CN113534259A - 一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其步骤如为：(1)数据解编；(2)观测系统建立；(3)高程静校正量的计算及加载；(4)标准SEGY数据输出；(5)速度谱生成；(6)参与速度谱计算的数据量选择；(7)人工引导速度拾取；(8)快速叠前偏移成像。本发明依托可控震源高效采集地震数据资料，逐步研究解决数据实时解编及观测系统加载、高效实时传输与转储、实时高程静校正、速度场建立及实时叠前偏移成像，同步进行软件开发应用及与现场处理系统软件集成等技术研究，形成一套适合地震采集实时叠前偏移成像技术；并在2‑3个目标采集项目进行软件的应用技术研究和程序测试，完成项目研究任务。
Description
技术领域
本发明涉及地震勘探中可控震源高效采集现场质量监控领域，具体是一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法。
背景技术
高效地震采集项目主要以高密度采集和高效可控震源采集项目为主，并且高效可控震源采集技术在国外的应用已经比较广泛，道数越来越大，密度越来越高。2009年，东方地球物理公司在阿曼率先使用远距离滑动扫描方法(DS3)，投入16台震源，平均每天作业达10600炮。从此，可控震源地震勘探作业逐渐进入超高效率时代。
高效采集技术由最初的常规采集，逐渐发展了交替扫描、滑动扫描、DSSS及ISS等高效采集技术。交替扫描(flip-flop sweep)是使用两组或多组震源连续交替扫描的方法，主要干扰类型为震源间行进产生的噪音；滑动扫描(slip sweep)是一组处于扫描状态的震源在设定的时间间隔(滑动时间)后，另一组震源自动启动，实现多组震源连续采集的方法，滑动时间应不小于炮记录长度。这种采集方法除了震源间产生的噪音外，还会产生邻炮间的谐波干扰。DSSS距离分隔同步激发(distance separated simultaneous sweep)为多组震源施工时，满足一定组间距离的同步激发方法，主要的干扰为震源间行进噪音及邻炮间谐波干扰。分布式自主扫描技术即ISS(independent simultaneous sweep)为多组震源相隔一定的距离，独立激发，采集仪器采用连续记录方式的施工方法，主要干扰除了上述几种方法存在的震源间干扰及邻炮谐波干扰外，还存在邻炮间记录信息重叠部分。因此，随着采集方法的改进，采集效率得到了极大的提升同时，由此产生的噪音水平也随之提升，这对数据的实时监控提出了巨大的挑战。
高密度采集技术以及高效可控震源采集技术，每日生产数据量巨大，因此对大数据的传输和实时监控提出了越来越高的要求。国外一般采用租用卫星等手段来保证大数据量的实时传输。针对大数据量的实时监控方面，各大处理软件多采用加强软件的交互性来提高工作效率，目前主流实时监控分析软件有CGG、绿山和Reland等。
随着高效采集技术的广泛应用，地震数据采集的现场质量监控所面临的挑战也越来越多，主要表现在以下几个方面：
(1)高效采集数据量巨大，海量数据处理要求有先进的算法，而现场质控是以天为单位进行的，海量数据对于现场质控人员快速、准确地处理数据形成挑战；
(2)大道数采集往往涉及的线束较多，若按传统资料监控和处理方法，则需对每一条线束进行重复处理，这无疑成倍地增加了质控人员的工作量，也容易造成机械性疲劳；
(3)施工日效的成倍增加，使得质控技术除承担传统意义上的质量保障职责外，还要履行实时地进行效率分析等其他义务；
(4)智能化质控替代传统“手工作坊”式质控已不可避免地提上日程。
高密度采集施工项目中石化进行的比较多，主要有垦71(道密度180万)、永新(道密度96万)、五号桩(道密度42万)、罗家高密度等项目。在可控震源高效采集技术方面，主要是东方地球物理公司开展了许多项目的施工。
近年来，东方物探实施“两宽一高”地震采集方法，采集覆盖次数由几十次增至几千次，每炮数据量由十几MB增至数百MB，数据体越来越大。可控震源滑动扫描高效采集作业，每天可产生几个TB甚至更多的野外原始数据。东方物探承担的沙特Aramco公司S70项目，采用大吨位可控震源低频作业，日效超过万炮，每天的数据量多达到6TB。国内重点项目同样也面临大数据挑战，玛131井区403平方公里项目，数据量达14TB。所以，对海量原始数据转储技术和质控提出了更高要求。
