CN113093280B - 基于相干函数控制的虚反射走时电缆等浮校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于相干函数控制的虚反射走时电缆等浮校正方法，首先采用交互式的拾取方法，以一定数量炮的间隔拾取海底反射时间和对应检波点的虚反射时间，以线性插值的方式得到每炮对应的时间，以此从海底反射和虚反射的时差中计算出实际电缆的沉放深度，进而获得初始时差校正量；然后通过道集相干和模型参考道求得一个参考时差校正量；最后基于二者互相关系数对初步的时差校正量进行选择，平滑后进行剩余时差的校正，实现同相轴的同相叠加，以此达到提高地震数据分辨率和成像精度的目的。

Description

基于相干函数控制的虚反射走时电缆等浮校正方法

技术领域

本发明属于海洋地震资料处理领域，具体涉及一种基于相干函数控制的虚反射走时电缆等浮校正方法。

背景技术

在海洋小道距高分辨率采集中，一些探测设备性能尚存在一些技术缺陷，比如：拖缆没有水鸟进行深度平衡控制，缆本身重力的影响，导致电缆的沉放深度无法控制，远偏移距比近偏移距沉放更深。再加上数据野外采集过程中电缆拖曳拉力变化、风浪和海流运动等因素都会造成电缆不等浮效应，在炮集上会表现出同相轴弯曲抖动、动校正不平等情况(图1)，从而无法达到同相叠加的效果，降低了叠加剖面上地震反射的振幅能量和信噪比(图2)。从速度谱来看，表现为能量团发散，会引起速度分析精度不准确(图3)，能量不聚焦，最终影响地震数据的成像品质和分辨率。

电缆不等浮引起地震记录中反射同相轴不符合双曲线变化规律，速度分析中获得的速度不准确，这些问题都会引起地震道集动校正之后存在剩余时差，导致同相轴不平、成像效果不佳的情况。因此需要通过电缆等浮校正消除缆深变换对成像的影响。目前电缆等浮校正技术方法主要有两种：1.采用的是交互拾取虚反射时差的方式拾取实际的虚反射时差；然后利用近道数据拟合理想的虚反射周期；最后求取实际虚反射时差与理想虚反射的剩余时差，完成时差校正。2.按照偏移道集剩余时差校正的方法进行强制拉平，包括有：道集相干技术、高精度速度分析及叠加技术、相位匹配技术。其总体思路是以近偏移距内的叠加数据作为模型参考道，通过不同的技术方法求取剩余时差以完成校正，但是上述方法仍然存在一定的缺陷：

(1)采用基于虚反射走时的时差校正技术其最大问题在于拾取工作量很大。在实际处理过程中，需要对每炮数据进行海底和检波点虚反射时间的拾取，手动工作量很多，尤其在实际大工区生产中，花费的时间很多，为了节省拾取的工作量，通过测试，按一定炮的间隔进行拾取，进而通过插值的方式得到全部地震记录的时差，结果显示，间隔选取不当、缆深变换较快都会引起时差求取不准，导致同相轴错位的问题，因此这种方法在实际生产中不可取。

(2)采用偏移道集剩余时差校正的方法其核心是通过模型道去获得每一道的剩余时差，该时差并不完全是电缆深度引起的时差体现。该类方法对道集质量有一定要求。比如：道集信噪比较高，多次波被很好地压制，相邻同相轴的剩余时差较小。而实际小道距高分辨地震资料，其震源和电缆沉放深度较浅，引起整个资料的信噪比较低。电缆的不可控性加上海况的影响，远近偏移距的电缆深度会有较大的区别，引起的时差也会相应较大，可能不会满足该类方法的假设要求。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，提出一种基于相干函数控制的虚反射走时电缆等浮校正方法，基于求偏移道集剩余时差的思路去获得参考时差校正量，并通过相干函数里相关系数的选择，对基于虚反射走时获得的初始时差校正量进行控制，保证最后时差校正量的准确性。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种基于相干函数控制的虚反射走时电缆等浮校正方法，包括以下步骤：

步骤A、对炮集数据和CMP道集数据进行动校正，以消除偏移距的影响；

步骤B、获取初始时差校正量：首先采用交互式的拾取方法，以一定数量炮的间隔拾取海底反射时间和对应检波点的虚反射时间，以线性插值的方式得到每炮对应的时间，以此从海底反射和虚反射的时差中计算出实际电缆的沉放深度，进而获得初始时差校正量；

步骤C、获得参考时差校正量：确定模型参考道，基于模型参考道和实际道的相干分析计算得到参考时差校正量；

步骤D、基于初始时差校正量和参考时差校正量二者互相关系数对初始时差校正量进行选择，平滑后进行剩余时差的校正，实现同相轴的同相叠加，以此达到提高地震数据分辨率和成像精度的目的。

