CN102749644B

CN102749644B - 搜寻反射界面法线角获得最佳成像效果叠前偏移成像方法

Info

Publication number: CN102749644B
Application number: CN201210194803.6A
Authority: CN
Inventors: 薛爱民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: CN102749644A

Abstract

本发明公开了一种基于搜寻反射界面法线角获得最佳成像效果的叠前偏移成像方法，该方法首先从O点向一系列CMP点做射线追踪，在O点得到一系列射线与垂直线的交角，即倾角；再将该系列CMP道集上的地震数据在O点按不同倾角范围进行偏移叠加，获得不同角度的叠加能量，比较系列角度对应的偏移叠加能量大小，找到代表最大偏移能量的角度，确认该角度为界面面元法线角F；通过界面面元的法线角F确定最佳偏移叠加图像的数据之共中心点CMP；应用确定的CMP道集和其周围一定范围内道集的地震数据在O点进行叠前偏移成像。该方法相对于传统的叠前偏移成像方法，能够获得更为清晰的图像。

Description

搜寻反射界面法线角获得最佳成像效果叠前偏移成像方法

技术领域

本发明属于反射地震勘探领域，特别是涉及利用地震叠前偏移道集数据确定反射界面法线对应的地震数据共中心点位置，从而获得更为清晰的地震偏移图像的方法。

背景技术

对地质构造进行成像的技术，比较常见的的是利用反射地震叠前偏移道集数据进行成像，如果地下介质是水平层状和各向同性的，地下界面法线应该垂直于水平地面，形成最佳成像图的地震数据之共中心点位于法线在地面的投影点。但是介质若为非水平层状，即界面如果是倾斜的，按常规，我们不知道界面某点的法线角和形成该点最佳图像的地震数据之共中心点，所以将所有可能在该点形成反射的地震数据全部累加，并假设噪音是随机的，得到成像结果。但该方法不能确切了解地下界面法线角和反射点对应的共地震数据中心点位置，所以在叠加时将所有可能涉及的数据全部累加，且要求叠加次数很大以便于降低噪音，但实际数据的叠加次数是有限的，很多情况下不能满足需要，应用速度的不准确和非该点反射数据在该点的叠加反而降低了成像的分辨率。

发明内容

在反射地震勘探领域，应用叠前偏移数据确定地下反射界面法线，进而确定对应的地震数据共中心点位置，到目前为止没有有效的方法。而如果在偏移成像过程中，了解地下成像点的界面法线角，进而知道在该点形成最佳叠加图像的地震数据之共中心点，就可以专门对该共中心点附近的地震数据进行偏移叠加成像，从而得到较高分辨率的地震剖面。

本发明根据地下反射点的界面法线角对应的CMP道集数据具有最大成像振幅的原理，对数据进行选择性叠加，仅仅应用少量地震数据成像，从而避免了由于大量非该点反射数据在该点的叠加和速度偏差带来叠加噪音，从而分辨率降低的弊病。

如图1所示，地下倾斜界面上一点O，由两个地震数据组CMP1和CMP2进行成像作业。CMP1道集数据由炮检点对S1-R1，S2-R2组成，其中S1、S2代表放炮点，RI、R2代表检波点。显然，CMP1道集数据不能在O点形成良好的像，原因是S1-R1和S2-R2点对在O点均没有有效的高振幅反射，CMP1与O点的连线不是界面在O点的法线。相反，由于CMP2与O点的连线是界面在O点的法线，CMP2的炮-检点对围绕法线形成完整的反射系列，所以CMP2道集数据在O点可以形成良好的像。如果在成像过程中，我们丢弃CPM1数据而将CMP2数据挑选出来单独成像，成像精度将大大提高，从而避免了大量非O点反射数据叠加带来的分辨率降低的问题。如果能够把地下划分为有限个界元，对每个界元按照CMP2一样，找到其法线，得到围绕法线的完整反射系列，并依照该道集数据分别成像，就能得到高精度的整个地下介质的图像。

在具体检测中，采取的模式是：

假设地下介质为各向同性、速度为V的缓慢变化的介质，炮点S（xs）和检波点R（xr）位于地面，地下反射点O（x，z）所处界面面元的法线方向为F（图2）。其中入射角Ф是指入射波与法线的夹角；t₀为O点到地面的双程旅行时。V和t₀为实验可得数据。

如图2所示,据DSR方程,α角和β角可以由下式得到[1],即

和

理论上,入射角度Φ应该是两个角度平均值,即

Φ＝(-α-β)/2， ……(3)

