CN111505711A - 3d折射波波场偏移成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D折射波波场偏移成像方法，包括：步骤1，对由3D观测系统得到的3D地震数据进行预处理，从处理后的3D地震数据中提取3D折射波数据；步骤2，筛选提取的3D折射波数据，得到成对的3D折射波数据；步骤3，对得到的成对的3D折射波数据通过干涉窗口转换成3D虚拟反射波数据；步骤4，用转换的3D虚拟反射波数据形成标准地震格式3D虚拟反射文件；步骤5，用依据3D地震数据预先确定的3D速度深度模型，对标准地震格式3D虚拟反射文件进行3D叠前深度偏移，对3D叠前深度偏移后的成像结果进行叠后处理得到地下折射层位的图像。该方法很好的解决了3D地震数据中的弱反射信号、反射信号缺失所致的无法使用正常反射波进行成像的问题。

Description

3D折射波波场偏移成像方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探、地质学和物理学领域，尤其涉及一种3D折射波波场偏移成像方法。

背景技术

现如今地震干涉技术经常被用来进行地震数据重建，Claerbout(1968,Geophysics) 和Schuster(2009,Geophysics)分别利用格林函数对地震干涉数据重构的原理进行了解释，之后很多学者也对该技术进行了证明。

目前，地震折射波用做偏移成像的研究很少。Mallinson在2011年提出超级虚拟道集干涉技术用来增强折射波的信噪比，之后王艺豪于2019年在Geophysics杂志上提出了一种利用折射波走时曲线去地下折射层进行成像的方法。这种方法利用走时波场的延拓以及成像条件可以达到成像的目的。但是该方法的缺点在于其结果取决于走时的拾取，而且仅适用于浅层的地震数据。

2006年，张捷在SEG年会上提出了一种利用地震干涉技术对2D折射波波场进行偏移的方法。该方法对两个彼此相反的炮集进行预处理，再通过循环相关两次形成若干新的道集。利用折射体以上的速度对这些经过处理的道集进行偏移成像，就相当于利用反射波在这些折射层深度进行成像。这种方法对走时没有要求，只需要初步的走时层析速度模型，既可以被应用于传统观测系统对浅层近地表结构进行成像，也可以用于长偏移距观测系统对超深层地下层位进行成像。2019年沈杨在SEG年会上将该2D方法加以改进并在一深层、弱反射信号地区实现了超长偏移距观测数据的应用。

同时，当观测系统为长偏移距或超长偏移距时，2D和3D的地震数据往往只能接收到浅层部分的清晰记录，对于深部、距炮点很远的检波器往往只能接收到弱反射信号甚至导致反射信号缺失，而目前由于处理方式和运算量大的限制，并无法利用这样的弱反射信号、缺失反射信号进行地下层位的成像。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种3D折射波波场偏移成像方法，能解决3D地震数据中的弱反射信号、反射信号缺失所致的无法使用正常反射波进行成像的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种3D折射波波场偏移成像方法，包括：

步骤1，对通过3D观测系统得到的3D地震数据进行预处理，从预处理后的3D地震数据中提取3D折射波数据；

步骤2，对提取的所述3D折射波数据进行筛选，得到成对的3D折射波数据；

步骤3，对得到的成对的所述3D折射波数据通过干涉窗口转换成3D虚拟反射波数据；

步骤4，用转换得到的所述3D虚拟反射波数据形成标准地震格式3D虚拟反射文件；

步骤5，用依据所述3D地震数据预先确定的3D速度深度模型，对所述标准地震格式3D虚拟反射文件进行3D叠前深度偏移，对所述3D叠前深度偏移后的成像结果进行叠后处理得到地下折射层位的图像。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的3D折射波波场偏移成像方法，其有益效果为：

通过从预处理后的3D地震数据中提取3D折射波数据，再从3D折射波数据筛选得到成对的3D折射波数据，将成对的3D折射波数据通过干涉窗口转换为3D虚拟反射波数据，并应用虚拟反射波成像方法对3D虚拟反射波数据进行成像，能在控制运算量的前提下，得到准确的地下折射层位的图像。该方法很好的解决了3D地震数据中的弱反射信号、反射信号缺失所致的无法使用正常反射波进行成像的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的3D折射波波场偏移成像方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的方法中干涉窗口转换3D虚拟反射波数据的示意图；

