CN111856577B - 一种降低逆时偏移地表炮检距道集计算量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低逆时偏移地表炮检距道集计算量的方法，包括以下步骤：步骤S1：从炮检记录选取部分炮检距，经稀疏后生成逆时偏移地表炮检距道集；步骤S2：对所选稀疏后的炮检距进行偏移，得到稀疏炮检距图形；步骤S3：其余炮检距的图像由构造倾斜导向插值生成；步骤S4：在原有道集数据上应用平面波解构滤波器插值，得到更密集的数据，并在更密集的偏移处重建道集形成密集炮检距图形。本发明公开的一种降低逆时偏移地表炮检距道集计算量的方法，不仅保证了逆时偏移地表炮检距道集的成像质量，还降低了计算量，为复杂地质情况的地震速度模型提供了一种崭新且切实可行的计算方法。

Description

一种降低逆时偏移地表炮检距道集计算量的方法
技术领域
本发明涉及勘探地球物理和反演综合技术领域，具体涉及一种利用相干同相轴局部插值降低逆时偏移地表炮检距道集计算量的方法。
背景技术
在处理陡倾角构造和复杂速度模型中，较之单程波动方程偏移算法和柯希霍夫偏移算法等常规的射线偏移算法，基于双程波动方程的逆时偏移(Reverse Time Migration，缩写为RTM)采用互相关成像条件抽取共成像点道集(Common Imaging point Gathers，缩写为CIG)获得速度模型的方法成像更精确且无倾角限制，保幅性优，适应于复杂的速度模型，是目前应用最广泛的叠前深度偏移方法之一。
逆时偏移地表炮检距道集(Reverse Time Migration Surface Offset Gathers，缩写为RTM SOG)法是使用逆时偏移生成地表炮检距道集的方法，这种方法将一个共炮点道集分成不同的偏移组，并分别反向传播每个组的波场，与柯西霍夫偏移法等基于射线的成像方法相比，该方法得到的道集质量更高，能提供的剩余曲率信息更可靠和更高质量，特别是在复杂的地质环境中更为明显，克服了在复杂的地质区域基于射线的成像方法通常不能提供高质量的道集的难题，即使是在二维环境应用中该方法的逆时偏移地表炮检距道集的计算过程复杂，其计算量过大，不仅降低了其计算速率，还制约了其计算结果的成像质量的提高，尤其在三维环境中此问题表现得更加突出，严重制约了其在三维环境中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低逆时偏移地表炮检距道集计算量的方法，用以解决逆时偏移地表炮检距道集的计算过程复杂、计算量大的问题。
本发明提供一种降低逆时偏移地表炮检距道集计算量的方法，包括以下步骤：
步骤S1：从炮检记录选取部分炮检距，经稀疏后生成逆时偏移地表炮检距道集；
步骤S2：对所选稀疏后的炮检距进行偏移，得到稀疏炮检距图形；
步骤S3：其余炮检距的图像由构造倾斜导向插值生成；
步骤S4：在原有道集数据上应用平面波解构滤波器插值，得到更密集的数据，并在更密集的偏移处重建道集形成密集炮检距图形；
优选地，所述步骤S3包括以下步骤：
步骤S31：利用平面波解构滤波器从稀疏后的偏移数据中选取局部相干同相轴；
步骤S32：深度域参数计算；
对每个同相轴通过拾取过程计算共偏移轴上测的地质偏移倾角ξ、地表炮检距道集中的残余坡度
Figure BDA0002605247260000021
水平坐标值x、垂直坐标值z、半炮检距h这五个深度域参数，这五个参数来表征的表达关系如式1和式2：
Figure BDA0002605247260000022
Figure BDA0002605247260000023
其中，x表示坐标系中水平坐标轴的坐标值，z表示坐标系中垂直坐标轴的坐标值，F(x，z)为深度上的同相轴位置，h是半炮检距，ξ是共偏移轴上测的地质偏移倾角，
Figure BDA0002605247260000024
是地表炮检距道集中的残余坡度。
步骤S33：时间域参数计算
利用射线追踪的方法从拾取同相轴发射追踪射线，直至追踪射线到炮点位置s或接收位置r，再选取记录总时间t、共炮点域斜率ps和共接收点域斜率pr构成五个时间域参数；
共炮点域斜率ps和共接收点域斜率pr的表达关系分别如下：
Figure BDA0002605247260000025
Figure BDA0002605247260000026
记录总时间t的表达关系如下：
t＝t(s|Is)+t(r|Ir) (式5)
其中，t(s|Is)为震源射线从源点到像点的传播时间，t(r|Ir)为从接收器发出的射线传播时间。
步骤S34：时间域和深度域之间转换，计算稀疏后的炮检距的剩余斜率