进一步的，所述步骤B具体通过以下方式实现：

(1)确定有效反射和虚反射时差dT：

式中，D_WB为海底深度，D_s为震源沉放深度，D_R为检波点沉放深度，X_off ²为偏移距，V为海水速度；

(2)由公式(1)反推确定相应检波器处沉放深度的公式：

在偏移距、海底深度以及海底反射和虚反射时差已知的情况下，通过公式(2)求得实时的电缆端处检波点的水深值，以此算出各个检波点对应的剩余时差dT_re，即为初始时差校正量：

其中，D_s为震源沉放深度，D_R为检波点沉放深度，V为海水速度。

进一步的，所述步骤C计算参考时差校正量时具体通过以下方式：

步骤C1、计算模型参考道：

选取合适的偏移距范围内生成叠加道作为模型参考道，设选择的道共有N道，每道用x_i(nΔt),i为CMP道集内各种序号，叠加结果用y(nΔt)表示,则有：

式中，N为道集内总道数；n为每一道的振幅采样序号，Δt为采样间隔；

步骤C2、基于相干算法计算参考时差校正量，通过道集内每一道与模型参考道进行相干算法的计算获得，其具体步骤如下：

(1)在动校正后的CMP道集内选取至少包含2个波形的时窗，将该时窗内的所有道与模型道进行互相关，计算互相关系数，得到每道与模型道的最大互相关系数所对应的时移量；

(2)将时窗沿时间方向以特定步长进行滑动并计算时移量，依次逐道计算，直至完成整个道集的处理，得到全部道的校正时差，计算公式如下：

式中，r_xy(τ)为互相关函数；τ＝ 0,±1,±2,±3,…,±M；j计算时窗内振幅采样序号；M为算法中剩余时差校正量的最大阈值；T₁，T₂表示计算时窗的起始和终止时间；T₂-T₁为时窗长度。

进一步的，所述步骤D中，对初始的时差和参考的时差剖面，选择至少包含2个波组的时窗，按特定步长对时窗内的数据进行互相关系数的计算；

如果计算得到的互相关系数在85％-100％范围内，则认为初始时差校正量是正确的，不需要校正；否则通过加权平均的方法计算初始时差校正量和参考时差校正量相关系数值，以此对每一个CMP道集进行处理，中值滤波平滑后得到最终的剩余时差校正量。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案首先通过拾取虚反射走时方法获得初始时差校正量；然后通过道集相干和模型参考道求得参考时差校正量，最后基于二者互相关系数对初始的时差校正量进行选择，平滑后进行剩余时差的校正，实现同相轴的同相叠加，本方案在常规方法基础上，结合实际电缆深度进行校正，准确性更高；相比单纯依赖虚反射走时的交互式拾取求剩余时差，本发明方法更适合工业化生产，通过与参考时差量的相关选择可弥补插值引起的误差，校正后成像效果更佳。

附图说明

图1为炮集动校正前后示意图，其中左图为动校正前示意图，右图为动校正后示意图；

图2为叠加剖面效果示意图；

图3为道集的速度谱示意图；

图4为本发明实施例所述方法的原理示意图；

图5为本发明实施例某一道初始时差校正量和参考时差校正量相关选择后结果对比示意图；

图6为本发明实施例道集电缆等浮校正前后对比示意图一；

图7为本发明实施例道集电缆等浮校正前后对比示意图二；

图8为本发明实施例校正前后叠加剖面对比示意图，其中(a)为原始的叠加剖面示意图；(b)为校正后的叠加剖面示意图；

图9为本发明方法和常规方法等浮校正后的效果对比示意图，其中，(a)为原始的叠加剖面示意图，(b)为常规道集相干校正后的叠加剖面示意图，(c)为本发明方法校正后的叠加剖面示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

本发明提出一种基于相干函数控制的虚反射走时技术方案实现对电缆等浮的时差校正，其基本原理如图4所示，包括以下步骤：

步骤A、数据的动校正，对炮集数据和CMP道集数据进行动校正，以消除偏移距的影响；

步骤B、获取初始时差校正量：首先采用交互式的拾取方法，以一定数量炮的间隔拾取海底反射时间和对应检波点的虚反射时间，以线性插值的方式得到每炮对应的时间，以此从海底反射和虚反射的时差中计算出实际电缆的沉放深度，进而获得初始时差校正量；

步骤C、获得参考时差校正量：确定模型参考道，基于道集相干和模型参考道得到参考时差校正量；

步骤D、最后基于初始时差校正量和参考时差校正量二者互相关系数对初始时差校正量进行选择，平滑后进行剩余时差的校正，实现同相轴的同相叠加，以此达到提高地震数据分辨率和成像精度的目的。

