CN113589374B - 基于射线密度的有效速度提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于射线密度的有效速度提取方法，该基于射线密度的有效速度提取方法包括：步骤1，加载观测系统；步骤2，拾取地震数据的初至波时间t；步骤3，求网格点波前走时；步骤4，计算射线路径；步骤5，求射线密度；步骤6，计算反演速度；步骤7，进行有效速度提取。该基于射线密度的有效速度提取方法主要考虑的射线穿过的密度，射线越密，则速度越准，将达到一定射线密度的速度提取出来，用于叠前深度偏移，效果明显；流程及参数设置简单，容易操作实现，运算速度快。

Description

基于射线密度的有效速度提取方法

技术领域

本发明涉及油气勘探地震资料处理领域，特别是涉及到一种基于射线密度的有效速度提取方法。

背景技术

随着叠前深度偏移技术的不断发展，浅层速度对偏移的影响越来越得到大家的公认，浅层速度不准会影响到深层地震资料的成像，常规的反射波层析反演方法因为近偏移距数据太少而无法获得准确的浅层速度，因此逐步发展到目前采用的初至波层析获取浅层速度的方法。在初至波层析方法中，射线法是其中的一种重要方法，但是该方法获得速度因为受到地震道密度、排列长度等因素的影响，只有部分速度是准确的，这部分准确的速度，我们称为有效速度。常规获得有效速度的方法有直接按统一深度提取法、人工拾取法等等，统一深度提取法会导致一部分准确的速度被去除掉，对有效信息造成浪费；人工拾取法受到人为认知的影响比较大，没有一个统一参数的标准，可能会拾取到不准确的速度或者丢失有效的速度。

在申请号：201710507243.8的中国专利申请中，涉及到一种自动网格层析深度域速度的建模方法，所述方法包括以下步骤：1)基于深度域初始速度模型和叠前地震数据获得深度域偏移剖面以及各个网格点处的共成像点道集CIG(x,y,z,h)，其中，x表述网格点的横坐标，y表示网格点的纵坐标，z表示网格点的深度，h表示偏移距；2)对每一个网格点的共成像点道集CIG(x,y,z,h)进行γ谱扫描获得γ谱值Sem(x,y,z)；3)对在各个网格点对深度域偏移剖面进行倾角扫描，获得各同相轴的倾角以及沿倾角相干值c(x,y,z,h)；4)基于深度偏移剖面中的同相轴振幅、步骤2)获得的γ谱值Sem(x,y,z)以及步骤3)获得的沿倾角相干值c(x,y,z,h)确定深度域初始速度模型与深度域偏移剖面中的反射点R(x,y,z)；5)提取所述反射点处的剩余深度Δz(x,y,z,h)，并将其转换为时差Δτ(h)；6)利用深度域初始速度模型，从所述反射点R(x,y,z)处出发向地面进行射线追踪，以确定所述反射点R(x,y,z)的射线路径L；7)基于步骤4)所确定的时差Δτ(h)和步骤5)所确定的射线路径L建立层析方程，通过求解所述层析方层得到速度扰动量ΔS来更新深度域初始速度模型中的速度。此专利基于深度域初始速度模型和叠前地震数据获得深度域偏移剖面以及各个网格点处的共成像点道集，要求深度域偏移剖面和成像点道集具有一定的信噪比，浅层地震资料由于偏移距较少，会造成成像点道集γ谱扫描误差，这样就会影响到浅层速度的准确性，因为深层速度受到浅层速度的影响，浅层速度不准，也会造成深层速度产生了误差，使得最终得到的网格层析速度的准确性降低。

在申请号：201410100436.8的中国专利申请中，涉及到一种基于反向射线追踪的约束层析速度建模方法，该基于反向射线追踪的约束层析速度建模方法包括：步骤1，提取角度域共成像点道集；步骤2，自动拟合拾取角道集剩余曲率，利用旅行时残差和深度残差的转换关系求取旅行时残差；步骤3，利用反向射线追踪方法，记录射线弧长，求取灵敏度矩阵；步骤4，由LSQR方法求取慢度扰动，更新速度模型；以及步骤5，叠前深度偏移和提取角度域共成像点道集，迭代进行上述步骤，直到所有控制层完成更新。此专利在提取角度域道集的基础上计算旅行时残差，利用反向射线追踪方法求取灵敏度矩阵，用最小二乘方法求取慢度扰动，更新速度模型，该技术实现的基础数据是角度域道集，浅层地震资料只有近偏移距资料，因此信噪比较低，角度域道集的反射轴也就不准确，造成最终反演的结果出现误差。