剩余斜率指的是深度域的同相轴与时间域的追踪射线之间的夹角，叠前时间域和深度域中的局部相干同相轴之间关系如下：
Figure BDA0002605247260000027
其中，θ为追踪射线到炮点和接收点夹角的一半；psx是准确的速度场斜率值，ps-psx是由于输入偏移速度的误差引起的地表角度误差。
本发明的有益效果是：
本发明公开了一种降低逆时偏移地表炮检距道集计算量的方法，根据相干同相轴的特性以及相干同相轴在时间域和深度域之间转换的关系，从炮检记录选取部分炮检距，对所选稀疏后的炮检距进行偏移，得到稀疏炮检距图形，利用相干同相轴对逆时偏移地表炮检距道集局部稀疏插值，借助平面波解构滤波器插值进行偏移同相轴识别、地质倾角拾取、缺失偏移插值和时域同相轴斜率拾取，并基于相干同相轴的斜率对密集炮检距图形进行3D深度成像。本发明公开的一种降低逆时偏移地表炮检距道集计算量的方法，不仅保证了逆时偏移地表炮检距道集的成像质量，还降低了计算量，为复杂地质情况的地震速度模型提供了一种崭新且切实可行的计算方法。
具体实施方式
实施例1
实施例1提供一种降低逆时偏移地表炮检距道集计算量的方法，包括以下步骤：
步骤S1：从炮检记录选取部分炮检距，经稀疏后生成逆时偏移地表炮检距道集；
步骤S2：对所选稀疏后的炮检距进行偏移，得到稀疏炮检距图形；
步骤S3：其余炮检距的图像由构造倾斜导向插值生成，具体包括以下步骤：
步骤S31：利用平面波解构滤波器从稀疏后的偏移数据中选取局部相干同相轴；
步骤S32：深度域参数计算
对每个同相轴通过拾取过程计算共偏移轴上测的地质偏移倾角ξ、地表炮检距道集中的残余坡度
Figure BDA0002605247260000031
水平坐标值x、垂直坐标值z、半炮检距h这五个深度域参数，这五个参数来表征的表达关系如式1和式2：
Figure BDA0002605247260000032
Figure BDA0002605247260000033
其中，x表示坐标系中水平坐标轴的坐标值，z表示坐标系中垂直坐标轴的坐标值，F(x，z)为深度上的同相轴位置，h是半炮检距，ξ是共偏移轴上测的地质偏移倾角，
Figure BDA0002605247260000034
是地表炮检距道集中的残余坡度。
其中，理想的速度模型的地表炮检距道集应该是平坦的，地表炮检距道集的斜率是零，即地表炮检距道集中的残余坡度
Figure BDA0002605247260000035
步骤S33：时间域参数计算
利用射线追踪的方法从拾取同相轴发射追踪射线，直至追踪射线到炮点位置s或接收位置r，再选取记录总时间t、共炮点域斜率ps和共接收点域斜率pr构成五个时间域参数；
其中，若设发射源的射线出射角度为A，则ps＝tanA，pr由共炮点域直接测量获得；若设接收器的射线出射角度为B，则pr＝tanB，ps由共接收点域直接测量获得，pr和ps都可以利用斜率叠加技术的成像图来获得数值。
共炮点域斜率ps和共接收点域斜率pr的表达关系分别如式3和式4所示：
Figure BDA0002605247260000036
Figure BDA0002605247260000037
记录总时间t的表达关系如式5：
t＝t(s|Is)+t(r|Ir) (式5)
其中，t(s|Is)为震源射线从源点到像点的传播时间，t(r|Ir)为从接收器发出的射线传播时间。
仔细进行相关的参数选取，如共偏移轴上测的地质偏移倾角ξ、共接收点域斜率pr和共炮点域斜率ps，是整个工作流程中最关键的一步。由于深度域中的多个共成像点道集拾取具有较高的信噪比，比时间域中拾取更加可靠,因此先从深度域进行同相轴的选取。在进行同相轴拾取之前，可以先进行一些预处理步骤，如去除相干噪声和低通滤波以及在合理的地质小范围内利用倾角约束在共炮检距域中拾取同相轴，来更准确的提取同相轴。为了保障计算效率，这个过程中可以用并行计算方式施行。
步骤S34：时间域和深度域之间转换，计算稀疏后的炮检距的剩余斜率。
剩余斜率指的是深度域的同相轴与时间域的追踪射线之间的夹角，叠前时间域和深度域中的局部相干同相轴之间关系如下：
Figure BDA0002605247260000041
其中，θ为追踪射线到炮点和接收点夹角的一半；
psx是准确的速度场斜率值，相当于在时间数据空间中将射线追踪提供的水平慢度调整到地震事件的实际斜坡，ps-psx是由于输入偏移速度的误差引起的地表角度误差；
Ps直接从共接收器道集计算得出，准确的速度场斜率值psxθ、共偏移轴上测的地质偏移倾角ξ由射线追踪计算得出；
u是散射点F(x，z)的慢度值，ξ为共偏移轴上测得的地质偏移倾角，
