CN113075735B - 基于直斜缆的速度拾取方法和装置 - Google Patents

基于直斜缆的速度拾取方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于直斜缆的速度拾取方法和一种基于直斜缆的速度拾取装置，属于地震勘探技术领域。所述方法包括：获取通过直斜缆采集的CMP道集数据；将所述CMP道集数据中的每一道数据拟合成时距双曲线；计算每一道数据对应的时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')；将每一时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')代入等式中，计算得到所述每一道数据对应的均方根速度v；将对应的t0'代入等式中，计算得到每一均方根速度v对应的传播时间t0，得到每一道数据对应的时间‑速度对(v，t0)，其中，θ为CMP道集数据采集过程中直斜缆的倾斜角。本发明在保证同相轴能够同向叠加，拓宽频带的同时，简化了拾取方法的步骤，能够直观快速、有效的完成直斜缆的速度拾取。

Description

基于直斜缆的速度拾取方法和装置
技术领域
本发明涉及地震勘探技术领域，具体地涉及一种基于直斜缆的速度拾取方法、一种基于直斜缆的速度拾取装置、一种计算机设备及一种机器可读存储介质。
背景技术
现有的速度分析技术常运用到叠加速度分析原理，叠加速度分析的基本思想是给定一系列速度值，分别对CMP道集动校叠加，叠加道能量为速度的函数，当试验速度与时距曲线中含有的速度相同时，动校正后剩余时差为零，叠加能量最强，检测叠加能量最强时对应的动校正速度称为最佳叠加速度，即该速度分析为叠加速度分析。叠加速度分析是建立在双曲线时距方程的基础之上进行的速度分析，因此有以下结论：对单层模型反射波，求取的叠加速度为层速度；对水平多层介质模型，求取的叠加速度为均方根速度；对倾斜多层介质模型，求取的叠加速度为等效速度。叠加速度计算过程中，会使用到反射波到达接收点的时间，此时，会有反射波存在，且叠加能量也是以反射波为依据，因此从原理上讲，叠加速度分析存在一个多道信号的最佳估计问题。
在数据采集时，采用斜缆采集能够很好的压制虚反射，达到拓宽频带的作用，对于中深层采集有一定的优势，在海上拖缆采集中扮演着重要角色，其中，直斜缆是斜缆采集最常用的缆型，然而斜缆采集在拓宽频带的同时，速度拾取的处理的难度也逐渐增大，用常规处理方法进行速度分析和动校正无法将斜缆数据的同相轴校平，如果该问题无法解决，同相轴无法同向叠加，反而分辨率会下降，拓频增加分辨率将得不偿失。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种基于直斜缆的速度拾取方法和装置，以至少解决上述的同相轴无法同向叠加，速度拾取的处理难度大的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于直斜缆的速度拾取方法，所述方法包括：
获取通过直斜缆采集的CMP道集数据；
将所述CMP道集数据中的每一道数据拟合成时距双曲线；
计算每一道数据对应的时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')；
将每一时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')代入等式中，计算得到所述每一道数据对应的均方根速度v；将对应的t0'代入等式/>中，计算得到每一均方根速度v对应的传播时间t0，得到每一道数据对应的时间-速度对(v，t0)，其中，θ为CMP道集数据采集过程中直斜缆的倾斜角。
可选的，所述将所述CMP道集数据中的每一道数据拟合成时距双曲线，包括：
建立通过平缆采集的CMP道集数据的双曲线标准形式；
基于所述双曲线标准形式通过初等变换得到所述CMP道集数据中的每一道数据的直斜缆的时距双曲线。
可选的，所述建立通过平缆采集的CMP道集数据的双曲线标准形式，包括：
在CMP道集数据采集过程中，设上行波旅行时为t，得到等式：
其中，H为反射界面深度，Zs为震源沉放深度，Zr为检波点沉放深度，x为偏移距，v为均方根速度，表示零偏移距情况下的波传播时间；
则所述双曲线标准形式为：
其中，对于平缆：Zr为常数，t0为常数。
可选的，所述基于所述双曲线标准形式通过初等变换得到所述CMP道集数据中的每一道数据的直斜缆的时距双曲线，包括：