叠前深度偏移中，如果浅层速度不准确，必然会影响到地震资料的成像效果，进一步地会影响到后续的解释、反演、井位设计等整个震勘效果，因此，浅层速度的准确性在地震勘探中至关重要。为此我们发明了一种新的基于射线密度的有效速度提取方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够将层析反演的速度提取出来，充分利用了初至信息的基于射线密度的有效速度提取方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于射线密度的有效速度提取方法，该基于射线密度的有效速度提取方法包括：步骤1，加载观测系统；步骤2，拾取地震数据的初至波时间t；步骤3，求网格点波前走时；步骤4，计算射线路径；步骤5，求射线密度；步骤6，计算反演速度；步骤7，进行有效速度提取。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，将野外测量数据加载到原始地震单炮上，地震数据上带有坐标、高程这些信息。

在步骤2中，拾取地震数据的初至波时间t，拾取的初至波时间为激发以后，接收点最先接收到地震波的时间，初至波时间t满足下列程函方程：

式中，v(x,y,z)表示(x,y,z)处的波速。

在步骤3中，将地下复杂介质模型网格化，水平方向网格大小为共中心点面元的大小，或者为共中心点面元大小的整数倍，设沿x坐标轴方向的网格大小为Δx，沿y坐标轴方向的网格大小为Δy，深度方向网格的大小为Δz；分别用i、j、k表示沿x、y和z坐标轴方向上的离散模型网格点编号，v_i,j,k为(i，j，k)点的速度，则有：

解上述方程可得每个网格点的波前走时t_i,j,k。

在步骤4中，在求得波前走时的基础上，先计算单个网格的射线，再依次连接得到整条射线；假设波前走时线性变化，某一个网格的中心点坐标为(x₀,y₀,z₀)，这个网格上的一个网格面上的某一点S′(坐标为(x_S′,y_S′,z_S′))的波前走时函数为：

式中，t₁、t₂、t₃、t₄为某一点S′所在网格界面的四角所对应的波前走时。

点S′到另一个网格面某一点R(x_R,y_R,z_R)的时间为：

对于一个网格的另外6个面，都用同样的办法求出传播时间，在这些传播时间中选取最小值，该最小值所对应的网格面上的点S′便是射线路径的通过该界面的位置，该点与接收点的连线即为该单元内的射线路径L。

在步骤5中，在运用前述方法可以得到每一对炮点、检波点的射线路径，这些射线路径分布在网格中，将某一个网格内的所有射线L统计累加起来(m为射线的条数)，就得到射线密度。公式：

ρ＝∑L_m (5)。

在步骤6中，反演速度的获取采用宽射线层析反演方法，速度反演也需要用到前面计算波前走时和射线路径的网格，设把介质的总网格数为H，第g条射线在第h个网格中的长度为C_gh，采用宽射线进行加权计算，与该段射线对应的宽射线包含N个网格，总体积为U，其中第n个单元在宽射线占据的体积为u_n。根据上述定义，对每对激发点和接收点可获得下列反演方程：

其中，Δt_g是第g条射线对应的走时残差；ΔF_n是第n个单元的慢度增量，w_n是反映各单元能流密度大小的权系数，且

在步骤7中，射线密度体现了经过该点的射线数目，射线越多，速度就越准确，假设达到某一密度P，速度的准确性就能满足要求，将所有达到密度P的网格连接起来，提取速度，得到有效速度。

本发明中的基于射线密度的有效速度提取方法，能够将层析反演的速度提取出来，充分利用了初至信息，有着其他方法不具备的优势，其具体优势和特点表现在以下几个方面：

一、方法效果的可靠性。该方法主要考虑的射线穿过的密度，射线越密，则速度越准，将达到一定射线密度的速度提取出来，用于叠前深度偏移，效果明显。

二、技术的可操作性。该方法流程及参数设置简单，容易操作实现，运算速度快。

附图说明

图1为本发明的基于射线密度的有效速度提取方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中初至拾取图；