地震勘探施工中，由于设备不完善、工区地形复杂等各种客观因素和施工人员的主观因素等造成对施工区物理点定位不准确的情况很普遍，致使某些物理点的设计位置与实际位置之间出现偏差，地震数据提取错误，严重影响后期地震资料处理结果，导致对地下地质构造情况作出错误的判断，大大提高项目成本，造成严重的浪费。因此快速、准确的对工区物理点进行定位是非常必要的。常规的处理办法是对现场物理点位置数据做后期定位处理，这不仅降低生产效率，同时也不能快速的对现场错误做出及时有效的反应。马正刚等人基于爆炸机设备自带GPS定位系统，未来采集站也将配备GPS定位设备提出的软件很好的利用此类数据为施工人员提供实时监控现场物理点位置信息，有效解决了定位不准确问题，达到施工监控的目的。
夏勇进行了实时相关叠加器快速算法的研究。实时相关叠加器是可控震源地震勘探中必不可少的重要仪器，实时相关的目的是获得在现场可以观察的地震剖面，供现场勘探人员进行质量监控，同时进行数据压缩，达到减少数据量、提高数据传输效率和存储效率的目的。叠加功能主要是为了进行噪声压制，提高记录的信噪比，这对于石油勘探等工业应用具有极其重要的作用。在数据存储之前，设计系统去掉突发性噪声、尖脉冲或脉冲串等噪声能量占压倒优势的数据，将记录的地震信号与可控震源的扫描信号在采集现场进行实时相关叠加处理，从而得到可用的地震勘探资料。在石油工业上，最初对实时相关叠加器的要求只是作为现场监视用，精度和速度都不高，但随着勘探技术的发展、采集数据量的增大，对它的要求越来越高。如今，实时相关叠加器已发展到能对多道(8000道以上)记录进行全精度的实时相关叠加并进行噪声控制等预处理。地震数据采集现场规模庞大，数据处理的速度快慢直接影响着野外地震队的工作效率，因此，实时相关叠加器快速算法的研究与实现对于提高可控震源地震勘探的现场工作效率、节约勘探成本、提高数据精确度、提供高质量的地震勘探资料等有着极其重要作用。随着石油勘探规模的快速发展，人们对实时相关叠加器算法的简化、软件处理性能等方面的要求也越来越高，除了处理的数据量相比从前大了几十倍甚至上百倍，处理精度要求更高、速度也更快，因此寻求高效的快速算法对于开发者来说无疑是一个极大的挑战。同时只有算法的合理优化并科学实现，实时相关叠加器快速算法带来的倍速效能才能充分体现出来，才能满足石油工业地震勘探的需要。实时相关叠加器可以用硬件实现功能,也可以用软件实现。由于计算量巨大，实时性的要求，传统上大多采用DSP、专用芯片等硬件来实现，但硬件升级、维护困难且周期长、成本高。随着现代计算机技术的发展，高速多核多处理器服务器的出现，为软件的实现提供了帮助。软件实现通用性强、比较灵活，利用最新的软件优化技术对于软件的后期维护、升级、软件加速都很方便。合理提高软件总体性能，是软件开发与优化的难题。近年来，IT业上一直闹得沸沸扬扬的多核处理器对于提高程序的执行速度有着显著促进作用，多核处理器是具有共享内存的多CPU计算机，几个不同CPU上的相同地址表示相同的内存位置。因此完成实时相关叠加模块设计的着眼点和关键技术在于合理分配多核处理器任务，并行处理工作量。如果说IBM将多核与多线程带到一个全新时代的，那么2006年Intel与AMD公司则将并行处理需求带到了一个炙热化时代，这种趋势在2007年愈演愈烈，加之硬件功耗、散热等的限制，不容置疑多核并行处理成为了提高性能的必经之路，多线程并行处理软件将成为未来软件发展的主流。除此之外，FFT算法的合理改进也是重中之重，只有在算法上做到最小计算量、在精度上做到完全正确、在实现上做到快速并行处理，才能实现真正意义上的高效。夏勇对实时相关叠加器的各种算法进行了深入的研究，仔细分析了实时相关叠加器算法诸如：线性相关、循环相关、直接垂直叠加、分段加权垂直叠加、箝位式编辑、简单充零、渐变充零和零交充零等各种算法原理，针对各算法的特点、算法的运算量及影响算法效率的变量特征，归纳了影响算法正常运行的因素，综合实际，探讨出最优相关处理的算法及实现方法，解决了原有的算法无法实现地震数据的大吞吐量处理和实时性问题。针对不同类型噪声对不同类型噪声编辑方法的适用性，结合地震相关叠加器中噪声控制系统设计的国内外实际发展现状，根据实际噪声环境设计了数学模型，同时总结了实现实时相关叠加器设计过程中要注意的问题，结合当今的高性能处理器技术，多线程编程完成实时相关叠加器系统的快速处理的软件设计最优的优化方案。夏勇提出的实时相关叠加器系统采用多核处理技术，实现上采用了跨平台的GUI设计工具Qt设计软件系统的界面，软件调试仿真阶段利用Matlab生成的数据作对比证实了软件设计的正确性，软件环境上采用性能稳定、可移植性较好、支持多线程并行处理的Linux操作系统。对相关算法的核心运算FFT的实现过程进行了改进，用OpenMP、FFTW等多种软件优化技术，对多核处理器计算机特点，理分配任务，行处理优化了实时相关叠加器快速算法。夏勇设计构建了实时的相关叠加器系统的软件平台并完成了算法的验证。快速算法研究与实现对于软件的性能的综合提高、后期升级、扩大应用范围等有着重要意义，也对其它需要快速相关运算的领域具有重要的参考价值。