对于直斜缆，以Zr作为偏移距x的函数，设为Zr(x)＝kx+b，得到设最小偏移距为s，缆长的水平投影长度为L，直斜缆最浅点深度为d，最深点深度为D，得到：
设零偏移距情况下的波传播时间为则/>
通过初等变化得到直斜缆的时距双曲线：
或/>
其中，为直斜缆的斜率，θ＝arctan(k)为直斜缆的倾斜角，/>为零偏移距的截距，k的变化范围为[0,+∞)，θ的变化范围为/>t0为零偏移距情况下的波传播时间。
可选的，所述计算每一道数据对应的时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')，包括：
设k的变化范围为[0,+∞)，则时距双曲线存在平移量x′，得到
根据直斜缆的时距双曲线可得出，时距双曲线关于对称，对称轴处波传播距离为/>该位置的传播时间为t0'，则/>得到/>
可选的，所述均方根速度v、直斜缆的倾斜角θ、平移量x′和传播时间t0'之间的关系等式为：
得到/>
本发明第二方面提供一种基于直斜缆的速度拾取装置，包括：
获取模块，用于获取通过直斜缆采集的CMP道集数据；
拟合模块，用于将所述CMP道集数据中的每一道数据拟合成时距双曲线；
计算模块，用于计算每一道数据对应的时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')；输出模块，用于将每一时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')代入等式中，计算得到所述每一道数据对应的均方根速度v；将对应的t0'代入等式/>中，计算得到每一均方根速度v对应的传播时间t0，得到每一道数据对应的时间-速度对(v，t0)，其中，θ为CMP道集数据采集过程中直斜缆的倾斜角。
可选的，所述拟合模块具体用于：
建立通过平缆采集的CMP道集数据的双曲线标准形式；
基于所述双曲线标准形式通过初等变换得到所述CMP道集数据中的每一道数据的直斜缆的时距双曲线。
本发明第三方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储于存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于直斜缆的速度拾取方法。
另一方面，本发明提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的基于直斜缆的速度拾取方法。
本技术方案通过在基于直斜缆采集的CMP道集数据中获取时距双曲线的顶点坐标，并基于时距双曲线的顶点坐标获取地震波的均方根速度，在保证同相轴能够同向叠加，拓宽频带的同时，简化拾取方法的步骤，减小速度拾取难度，能够直观快速、有效的完成直斜缆的速度拾取。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明提供的基于直斜缆的速度拾取方法的流程图；
图2是本发明提供的最小旅行时对应的传播路径示意图；
图3是本发明提供的最小旅行时对应的传播路径的时距双曲线示意图；
图4是本发明提供的基于直斜缆的速度拾取装置的结构示意图；
图5是本发明提供的介质内传播速度相等时模拟结果示意图；
图6是本发明提供的介质内传播速度不相等时模拟结果示意图。
附图标记说明
10-获取模块； 20-拟合模块； 30-计算模块； 40-输出模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是本发明提供的基于直斜缆的速度拾取方法的流程图。如图1所示，本发明提供一种基于直斜缆的速度拾取方法，所述方法包括：
步骤101、获取通过直斜缆采集的CMP道集数据；
步骤102、将所述CMP道集数据中的每一道数据拟合成时距双曲线；
步骤103、计算每一道数据对应的时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')；
步骤104、将每一时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')代入等式中，计算得到所述每一道数据对应的均方根速度v；将对应的t0'代入等式/>中，计算得到每一均方根速度v对应的传播时间t0，得到每一道数据对应的时间-速度对(v，t0)，其中，θ为CMP道集数据采集过程中直斜缆的倾斜角。