如图所示,法线角度F为

F=α+Ф ……(4)

在均匀介质情况下,(1)和(2)式的α角和β角可以由下式计算,

和

在实际地震数据处理中,真正的F角和Φ角是难于得到的，只有在确切知道某时刻的信号来源就是从该面元反射的情况下,才能唯一性的得到,而这种情况几乎没有可能。

但是，我们知道，只有在应用（4）式得到的F角与地下界面面元的真实法线一致的情况下，该点的反射振幅最大，偏移叠加得到的能量最强。由此，一个可行的方案是，从一系列CMP点向O点做射线追踪，在O点得到一系列角度；再将一系列CMP道集上的地震数据在该点各自进行偏移叠加，获得偏移后的一系列像能量；比较系列角度对应的偏移叠加能量大小，找到代表最大偏移能量的角度，确认该角度为界面面元法线角F。同时，我们也可以确知，造成最大偏移叠加能量的地震数据的CMP点即为形成最佳偏移叠加成像所对应的地震数据共中心点。

具体步骤为：

（1）首先从O点向一系列CMP点做射线追踪，在O点得到一系列射线与垂直线的交角，即倾角；

（2）再将该系列CMP道集上的地震数据在O点按不同倾角范围进行偏移叠加，获得不同角度的叠加能量；

（3）比较系列角度对应的偏移叠加能量大小，找到代表最大偏移能量的角度，确认该角度为界面面元法线角F；

（4）通过界面面元的法线角F确定最佳偏移叠加图像的数据之共中心点CMP；

（5）应用依据步骤（4）确定的CMP道集和其周围一定范围内道集的地震数据在O点进行叠前偏移成像。

常规Kirchhoff叠前时间偏移不应用射线追踪方法获得走时信息，因此，利用射线追踪和扫描估计得到的F角就近于奢侈。一般情况，若地下介质近于光滑和各向同性，作为近似，F角的扫描估计可以直接利用CMP到O点的连线来近似实现，亦即

图3是利用二维地震偏移数据对法线角进行扫描的实际范例。图左侧是偏移叠加剖面，在2700-2800毫秒处，地层倾斜角度大约为35度，通过将地面上以CMP为单位的地震数据在地下成像点进行偏移叠加，形成法线角道集（图3中的右侧图，横坐标为角度，纵坐标为时间）后，可以见到，右侧的偏移叠加能量集中在法线角为25-45度间，正好对应地层的倾斜度。对图中右侧数据进行能量扫描，最大能量对应35度左右。此说明地层界面的法线角完全可以通过对角度叠加道集数据能量的扫描过程获取。

如果找到界面面元的法线角和确定了可形成最佳偏移叠加图像的数据之共中心点CMP，选择性的挑选数据进行叠前偏移成像，成像剖面的分辨率将大大提高，从而实现聚焦叠加成像。在CMP道集上，炮点和检波点对CMP点是平面几何对称的。在各向同性均匀介质假设前提下，地下成像点的反射波只有在界面法向所指的CMP位置上才有记录，其它CMP点由于接受不到该点的反射，没有反射记录。然而，按照Fresnel波动理论，该法向角所指的数据共中心点CMP位置周围还应该具备接受反射波的条件，与CMP点不同，它们接受的是能量较弱的可称为衍射的地震波。因此，应用Fresnell第一反射带所包围的范围（图4），其中的阴影区是Fresnell带范围，W为叠加权。将地震数据进行加权偏移叠加，应用高斯权系数，可以获得地下界面面元最佳偏移—聚焦成像成果。

偏移叠加的范围可以应用Fresnell带界定，也可以应用其它方式界定。如果地下介质反射面是水平的，该范围的界定等效于偏移孔径大小的界定。

为了处理问题的方便，实际偏移过程中，当扫描得到法线F角后，可以直接应用F角的前后容忍度△F来界定叠加范围，即

F_min＝F-ΔF ……(8)

与

F_max＝F-ΔF ……(9)

其中：

Fmin是最小参与叠加的法线角；

Fmax是最大可参与叠加的法线角。

对地震数据进行聚焦叠加，意味着：

{Image}_{(0)} = Σ_{F_{\min}}^{F_{\max}} S_{F} \cdot w_{F} \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot (10)