综上，近年来国内外发展了若干采用实时水平叠加进行大数据监控的技术手段，取得了一定的效果。可控震源高效采集由于施工效率高，一般采用少台次多覆盖次数的采集方式。这样高效可控震源采集的单炮信噪比一般比较低，所以应用传统的单炮记录对采集质量进行评价已经不能正确的反应采集质量。叠前时间偏移技术是一种能够大大提高资料信噪比的技术，通过该技术可以更好的得到成像剖面，可以更好的评价采集质量，对中石化油气资源战略的实施具有重要的支撑作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，依托可控震源高效采集地震数据资料，逐步研究解决数据实时解编及观测系统加载、高效实时传输与转储、实时高程静校正、速度场建立及实时叠前偏移成像，同步进行软件开发应用及与现场处理系统软件集成等技术研究，形成一套适合地震采集实时叠前偏移成像技术；并在2-3个目标采集项目进行软件的应用技术研究和程序测试，完成项目研究任务。
本发明采取的技术方案是：一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其步骤如下：
(1)数据解编；
(2)观测系统建立；
(3)高程静校正量的计算及加载；
(4)标准SEGY数据输出；
(5)速度谱生成；
(6)参与速度谱计算的数据量选择；
(7)人工引导速度拾取；
(8)快速叠前偏移成像。
进一步的，所述步骤(1)中，具体解编过程如下：
根据数据格式读取SEG-D中的普通头段数据块中文件编号(1-2位)、震源测线号(4-8位)、震源点号(9-13位)、在扩展头段中读取读取地震记录的采样长度(1-4位)、地震记录的采样率(5-8位)、辅助道数目(13-16位)、地震记录道数目(17-20位)、在道头扩展数据块中读取地震记录的接收点测线号(1-3位)、地震记录的接收点点号(4-6位)。
进一步的，所述步骤(2)中，观测系统建立过程如下：
a、观测系统加载前数据准备
首先通过地震数据输入，根据蓝色区域中的数据排列顺序，逐步开始加载观测系统；然后通过SPS文件输入，分别选择SPS炮点文件、检波点文件、关系文件，显示文件路径，后台打开文件，待后期快速调用；其次鉴于各个工区的SPS文件格式不同，针对SPS道头不统一，有的存在道头，有的不存在道头，鉴于道头的不统一，建立一个SPS头段行数填写，然后SPS文件读取的开始时，自动把头段删除；
b、观测系统加载
根据地震数据道头内的炮点线号、点号，在SPS的S文件中找到对应的炮点线号、点号，读取炮点的X、Y坐标、炮点静校正量；
根据地震数据道头内的炮点线号、点号，在SPS的X文件中找到对应的炮点线号、点号，把符合的炮点线号和点号的各列存为一个库；
根据地震数据道头内的检波点线号、点号，在炮点线号和点号形成的库中，寻找地震数据的检波点号，对应的SPS的X文件内桩号范围，读取对应的道数；
根据地震数据中每一道对应的检波点线号、点号，在SPS的R文件中找到对应的检波点线号、点号，读取检波点的X、Y坐标、检波点静校正量，进行数据加载道头；
c、观测系统加载后SEGY数据输出
根据SEGY格式的规则，进行SEGY数据输出；
将加载观测系统过程中应用的数据信息，写入对应的SGY道头内，具体写入数据位置如下：
在二进制文件头中写入：3205-3208位上写入数据的炮点测线号；
在二进制文件头中写入：3209-3212位上写入数据的炮点点号；
在道头内容中写入：1-4位上写入数据的检波点线号；
在道头内容中写入：5-8位上写入数据的检波点道号；
在道头内容中写入：13-16位上写入数据的检波点桩号；
在道头内容中写入：73-76位上写入数据的炮点X坐标；
在道头内容中写入：77-80位上写入数据的炮点Y坐标；
在道头内容中写入：81-84位上写入数据的检波点X坐标；
在道头内容中写入：85-88位上写入数据的检波点Y坐标；
在道头内容中写入：99-100位上写入数据的炮点静校正量；
在道头内容中写入：101-102位上写入数据的检波点静校正量。
进一步的，所述步骤(3)中，高程静校正量的计算及加载过程如下：