图3为本发明实施例提供的方法中干涉转换3D虚拟反射波数据步骤31的示意图；

图4为本发明实施例提供的方法中干涉转换3D虚拟反射波数据步骤32的示意图；

图5为本发明实施例提供的方法中干涉转换3D虚拟反射波数据的结果示意图；

图6为本发明实施例提供的方法中模拟的3D速度深度模型的示意图；

图7为本发明实施例提供的方法的3D观测系统的示意图；

图8为本发明实施例提供的方法中3D折射波波场偏移成像图的切片示意图；

图9为本发明实施例提供的方法中3D折射波波场偏移成像图的切片结果示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本发明实施例提供一种3D折射波波场偏移成像方法，是针对3D地震数据开展折射波波形偏移的成像方法，能解决3D地震数据中的弱反射信号、反射信号缺失所致的无法使用正常反射波进行成像的问题，包括：

步骤1，对通过3D观测系统得到的3D地震数据进行预处理，从预处理后的3D地震数据中提取3D折射波数据；

步骤2，对提取的所述3D折射波数据进行筛选，得到成对的3D折射波数据；

步骤3，对得到的成对的所述3D折射波数据通过干涉窗口转换成3D虚拟反射波数据；

步骤4，用转换得到的所述3D虚拟反射波数据形成标准地震格式3D虚拟反射文件；

步骤5，用依据所述3D地震数据预先确定的3D速度深度模型，对所述标准地震格式3D虚拟反射文件进行3D叠前深度偏移，对所述3D叠前深度偏移后的成像结果进行叠后处理得到地下折射层位的图像。

所述方法的步骤1中，对3D地震数据进行预处理包括：

将所述3D地震数据筛选为共炮点3D地震数据，对所述共炮点3D地震数据进行坏道编辑处理，得到剔除所有坏道的共炮点3D地震数据；

以及对观测所述3D地震数据的3D观测系统进行检测，检查修正使该3D观测系统中检波器和炮点的序列号均为唯一序列号。

上述预处理后，能确保后续处理的准确性和可操作性。

所述方法的步骤2中，对提取的所述3D折射波数据进行筛选，得到成对的3D折射波数据包括：

根据3D折射波的偏移距将所述3D折射波数据筛选为多个正反互异炮集得到成对的 3D折射波数据。

参见图2，所述方法的步骤3中，对得到的成对的所述3D折射波数据进行干涉窗口转换得到3D虚拟反射波数据包括：

利用3D射线追踪对所述3D观测系统进行追踪，确定所述3D观测系统的3D折射波数据的覆盖窗口范围；

用所述覆盖窗口范围依次判断各道3D折射波数据是否需要干涉转换，若判断某道3D折射波数据未超出所述覆盖窗口范围，则确定该道3D折射波数据需要进行干涉转换成3D虚拟反射波数据的处理；若判断某道3D折射波数据超出所述覆盖窗口范围，则确定该道3D折射波数据不需要进行干涉转换处理。

参见图3、4和5，上述方法中，对已确定需要进行干涉转换的3D折射波数据进行干涉转换成3D虚拟反射波数据的处理为：

步骤31，将正向炮集中已确定需要干涉转换的每一道3D折射波数据分别与反向炮集所在位置的对应一道3D折射波数据进行干涉，然后将干涉记录保存在每一个检波器处；

步骤32，将反向炮集中已确定需要干涉转换的每一道3D折射波数据分别与该道3D折射波数据后侧的经过所述步骤31处理得到的所有干涉记录进行第二次干涉，第二次干涉后构建得到含有虚拟反射地震记录的干涉地震道集即为3D虚拟反射波数据。

通过上述的干涉窗口转换，能在保证最终成像准确性的前提下，有效减少计算量，很好的解决了3D折射波数据全部转换成3D虚拟反射波数据计算量大，用时长以及存储量大，存在的可操作性低的问题。

所述方法的步骤4中，用转换得到的所述3D虚拟反射波数据形成标准地震格式3D虚拟反射文件包括：

根据所述3D虚拟反射波数据定义对应的地震道头，将所述3D虚拟反射波数据和所述地震道头存入标准地震格式文件中形成标准地震格式3D虚拟反射文件。

参见图6，所述方法的步骤5中，依据所述3D地震数据预先确定的3D速度深度模型为：

从所述3D地震数据拾取走时信息，对所述走时信息进行3D层析成像得到3D速度深度模型。

所述方法的步骤5中，用依据所述3D地震数据预先确定的3D速度深度模型，对所述标准地震格式3D虚拟反射文件进行3D叠前深度偏移，对所述3D叠前深度偏移后的成像结果进行叠后处理得到地下折射层位的图像包括：

