CN112346123B - 一种地震数据处理via双参数分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种地震数据处理VIA双参数分析方法，包括：布置地震数据采集观测系统，包括设置炮点、检波点的位置以及二者的排列关系，利用地震数据采集观测系统采集地震数据，并设置地震波传播相关参数；计算VIA双参数分析方法的变换方程；通过上述变换方程，计算生成速度分析界面包括(1)生成速度谱，用于速度分析估算速度参数值；(2)将t转换为t0，实现地震数据成像，获得叠加能量剖面；生成入射角扫描道集，分析估算不同位置、不同成像时间参与计算的入射角参数值范围。

Description

一种地震数据处理VIA双参数分析方法
技术领域
本发明涉及地震数据处理技术领域，特别涉及一种地震数据处理VIA双参数分析方法。
背景技术
在地震数据处理过程中，有多种零偏移距成像和速度分析方法。
在几乎所有地震数据处理系统赖以为基础的共中心点(CMP)方法中，CMP速度VCMP其实只是一个信号叠加参数，没有地质意义，这是因为所有实际数据远不是理想的水平层状均匀介质，而只有在水平层状均匀介质的情况下才能得到合理的均方根速度VRMS。反射界面的稍微倾斜或者出现速度非均质性，都会导致VCMP的急剧变化。
还有其它一些得到零偏移距成像剖面的方法，如倾角时差校正(DMO)叠加、共反射面元(CRS)叠加和多聚焦(MF)成像等，这些方法都是经过各自不同的变换进行时距曲线叠加。但是，时距曲线的反射信号属于反射界面上的不同点。
利用不同方法求得的零偏移距成像速度，它们往往都与地下反射界面的倾角和偏移距有关，这就不可避免地导致这些方法得到的是等效速度，与真正的均方根速度vrms存在差别，有些差别很大。众所周知，根据等效速度只有在一种情况下能够得到正确的层速度，那就是理想水平层状均匀介质。对于具有倾向倾角各异的若干反射界面等复杂地质情况来说，不管用哪种方法，得到的速度的准确性更低，这个速度往往只是一个叠加参数，没有实际地质意义，这势必影响零偏移距成像的准确性，无法实现真正意义上的共反射点零偏移距成像，获得真正的零偏移距时间剖面。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种地震数据处理VIA双参数分析方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种地震数据处理VIA双参数分析方法，包括如下步骤：
步骤S1，布置地震数据采集观测系统，包括设置炮点、检波点的位置以及二者的排列关系，利用地震数据采集观测系统采集地震数据，并设置地震波传播相关参数，其中，所述地震波传播相关参数，包括：炮点S坐标为xs，检波点R坐标为xr，l为炮点S与检波点R之间的距离，即偏移距为l＝xr-xs，v为均匀各向同性介质中的传播速度，l0表示反射点O处反射界面的法线在地面出射点C与炮点的距离，地震波入射角和反射角相等，用β表示，θ为反射点O处反射界面的倾角；
步骤S2，通过炮点S、检波点R和反射点O构建一个圆，对于圆上每一个反射点，入射线和反射线之间的夹角固定不变，在每个反射点处做角平分线，该角平分线即为反射点处反射界面的法线，所有法线相交于一点，该交点为极点；
令t表示地震波沿入射波射线的旅行时t1和反射波射线的旅行时t2的总旅行时。t0表示法向射线OC段的双程旅行时。令
Figure GDA0003476906680000021
表示法向射线延长到P点即OP段对应的双程旅行时，v表示地震波速度。l表示炮点S与检波点R之间的距离，l0表示反射点O处反射界面的法线在SR上的出射点C与炮点S的距离；计算的VIA双参数分析方法的变换方程为：
Figure GDA0003476906680000022
步骤S3，通过上述变换方程，计算生成速度分析界面，速度分析界面包括速度谱和叠加能量剖面，通过速度分析获得速度值。(1)生成速度谱；速度谱用于速度分析估算速度参数值；(2)将t转换为t0，实现地震数据的展开等时线的相应振幅的绝对值叠加，获得叠加能量剖面，该剖面可以确定主要地层的层数和大致位置，用于辅助进行速度分析。
步骤S4，根据步骤S3得到的速度，通过步骤S2的变换方程进行入射角扫描地震数据成像，生成入射角扫描道集；
步骤S5，根据步骤S4得到的入射角扫描道集，分析估算不同位置、不同成像时间参与计算的入射角参数值范围。
