CN102901984A - 真地表地震数据倾角道集构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地震数据处理过程中的二维、三维波动方程叠前深度偏移处理。本发明的真地表地震数据倾角道集构建方法，包括以下步骤：（a）在真地表上激发地震波，采用射线追踪方法来计算地震波的旅行时；（b）采用射线追方法中的弯曲法来计算第一成像点的第一入射角，并根据成像空间的速度模型来计算第一反射角；（c）根据旅行时、第一反射角，并依据预先设置的角度范围和角度扫描间隔构造倾角，此时接收点处的检波器接收随着构造倾角而变化的地震波的反射信号，形成倾角道集，其他成像点由此类推。
Description
技术领域
本发明涉及一种地震数据处理过程中的二维、三维波动方程叠前深度偏移处理，尤其涉及一种用于叠前深度偏移处理的真地表倾角道集的构建方法。
背景技术
复杂地区偏移成像方法研究是石油地球物理勘探中长期存在，并且目前尚未完全解决的前沿性研究课题，其中成像道集的构建方法直接影响着最终的成像质量。目前的道集构建研究依旧停留在地质模型水平层状的理论假设基础上，也取得了很多理论和实际应用成果。但是，目前的研究大都集中在以下两个方面。
（1）构建共反射点道集来处理叠前时间偏移成像问题。
在叠加成像的基础上，目前时间域的偏移成像主要集中在共反射点道集处理上，共反射点道集可以反映一定构建的情况，空间位置更准确，并含有振幅随炮检距变化即横波信息，这些信息与地下岩性及油气分布紧密相关，经过多次偏移速度分析出来的共成像点道集，可以用来综合判别储层物性及含油气性。但是，这种时间域的成像道集仍然无法很好地刻画地下成像对象的复杂结构，而且在复杂地表条件下，如果静校正问题没有很好的解决，其共反射点道集提供的信息就更不可靠了。
（2）构建角道集来处理叠前角度偏移成像问题。
最初的角道集是根据方位角的不同范围来抽出具有某一范围内的道集，以此组成角道集。可以综合分析地层介质各向异性造成的速度变化影响。
近几年来，在角度域成像是一种对复杂地下构建进行成像的策略，因此对角度域共成像点道集的研究形成了一个热点。原因在于，角度域共成像点道集即携带了反射界面两侧的弹性参数变化的信息，也包含了偏移速度场是否正确的信息。角度道集的构件是一个关键问题，Prucha等利用双平方根方程进行波长外推，对外推后的波长进行倾斜叠加或平面波分解，从平面波数据提取射线参数域共成像点道集。
共成像点道集不仅是入射角的函数，而且还是方位角的函数。理论上讲，无论从成像前的数据或者成像后的数据得到共成像点道集，本质上都是利用地震数据中不同传播方向的波长入射到反射界面上产生的发射波来估计反射系数，并不能直接反映构建倾角的情况。
发明内容
基于上述两种共成像点道集构建方法的局限性以及山地地震资料地表地下情况复杂，因此提供一种适用于复杂山地的构造偏移成像处理。
本发明的真地表地震数据倾角道集构建方法，其特征在于，包括以下步骤：（a）在真地表上激发地震波，采用射线追踪方法来计算地震波的旅行时；（b）采用射线追方法中的弯曲法来计算第一成像点的第一入射角，并根据成像空间的速度模型来计算第一折射角；（c）根据旅行时、第一折射角，并依据预先设置的角度范围和角度扫描间隔构造倾角，此时接收点处的检波器接收随着构造倾角而变化的地震波的反射信号，形成构建的倾角道集，其他成像点由此类推。其中，将针对作为勘探对象的成像空间建立地质模型之后，将模型进行网格化，对应的每一个网格就是一个成像点。
优选地，所述射线追踪方法包括试射法、弯曲法以及迭代法。
优选地，所述角度范围是-90度到+90度。
优选地，所述角度扫描间隔是5°。
本发明的真地表地震数据倾角道集构建方法，具有计算步骤简便，计算效率高和处理效果好等特点，在西部的复杂山地地震资料处理中具有广阔的应用前景。
附图说明
通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出真地表地震数据倾角道集构建方法的流程图；
图2是示出入射角与倾角的几何关系的示意图；
图3是示出模型数据的构造倾角道集的图。
具体实施方式
叠前深度偏移是目前提高地震资料横向分辨率的唯一最有效手段，但在复杂地质条件下，构件合理的成像道集对处理结果的影响至关重要。常规的采用共反射点道集只能在时间域使用构造最简单地地质模型，而最近提出的角道集通常也只是依据相同的反射角，同样不能很好地反映地下构造的真实情况。因此提出新的真地表地震数据倾角道集构建方法。