其中，所述CMP道集数据为经过预处理的地震数据，在数据采集过程中，采用拖拽直斜缆的方式进行数据的采集，本实施方式中，以连续的水平多层介质作为分析对象，此时，地震反射波的叠加速度等于均方根速度，若介质的界面不是水平的，存在一定的倾斜，则地震波的叠加速度等于均方根速度乘以倾斜角的余弦，均方根速度相较于平均速度更能够近似的反映出地震波在层状介质中的真速度；通过上述步骤获得均方根速度v，可以计算出每一道地震道的地震速度。
进一步地，所述将所述CMP道集数据中的每一道数据拟合成时距双曲线，包括：
建立通过平缆采集的CMP道集数据的双曲线标准形式；
基于所述双曲线标准形式通过初等变换得到所述CMP道集数据中的每一道数据的直斜缆的时距双曲线。
进一步地，所述建立通过平缆采集的CMP道集数据的双曲线标准形式，包括：
在CMP道集数据采集过程中，设上行波旅行时为t，得到等式：
其中，H为反射界面深度，Zs为震源沉放深度，Zr为检波点沉放深度，x为偏移距，v为均方根速度，即地震波传播速度，表示零偏移距情况下的波传播时间；
则所述双曲线标准形式为：
其中，对于平缆：Zr为常数，t0为常数。
此时的平缆的时距双曲线的双曲线关于零偏移距对称，其渐近线方程为vt＝±x，渐近线的相交点为原点。
进一步地，所述基于所述双曲线标准形式通过初等变换得到所述CMP道集数据中的每一道数据的直斜缆的时距双曲线，包括：
对于直斜缆，以Zr作为偏移距x的函数，设为Zr(x)＝kx+b，得到设最小偏移距为s，缆长的水平投影长度为L，直斜缆最浅点深度为d，最深点深度为D，得到：
通过将等式Zr(x)＝kx+b代入等式得到/>
设零偏移距情况下的波传播时间为则/>
通过初等变化得到直斜缆的时距双曲线：
采用直斜缆的倾斜角度表示为：此时时距双曲线的渐近线方程为/>采用倾斜角表示为vcosθt＝±(x-vt0sinθcosθ)。
其中，为直斜缆的斜率，θ＝arctan(k)为直斜缆的倾斜角，/>为零偏移距的截距，k的变化范围为[0,+∞)，θ的变化范围为/>t0为零偏移距情况下的波传播时间。
进一步地，所述计算每一道数据对应的时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')，包括：
设k的变化范围为[0,+∞)，则时距双曲线存在平移量x′，得到
根据直斜缆的时距双曲线可得出，时距双曲线关于对称，对称轴处波传播距离为/>该位置的传播时间为t0'，则/>
通过可得到零偏移距的时间/>得到根据每一道数据对应的时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')计算出每一道数据对应的均方根速度v和对应的传播时间t0，得到每一道数据对应的时间-速度对(v，t0)。
进一步地，图2是本发明提供的最小旅行时对应的传播路径示意图，如图2所示，当t0'为反射界面的最小旅行时时，对于直斜缆的时距双曲线，可以得到视速度视速度为特定方向上视觉速度或测量速度，在测量方向与传播方向相同的情况下等于瞬时速度，在存在夹角的情况下大于瞬时速度；最小旅行时的意义为震源传播到镜像斜缆的最小时间，该路径与镜像斜缆垂直，得到此时对应的时距双曲线的示意图，如图3所示，图3是本发明提供的最小旅行时对应的传播路径的时距双曲线示意图，可以得到时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')，并可以表示为/>采用倾斜角表示为(vt0sinθcosθ,t0cosθ)。
进一步地，所述均方根速度v、直斜缆的倾斜角θ、平移量x′和传播时间t0'之间的关系等式为：
得到/>
将时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')代入可以得到均方根速度。
进一步地，在发射界面深度一定的情况下，时距双曲线的平移量随直斜缆的斜率的变化而变化，且变化量有最大值，根据柯西不等式可以得到：
变换后得到：当且仅当/>时，等式才能成立，因此k＝±1，而k的变化范围为[0,+∞)，因此，k＝1，直斜缆的倾斜角为45度，最大值为/>即直斜缆倾斜角从0到45度，时距双曲线的平移量变大，从45到90度，时距双曲线的平移量变小，当倾斜角为45度时，最大平移量为/>
因此，当直斜缆的斜率一定的情况下，时距双曲线平移量与零偏移距时间和速度成正比，同时也与深度的变化成正比，越深层平移量越大，速度越大，平移量越大，且平移量越大，越能确定双曲线顶点的位置。