a、数据准备
读取高程静校正模块内的数据：输入基准面Datum，输入替换速度Vreplace；
读取数据内的道头数据：炮点静校正量Selevation，检波点静校正量Relevation，采样率Sample；
b、炮点高程静校正量的计算
Asource＝(Datum-Selevation)/Vreplace；
c、检波点高程静校正量的计算
Areceive＝(Datum-Relevation)/Vreplace；
d、高程静校正影响的采样点数
计算炮点高程静校正影响的采样点数：Bsource＝Asource/Sample；
计算检波点高程静校正影响的采样点数：Breceive＝Areceive/Sample；
计算高程静校正影响的采样点数：B总＝Bsource+Breceive；
e、高程静校正加载
(e1)读取每一道时跳过B总个采样点数；
(e2)读取C＝(采集长度-B总)个采样点数；
(e3)因为每一道原始采样点数是固定的，因此需要补零D＝zero(B，1)；
(e4)写入SEGY文件高程静校正后的地震数据fwrite(C+D)。
进一步的，所述步骤(4)中，根据标准SEGY的格式，进行SEGY数据输出；将加载观测系统过程中应用的数据信息，写入对应的SEGY道头内，可输出具有准确观测系统信息的标准SEGY数据格式文件。
进一步的，所述步骤(5)中，数据经过预处理后，可计算得到CDP坐标，通过预置工区的四角坐标，对数据进行网格化处理，实时抽取CDP道集组成目标Inline线，作为后续处理的准备数据；
将共中心点反射波时距曲线看成一条双曲线，设共中心点道集上有一个反射波同相轴，那么，根据这个同相轴的t0值，以及相应的速度值和各道的炮检距，计算出道集内各道的动校正量Δtx，对这个道集进行动校正，使双曲线形状的同相轴被校正成水平直线形状的同相轴；
动校正公式：
如果速度v选取得正确，动校正后的共反射时距曲线就是水平直线；当能把共反射点时距曲线校正为水平直线时的速度值，就是合适的叠加速度；把这些共反射点道进行叠加就是叠加速度谱。
进一步的，所述步骤(6)中，对数据进行一定的选择和取舍；对于数据的选取，通过限定面元内参与计算的道数，即通过限定覆盖次数来减少参与运算的数据量。
进一步的，所述步骤(7)中，在深层极易拾取至多次波的速度范围进行手动引导拾取引导速度避开多次波速度范围后，再进行自动速度拾取。
进一步的，所述步骤(8)中，通过实时单道脉冲响应计算及实时加权叠加方法实现叠前偏移及实时成像；其中采用加权叠加的方法，用于实时叠加过程，具体算法为：
第n炮叠加剖面＝[(前n-1炮叠加剖面)x(n-1)+第n炮叠加剖面]/n；
将得到的单道脉冲响应进行叠加。
本发明的有益效果是：本发明依托可控震源高效采集地震数据资料，逐步研究解决数据实时解编及观测系统加载、高效实时传输与转储、实时高程静校正、速度场建立及实时叠前偏移成像，同步进行软件开发应用及与现场处理系统软件集成等技术研究，形成一套适合地震采集实时叠前偏移成像技术；并在2-3个目标采集项目进行软件的应用技术研究和程序测试，完成项目研究任务。
通过本方法，形成一套自主研发的地震采集实时成像监控软件，在可控震源高效采集项目施工中，可以极大地降低人力和机时的投入，对“降本增效”及大幅减轻人员劳动强度具有重要的意义。
本发明的附加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
图1是可控震源高效采集叠前时间偏移成像方法技术路线流程图；
图2是SEG-D地震数据的格式编排及读写规律图；
图3是自主程序解编SEG-D地震数据图；
图4是sps文件格式图；
图5是加载观测系统示意图；
图6是SEGY格式示意图；
图7是高程静校正示意图；
图8是不同覆盖次数数据计算生成的速度谱对比；
图9是引导速度约束前后自动速度拾取效果对比；
图10是快速叠前偏移成像设计思路及流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供的一种实施例：一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，该方法依托可控震源高效采集地震数据资料，逐步研究解决数据实时解编及观测系统加载、高效实时传输与转储、实时高程静校正、速度场建立及实时叠前偏移成像，同步进行软件开发应用及与现场处理系统软件集成等技术研究，形成一套适合地震采集实时叠前偏移成像技术；并在2-3个目标采集项目进行软件的应用技术研究和程序测试，完成项目研究任务。具体技术路线见附图7-1。实施方法如下：