进一步，在所述步骤S2中，所述计算的VIA双参数分析方法的变换方程，包括如下步骤:
已知如下数学关系：
Figure GDA0003476906680000031
由圆的性质，有如下关系式：
Figure GDA0003476906680000032
把(2)中的关系代入(1),得到:
Figure GDA0003476906680000033
通过计算可以求取圆的直径d：
d＝l/(2 sin 2β) (4)
进而可以推出如下关系式，
Figure GDA0003476906680000034
利用公式(1)-(4)，可以推出
Figure GDA0003476906680000035
结合椭圆展开变换方程，有
Figure GDA0003476906680000036
公式(6)和(7)联立,可以推出
Figure GDA0003476906680000037
进一步可以推出v和β双参数关系式：
Figure GDA0003476906680000038
进一步，在所述步骤S2中，进一步采用参数展开共反射点叠加成像方式，所有展开等时线，当双参数正确时，等时线具有公切点，形成同相叠加；这些等时线上除公切点以外的其它部分相互干涉形成变换噪音。
进一步，θ为法向射线与垂向线的夹角。
根据本发明实施例的地震数据处理VIA双参数分析方法，基于VIA双参数零偏移距成像原理，估算制作用于速度分析的能量剖面和速度谱，以及用于入射角分析的入射角扫描分析道集，通过分析估算获得参数速度和入射角，最终实现双参数零偏移距成像。该方法没有地下反射层为水平的假设前提条件，地下反射层可以倾斜或弯曲。该方法不止可以估算获得速度参数值，还可以估算获得入射角参数值，这样该方法就消除了传统单一速度分析方法估算的速度与实际地震波射线速度不同导致的零偏移距成像计算误差，是一种全新的参数分析方法。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的地震数据处理VIA双参数分析方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的地震波传播路径示意图；
图3为根据本发明实施例的地震数据处理VIA双参数分析原理图；
图4为根据本发明实施例的某简单地质构造模型的示意图；
图5为根据本发明实施例的地震数据处理VIA双参数分析速度分析界面图；
图6为根据本发明实施例的CDP414处地震数据处理VIA双参数分析入射角扫描分析示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种地震数据处理VIA双参数分析方法，考虑入射角和速度两个参数进行零偏移距成像，修正仅使用速度一个参数进行零偏移距成像时的不聚焦现象，提高成像质量。
如图1所示，本发明实施例的地震数据处理VIA双参数分析方法，包括如下步骤：
步骤S1，布置地震数据采集观测系统，包括设置炮点、检波点的位置以及二者的排列关系，利用地震数据采集观测系统采集地震数据，并设置地震波传播相关参数，其中，地震波传播相关参数，包括：炮点S坐标为xs，检波点R坐标为xr，l为炮点S与检波点R之间的距离，即偏移距为l＝xr-xs，v为均匀各向同性介质中的传播速度，l0表示反射点O处反射界面的法线在地面出射点C与炮点的距离，地震波入射角和反射角相等，用β表示，θ为反射点O处反射界面的倾角；θ为法向射线与垂向线的夹角。当反射波速度与入射波速度相等时,地震波传播路径如图2所示。
步骤S2，通过炮点S、检波点R和反射点O构建一个圆，对于圆上每一个反射点，入射线和反射线之间的夹角固定不变，在每个反射点处做角平分线，该角平分线即为反射点处反射界面的法线，所有法线相交于一点，该交点为极点；
令t表示地震波沿入射波射线的旅行时t1和反射波射线的旅行时t2的总旅行时。t0表示法向射线OC段的双程旅行时。令
Figure GDA0003476906680000051
表示法向射线延长到P点即OP段对应的双程旅行时，v表示地震波速度。l表示炮点S与检波点R之间的距离，l0表示反射点O处反射界面的法线在SR上的出射点C与炮点S的距离；计算的VIA双参数分析方法的变换方程为：
Figure GDA0003476906680000052