另外，根据时距双曲线可以计算出时距双曲线的曲率半径，曲率半径可等价于标准等式在x方向向左平移/>得到，其中，/>
对t关于x求导数，可以得到
其二阶倒数为：
此时，将等式代入曲率半径的计算公式：/>可以得到时距双曲线顶点处的曲率半径R：
可以得出，双曲线顶点处的曲率半径随着倾斜角增大而减小，随着速度和零偏移距时间的增大而增大；曲率半径越小越能确定双曲线顶点的位置，为了减小曲率半径，最有效的方法增大斜缆倾斜角。
图4是本发明提供的基于直斜缆的速度拾取装置的结构示意图，如图4所示，本发明第二方面提供一种基于直斜缆的速度拾取装置，包括：
获取模块10，用于获取通过直斜缆采集的CMP道集数据；
拟合模块20，用于将所述CMP道集数据中的每一道数据拟合成时距双曲线；
计算模块30，用于计算每一道数据对应的时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')；
输出模块40，用于将每一时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')代入等式中，计算得到所述每一道数据对应的均方根速度v；将对应的t0'代入等式/>中，计算得到每一均方根速度v对应的传播时间t0，得到每一道数据对应的时间-速度对(v，t0)，t0为反射波传播过程中零偏移距情况下的波传播时间，其中，θ为CMP道集数据采集过程中直斜缆的倾斜角。
进一步地，所述拟合模块20具体用于：
建立通过平缆采集的CMP道集数据的双曲线标准形式；
基于所述双曲线标准形式通过初等变换得到所述CMP道集数据中的每一道数据的直斜缆的时距双曲线。
本发明第三方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储于存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于直斜缆的速度拾取方法。
另一方面，本发明还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的基于直斜缆的速度拾取方法。
实施例1：
本实施例中，设震源深度为5m，直斜缆的斜率为0.2，直斜缆在水平方向的投影长度为6000m，直斜缆的最浅和最深沉放深度与模拟结果无关，该实施例采用水平5层介质，且各层速度相等，具体的界面参数如下表1所示，深度为1000m到5000m，间隔为1000m，均方根速度均为2000m/s(设上下两层速度有微小的变化，产生反射界面)，可以得到图5所述的本实施方式的结果示意图，图5是本发明提供的介质内传播速度相等时的模拟结果示意图，如图5所示，双曲线偏移量随深度的增加逐渐增加，增加量与时间成正比，顶点坐标成一条直线，根据等式可知，由于v是t0'的函数，即为v(t0')，则该式变为x'＝v(t0')t0'sinθ，当v为常数时，顶点曲线为一条直线，顶点处的曲率半径越小，越容易确定顶点坐标。根据式/>可知，曲率半径随着斜缆斜率的增加而减小，所以为了更好的确定均方根速度，在进行拖缆数据采集时应尽量增大直斜缆的斜率。
表1各层速度相等时的参数表
实施例2：
本实施例中，设震源深度为5m，直斜缆的斜率为0.2，直斜缆在水平方向的投影长度为6000m，直斜缆的最浅和最深沉放深度与模拟结果无关，该实施例采用水平5层介质，且各层速度不相等，具体的界面参数如下表1所示，深度为1000m到5000m，间隔为1000m，均方根速度变化从1500m/s到3500m/s，变化间隔为500m/s，可以得到图6所述的本实施方式的结果示意图，图6是本发明提供的介质内传播速度不相等时的模拟结果示意图，如图6所示，双曲线偏移量随深度的增加逐渐增加，偏移量与实施例1相同，与深度成正比，但是由于速度的变化，与时间不成正比，速度越大，顶点坐标连线的曲率越大，根据等式)可知，由于v是t0'的函数，即为v(t0')，则该式变为x'＝v(t0')t0'sinθ，当v线性增加时，顶点曲线为一条抛物线，顶点处的曲率半径越小，越容易确定顶点坐标，根据式/>可知，曲率半径随着斜缆斜率的的增加而减小，所以为了更好的确定均方根速度，在进行拖缆采集时应尽量增大斜缆的斜率。
深度(m) 均方根速度(m/s)
第一层 1000 1500
第二层 2000 2000
第三层 3000 2500
第四层 4000 3000
第五层 5000 3500
表2各层速度不相等时的参数表
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (8)