图3为本发明的一具体实施例中射线路径图；

图4为本发明的一具体实施例中高于某一射线密度的截取图；

图5为本发明的一具体实施例中反演的速度的示意图；

图6为本发明的一具体实施例中提取的有效速度的示意图；

图7为常规方法获得速度的偏移效果图；

图8为本方法提取有效速度偏移效果图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

叠前深度偏移需要准确的速度，目前常规反射波层析反演方法无法获得准确的浅层速度，折射波层析反演能够获得浅层速度，但是该速度包含了一部分不准确的速度，因此需要从中提取出有效速度。根据这个目的，本发明提供了一种基于射线密度的有效速度提取方法。

射线法初至波层析反演的过程中，需要求取炮点到检波点(因为该射线是可逆的，也可以是检波点到炮点)的地震波走时射线，在实际地震资料反射中，该射线的密度随着浅深变化、速度变化、炮检点位置变化而变化，只有射线密度达到一定的程度才能得到准确的速度，根据这一原理，发明了该基于射线密度的有效速度提取方法。

如图1所示，图1为本发明的基于射线密度的有效速度提取方法的流程图。

(1)加载观测系统。将野外测量数据加载到原始地震单炮上，这样，地震数据上就带有了坐标、高程等信息。

(2)拾取初至。拾取地震数据的初至波时间t，拾取的初至波时间实际上是激发以后，接收点最先接收到地震波的时间。初至波时间t满足下列程函方程：

式中，v(x,y,z)表示(x,y,z)处的波速。

(3)求网格点波前走时。将地下复杂介质模型网格化，水平方向网格大小为共中心点面元的大小，或者为共中心点面元大小的整数倍，设沿x坐标轴方向的网格大小为Δx，沿y坐标轴方向的网格大小为Δy，深度方向网格的大小为Δz。分别用i、j、k表示沿x、y和z坐标轴方向上的离散模型网格点编号，v_i,j,k为(i，j，k)点的速度，则有：

解上述方程可得每个网格点的波前走时t_i,j,k。

(4)计算射线路径。在求得波前走时的基础上，先计算单个网格的射线，再依次连接得到整条射线。假设波前走时线性变化，某一个网格的中心点坐标为(x₀,y₀,z₀)，这个网格上的一个网格面上的某一点S′(坐标为(x_S′,y_S′,z_S′))的波前走时函数为：

式中，t₁、t₂、t₃、t₄为某一点S′所在网格界面的四角所对应的波前走时。

点S′到另一个网格面某一点R(x_R,y_R,z_R)的时间为：

对于一个网格的另外6个面，都用同样的办法求出传播时间，在这些传播时间中选取最小值，该最小值所对应的网格面上的点S′便是射线路径的通过该界面的位置，该点与接收点的连线即为该单元内的射线路径L。

(5)求射线密度。在运用前述方法可以得到每一对炮点、检波点的射线路径，这些射线路径分布在网格中，将某一个网格内的所有射线L统计累加起来(m为射线的条数)，就得到射线密度。公式：

ρ＝∑L_m

(5)

(6)反演速度。速度反演也需要用到前面计算波前走时和射线路径的网格，设把介质的总网格数为H，第g条射线在第h个网格中的长度为C_gh，采用宽射线进行加权计算，与该段射线对应的宽射线包含N个网格，总体积为U，其中第n个单元在宽射线占据的体积为u_n。根据上述定义，对每对激发点和接收点可获得下列反演方程：

其中，Δt_g是第g条射线对应的走时残差；ΔF_n是第n个单元的慢度增量，w_n是反映各单元能流密度大小的权系数，且

(7)有效速度提取。射线密度体现了经过该点的射线数目，实际上射线越多，速度就越准确，假设达到某一密度P，速度的准确性就能满足要求，将所有达到密度P的网格连接起来，提取速度，就得到有效速度。

在应用本发明的一具体实施例中，以XX油田T1J地区地震资料为目标靶区，应用本方法对该资料进行处理，以验证本方法的效果，具体流程图见图1。该实际资料地震资料时间长度4000ms，时间采样间隔为1ms，采样点数4000。采用上述方法对该资料进行处理。