如图3所示，设置炮点S、检波点R，其位置坐标已知。它们对应地下某任意反射地层上的一个反射点O，三者满足地震波反射定律。O处相应地层倾角为θ。下面推导用于零偏移距成像双参数分析的变换方程。炮点S、检波点R和反射点O三点确定一个圆。根据反射定律，在O点处作反射界面的法线OC，其在炮检点连线SR上的出露点为C，与圆的交点为P。OC即入射波射线SO和反射波射线OR的夹角的角平分线，将角∠SOR分为入射角和反射角，二者相等，记为β。C点即为反射点O对应的零偏移距成像道的地表位置。
该圆具有很好的几何性质：该圆可以看作是一组可能反射点的轨迹，对于该圆上的每一个反射点，入射线和反射线之间的夹角固定不变；在每个反射点处作角平分线，该角平分线即是各个反射点处反射界面的法线，所有的法线都恰巧相交于点P，P点也是圆和纵向垂直的直径的交点，称之为极点；该圆的圆心位于SR线段的中垂线上。
具体的，计算的地震数据处理VIA双参数分析方法的变换方程，包括如下步骤:
已知如下数学关系：
Figure GDA0003476906680000061
由圆的性质，有如下关系式：
Figure GDA0003476906680000062
把(2)中的关系代入(1),得到:
Figure GDA0003476906680000063
通过计算可以求取圆的直径d：
d＝l/(2 sin 2β) (4)
进而可以推出如下关系式，
Figure GDA0003476906680000064
利用公式(1)-(4)，可以推出
Figure GDA0003476906680000065
结合椭圆展开变换方程，有
Figure GDA0003476906680000066
公式(6)和(7)联立,可以推出
Figure GDA0003476906680000067
进一步可以推出v和β双参数关系式：
Figure GDA0003476906680000068
公式(9)是地震数据处理VIA双参数分析的变换方程，该方程中含有速度和入射角两个参数，绝对准确，通过该方程，可以实现双参数分析，估算拾取速度和入射角，用于零偏移距成像。
步骤S3，通过上述变换方程，计算生成速度分析界面，速度分析界面包括速度谱和叠加能量剖面，通过速度分析获得速度值。
(1)生成速度谱；速度谱用于速度分析估算速度参数值；
(2)将t转换为t0，实现地震数据的展开等时线的相应振幅的绝对值叠加，获得叠加能量剖面，该剖面可以确定主要地层的层数和大致位置，用于辅助进行速度分析。
步骤S4，根据步骤S3得到的速度，通过步骤S2的变换方程进行入射角扫描地震数据成像，生成入射角扫描道集；
步骤S5，根据步骤S4得到的入射角扫描道集，分析估算不同位置、不同成像时间参与计算的入射角参数值范围。
图4为某简单地质构造模型，模型宽10km，深5km，地下有5个反射地层，1个地质异常体。将层位按照从上到下排列，分别编号为h1，h2，h3，h4，h5。其中h4层为一个低速地质异常体。表1为图4地质构造模型中各地层的速度和密度介质参数表。地震正演采集时检波器之间的距离为20m，所以叠加剖面横向尺度上的道间距为10m。
图5和图6为图4的地质构造模型的本方法处理结果。其中图5为速度分析界面，左图为叠加能量剖面与零偏移距成像剖面的叠合显示，从浅至深，无论是低倾角地层还是陡倾角地层，二者吻合一致，各反射层能量集中，层位展布与原始模型一致。右图为速度谱，用于速度分析估算速度参数值，速度谱上各地层的相应能量团能量聚焦，对应的速度与相应位置的均方根速度一致。图6为入射角扫描分析示意图，通过该扫描道集可以分析估算不同位置、不同成像时间参与计算的入射角参数值范围，以获得较为理想的零偏移距成像剖面等处理结果。
表1
P波速度 S波速度 密度
h1层 2000 1154.73 1538.1
h2层 2800 1616.63 2252.1
h3层 3500 2020.79 2381.31
h4层 2400 1385.68 2166.96
h5层 4200 2424.94 2492.36
综上，本发明的地震数据处理VIA双参数分析方法，采用参数展开共反射点叠加成像方式，所有展开等时线，当速度和入射角正确时，等时线具有公切点，形成同相叠加；这些等时线上除公切点以外的其它部分相互干涉形成变换噪音。
具体来说，通过采用VIA双参数零偏移距叠加成像方式，尤其构造顶部叠加成像时间反映的埋深与实际地质模型设计深度一致。
通过进行(v,β)双参数分析和共反射点零偏移距叠加成像，既可以解决识别信号的问题，使成像准确清晰，同时又得到了比较准确的法线速度和入射角。并且界面的倾角和曲率对叠加成像没有影响。叠加成像是由于所有展开等时线，当双参数正确时，等时线具有公切点，形成同相叠加；而这些等时线上除公切点以外的其它部分相互干涉形成变换噪音。它比传统偏移方法的优势在于，VIA双参数成像算子是t0域算子，较之于传统偏移方法的算子要窄的多，从而成像更加准确。