1.一种基于直斜缆的速度拾取方法，其特征在于，所述方法包括：
获取通过直斜缆采集的CMP道集数据；
将所述CMP道集数据中的每一道数据拟合成时距双曲线，包括：
建立通过平缆采集的CMP道集数据的双曲线标准形式；
基于所述双曲线标准形式通过初等变换得到所述CMP道集数据中的每一道数据的直斜缆的时距双曲线；
计算每一道数据对应的时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')；
将每一时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')代入等式中，计算得到每一道数据对应的均方根速度v；将对应的t0'代入等式/>中，计算得到每一均方根速度v对应的波传播时间t0；最终，得到每一道数据对应的时间-速度对(v，t0)；其中，θ为CMP道集数据采集过程中直斜缆的倾斜角；x′为时距双曲线的平移量；t0'为时距双曲线的传播时间。
2.根据权利要求1所述的基于直斜缆的速度拾取方法，其特征在于，所述建立通过平缆采集的CMP道集数据的双曲线标准形式，包括：
在CMP道集数据采集过程中，设上行波旅行时为t，得到等式：
其中，H为反射界面深度，Zs为震源沉放深度，Zr为检波点沉放深度，x为偏移距，v为均方根速度，表示零偏移距情况下的波传播时间；
则所述双曲线标准形式为：
其中，对于平缆：Zr为常数，t0为常数。
3.根据权利要求2所述的基于直斜缆的速度拾取方法，其特征在于，所述基于所述双曲线标准形式通过初等变换得到所述CMP道集数据中的每一道数据的直斜缆的时距双曲线，包括：
对于直斜缆，以Zr作为偏移距x的函数，设为Zr(x)＝kx+b，得到设最小偏移距为s，缆长的水平投影长度为L，直斜缆最浅点深度为d，最深点深度为D，得到：
设零偏移距情况下的波传播时间为则/>
通过初等变换得到直斜缆的时距双曲线：
或/>
其中，为直斜缆的斜率，θ＝arctan(k)为直斜缆的倾斜角，/>为零偏移距的截距，k的变化范围为[0,+∞)，θ的变化范围为/>t0为零偏移距情况下的波传播时间。
4.根据权利要求3所述的基于直斜缆的速度拾取方法，其特征在于，所述计算每一道数据对应的时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')，包括：
设k的变化范围为[0,+∞)，则时距双曲线存在平移量x′，得到
根据直斜缆的时距双曲线可得出，时距双曲线关于对称，对称轴处波传播距离为/>该位置的传播时间为t0'，则/>得到/>
5.根据权利要求4所述的基于直斜缆的速度拾取方法，其特征在于，所述均方根速度v、直斜缆的倾斜角θ、平移量x′和传播时间t0'之间的关系等式为：
得到/>
6.一种基于直斜缆的速度拾取装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取通过直斜缆采集的CMP道集数据；
拟合模块，用于将所述CMP道集数据中的每一道数据拟合成时距双曲线，具体用于：
建立通过平缆采集的CMP道集数据的双曲线标准形式；
基于所述双曲线标准形式通过初等变换得到所述CMP道集数据中的每一道数据的直斜缆的时距双曲线；
计算模块，用于计算每一道数据对应的时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')；
输出模块，用于将每一时距双曲线的顶点坐标(x′，t0')代入等式中，计算得到每一道数据对应的均方根速度v；将对应的t0'代入等式/>中，计算得到每一均方根速度v对应的波传播时间t0；最终，得到每一道数据对应的时间-速度对(v，t0)；其中，θ为CMP道集数据采集过程中直斜缆的倾斜角；x′为时距双曲线的平移量；t0'为时距双曲线的传播时间。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储于存储器并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5中任一项所述的基于直斜缆的速度拾取方法。
8.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行权利要求1-5中任一项所述的基于直斜缆的速度拾取方法。
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