具体的，下面结合具体案例对本发明方法进行详细的说明：

步骤A中，考虑到原始的海洋地震数据存在偏移距的影响，首先需要通过速度文件对炮集数据和CMP道集数据进行动校正，以消除偏移距的影响，使得时差的计算过程中只有电缆深度这一个控制因素，关于动校正为传统常规技术，在此不做过多阐述；

步骤B中，在获取初始时差校正量时，本实施例采用的是交互拾取的方式，以一定炮间隔拾取海底反射时间和对应检波点的虚反射时间，以线性插值的方式得到每炮对应的时间，以此从海底反射和虚反射的时差中计算出每炮记录的实际电缆的沉放深度，进而获得初始的时差校正量，具体包括：

(1)确定有效反射和虚反射时差：

对于小道距高分辨地震采集的资料，其频率较高，数据分辨率较高，因此对应震源和检波点的虚反射时间与一次波反射时间彼此分离，电缆沉放深度是影响旅行时时差的主要因素，由于目前小道距高分辨设备的技术不完善，无法实时获得准确的电缆沉放深度，因此，基于虚反射旅行时特征计算电缆沉放深度，进而进行时差校正。利用虚反射旅行时推导出虚反射与有效反射时差dT公式：

式中，D_WB为海底深度，D_s为震源沉放深度，D_R为检波点沉放深度，X_off ²为偏移距，V为海水速度；

(2)由公式(1)反推确定相应检波器处沉放深度的公式：

在偏移距、海底深度以及海底反射和虚反射时差已知的情况下，通过公式(2)求得实时的电缆端处检波点的水深值，以此算出各个检波点对应的剩余时差dT_re，即为初始时差校正量：

其中，D_s为震源沉放深度，D_R为检波点沉放深度，V为海水速度。

步骤C中，基于道集相干和模型参考道求得参考时差校正量具体通过以下方式：

步骤C1、计算模型参考道：

在相干算法求取参考时差校正量过程中，需要一个信噪比高、波组特征好的模型道进行控制。道集上的数据往往由于噪音、多次波、覆盖次数影响，而达不到信噪比高的要求，一般情况下选择叠加后的道集作为模型参考道。

合适的模型道对于时差校正量的计算有重要影响，一般选择中偏移距范围内的噪声少、同相轴连续性好的道进行部分叠加形成模型参考道。如果选择整个CMP道集进行叠加作为模型道的话，对同相轴反转或剩余时差较大的情况适应性较差；选择近道范围内偏移距参与叠加作为模型参考道，往往近偏移距位置残余多次波噪音会影响模型道的准确性。

根据资料情况，选取合适的偏移距范围内生成叠加道作为模型参考道。设选择的道共有N道，每道用x_i(nΔt),i为CMP道集内各种序号，叠加结果用y(nΔt)表示,则有：

式中，N为道集内总道数；n为每一道的振幅采样序号，Δt为采样间隔。

步骤C2、基于相干算法计算参考时差校正量，通过道集内每一道与模型参考道进行相干算法的计算获得，其具体步骤如下：

(1)在动校正后的CMP道集内选取至少包含2个波形的时窗，将该时窗内的所有道与模型道进行互相关，计算互相关系数，得到每道与模型道的最大互相关系数所对应的时移量；考虑到低信噪比与相位反转道集情况，以相关系数的绝对值为准，以此保证校正前后相位信息统一。

(2)将时窗沿时间方向以一定的步长(本实施例步长为时窗的一半)进行滑动并计算时移量，依次逐道计算，直至完成整个道集的处理，得到全部道的校正时差，即在选定的时窗内，对CMP道集内所有道和模型参考道进行相干分析，得到参考的时差校正量，计算公式如下：

式中，r_xy(τ)为互相关函数；τ＝ 0,±1,±2,±3,…,±M；j计算时窗内振幅采样序号；M为算法中剩余时差校正量的最大阈值；T₁，T₂表示计算时窗的起始和终止时间；T₂-T₁为时窗长度。

步骤D、最后基于初始时差校正量和参考时差校正量相关系数值，对初始时差校正量进行判断，中值滤波平滑后进行剩余时差的校正，实现同相轴的同相叠加，以此达到提高地震数据分辨率和成像精度的目的，具体的：

步骤B和步骤C中，已经得到了初始时差校正量和参考时差校正量，初始时差校正量由于插值的影响会导致某些偏移距位置的时差不准确，同时，炮集上拾取的虚反射走时转换到CMP道集上，更会引起时差的错位。因此本实施例通过与参考时差校正量的互相关分析进行剩余时差的纠正。

对初始的时差和参考的时差剖面，选择至少包含2个波组的时窗，按一定的步长(比如时窗一半)对时窗内的数据进行互相关系数的计算；如果系数在85％-100％范围内，则认为初始时差校正量是正确的；否则通过加权平均的方法计算初始时差校正量和参考时差校正量相关系数值，以此对每一个CMP道集进行处理，中值滤波平滑后得到最终的剩余时差校正量。