结合深度速度模型用3D叠前深度偏移对所述标准地震格式3D虚拟反射文件中的每一个标准地震格式数据进行偏移成像，之后对所述偏移成像进行叠加、滤波、叠后处理得到最终的地下折射层位的图像。

本发明将从预处理后3D地震数据中提取、筛选得到的成对的3D折射波数据，通过干涉转换为3D虚拟反射波数据，并应用虚拟反射波成像方法对3D虚拟反射波数据进行成像，进而能得到准确的地下折射层位的图像。该方法打破了目前折射波信号还主要停留在近地表构造反演成像，无法偏移成像的状况，有助于推动陆上3D地震成像技术的发展。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明的3D折射波波场偏移成像方法，对3D地震数据进行处理，主要包括以下步骤：

步骤1，对通过3D观测系统得到的3D地震数据进行预处理，从预处理后的3D地震数据中提取3D折射波数据；

步骤2，对提取的所述3D折射波数据进行筛选，得到成对的3D折射波数据；

步骤3，对得到的成对的所述3D折射波数据通过干涉窗口转换成3D虚拟反射波数据；

步骤4，用转换得到的所述3D虚拟反射波数据形成标准地震格式3D虚拟反射文件；

步骤5，用依据所述3D地震数据预先确定的3D速度深度模型，对所述标准地震格式3D 虚拟反射文件进行3D叠前深度偏移，对所述3D叠前深度偏移后的成像结果进行叠后处理得到地下折射层位的图像。

参见图2，上述方法的基本原理是：首先从3D地震数据中提取出对应的3D折射波数据 (可采用Lu于2014年提出的3D超级虚拟折射波增强技术对折射波进行增强，然后再对该地区的折射数据进行进一步的处理)；接着针对检波器较多的情况进行优化：根据3D射线追踪大致得到折射波所覆盖的窗口范围，利用得到的窗口范围在干涉过程中加以限制，得出在窗口范围内的各道3D折射波数据才需要干涉转换，这样就不用在干涉转换的步骤32中对后面所有的检波器进行干涉，只需对给定的窗口范围内的检波器进行干涉即可。大大加速了运算速度，减少了计算机的储存量和计算量。

参见图3、4，通过两步操作获得3D虚拟反射波数据：步骤31，首先，挑选出互异的两个正反相对炮集记录；接着将正向炮集中已确认需要干涉转换的每一道3D折射波数据分别与反向炮集处的对应一道3D折射波数据进行干涉，然后将该干涉记录暂时分配给每一个检波器；步骤32，针对反向炮集中的每一道3D折射波数据，将其分别与该道3D折射波数据之后的干涉记录(即经过步骤31得到的临时干涉记录)进行第二次干涉。进行了上述两步循环之后，在每一个检波器位置产生了一个虚拟的震源，同时，每一个虚拟道集中包含了满足物理射线的(有效的)和不满足射线条件的(无效的)虚拟反射信息，即得到的干涉转换后的3D虚拟反射波数据。对这些所有的道集进行3D叠前深度偏移和叠加便可以消除那些无效的同相轴，正确的偏移图像最终将被产生。注意，这里3D叠前深度偏移所用到的3D速度深度模型是通过3D走时层析成像得到的。

上述方法的步骤1中，3D折射波数据的预处理为：当取得3D地震数据后，先将其筛选为共炮点地震数据，接着对其进行坏道编辑等部分预处理工作；

对3D折射波数据的预处理还包括对3D观测系统的检测，具体为：对3D观测系统进行检测，排除非唯一的地震炮点、检波器的序列号，保证每一个检波器和炮点的序列号都是唯一的。在此利用理论模拟实验实施本发明的方法，图7为模拟所设置的3D观测系统。

通过对3D地震数据中不同深度的折射波进行分析以及分类，提取3D折射波数据。在本实施例采用的理论模拟实验中，在x＝1040m,y＝0m以及x＝1040m,y＝3000m处设置了2个炮点，图7中A、B点为炮点位置，其余点为检波器位置。进行了有限差分正演模拟之后，将3D地震数据中的3D折射波数据切除、提取出来。

