x轴上进行标记，再根据预设的地面炮检距和初始速度模型，计算不同深度的x轴方向上的反射角，并将其标记在x-z坐标系中，从而获得反射角分布图谱。
进一步，散射方位角的计算公式为：
Figure GDA0003526083560000021
其中，PM是入射慢度矢量与散射慢度矢量之和；PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量，x，y分别为以散射点为原点建立的笛卡尔坐标的x轴和y轴。
进一步，反射角的计算公式为：
Figure GDA0003526083560000022
其中，PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量。
本发明还提供了一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取系统，包括：分片模块，用于将地震数据分为若干炮检距矢量片；地面方位角计算模块，用于计算每个炮检距矢量片的地面方位角；散射方位角和反射角计算模块，用于对每一个炮检距矢量片中地震数据进行三维Kirchhoff积分叠前时间偏移，并计算出相应的散射方位角和反射角；地下散射方位角选取模块，保留与地面方位角角度一致的地下散射方位角；反射角分布图谱模块，用于根据保留的地下散射方位角在一平面内选取若干x轴，x轴用于表征发射角的角度变化，平面的法线方向为z轴，z轴用于表征地层深度变化，将反射角标记在x-z坐标系中得到反射角分布图谱；方位角道集获取模块，用于根据反射角分布图谱获得方位角道集。
进一步，散射方位角的计算公式为：
Figure GDA0003526083560000023
其中，PM是入射慢度矢量与散射慢度矢量之和；PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量，x，y分别为以散射点为原点建立的笛卡尔坐标的x轴和y轴。
进一步，反射角的计算公式为：
Figure GDA0003526083560000024
其中，PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、以炮检距矢量片道集作为输入数据体，可以大幅降低方位角的变化范围，降低计算内存，提高计算效率。2、本发明在不计算方位角和反射角的情况下，即自动退化为OVG道集偏移(OVG道集为经过OVT道集偏移后输出的共成像点道集)。
附图说明
图1是本发明一实施例中反射角分布图谱；
图2是本发明一实施例中三维Kirchhoff积分叠前时间偏移的原理示意图；
图3是本发明一实施例中的SEG-3D-各向异性模型的P波速度示意图，图3(a)为该模型的垂直P波速度，图3(b)为该模型的各向异性参数e方向的P波速度，图3(c)为该模型的各向异性参数d方向的P波速度；
图4是本发明一实施例中的SEG-3D-各向异性模型的观测系统的结构示意图；
图5是本发明一实施例中的SEG-3D-各向异性叠前时间偏移共成像点角度道集的成像结果图，图5(a)是基于原始数据提取的方位角度道集结果图；图5(b)是基于炮检距矢量片提取的方位角度道集结果图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
本实施例提供了一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取方法，包括以下步骤：
S1将地震数据分为若干炮检距矢量片。
S2计算每个炮检距矢量片的地面方位角，本步骤中计算地面方位角的方法就是根据炮检距矢量片(OVT)道集的方法进行计算的，由于该方法是本领域公知的方法，故此处不再赘述。
S3对每个炮检距矢量片中地震数据进行三维Kirchhoff积分叠前时间偏移，并计算出相应的地下散射方位角和反射角。
S4保留与地面方位角角度一致的地下散射方位角，需要说明的是此处与地面方位角角度一致并不表示必须完全一致，比如说地面方位角角度为90°，地下散射方位角为89°或91°都可以被认定为与地面方位角角度一致。即只要在可接受的误差范围内即可认定地下散射方位角与地面方位角角度一致，本实施例中优选认为可接受的误差范围为±2.5°。
S5如图1所示，根据保留的地下散射方位角在一平面内选取若干x轴，x轴用于表征发射角的角度变化，平面的法线方向为z轴，z轴用于表征地层深度变化，将步骤S3中获得的反射角标记在x-z坐标系中得到反射角分布图谱。其中，炮检距是在检测地震信号之前就已经设定的定值，初始速度模型是地震波速度传输模型，通常根据地震波传输方式在现有的模型中选择一种最接近的模型即可。反射角分布图谱通过以下方式获得：首先将平面内的反射角在x轴上进行标记，再根据预设的地面炮检距和初始速度模型，计算不同深度的x轴方向上的反射角，并将其标记在所x-z坐标系中，从而获得反射角分布图谱。根据保留的地下散射方位角在一平面内选取若干x轴的具体操作过程为：例如保留的地下散射方位角为60°、120°、180°、240°、300°和360°，则x轴就选定为一平面内60°、120°、180°、240°、300°和360°的六个轴。
