CN111538081B - 一种地震数据初至波的外推方法 - Google Patents

一种地震数据初至波的外推方法 Download PDF

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Abstract

本发明专利提出了一种地震数据初至波的外推方法。首先，在炮集的初至波周围设置时间窗；其次，将参考道和目标道的波场在炮域进行反褶积和叠加，形成虚拟波场；再次，将参考道波场与虚拟波场在检波点域进行褶积和叠加，得到超级虚拟初至波；从次，判断是否采用循环迭代；除此之外，进行初至波外推，目标道位于目标炮集的检波器排列之外；然后，依次在炮域和检波点域进行反褶积叠加及褶积叠加得到外推的超级虚拟初至波；之后，判断是否采用循环迭代。本发明能有效增强初至波能量，提高初至波信噪比，同时通过初至波外推大大增加可用初至波的数据量，为后续地震数据处理提供更丰富的信息，并能很好地用于复杂近地表条件下采集的地震数据。

Description

一种地震数据初至波的外推方法
技术领域
本发明涉及地球物理勘探地震数据处理技术领域，特别涉及一种抗噪性强的地震数据初至波外推方法。
背景技术
地震波速度参数是地震勘探中一个极为重要的物性参数，在地震勘探的各个环节中都发挥着至关重要的作用，不仅为地震数据处理和解释提供主要依据，而且它能够间接的反映地下介质构造和岩性信息。因此，如何精确求取地下介质的速度信息一直是地震勘探领域在不断深入研究的热点问题。
初至旅行时层析反演是一种稳定性好且准确高效的速度建模方法，其基于射线理论，利用地震初至波的旅行时信息反演地下介质的速度及界面形态，其反演结果可用于分析不同的岩性分界面，显示地下异常体的位置和规模，识别陡坎、断裂构造等。然而，初至旅行时层析反演的精度与初至拾取质量和射线密度有直接关系，而初至拾取与地震数据的信噪比、各地震道之间的波形变化、近地表条件等有密切关系，在复杂地形条件下，常规初至拾取方法难以获得高精度的初至拾取结果以及数目丰富的高质量初至信息。
复杂近地表问题一直是地震勘探所面临的一大难题，如山地、沙漠、戈壁、山前带、黄土塬等地区存在地表条件复杂、地形起伏剧烈、近地表速度横向差异大等问题，使得静校正问题非常突出，如果处理不好会严重影响到偏移成像等后续地震数据处理的结果。然而，常规的静校正方法很难满足地表条件复杂地区的高精度静校正要求。与传统静校正方法相比，初至旅行时层析反演技术不受地表及近地表结构变化的约束，可以构建准确的近地表速度模型，能较好地解决静校正问题，具有明显优势。
因此，随着地震勘探精度要求的不断提高，为更好地解决复杂地表地震勘探问题，需要一种能够提高初至波质量并能增加初至波有效信息的技术手段，更好地满足初至旅行时层析反演需要尽可能多的数据量的特点，使得初至旅行时层析反演能够建立更精细、更接近实际地下情况的速度模型，为地震勘探数据处理和解释提供高精度的速度信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高初至波信噪比并对初至波进行外推的有效技术手段，一方面可以解决复杂地表条件下初至拾取精度低的问题，另一方面通过外推的初至波为初至旅行时层析反演提供更丰富的信息，从而建立更精细的速度模型。
为实现本发明的上述目的，采取以下步骤：
(1)、在原始炮集的初至波周围设置时间窗口，截取包含初至波的波场；
其中，时间窗口长度为包含预期初至的两到三个周期。
(2)、对于震源位于X的目标炮，取参考道G(A|X)和目标道G(B|X)，G(A|X)代表震源位于X且在检波器A记录的波场，在傅里叶域，忽略掉振幅项，可表示为
Figure GDA0002850388330000021
其中，ω是角频率，τXA代表初至波旅行时，类似地，G(B|X)代表震源位于X且在检波器B记录的波场，
Figure GDA0002850388330000022