上述方法的步骤2中，根据折射波的偏移距将3D折射波数据筛选为多个正反互异炮集得到成对的3D折射波数据，并且使相邻炮对之间含有覆盖信息，这样可以保证成像的连续性以及可靠性。在本实施例的理论模拟实验中，定义了两个互异炮点，对3D折射波数据的互异炮点筛选，在得到了3D折射波信息以及地震记录中的炮点、检波点道头信息之后，将其结合并进行炮点分配工作。

参见图2，上述方法的步骤3中，将3D折射波数据通过干涉窗口转换3D虚拟反射波数据。本步骤是本发明的核心步骤，对每一对筛选的相对炮集分别进行3D折射波转反射波处理。

考虑到折射波转换的实际工作问题，设置了如图4所示的覆盖窗口(通过3D射线追踪 3D观测系统的3D折射波得到覆盖窗口的范围)，通过覆盖窗口来判断3D折射波的覆盖范围，将未超出覆盖窗口范围的3D折射波数据确定为需要干涉转换的数据，才进行转换3D 虚拟反射波数据的处理，而超出覆盖窗口范围的3D折射波数据则确定为不需要干涉转换，这样可以减少实际的储存量与计算量，提升处理效率。

将3D折射波数据通过干涉转换成3D虚拟反射波数据的处理如图3和图4所示，具体是将折射波干涉技术分为两个步骤；步骤31，对于正向炮集，将每一道折射记录(即一道 3D折射波数据)分别与反向炮点所在位置的那一道折射记录进行干涉，然后将干涉记录保存在每一个检波器处；步骤32，针对反向炮集中的每一道折射记录，再将其分别与该道折射记录后侧的所有干涉道(即经过第一步得到的临时干涉记录)进行第二次干涉，便构建出了含有虚拟反射地震记录的干涉地震道集，即为3D虚拟反射波数据。由于3D折射波的路径与2D折射波的路径不同，因此只有满足稳定性条件的折射波才能转换为3D虚拟反射波，如图5所示。

本步骤3解决了3D折射波波场偏移的关键问题，即如何将3D地震数据中的折射波信号通过干涉构造成3D虚拟反射波数据。该方法适用于2个互异的炮点，通过干涉和偏移可以消除无效的虚拟信号，利用折射体以上的速度对这些虚拟反射信号进行偏移成像就相当于传统的反射波在这些层位深度进行成像。这种方法对走时没有要求，只需要走时层析成像得到3D速度深度模型即可。

上述方法的步骤4中，用转换得到的所述3D虚拟反射波数据形成标准地震格式3D虚拟反射文件，具体是定义3D虚拟反射波数据的地震道头文件并写入新的标准地震格式文件中(如sgy文件)。首先，需要对3D虚拟反射波数据的地震道头进行重新定义。如图5所示，经过干涉之后，每个检波器都会变为一个虚拟炮点，由于3D虚拟反射波数据与传统地震采集的道头定义存在差异，因此要按照虚拟反射波对3D地震道头进行重定义。当地震道头和3D虚拟反射波数据都准备好后，将这两部分写入同一个标准地震格式文件(如 sgy文件)中。

上述方法的步骤5中，依据所述3D地震数据预先确定的3D速度深度模型是：通过拾取 3D地震数据的走时信息进行3D层析成像后获得的速度深度模型，理论模拟的3D速度深度模型如图6所示。

用3D速度深度模型对标准地震格式3D虚拟反射文件进行3D叠前深度偏移，并对成像结果进行叠后处理得到地下折射层位图像的具体处理为：当3D虚拟反射文件和3D速度深度模型都已得到，便使用3D叠前深度偏移对3D虚拟反射文件中的每一个sgy数据进行偏移成像，并将其叠加、滤波、叠后处理得到最终的地下折射层位图像。图7所示是本实施例的理论合成数据的折射层位偏移结果。图8是x＝1040m处的切片图，从中可以看到3D折射波偏移的结果与理论结果是一致的。这是在3D地震数据中常规反射波信号缺失或者信噪比较低的情况下所做不到的工作，3D折射波数据可以通过本发明的方法用来探索地下构造。注意，此处仅展示其中一对正反互异炮集，实际操作中是在3D观测系统覆盖区域从左到右依次对多对正反互异炮集进行同样处理，最终可以叠加得到地下的三维折射层位的图像。

本发明能解决3D折射波波场偏移，针对反射波信号较弱、缺失的难题，通过本研究，预期将在近地表3D成像方面形成国际先进水平的折射波成像技术，提高目的层信噪比和分辨率，满足3D高精度成像研究的需要，推动目前3D成像技术的发展，为提升陆上 3D地震成像技术水平发挥重要作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种3D折射波波场偏移成像方法，其特征在于，包括：