S6计算每个保留的地下散射方位角对应的反射角分布图谱，获得方位角道集。
炮检距矢量片(OVT)道集是一种采用分片技术构建同时拥有炮检距和方位角信息的共反射点道集，并针对这些道集以片(TILE)为单位进行管理。一个OVT道集对应一个炮检距向量片。炮检距向量片是十字排列内一个小区域(或称数据子集)，其大小等于两相邻接收线和两相邻炮线间的区域。每个OVT片由沿炮线有限范围的炮点和沿接收线有限范围的检波点构成，这两个限定范围决定了每个OVT片的方位角和炮检距范围。因此OVT道集就是一个共方位角共偏移距道集，这种道集恰恰非常适合于三维叠前时间偏移的开展，因为叠前时间偏移的前提假设条件就是介质参数横向缓变。当该前提假设条件满足的时候，地面共方位角和地下散射方位角具有很高程度的相似性，同时地面炮检距信息和地下散射张角也具有相当的关联度。因此当基于OVT道集提取三维叠前时间偏移方位角度道集时，可以很好的根据地表方位角信息大大缩小地下散射方位角的搜索范围，同时利用地面炮检距信息有效限制地下散射张角的搜索范围。如果没有上述这种限制，那么地下构造方位角的范围是0-360度。地下构造的散射张角变化范围是-90度到+90度。这显然在内存申请和计算成本方面存在着巨大的浪费。因此基于OVT道集提取三维时间域偏移方位角度道集可以大幅节约内存和硬盘资源，缩短计算周期。
如图2所示，在三维情况下，散射点D处波的传播方向可以用入射慢度矢量Ps和散射慢度矢量PR来描述，即有描述入射与散射(包括绕射和反射)方向特征的两个角度：入射角γ(散射张角θ的一半)和散射方位角
Figure GDA0003526083560000041
(即局部入射与散射慢度所在平面的方位角)。入射慢度矢量与散射慢度矢量之和PM称为照明矢量，描述局部照明方向的两个角度：即照明矢量的倾角
Figure GDA0003526083560000042
与方位角
Figure GDA0003526083560000043
角度域共成像道集ADCIG的提取考虑了入射与散射(包括绕射和反射)方向特征的两个角度。在射线理论框架下，通过走时场的空间梯度计算得到入射角度信息。根据Kirchhoff积分炮检点走时场关系，可以分别计算炮检点走时场的梯度方向，进而得到炮检点入射方向Ps和PR，三维情况下，Ps和PR的计算公式可以表示为：
Figure GDA0003526083560000051
Figure GDA0003526083560000052
其中，Psx，Psy，Psz分别为以散射点D为原点建立的笛卡尔坐标的x轴、y轴和z轴方向上的入射慢度矢量Ps的分量，PRx，PRy，PRz分别为以散射点D为原点建立的笛卡尔坐标的x轴、y轴和z轴方向上的散射慢度矢量Ps的分量，Ts是......，TR是.......。
利用Ps和PR得到散射方位角
Figure GDA0003526083560000053
的计算公式为：
Figure GDA0003526083560000054
其中，PM是入射慢度矢量与散射慢度矢量之和；PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量，x，y分别为以散射点为原点建立的笛卡尔坐标的x轴和y轴。
利用Ps和PR得到反射角θ的计算公式为：
Figure GDA0003526083560000055
其中，PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量。
实施例二
为了方便更好的对实施例一中的方案进行说明，本实施例选用典型的SEG-3D-各向异性模型数据进行测试，来验证实施例一中方法的精度。
图3是本发明一实施例中的SEG-3D-各向异性模型的P波速度示意图，图3(a)为该模型的垂直P波速度，图3(b)为该模型的各向异性参数e方向的P波速度，图3(c)为该模型的各向异性参数d方向的P波速度。图4是本发明一实施例中的SEG-3D-各向异性模型的观测系统的结构示意图；观测系统为33条炮线，每条炮线101炮，共计3333炮(0000-3332)，每炮401*401(160801)道接收，炮间距120m，炮线间距360m,纵向和垂向道间距均为30m。4ms采样，采样时长8s。如图4所示，白色的点表示炮点位置，黑色部分表示检波点位置。图5是本发明一实施例中的SEG-3D-各向异性叠前时间偏移共成像点角度道集的成像结果图。需要指出，基于OVT道集提取方位角度道集的内存开销仅为基于原始三维叠前数据实施计算的十五分之一，计算成本仅为原来的五分之一。获得的方位角度道集则相差无几。体现了在OVT道集中获取三维时间偏移方位角度道集的优势。