(3)、在炮域内，将波场G(A|X)和波场G(B|X)进行反褶积，并将每个稳相震源处的反褶积结果叠加，形成检波器A与B之间的虚拟波场G(B|A)vir，在远场近似条件下，计算公式为：
Figure GDA0002850388330000023
其中，k是波数，Ns是对于检波器A和B而言的稳相震源数目，*代表复共轭，ε为正则化参数；
其中，正则化参数ε通常取一个很小的数值，可取为平均谱功率的百分数，例如平均谱功率的1％。
(4)、在检波点域内，将波场G(A|X)与虚拟波场G(B|A)vir进行褶积，并将每个稳相检波器处的褶积结果叠加，得到震源在X处且在检波器B重构的超级虚拟初至波，计算公式为：
Figure GDA0002850388330000031
其中，Ng是稳相检波点数目；
(5)、根据超级虚拟初至波的质量决定是否采用循环迭代处理，如果初至波仍难以拾取，使用步骤(4)的输出作为新的输入，并重复步骤(3)和步骤(4)，直到超级虚拟初至波的信噪比可被接受；
(6)、对目标炮集所对应的检波器排列中的所有道集都重复步骤(2)到步骤(5)，重构出目标炮集的超级虚拟初至波；
(7)、对震源位于X的目标炮集的初至波进行外推，选取震源位于Y的某炮，取参考道G(A|Y)和目标道G(C|Y)，其中，G(A|Y)的检波器位置A位于目标炮集的检波器排列之内，而G(C|Y)的检波器位置C位于目标炮集的检波器排列之外；
(8)、在炮域内，将波场G(A|Y)和波场G(C|Y)进行反褶积，并将每个稳相震源处的反褶积结果叠加，形成检波器A和检波器C之间的虚拟波场G(C|A)vir，在远处近似条件下，计算公式为：
Figure GDA0002850388330000032
其中，Ns是对于检波器A和C而言的稳相震源数目；
其中，正则化参数ε通常取一个很小的数值，可取为平均谱功率的百分数，例如平均谱功率的1％。
(9)、在检波点域内，将波场G(A|X)与虚拟波场G(C|A)vir做褶积计算，并将每个稳相检波器处的褶积结果叠加，得到震源在X处且在检波器C重构的外推超级虚拟初至波，计算公式为：
Figure GDA0002850388330000033
(10)、根据外推超级虚拟初至波的质量决定是否采用循环迭代处理，如果初至波仍难以拾取，使用步骤(9)的输出作为新的输入，并重复步骤(8)和步骤(9)，直到超级虚拟初至波的信噪比可被接受；
(11)、对目标炮集所对应的检波器排列之外所有可进行外推的道集都重复步骤(7)到步骤(10)，外推出目标炮集的超级虚拟初至波；
(12)、对目标炮集联合步骤(6)和步骤(11)的结果，基于步骤(6)重构出的超级虚拟初至波，向远偏移距方向追加步骤(11)外推出的超级虚拟初至波，构成该目标炮经重构及外推后的超级虚拟初至波。
正则化参数ε通过以下方法进行确定：对目标炮集取平均功率谱的不同百分数作为正则化参数得到超级虚拟初至波，然后将取得效果最好的正则化参数用于所有炮集的超级虚拟初至波的计算。
本发明的有益效果在于：能有效增强初至波的能量，提高初至波的信噪比，大大增加易被识别初至波的数量，通过初至波外推进一步扩展初至波的可用数据，不但可以为后续的初至拾取提供质量更高、更易拾取的初至波，还能急剧增加初至旅行时拾取的数据量，从而为复杂近地表条件下的静校正及初至旅行时层析反演提供有力依据，具有很好的技术价值，实际应用中，更具有普遍性。
附图说明
图1是本发明一种地震数据初至波的外推方法一个实施例的复杂起伏地表地质模型图。
图2是本发明一种地震数据初至波的外推方法一个实施例的低信噪比地震单炮数据。
图3是本发明一种地震数据初至波的外推方法一个实施例的经重构及外推后的超级虚拟初至波结果。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。
一种地震数据初至波的外推方法，对于图1所示的复杂起伏地表地质模型情况下记录的图2中的低信噪比地震炮集数据，包括如下步骤：
(1)、在原始炮集的初至波周围设置时间窗口，截取包含初至波的波场。
时间窗口长度为包含预期初至的两到三个周期。