1)首先进入步骤1，对野外采集的原始数据定义观测系统，加上坐标、高程等信息。

2)然后依据步骤2，拾取初至信息，得到初至波时间，如图2所示。

3)依据步骤3，利用公式(2)，计算各个网格点的波前走时。

4)依据步骤4，利用公式(3)和公式(4)，计算单个网格点的射线对应的走时，再将所有射线连接起来，求得最小的走时对应的射线，即得到射线路径，如图3所示。

5)依据步骤5，将每个网格点的射线条数累加，得到射线密度，给定某一射线密度(这个值需要实际测试，以应用效果最好为准)，提取高于该密度的部分，如图4所示。

6)依据步骤6，进行速度反演，求得浅层的层析反演速度，如图5所示。

7)依据步骤7，根据步骤5给定的射线密度值，以该值为界得到一个界面，界面以上的速度为有效速度，如图6所示。

8)图7为常规方法的偏移效果，图8为本方法提取有效速度偏移的效果，可以看出，本方法得到的速度较准确，剖面的成像效果比常规方法要明显好很多。

Claims (4)

1.基于射线密度的有效速度提取方法，其特征在于，该基于射线密度的有效速度提取方法包括：

步骤1，加载观测系统；

步骤2，拾取地震数据的初至波时间t；

步骤3，求网格点波前走时；

步骤4，计算射线路径；

步骤5，求射线密度；

步骤6，计算反演速度；

步骤7，进行有效速度提取；

在步骤2中，拾取地震数据的初至波时间t，拾取的初至波时间为激发以后，接收点最先接收到地震波的时间，初至波时间t满足下列程函方程：

式中，v(x,y,z)表示(x,y,z)处的波速；

在步骤3中，将地下复杂介质模型网格化，水平方向网格大小为共中心点面元的大小，或者为共中心点面元大小的整数倍，设沿x坐标轴方向的网格大小为Δx，沿y坐标轴方向的网格大小为Δy，深度方向网格的大小为Δz；分别用i、j、k表示沿x、y和z坐标轴方向上的离散模型网格点编号，v_i,j,k为(i，j，k)点的速度，则有：

解上述方程可得每个网格点的波前走时t_i,j,k；

在步骤4中，在求得波前走时的基础上，先计算单个网格的射线，再依次连接得到整条射线；假设波前走时线性变化，某一个网格的中心点坐标为(x₀,y₀,z₀)，这个网格上的一个网格面上的某一点S′，坐标为(x_S′,y_S′,z_S′)的波前走时函数为：

式中，t₁、t₂、t₃、t₄为某一点S′所在网格界面的四角所对应的波前走时；

点S′到另一个网格面某一点R(x_R,y_R,z_R)的时间为：

对于一个网格的另外6个面，都用同样的办法求出传播时间，在这些传播时间中选取最小值，该最小值所对应的网格面上的点S′便是射线路径的通过该界面的位置，该点与接收点的连线即为该单元内的射线路径L；

在步骤5中，运用步骤4得到每一对炮点、检波点的射线路径，这些射线路径分布在网格中，将某一个网格内的所有射线L统计累加起来，m为射线的条数，就得到射线密度公式：

ρ＝∑L_m (5)。

2.根据权利要求1所述的基于射线密度的有效速度提取方法，其特征在于，在步骤1中，将野外测量数据加载到原始地震单炮上，地震数据上带有坐标、高程这些信息。

3.根据权利要求1所述的基于射线密度的有效速度提取方法，其特征在于，在步骤6中，反演速度的获取采用宽射线层析反演方法，速度反演也需要用到前面计算波前走时和射线路径的网格，设把介质的总网格数为H，第g条射线在第h个网格中的长度为C_gh，采用宽射线进行加权计算，与该段射线对应的宽射线包含N个网格，总体积为U，其中第n个单元在宽射线占据的体积为u_n；根据上述定义，对每对激发点和接收点获得下列反演方程：

其中，Δt_g是第g条射线对应的走时残差；ΔF_n是第n个单元的慢度增量，w_n是反映各单元能流密度大小的权系数，且

4.根据权利要求1所述的基于射线密度的有效速度提取方法，其特征在于，在步骤7中，射线密度体现了经过该点的射线数目，射线越多，速度就越准确，假设达到某一密度P，速度的准确性就能满足要求，将所有达到密度P的网格连接起来，提取速度，得到有效速度。