实施例三
基于相同的发明构思，本实施例公开了本发明还提供了一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取系统，包括：
反射角分布图谱模块，用于根据保留的地下散射方位角在一平面内选取若干x轴，x轴用于表征发射角的角度变化，平面的法线方向为z轴，z轴用于表征地层深度变化，将反射角标记在x-z坐标系中得到反射角分布图谱；方位角道集获取模块，用于根据反射角分布图谱获得方位角道集。
其中，散射方位角的计算公式为：
Figure GDA0003526083560000061
其中，PM是入射慢度矢量与散射慢度矢量之和；PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量，x，y分别为以散射点为原点建立的笛卡尔坐标的x轴和y轴。
反射角的计算公式为：
Figure GDA0003526083560000062
PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量。
上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将地震数据分为若干炮检距矢量片；
S2计算每个所述炮检距矢量片的地面方位角；
S3对每个所述炮检距矢量片中地震数据进行三维Kirchhoff积分叠前时间偏移，并计算出相应的地下散射方位角和反射角；
S4保留与所述地面方位角角度一致的所述地下散射方位角；
S5根据保留的所述地下散射方位角在一平面内选取若干x轴，所述x轴用于表征发射角的角度变化，所述平面的法线方向为z轴，所述z轴用于表征地层深度变化，将步骤S3中获得的所述反射角标记在x-z坐标系中得到反射角分布图谱；
S6根据所述反射角分布图谱获得方位角道集；
所述反射角分布图谱通过以下方式获得：首先将所述平面内的所述反射角在x轴上进行标记，再根据预设的地面炮检距和初始速度模型，计算不同深度的x轴方向上的反射角，并将其标记在所述x-z坐标系中，从而获得反射角分布图谱。
2.如权利要求1所述的基于炮检距矢量片的方位角道集提取方法，其特征在于，所述散射方位角的计算公式为：
Figure FDA0003526083550000011
其中，PM是入射慢度矢量与散射慢度矢量之和；PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量，x，y分别为以散射点为原点建立的笛卡尔坐标的x轴和y轴。
3.如权利要求2所述的基于炮检距矢量片的方位角道集提取方法，其特征在于，所述反射角的计算公式为：
Figure FDA0003526083550000012
其中，PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量；γ是散射张角。
4.一种基于炮检距矢量片的方位角道集提取系统，其特征在于，包括：
分片模块，用于将地震数据分为若干炮检距矢量片；
地面方位角计算模块，用于计算每个所述炮检距矢量片的地面方位角；
散射方位角和反射角计算模块，用于对每一个所述炮检距矢量片中地震数据进行三维Kirchhoff积分叠前时间偏移，并计算出相应的散射方位角和反射角；
地下散射方位角选取模块，保留与所述地面方位角角度一致的所述地下散射方位角；
反射角分布图谱模块，用于根据保留的所述地下散射方位角在一平面内选取若干x轴，所述x轴用于表征发射角的角度变化，所述平面的法线方向为z轴，所述z轴用于表征地层深度变化，将步骤S3中获得的所述反射角标记在x-z坐标系中得到反射角分布图谱；
方位角道集获取模块，用于根据所述反射角分布图谱获得方位角道集；
所述反射角分布图谱通过以下方式获得：首先将所述平面内的所述反射角在x轴上进行标记，再根据预设的地面炮检距和初始速度模型，计算不同深度的x轴方向上的反射角，并将其标记在所述x-z坐标系中，从而获得反射角分布图谱。
5.如权利要求4所述的基于炮检距矢量片的方位角道集提取系统，其特征在于，所述散射方位角的计算公式为：
Figure FDA0003526083550000021
其中，PM是入射慢度矢量与散射慢度矢量之和；PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量，x，y分别为以散射点为原点建立的笛卡尔坐标的x轴和y轴。
6.如权利要求5所述的基于炮检距矢量片的方位角道集提取系统，其特征在于，所述反射角的计算公式为：
Figure FDA0003526083550000022
其中，PR是散射慢度矢量；PS是入射慢度矢量，γ是散射张角。
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