根据本发明实施例的地震数据处理VIA双参数分析方法，基于地震数据处理VIA双参数成像原理，估算制作用于速度分析的能量剖面和速度谱，以及用于入射角分析的入射角扫描分析道集，通过分析估算获得参数速度和入射角，最终实现双参数零偏移距成像。该方法没有地下反射层为水平的假设前提条件，地下反射层可以倾斜或弯曲。该方法不止可以估算获得速度参数值，还可以估算获得入射角参数值，这样该方法就消除了传统单一速度分析方法估算的速度与实际地震波射线速度不同导致的零偏移距成像计算误差，是一种全新的参数分析方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (3)

1.一种地震数据处理VIA双参数分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，布置地震数据采集观测系统，包括设置炮点、检波点的位置以及二者的排列关系，利用地震数据采集观测系统采集地震数据，并设置地震波传播相关参数，其中，所述地震波传播相关参数，包括：炮点S坐标为xs，检波点R坐标为xr，l为炮点S与检波点R之间的距离，即偏移距为l＝xr-xs，v为均匀各向同性介质中的传播速度，l0表示反射点O处反射界面的法线在地面出射点C与炮点的距离，地震波入射角和反射角相等，用β表示，θ1为反射点O处反射界面的倾角；
步骤S2，通过炮点S、检波点R和反射点O构建一个圆，对于圆上每一个反射点，入射线和反射线之间的夹角固定不变，在每个反射点处做角平分线，该角平分线即为反射点处反射界面的法线，所有法线相交于一点，该交点为极点；
令t表示地震波沿入射波射线的旅行时t1和反射波射线的旅行时t2的总旅行时；t0表示法向射线OC段的双程旅行时；令
Figure FDA0003881818300000011
表示法向射线延长到P点即OP段对应的双程旅行时，v表示地震波速度；l表示炮点S与检波点R之间的距离，l0表示反射点O处反射界面的法线在SR上的出射点C与炮点S的距离；计算的VIA双参数分析方法的变换方程为：
Figure FDA0003881818300000012
所述计算的VIA双参数分析方法的变换方程，包括如下步骤:
已知如下数学关系：
Figure FDA0003881818300000013
由圆的性质，有如下关系式：
Figure FDA0003881818300000014
把(2)中的关系代入(1),得到:
Figure FDA0003881818300000021
通过计算可以求取圆的直径d：
d＝l/(2sin2β)(4)
进而可以推出如下关系式，
Figure FDA0003881818300000022
利用公式(1)-(4)，可以推出
Figure FDA0003881818300000023
结合椭圆展开变换方程，有
Figure FDA0003881818300000024
公式(6)和(7)联立,可以推出
Figure FDA0003881818300000025
进一步可以推出v和β双参数关系式：
Figure FDA0003881818300000026
步骤S3，通过上述变换方程，计算生成速度分析界面，速度分析界面包括速度谱和叠加能量剖面，通过速度分析获得速度值；(1)生成速度谱；速度谱用于速度分析估算速度参数值；(2)将t转换为t0，实现地震数据的展开等时线的相应振幅的绝对值叠加，获得叠加能量剖面，该剖面可以确定主要地层的层数和大致位置，用于辅助进行速度分析；
步骤S4，根据步骤S3得到的速度，通过步骤S2的变换方程进行入射角扫描地震数据成像，生成入射角扫描道集；
步骤S5，根据步骤S4得到的入射角扫描道集，分析估算不同位置、不同成像时间参与计算的入射角参数值范围。
2.如权利要求1所述的地震数据处理VIA双参数分析方法，其特征在于，在所述步骤S2中，进一步采用参数展开共反射点叠加成像方式，所有展开等时线，当双参数正确时，等时线具有公切点，形成同相叠加；其它等时线相互干涉形成变换噪音。
3.如权利要求1所述的地震数据处理VIA双参数分析方法，其特征在于，设θ2为法向射线与垂向线的夹角，其中，θ2＝θ1。
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