(1)数据解编
日常地震数据处理通常应用Omega软件进行处理，而在SEG-D数据的解编过程中，Omega系统解编具有不能可视化，且道头数据显示信息不明确等问题，针对这一问题，通过自主开发实时解编软件，能够快速解编，并且能够清晰看到SGD道头内的每一个道头数据，并有详细的标注。达到了实时可视化，道头信息更加清晰明了。具体解编过程如下：
数据的格式编排及读写规律如附图7-2所示。根据数据格式读取SEG-D中的普通头段数据块中文件编号(1-2位)、震源测线号(4-8位)、震源点号(9-13位)、在扩展头段中读取读取地震记录的采样长度(1-4位)、地震记录的采样率(5-8位)、辅助道数目(13-16位)、地震记录道数目(17-20位)、在道头扩展数据块中读取地震记录的接收点测线号(1-3位)、地震记录的接收点点号(4-6位)，如附图7-3所示。
(2)观测系统建立
Omega处理系统中，观测系统加载方法需要人工干涉模块较多(炮点、检波点信息，以及SPS内的所有信息均需要填写其所处的位数)，步骤复杂自动化程度低等因素，给现场处理带来了比较繁琐的操作，不利于提高生产效率。基于Omega处理系统加载方式的繁琐性，我们自主研发的软件具有界面简洁、操作简单等特性。具体实现过程如下：
a、观测系统加载前数据准备
首先通过地震数据输入，根据蓝色区域中的数据排列顺序，逐步开始加载观测系统。
然后通过SPS文件输入，分别选择SPS炮点文件、检波点文件、关系文件。显示文件路径，后台打开文件，待后期快速调用。
其次鉴于各个工区的SPS文件格式不同(图2-9)，针对SPS道头不统一，有的存在道头，有的不存在道头，鉴于道头的不统一，我们在软件中建立了一个SPS头段行数填写，然后SPS文件读取的开始时，自动把头段删除。如图7-4。
b、观测系统加载
根据地震数据道头内的炮点线号、点号→在SPS的S文件中找到对应的炮点线号、点号，读取炮点的X、Y坐标、炮点静校正量；
根据地震数据道头内的炮点线号、点号→在SPS的X文件中找到对应的炮点线号、点号，把符合的炮点线号和点号的各列存为一个库；
根据地震数据道头内的检波点线号、点号→在炮点线号、和点号形成的库中，寻找地震数据的检波点号，对应的SPS的X文件内桩号范围，读取对应的道数；
根据地震数据中每一道对应的检波点线号、点号→在SPS的R文件中找到对应的检波点线号、点号，读取检波点的X、Y坐标、检波点静校正量，进行数据加载道头(图7-5)；
c、观测系统加载后SEGY数据输出
根据SEGY格式的规则，进行SEGY数据输出(图7-6)。
将加载观测系统过程中应用的数据信息，写入对应的SGY道头内，具体写入数据位置如下：
在二进制文件头中写入：3205-3208位上写入数据的炮点测线号；
在二进制文件头中写入：3209-3212位上写入数据的炮点点号；
在道头内容中写入：1-4位上写入数据的检波点线号；
在道头内容中写入：5-8位上写入数据的检波点道号；
在道头内容中写入：13-16位上写入数据的检波点桩号；
在道头内容中写入：73-76位上写入数据的炮点X坐标；
在道头内容中写入：77-80位上写入数据的炮点Y坐标；
在道头内容中写入：81-84位上写入数据的检波点X坐标；
在道头内容中写入：85-88位上写入数据的检波点Y坐标；
在道头内容中写入：99-100位上写入数据的炮点静校正量；
在道头内容中写入：101-102位上写入数据的检波点静校正量；
(3)高程静校正量的计算及加载
Omega处理系统中，高程静校正量的计算和加载，需要多次加载网格，且Omega高程静校正的处理流程交互频繁、步骤较为复杂，从而导致其自动化程度较低。
基于Omega处理系统加载方式的繁琐性，我们自主研发的软件可以不需要网格的加载，只需填写工区基准面及替换速度即可，具有界面简洁、操作简单等特性。如图7-7，具体实现过程如下：
a、数据准备
读取高程静校正模块(红色区域)内的数据：
输入基准面→Datum；
输入替换速度→Vreplace；
读取数据内的道头数据：
炮点静校正量→Selevation；
检波点静校正量→Relevation；
采样率→Sample；
b、炮点高程静校正量的计算
Asource＝(Datum-Selevation)/Vreplace
c、检波点高程静校正量的计算
Areceive＝(Datum-Relevation)/Vreplace
d、高程静校正影响的采样点数