(2)、对于震源位于X的目标炮，取参考道G(A|X)和目标道G(B|X)，G(A|X)代表震源位于X且在检波器A记录的波场，在傅里叶域，忽略掉振幅项，可表示为
Figure GDA0002850388330000051
其中，ω是角频率，τXA代表初至波旅行时，类似地，G(B|X)代表震源位于X且在检波器B记录的波场，
Figure GDA0002850388330000052
(3)、在炮域内，将波场G(A|X)和波场G(B|X)进行反褶积，并将每个稳相震源处的反褶积结果叠加，形成检波器A与B之间的虚拟波场G(B|A)vir，在远场近似条件下，计算公式为：
Figure GDA0002850388330000053
其中，k是波数，Ns是对于检波器A和B而言的稳相震源数目，*代表复共轭，ε为正则化参数。
正则化参数ε通常取一个很小的数值，可取为平均谱功率的百分数，例如平均谱功率的1％。
(4)、在检波点域内，将波场G(A|X)与虚拟波场G(B|A)vir进行褶积，并将每个稳相检波器处的褶积结果叠加，得到震源在X处且在检波器B重构的超级虚拟初至波，计算公式为：
Figure GDA0002850388330000054
其中，Ng是稳相检波点数目。
(5)、根据超级虚拟初至波的质量决定是否采用循环迭代处理，如果初至波仍难以拾取，使用步骤(4)的输出作为新的输入，并重复步骤(3)和步骤(4)，直到超级虚拟初至波的信噪比可被接受。
(6)、对目标炮集所对应的检波器排列中的所有道集都重复步骤(2)到步骤(5)，重构出目标炮集的超级虚拟初至波。
(7)、对震源位于X的目标炮集的初至波进行外推，选取震源位于Y的某炮，取参考道G(A|Y)和目标道G(C|Y)，其中，G(A|Y)的检波器位置A位于目标炮集的检波器排列之内，而G(C|Y)的检波器位置C位于目标炮集的检波器排列之外。
(8)、在炮域内，将波场G(A|Y)和波场G(C|Y)进行反褶积，并将每个稳相震源处的反褶积结果叠加，形成检波器A和检波器C之间的虚拟波场G(C|A)vir，在远处近似条件下，计算公式为：
Figure GDA0002850388330000061
其中，Ns是对于检波器A和C而言的稳相震源数目。
正则化参数ε通常取一个很小的数值，可取为平均谱功率的百分数，例如平均谱功率的1％。
(9)、在检波点域内，将波场G(A|X)与虚拟波场G(C|A)vir做褶积计算，并将每个稳相检波器处的褶积结果叠加，得到震源在X处且在检波器C重构的外推超级虚拟初至波，计算公式为：
Figure GDA0002850388330000062
(10)、根据外推超级虚拟初至波的质量决定是否采用循环迭代处理，如果初至波仍难以拾取，使用步骤(9)的输出作为新的输入，并重复步骤(8)和步骤(9)，直到超级虚拟初至波的信噪比可被接受。
(11)、对目标炮集所对应的检波器排列之外所有可进行外推的道集都重复步骤(7)到步骤(10)，外推出目标炮集的超级虚拟初至波。
(12)、对目标炮集联合步骤(6)和步骤(11)的结果，基于步骤(6)重构出的超级虚拟初至波，向远偏移距方向追加步骤(11)外推出的超级虚拟初至波，构成该目标炮经重构及外推后的超级虚拟初至波。
正则化参数ε通过以下方法进行确定：对目标炮集取平均功率谱的不同百分数作为正则化参数得到超级虚拟初至波，然后将取得效果最好的正则化参数用于所有炮集的超级虚拟初至波的计算。
图3是利用本发明技术得到的经重构及外推后的超级虚拟初至波结果。可见，与原始低信噪比地震单炮数据相比(图2)，本发明公开的一种地震数据初至波的外推方法，能够在提高初至波信噪比的同时有效进行初至波的外推，大大增加可用初至波的数据量，本实施例中，外推后有效初至波的数目增加了近一倍，并能很好地用于复杂近地表条件下采集的地震数据，不但可以为后续利用初至波信息进行静校正等地震数据处理奠定良好的基础，还能为初至旅行时层析反演提供有力依据以及更加丰富的可用数据。