其中：

Image(0)为地下O点的像；SF为对应某CMP数据在该点的叠加像函数，该CMP与O点的法向角为F；WF为叠加权系数。

将上述地震数据进行加权偏移叠加，可以获得地下界面面元最佳偏移-聚焦成像成果。

地震数据若为三维数据，F角的选择还要在不同方位上进行，亦即要在不同方位角范围内选择F角，再进行上述偏移叠加成像。

附图说明

图1是地震CMP道集数据与地下反射面关系图。

图2是界面面元法线和激发点与接收点几何关系图。

图3是叠前偏移剖面与法线角道集数据关系图示。

图4是反射数据在成像点的偏移叠加示意图。

图5是应用常规技术（左）和应用本发明的技术（右）对地震数据进行成像结果对比图。

图6是本发明技术应用于叠前时间偏移获得的成像剖面与常规叠前时间偏移获得的成像剖面之对比图。

图7是国内某研究院应用常规的叠前时间偏移成像方法得到的地震反射成像剖面图。

图8应用本技术开发的软件对图7地震数据进行的叠前时间偏移成像处理对比图。

实施例1

应用本发明方法，我们对某地区地震数据进行了成像处理，获得了良好的成像效果。图5左侧显示了应用常规叠前时间偏移技术得到的最终偏移成像剖面成果，右侧显示了应用本发明获得的叠前时间偏移成像成果剖面。可以看出，应用本发明获得的地震图像具有较高的分辨率，偏移噪音明显较少，频率明显提高，特别是大套地层间的小层清晰可辨。

实施例2

下图6地震数据来源于某火山岩地区，信噪比中等，但是偏移叠加后同相轴连续性不理想。分析原因为部分干扰波能量较强，在偏移过程中由于覆盖次数少，所以噪音的叠加衰减不理想；为此，应用本发明技术，获得成像点界面面元法线角后，对法线角对应的地震数据共中心点CMP和周围若干点地震数据进行选择性加权叠加成像，获得了良好的更高分辨率的叠前偏移成像剖面。图6左侧图像应用常规叠加偏移方法，右侧图像应用本发明的技术进行的叠前时间偏移方法。比较两侧图像，新的技术确实提高了偏移剖面的分辨率，使得图像更加清晰，同相轴连续，图像整体噪音水平也降低了许多。

实施例3

某地震数据处理项目，要求对地震数据进行精细成像处理，断层和地层分辨清晰。此前，国内某研究院曾经对该数据进行过精细处理，没有达到甲方的要求。我们在认真分析了数据特点以后，认为新开发的成像技术有能力达到甲方的要求，所以应用本专利技术开发的成像软件对该数据进行了成像处理。

图7是国内某研究单位对该地震数据成像结果。图中可见主要断层和地层都比较清晰，但是较为细节的结构和主构造周围的地层、特别是浅部构造有些模糊，解释中似乎可以认为存在一条平卧的主断层并已经直接将地层错断。图8是应用我们开发的技术软件对该数据进行的成像处理结果。可见主要的结构与图7基本相同，但细结构有了很大的变化，控制本区上部地层发育的断层并没有成为将地层错断的大型断层从而促使上部发育为一个大型滑脱体，它实际上仍旧可以解释为一个大型平卧褶皱的核部。此处理成果得到甲方的充分肯定，为我们争得了荣誉，也为本技术的应用提供了强有力的市场支持。

Claims

1.基于搜寻反射界面法线角获得最佳成像效果的叠前偏移成像方法，其特征在于包含以下步骤：

(1)首先从O点向一系列CMP点做射线追踪，在O点得到一系列射线与垂直线的交角，即倾角；

(2)再将该系列CMP道集上的地震数据在O点按不同倾角范围进行偏移叠加，获得不同角度的叠加能量；

(3)比较系列角度对应的偏移叠加能量大小，找到代表最大偏移能量的角度，确认该角度为界面面元法线角F，在地下介质近于光滑和各向同性假设情况下，法线角F直接利用CMP到O点的连线来近似实现，亦即

(4)通过界面面元的法线角F确定最佳偏移叠加图像的数据之共中心点CMP；

(5)应用依据步骤(4)确定的CMP道集和其周围一定范围内道集的地震数据在O点进行叠前偏移成像；

将在步骤(4)和(5)中Fresnell第一反射带范围内所得数据应用高斯系数进行加权偏移叠加成像；将在步骤(4)和(5)中法线角F前后一定范围△F内所得数据进行加权偏移叠加成像。

2.根据权利要求1所述基于搜寻反射界面法线角获得最佳成像效果的叠前偏移成像方法，其特征在于步骤(4)和(5)中的地震数据若为三维数据，F角的选择还要在不同方位上进行，亦即要在不同方位角范围内选择F角。