计算炮点高程静校正影响的采样点数：Bsource＝Asource/Sample；
计算检波点高程静校正影响的采样点数：Breceive＝Areceive/Sample；
计算高程静校正影响的采样点数：B总＝Bsource+Breceive；
e、高程静校正加载
(a)读取每一道时跳过B总个采样点数；
(b)读取C＝(采集长度-B总)个采样点数；
(c)因为每一道原始采样点数是固定的，因此需要补零D＝zero(B，1)；
(d)写入SEGY文件高程静校正后的地震数据fwrite(C+D)；
(4)标准SEGY数据输出
根据标准SEGY的格式，进行SEGY数据输出。将加载观测系统过程中应用的数据信息，写入对应的SEGY道头内，可以输出具有准确观测系统信息的标准SEGY数据格式文件。
(5)速度谱生成方法
数据经过预处理后，就可以计算得到CDP坐标，通过预置工区的四角坐标，对数据进行网格化处理，实时抽取CDP道集组成目标Inline线，作为后续处理的准备数据。
共中心点反射波时距曲线可看成一条双曲线。设共中心点道集上有一个反射波同相轴，那么，根据这个同相轴的t0值，以及相应的速度值和各道的炮检距，就可以计算出道集内各道的动校正量Δtx，对这个道集进行动校正，使双曲线形状的同相轴被校正成水平直线形状的同相轴。
动校正公式：
如果速度v选取得正确，动校正量Δtx就合适，动校正后的共反射时距曲线就是水平直线。所谓速度谱分析，就是利用这个原理。即选用一系列不同的速度值对共反射点时距曲线进行动校正，当能把共反射点时距曲线校正为水平直线时的速度值，就是合适的叠加速度。
叠加速度谱就是把这些共反射点道进行叠加。如果校成直线了，则各道的波形都没有相位差，叠加后的波形能量最强。如果没有校正成直线，各道和波形仍然存在相位差，叠后的波形能量较弱。这样，在生成的叠加速度谱中，通过拾取强能量团，就可以得到一系列较为准确的均方根速度函数。
(6)参与速度谱计算的数据量选择
由于可控震源高效采集的数据量巨大，要想实现快速速度谱生成和计算，必然要对数据进行一定的选择和取舍。对于数据的选取，研究测试了两种方法，一是限定面元内参与计算的道数，即通过限定覆盖次数来减少参与运算的数据量，如图7-8。
(7)人工引导速度拾取
为了保证速度场的基本精度，首先需要在工区不同范围内手动拾取若干引导速度点。以顺北某工区为例，进行无干预全自动速度拾取时，在深层极容易拾取至多次波的速度范围进行手动引导拾取引导速度避开多次波速度范围后，再进行自动速度拾取，就能较好地控制好纵向的速度趋势，保证速度场的准确性(如图7-9)。利用速度自动迭代分析、门槛值控制、自动剔除异常点等处理进一步保证速度拾取精度。
(8)快速叠前偏移成像
a、基本原理和流程设计
通过观测系统的实时定义得到偏移距的数值，并按照一定的偏移距增量自动分选共偏移距道集，并且在一个共偏移距片内每个CMP点只保留部分道，提高偏移计算速度；通过单道振幅均衡技术对共偏移距内每道做非地表一致性能量均衡，压制噪音，避免偏移噪声。
克希霍夫积分叠前时间偏移是利用每一时刻以上的均方根速度，计算炮点到反射点(或绕射点)及反射点(或绕射点)到接收点的旅行时，把绕射能量收敛到绕射顶点上。此方法是基于双平方根方程的非零炮检距成像理论，假设炮点或成像点两侧的走时是对称的。为了提高计算效率，采用直射线旅行时计算法。直射线追踪法是基于双平方根理论：
式中：t0为垂直传播时间，单位s；t为地震波从震源xm-h到检波点xm+h的旅行时间，单位s；h为半偏移距，单位m；v为均方根速度，单位m/s。
b、方法和流程实现
通过实时单道脉冲响应计算及实时加权叠加方法实现叠前偏移及实时成像。常规叠加是全部数据一起叠加，而实时叠加采用的是追加的叠加方式，所以无法应用常规的叠加算法进行叠加。因此，提出了一种加权叠加的方法，用于实时叠加过程，如图7-10。具体算法为：
第n炮叠加剖面＝[(前n-1炮叠加剖面)x(n-1)+第n炮叠加剖面]/n
将得到的单道脉冲响应进行叠加后，能够起到“相干加强，相反相消”的作用，从而较好地提高资料的信噪比，为现场监控提供良好的基础资料。
综上，本发明的方法主要涉及的技术点如下：
1、可控震源高效采集实时预处理技术；
(1)实时观测系统加载
通过实时解编SEGD数据，并且实时卸载道头信息，计算观测系统的相关信息，写入道头，为后续处理准备基础数据。
(2)实时高程静校正技术
利用测量成果中的物理点坐标和高程建立一个平滑面，新进的单炮根据实时加观后利用坐标自动定位至平滑面对应位置，从而能够快速准确地计算和应用高程静校正量。