步骤1，对通过3D观测系统得到的3D地震数据进行预处理，从预处理后的3D地震数据中提取3D折射波数据；

步骤2，对提取的所述3D折射波数据进行筛选，得到成对的3D折射波数据；

步骤3，对得到的成对的所述3D折射波数据通过干涉窗口转换成3D虚拟反射波数据；

步骤4，用转换得到的所述3D虚拟反射波数据形成标准地震格式3D虚拟反射文件；

步骤5，用依据所述3D地震数据预先确定的3D速度深度模型，对所述标准地震格式3D虚拟反射文件进行3D叠前深度偏移，对所述3D叠前深度偏移后的成像结果进行叠后处理得到地下折射层位的图像。

2.根据权利要求1所述的3D折射波波场偏移成像方法，其特征在于，所述方法的步骤1中，对3D地震数据进行预处理包括：

将所述3D地震数据筛选为共炮点地震数据，对所述共炮点地震数据进行坏道编辑处理，得到剔除所有坏道的共炮点3D地震数据；

以及对所述3D观测系统进行检测，检查修正使该3D观测系统中检波器和炮点的序列号均为唯一序列号。

3.根据权利要求1所述的3D折射波波场偏移成像方法，其特征在于，所述方法的步骤2中，对提取的所述3D折射波数据进行筛选，得到成对的3D折射波数据包括：

根据3D折射波的偏移距将所述3D折射波数据筛选为多个正反互异炮集得到成对的3D折射波数据，所述多个正反互异炮集中的相邻炮对之间含有覆盖信息。

4.根据权利要求1所述的3D折射波波场偏移成像方法，其特征在于，所述方法的步骤3中，对得到的成对的所述3D折射波数据通过干涉窗口转换成3D虚拟反射波数据包括：

利用3D射线追踪对所述3D观测系统进行追踪，确定所述3D观测系统的3D折射波数据的覆盖窗口范围；

用所述覆盖窗口范围依次判断各道3D折射波数据是否需要干涉转换，若判断某道3D折射波数据未超出所述覆盖窗口范围，则确定该道3D折射波数据需要进行干涉转换成3D虚拟反射波数据的处理；若判断某道3D折射波数据超出所述覆盖窗口范围，则确定该道3D折射波数据不需要进行干涉转换处理。

5.根据权利要求4所述的3D折射波波场偏移成像方法，其特征在于，所述方法中，对已确定需要进行干涉转换的3D折射波数据进行干涉转换成3D虚拟反射波数据的处理为：

步骤31，将正向炮集中已确定需要干涉转换的每一道3D折射波数据分别与反向炮集所在位置的对应一道3D折射波数据进行干涉，然后将干涉记录保存在每一个检波器处；

步骤32，将反向炮集中已确定需要干涉转换的每一道3D折射波数据分别与该道3D折射波数据后侧的经过所述步骤31处理得到的所有干涉记录进行第二次干涉，第二次干涉后构建得到含有虚拟反射地震记录的干涉地震道集即为3D虚拟反射波数据。

6.根据权利要求1所述的3D折射波波场偏移成像方法，其特征在于，所述方法的步骤4中，用转换得到的所述3D虚拟反射波数据形成标准地震格式3D虚拟反射文件包括：

根据所述3D虚拟反射波数据定义对应的地震道头，将所述3D虚拟反射波数据和所述地震道头存入标准地震格式文件中形成标准地震格式3D虚拟反射文件。

7.根据权利要求1所述的3D折射波波场偏移成像方法，其特征在于，所述方法的步骤5中，依据所述3D地震数据预先确定的3D速度深度模型为：

从所述3D地震数据拾取走时信息，对所述走时信息进行3D层析成像得到3D速度深度模型。

8.根据权利要求1或6所述的3D折射波波场偏移成像方法，其特征在于，所述方法的步骤5中，用依据所述3D地震数据预先确定的3D速度深度模型，对所述标准地震格式3D虚拟反射文件进行3D叠前深度偏移，对所述3D叠前深度偏移后的成像结果进行叠后处理得到地下折射层位的图像包括：

结合深度速度模型用3D叠前深度偏移对所述标准地震格式3D虚拟反射文件中的每一个标准地震格式数据进行偏移成像，之后对所述偏移成像进行叠加、滤波、叠后处理得到最终的地下折射层位的图像。

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