以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1是示出真地表地震数据倾角道集构建方法的流程图。
参照图1，本发明的真地表地震数据倾角道集构建方法，包括以下步骤：在真地表上激发震波，采用射线追踪方法来计算地震波的旅行时（S100）；采用射线追方法中的弯曲法来计算第一成像点的入射角和反射角（S200）；在第一成像点位置，根据预先设置的倾角的角度范围和角度扫描间隔，形成构建倾角道集（S300），其中，将作为勘探对象的成像空间建立地质模型之后，将模型进行网格化，，其中每一个网格就是一个成像点。
并且，针对所有的成像点执行步骤S100、S200、S300。
在此，地震波的传播可以等效为一系列垂直于波前面的射线的先前扩散过程，旅行时是地震传播射线（相当于地震波）从一个位置传播到另一个位置所耗费的时间，旅行时由炮点、检波点和传播路径三个要素唯一确定，但实际记录中只能确定炮点、检波点和旅行时，所以是同一炮点和同一检波点的相同旅行时振幅的叠加（即多条传播路径不同但旅行时相同的射线）。但对于不同的炮点，或检波点点，旅行时（即地震记录的样点的时间）有相同，也有不同。
（计算地震波的旅行时S100）
旅行时是射线从一个位置传播到另一个位置所耗费的时间，简言之，是地震波从激发点出发，并被接收点接收时所用的时间。在本发明中，可采用射线追踪和波前重建方法来计算地震波的旅行时，其中波前重建是已知的方法，在此不再赘述，下面简单说明一下射线追踪方法。
根据斯奈尔（Snell）定理、费马（Fermat）原理和惠更斯(Huygens)原理形成了许多射线追踪方法，射线路径的计算方法大致可分为三类。
(1)试射法或称打靶法，这是最早提出且使用最普遍的一种射线追踪方法。其射线追踪过程是，在激发点（即炮点），给定一系列射线参数初始值，然后根据斯奈尔定理依次进行追踪，在接收点（即检波器）附近选择最接近的两条射线，通过内插，调整初始射线参数值，经过多次的调整修改，可获得满意的结果。这种方法的最大优点是实现了射线的精确追踪，能够避开在盲区中追踪。在相对简单的模型结构中迭代收敛较快，但在复杂结构中收敛较慢，比较耗时，这是该方法的不足。
(2)弯曲法，当建立地质模型后，将模型进行网格化，由地震震源位置开始，沿着波场的传播方向，按网格节点次序，逐点计算波的旅行时，网格旅行时计算可用差分程函方程方法或根据惠更斯原理的波前方法等手段求解，然后根据费马原理，从接收点按走时最小的原则逐个节点比较，找回到震源点，即得到最小走时射线。弯曲法充分体现了地震波的波动特点，适应速度变化的介质，但这类方法存在以下几方面不足：①模型经过网格化近似对复杂结构描述有一定的局限性，即不能满足非常复杂的地质结构需要；②用网格节点的连线近似射线路径(即使有些方法通过插值处理)，其近似程度决定于网格的大小；③按费马原理搜索射线路径，有可能失去最短射线路径，当存在多条射线路径时判断较困难，此外还不能排除射线盲区；④需要消耗大量的计算机时间和内存，不利于交互计算。
(3)迭代法，建立地质模型之后，根据模型结构，通过已知界面函数和介质速度，建立旅行时方程，根据费马原理，对旅行时方程中的所有未知参数求偏导并使其等于0，近似展开，形成迭代方程组，通过不断地迭代收敛得到精确解。迭代法将射线追踪过程转化成给定初值的迭代问题，该方法使得射线追踪过程得到简化，收敛速度较快，其不足之处为：①迭代速度与初始射线路径有关，初始射线路径越接近迭代速度越快，反之越慢；②仅仅适应层状结构和速度均匀介质；③解决多条射线路径存在着一定的困难。
并且，本发明在计算地震波的旅行时时，均可采用上述射线追踪方法中的试射法、弯曲法以及迭代法。
（计算第一成像点的入射角和反射角S200）
图2是示出入射角与倾角的几何关系的示意图。图3是示出模型数据的构造倾角道集的图。
在本发明中，可采用上述射线追踪方法的弯曲法来计算每个成像点的入射角。并且根据入射点位置、反射点位置和速度模型，我们可以计算出一条从入射点到反射点的弯曲射线，对于某一已知倾角的反射界面，可以计算射线的入射角，根据斯奈尔（Snell）定理，反射角就等于入射角。其中，激发并采集地震波时，可以获得成像空间对应的深度域速度场，且速度模型是根据深度和速度关系预先设置的。