2、快速自动速度拾取技术；
(1)实时共CDP道集分选技术
通过实时自动观测系统定义得到CDP坐标，并对数据进行网格化处理，实时抽取CDP道集和INLINE线，进而对目标线进行后续处理；
(2)基于互相关最大能量法的自动速度拾取技术
通过对速度谱的相关性最大能量进行自动识别和拾取，实现速度的自动拾取。通过速度自动迭代分析、门槛值控制、自动剔除异常点等处理保证速度拾取精度。
3、快速叠前时间偏移成像技术；
(1)实时共偏移距道集分选技术
通过观测系统的实时定义得到偏移距的数值，并按照一定的偏移距增量自动分选共偏移距道集，并且在一个共偏移距片内每个CMP点只保留部分道，提高偏移计算速度；
(2)实时单道振幅均衡技术
通过单道振幅均衡技术对共偏移距内每道做非地表一致性能量均衡，压制噪音，避免偏移噪声。
(3)实时地震道脉冲响应计算技术
克希霍夫积分法求和偏移原理：是结合了倾斜因子、球面扩散因子和子波整形因子的绕射求和方法。其具体做法是对输入资料乘以倾斜因子和球面扩散因子，然后利用以上整形因子规定条件进行滤波，再按公式定义双曲线轨迹求和，求和结果方法偏移剖面上对应的双曲线轴顶、时间T对应的地方。
(4)加权叠加方法
通过实时单道脉冲响应计算，及实时加权叠加方法实现叠前偏移及实时成像。常规叠加是全部数据一起叠加，而实时叠加采用的是追加的叠加方式，所以无法应用常规的叠加算法进行叠加。因此，提出了一种加权叠加的方法，用于实时叠加过程。具体算法为：第n炮叠加剖面＝[(前n-1炮叠加剖面)x(n-1)+第n炮叠加剖面]/n。
选择实际工区，通过对软件模块的应用，进行实时偏移成像效果分析，测试软件的应用效果和可操作性，完善软件的交互和实用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其特征在于步骤如下：
(1)数据解编；
(2)观测系统建立；
(3)高程静校正量的计算及加载；
(4)标准SEGY数据输出；
(5)速度谱生成；
(6)参与速度谱计算的数据量选择；
(7)人工引导速度拾取；
(8)快速叠前偏移成像。
2.根据权利要求1所述的一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其特征在于，所述步骤(1)中，具体解编过程如下：
根据数据格式读取SEG-D中的普通头段数据块中文件编号(1-2位)、震源测线号(4-8位)、震源点号(9-13位)、在扩展头段中读取读取地震记录的采样长度(1-4位)、地震记录的采样率(5-8位)、辅助道数目(13-16位)、地震记录道数目(17-20位)、在道头扩展数据块中读取地震记录的接收点测线号(1-3位)、地震记录的接收点点号(4-6位)。
3.根据权利要求1所述的一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其特征在于，所述步骤(2)中，观测系统建立过程如下：
a、观测系统加载前数据准备
首先通过地震数据输入，根据蓝色区域中的数据排列顺序，逐步开始加载观测系统；然后通过SPS文件输入，分别选择SPS炮点文件、检波点文件、关系文件，显示文件路径，后台打开文件，待后期快速调用；
b、观测系统加载
根据地震数据道头内的炮点线号、点号，在SPS的S文件中找到对应的炮点线号、点号，读取炮点的X、Y坐标、炮点静校正量；
根据地震数据道头内的炮点线号、点号，在SPS的X文件中找到对应的炮点线号、点号，把符合的炮点线号和点号的各列存为一个库；
根据地震数据道头内的检波点线号、点号，在炮点线号和点号形成的库中，寻找地震数据的检波点号，对应的SPS的X文件内桩号范围，读取对应的道数；
根据地震数据中每一道对应的检波点线号、点号，在SPS的R文件中找到对应的检波点线号、点号，读取检波点的X、Y坐标、检波点静校正量，进行数据加载道头；
c、观测系统加载后SEGY数据输出
根据SEGY格式的规则，进行SEGY数据输出；
将加载观测系统过程中应用的数据信息，写入对应的SGY道头内。
4.根据权利要求3所述的一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其特征在于，在步骤a中，建立了一个SPS头段行数填写，然后SPS文件读取的开始时，自动把头段删除；
在步骤c中，将加载观测系统过程中应用的数据信息，写入对应的SGY道头内，具体写入数据位置如下：
在二进制文件头中写入：3205-3208位上写入数据的炮点测线号；