相关系数计算公式如下：

其中

σ_x，σ_x分别为x，y的标准差。

为验证本发明的有效性和实用性，选择某海域实际高分辨地震资料，进行处理应用。具体处理过程：针对实际地震数据，基于获得的所有道集的初始时差校正量与获得的参考时差校正量进行互相关分析和选择。图5(上)为道集内(图6左)第10道对应时间范围内1.7-1.8s处的初始时差校正量，存在异常值(图5标识处)；图5(中)为道集内(图6左)第10道对应时间范围内1.7-1.8s处的参考时差校正量；图5(下)为经过相关系数选择后获得的准确时差校正量，可以看出，对应的异常时差值得到修正，达到了预计的处理效果。

下面对处理后的道集和叠加剖面进行分析。图6左为经过动校正的CMP道集(图7同图6)，由于电缆没有深度控制装置(水鸟)，道集动校正后，依然存在同相轴不平的现象，存在剩余时差问题。对应的叠加剖面(如图8a所示)整体地层同相轴连续性较差，存在抖动的现象，引起整体剖面反射能量弱、信噪比低。图6右和图8b分别是使用本次发明中的方法处理后的结果，可以看出，CMP道集上同相轴得到拉平，剩余时差问题得到消除，从而提升了道集同相叠加的精度。从叠加剖面更能看出效果，数据整体能量有了加强，尤其是弱反射区域，分辨率和信噪比得到提高。图9是常规道集相干方法和本次发明方法的对比图，结果显示，本次处理的结果同相轴连续性更好，剖面成像质量更高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.基于相干函数控制的虚反射走时电缆等浮校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、对炮集数据和CMP道集数据进行动校正，以消除偏移距的影响；

步骤B、获取初始时差校正量：首先采用交互式的拾取方法，以一定数量炮的间隔拾取海底反射时间和对应检波点的虚反射时间，以线性插值的方式得到每炮对应的时间，以此从海底反射和虚反射的时差中计算出实际电缆的沉放深度，进而获得初始时差校正量；

(1)确定有效反射和虚反射时差dT：

式中，D_WB为海底深度，D_s为震源沉放深度，D_R为检波点沉放深度，X_off ²为偏移距，V为海水速度；

(2)由公式(1)反推确定相应检波器处沉放深度的公式：

在偏移距、海底深度以及海底反射和虚反射时差已知的情况下，通过公式(2)求得实时的电缆端处检波点的水深值，以此算出各个检波点对应的剩余时差dT_re，即为初始时差校正量：

其中，D_s为震源沉放深度，D_R为检波点沉放深度，V为海水速度；

步骤C、获得参考时差校正量：确定模型参考道，基于模型参考道和实际道的相干分析计算得到参考时差校正量；

步骤C1、计算模型参考道：

选取合适的偏移距范围内生成叠加道作为模型参考道，设选择的道共有N道，每道用x_i(nΔt),i为CMP道集内各种序号，叠加结果用y(nΔt)表示,则有：

式中，N为道集内总道数；n为每一道的振幅采样序号，Δt为采样间隔；

步骤C2、基于相干算法计算参考时差校正量，通过道集内每一道与模型参考道进行相干算法的计算获得，其具体步骤如下：

(1)在动校正后的CMP道集内选取至少包含2个波形的时窗，将该时窗内的所有道与模型道进行互相关，计算互相关系数，得到每道与模型道的最大互相关系数所对应的时移量；

(2)将时窗沿时间方向以特定步长进行滑动并计算时移量，依次逐道计算，直至完成整个道集的处理，得到全部道的校正时差，计算公式如下：

式中，r_xy(τ)为互相关函数；τ＝0，±1，±2，±3，…，±M；j计算时窗内振幅采样序号；M为算法中剩余时差校正量的最大阈值；T₁，T₂表示计算时窗的起始和终止时间；T₂-T₁为时窗长度；

步骤D、基于初始时差校正量和参考时差校正量二者互相关系数对初始时差校正量进行选择，平滑后进行剩余时差的校正，实现同相轴的同相叠加，以此达到提高地震数据分辨率和成像精度的目的。

2.根据权利要求1所述的基于相干函数控制的虚反射走时电缆等浮校正方法，其特征在于：所述步骤D中，对初始的时差和参考的时差剖面，选择至少包含2个波组的时窗，按特定步长对时窗内的数据进行互相关系数的计算；

如果计算得到的互相关系数在85％-100％范围内，则认为初始时差校正量是正确的，不需要校正；否则通过加权平均的方法计算初始时差校正量和参考时差校正量相关系数值，以此对每一个CMP道集进行处理，中值滤波平滑后得到最终的剩余时差校正量。

Images