参照图2，地震波入射到第一入射面的第一入射角（地震波与第一法线形成的角度）是β，且第一折射角是θ。知道了速度模型之后，可根据第一入射入射角β来计算第一折射角θ。实际勘探中，地下的地表情况都是非常复杂的，因此反射界面不一定与入射面平行，因此，本发明针对第一反射界面与第一入射面形成任意角度为例来进行说明。而且，当第一成像点是非直线时，反射界面为与其相切的表面。此时，倾角α=第一反射角γ-第一折射角θ。
（构建倾角道集S300）
在第一成像点位置，构造倾角不需要精确求取，可预先设置倾角的角度范围。例如，本发明中，以-90度到+90度的倾角角度范围，且以5°角度扫描间隔来构建倾角，此时接收点处的检波器接收随着构造倾角而变化的地震波的反射信号，并输出偏移的共成像点倾角道集。
这里输出的就是共成像点倾角道集，需要使用旅行时，而入射角和反射角则换成了与之相关的扫描的倾角了。
并且，构建倾角道集时在如下步骤中使用到旅行时。地震波的传播可以等效为一系列垂直于波前面的射线的先前扩散过程，旅行时是射线从一个位置传播到另一个位置所耗费的时间，旅行时由炮点、检波点和传播路径三个要素唯一确定，但实际记录中只能确定炮点、检波点和旅行时，所以是同一炮点和同一检波点的相同旅行时振幅的叠加（即多条传播路径不同但旅行时相同的射线）。偏移就是一个逆过程，即根据等时原理，将接受到的地震振幅信息分发到对应的等时面上，所以要用到旅行时来构建成像道集，只是这个道集还和地下倾角有关，即共成像点倾角道集。
在本发明中，根据炮点位置和反射点位置以及预设倾角α就可以确定第一反射角γ，即先根据射线追踪方法来计算第一入射角β，且根据速度模型和第来计算第一折射角θ，且通过预设倾角α来确定第一反射角γ。
相比共炮点道集、共接收点道集等，本发明是在同一成像点，通过不同倾角扫描的思路，输出随倾角偏移的共成像点倾角道集。
通过上述方法构建的倾角道集直接反映地下反射界面的成像情况，对应于目的层处物理参数变化，为叠前反演提供了准确的角度域地震反射强度，且补偿了观测***非均匀覆盖对幅值的改变。
图3是示出模型数据的构造倾角道集的图。图3的横坐标是反射界面的扫描范围和间距。具体扫描范围是-90度到+90度，扫描间隔是5°。而且，时间域是反射双程时间，深度域就是深度。
参照图3可知，构造倾角道集中的数据表示地震反射信号随构造倾角的变化而变化（例如，从-90°到+90°，按照5°的间隔）。并且在绕射点处，地震波的反射信号随倾角变化范围就大，而在正常层位处，反映的是该处的地层倾角，所以角度固定。其中，绕射点就是地下的一个点状反射源，在叠加剖面上表现为绕射双曲线，可以是灰岩中的小空洞，也可以是断层的断点等。正常层位是地质上的一个连续稳定的反射层。
本发明的真地表地震数据倾角道集构建方法能够应用在二维和三维波动方程叠前深度偏移处理，对油气、矿产资源勘探有重要应用价值。
本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。
Claims (4)
1.一种真地表地震数据倾角道集构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）在真地表上激发地震波，采用射线追踪方法来计算地震波的旅行时；
（b）采用射线追方法中的弯曲法来计算第一成像点的第一入射角，并根据成像空间的速度模型来计算第一反射角；
（c）根据旅行时、第一反射角，并依据预先设置的角度范围和角度扫描间隔来构造倾角，此时接收点处的检波器接收随着构造倾角而变化的地震波的反射信号，形成构建的倾角道集，
其中，将针对作为勘探对象的成像空间建立地质模型和速度模型之后，将模型进行网格化，对应的每一个网格就是一个成像点。
2.根据权利要求1所述的真地表地震数据倾角道集构建方法，其特征在于，所述射线追踪方法包括试射法、弯曲法以及迭代法。
3.根据权利要求1所述的真地表地震数据倾角道集构建方法，其特征在于，所述角度范围是-90度到+90度。
4.根据权利要求1所述的真地表地震数据倾角道集构建方法，其特征在于，所述角度扫描间隔是5°。
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