在二进制文件头中写入：3209-3212位上写入数据的炮点点号；
在道头内容中写入：1-4位上写入数据的检波点线号；
在道头内容中写入：5-8位上写入数据的检波点道号；
在道头内容中写入：13-16位上写入数据的检波点桩号；
在道头内容中写入：73-76位上写入数据的炮点X坐标；
在道头内容中写入：77-80位上写入数据的炮点Y坐标；
在道头内容中写入：81-84位上写入数据的检波点X坐标；
在道头内容中写入：85-88位上写入数据的检波点Y坐标；
在道头内容中写入：99-100位上写入数据的炮点静校正量；
在道头内容中写入：101-102位上写入数据的检波点静校正量。
5.根据权利要求1所述的一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其特征在于，所述步骤(3)中，高程静校正量的计算及加载过程如下：
a、数据准备
读取高程静校正模块内的数据：输入基准面Datum，输入替换速度Vreplace；
读取数据内的道头数据：炮点静校正量Selevation，检波点静校正量Relevation，采样率Sample；
b、炮点高程静校正量的计算
Asource＝(Datum-Selevation)/Vreplace；
c、检波点高程静校正量的计算
Areceive＝(Datum-Relevation)/Vreplace；
d、高程静校正影响的采样点数
计算炮点高程静校正影响的采样点数：Bsource＝Asource/Sample；
计算检波点高程静校正影响的采样点数：Breceive＝Areceive/Sample；
计算高程静校正影响的采样点数：B总＝Bsource+Breceive；
e、高程静校正加载
(e1)读取每一道时跳过B总个采样点数；
(e2)读取C＝(采集长度-B总)个采样点数；
(e3)因为每一道原始采样点数是固定的，因此需要补零D＝zero(B，1)；
(e4)写入SEGY文件高程静校正后的地震数据fwrite(C+D)。
6.根据权利要求1所述的一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据标准SEGY的格式，进行SEGY数据输出；将加载观测系统过程中应用的数据信息，写入对应的SEGY道头内，可输出具有准确观测系统信息的标准SEGY数据格式文件。
7.根据权利要求1所述的一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其特征在于，所述步骤(5)中，数据经过预处理后，可计算得到CDP坐标，通过预置工区的四角坐标，对数据进行网格化处理，实时抽取CDP道集组成目标Inline线，作为后续处理的准备数据；
将共中心点反射波时距曲线看成一条双曲线，设共中心点道集上有一个反射波同相轴，那么，根据这个同相轴的t0值，以及相应的速度值和各道的炮检距，计算出道集内各道的动校正量Δtx，对这个道集进行动校正，使双曲线形状的同相轴被校正成水平直线形状的同相轴；
动校正公式：
如果速度v选取得正确，动校正后的共反射时距曲线就是水平直线；当能把共反射点时距曲线校正为水平直线时的速度值，就是合适的叠加速度；把这些共反射点道进行叠加就是叠加速度谱。
8.根据权利要求1所述的一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其特征在于，所述步骤(6)中，对数据进行一定的选择和取舍；对于数据的选取，通过限定面元内参与计算的道数，即通过限定覆盖次数来减少参与运算的数据量。
9.根据权利要求1所述的一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其特征在于，所述步骤(7)中，在深层极易拾取至多次波的速度范围进行手动引导拾取引导速度避开多次波速度范围后，再进行自动速度拾取。
10.根据权利要求1所述的一种可控震源高效采集实时叠前时间偏移成像方法，其特征在于，所述步骤(8)中，通过实时单道脉冲响应计算及实时加权叠加方法实现叠前偏移及实时成像；其中采用加权叠加的方法，用于实时叠加过程，具体算法为：
第n炮叠加剖面＝[(前n-1炮叠加剖面)x(n-1)+第n炮叠加剖面]/n；
将得到的单道脉冲响应进行叠加。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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