对上述实施例的多种修改和变更对于本技术领域的技术人员来说都是显而易见的，本发明的实施例并不用以限制本发明，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种地震数据初至波外推方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)、在原始炮集的初至波周围设置时间窗口，截取包含初至波的波场；
(2)、对于震源位于X的目标炮，取参考道G(A|X)和目标道G(B|X)，G(A|X)代表震源位于X且在检波器A记录的波场，在傅里叶域，忽略掉振幅项，可表示为
Figure FDA0002850388320000011
其中，ω是角频率，τXA代表初至波旅行时，类似地，G(B|X)代表震源位于X且在检波器B记录的波场，
Figure FDA0002850388320000012
(3)、在炮域内，将波场G(A|X)和波场G(B|X)进行反褶积，并将每个稳相震源处的反褶积结果叠加，形成检波器A与B之间的虚拟波场G(B|A)vir，在远场近似条件下，计算公式为：
Figure FDA0002850388320000013
其中，k是波数，Ns是对于检波器A和B而言的稳相震源数目，*代表复共轭，ε为正则化参数；
(4)、在检波点域内，将波场G(A|X)与虚拟波场G(B|A)vir进行褶积，并将每个稳相检波器处的褶积结果叠加，得到震源在X处且在检波器B重构的超级虚拟初至波，计算公式为：
Figure FDA0002850388320000014
其中，Ng是稳相检波点数目；
(5)、根据超级虚拟初至波的质量决定是否采用循环迭代处理，如果初至波仍难以拾取，使用步骤(4)的输出作为新的输入，并重复步骤(3)和步骤(4)，直到超级虚拟初至波的信噪比可被接受；
(6)、对目标炮集所对应的检波器排列中的所有道集都重复步骤(2)到步骤(5)，重构出目标炮集的超级虚拟初至波；
(7)、对震源位于X的目标炮集的初至波进行外推，选取震源位于Y的某炮，取参考道G(A|Y)和目标道G(C|Y)，其中，G(A|Y)的检波器位置A位于目标炮集的检波器排列之内，而G(C|Y)的检波器位置C位于目标炮集的检波器排列之外；
(8)、在炮域内，将波场G(A|Y)和波场G(C|Y)进行反褶积，并将每个稳相震源处的反褶积结果叠加，形成检波器A和检波器C之间的虚拟波场G(C|A)vir，在远处近似条件下，计算公式为：
Figure FDA0002850388320000021
其中，Ns是对于检波器A和C而言的稳相震源数目；
(9)、在检波点域内，将波场G(A|X)与虚拟波场G(C|A)vir做褶积计算，并将每个稳相检波器处的褶积结果叠加，得到震源在X处且在检波器C重构的外推超级虚拟初至波，计算公式为：
Figure FDA0002850388320000022
(10)、根据外推超级虚拟初至波的质量决定是否采用循环迭代处理，如果初至波仍难以拾取，使用步骤(9)的输出作为新的输入，并重复步骤(8)和步骤(9)，直到超级虚拟初至波的信噪比可被接受；
(11)、对目标炮集所对应的检波器排列之外所有可进行外推的道集都重复步骤(7)到步骤(10)，外推出目标炮集的超级虚拟初至波；
(12)、对目标炮集联合步骤(6)和步骤(11)的结果，基于步骤(6)重构出的超级虚拟初至波，向远偏移距方向追加步骤(11)外推出的超级虚拟初至波，构成该目标炮经重构及外推后的超级虚拟初至波。
2.如权利要求1所述的地震数据初至波外推方法，其特征在于步骤(1)所述的时间窗口长度为包含预期初至的两到三个周期。
3.如权利要求1所述的地震数据初至波外推方法，其特征在于步骤(3)和步骤(8)中所述的正则化参数ε通过以下方法进行确定：对目标炮集取平均功率谱的不同百分数作为正则化参数得到超级虚拟初至波，然后将取得效果最好的正则化参数用于所有炮集的超级虚拟初至波的计算。
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