Figure BDA0002605247260000042
是地表炮检距道集中的残余坡度，2ucosθcosξ是偏移位置(x，z，h)的拉伸因子。对于在偏移过程中通常不考虑的垂直下沉和直接传播到达，该值等于零。
在时间域道集和深度域道集中，相干反射不仅包含时间和空间信息，还包含斜率信息。斜率可用于成像、道集插值、道集调节或模型构建。基于叠前时间域和深度域中局部相干同相轴之间的联系，通过改进的有限差分设计的平面波解构(Plane wavedeconstruction，缩写为PWD)滤波器可以估算地震同相轴的局部倾角，根据局部倾角信息对微地震数据进行平面波解构滤波。平面波解构滤波器中的无效信息也就是噪声不含有同相轴，不能被解构，但有效信号能够被解构因此可以将有效信号从地震资料中进行分离。进而可以计算倾角、斜率等参数。
可以选取同相轴的斜率，使用平面波解构滤波器进行偏移同相轴识别、地质倾角拾取、缺失的偏移插值和时域同相轴斜率拾取。平面波解构滤波器是由描述局部平面波方程的隐式有限差分格式构造而成,可作为时空域预测误差滤波器的一种替代形式。平面波解构滤波器通过相邻地震道预测每一道数据来估算同相轴局部斜率。由于相邻地震道的斜率是连续的,那么将预测出的每一道数据与原始地震数据相减，使预测剩余量转化为求解最优化最小平方线性迭代解,就可以得到同相轴局部斜率场。
步骤S4：在原有道集数据上应用平面波解构滤波器插值，得到更密集的数据，并在更密集的偏移处重建道集形成密集炮检距图形。
基于等效炮检距方法(BOM)和共反射面方法的共成像点道集叠加方法不需要任何速度信息，仅通过基于波阵面曲率的空间-时间域几何变换，将多个CMP道集变换成为单一的共成像点道集，就可消除地层中的倾角影响，加强反射能量，提高信噪比。
由于地震波在地下的介质中是根据弹性波的物理意义去传播的，所以弹性波方程比声波方程更符合地下介质中地震波的真实传播情况。2015年提出了一种使用逆时偏移生成地表炮检距道集的方法。这种方法将一个共炮点道集分成不同的偏移组，并分别反向传播每个组的波场。与柯西霍夫偏移方法的道集相比，该方法得到的道集质量更好，但是计算量在二维应用中仍然很高。
经典偏移速度分析主要包括三个主要步骤：
(1)从柯西霍夫偏移生成炮检距域或角度域共成像点道集，
(2)从共成像点道集中拾取剩余曲率，
(3)使用基于射线的层析反演更新速度。
在复杂的地质区域，基于射线的成像方法通常不能提供高质量的道集，如柯西霍夫偏移。而基于双向波动方程的逆时偏移能够处理所有频率，没有倾角限制，并且能够精确估计剩余时差，提供高质量的道集。在不降低共成像点道集质量的前提下，基于斜率的逆时偏移地表炮检距道集插值方法缩减了计算成本。利用傍轴射线追踪可以有效的处理在深度和时间域之间映射局部相干同相轴。如本发明的中实例所示，与传统方法相比，这种新方法利用了逆时偏移成像的技术，获得了与GIC等同的图像质量，且计算量更小。该方法在道集中添加了一个额外的维度的方位角，这对于WAZ数据的3D深度成像尤为重要。此方法为复杂地质场景下的地震速度建模提供了一种切实可行的计算方法。
为了演示本发明公开的方法，列举了一个基于红海过渡带数据集的合成例子。该模型包含复杂的地质结构，对100个炮集进行了FK去噪、直达折射波压制和静校正预处理。将整个偏移范围从-8到8公里划分为21组，间距为1600米，偏移的多个共成像点道集。为了拾取层析成像的剩余时差，目标输出道集以200米为间距，共有81个炮检距。
经过预处理后，在深度域中的共成像点道集、时间域中的共炮点道集和共接收点道集中，使用平面波解构滤波器提取倾角和同相轴。然后通过滑动窗口内的相似软阈值来识别同相轴。拾取的一个共接收点道集采集结果的
Figure BDA0002605247260000061
值与2D稀疏地表炮检距道集相关同相轴重叠。
为了进行平面波解构滤波器插值，使用期望的偏移网格填充稀疏
Figure BDA0002605247260000062
在本例中，简单地应用线性插值来填充
Figure BDA0002605247260000063
炮检距间隙，然后进行水平平滑。共获得了81个地表炮检距道集炮检距。与常规的地表炮检距道集图像进行对比发现，该方法不仅恢复了丢失的路径而且移除了混叠同相轴，同时其计算成本只有先前的八分之一。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种降低逆时偏移地表炮检距道集计算量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：从炮检记录选取部分炮检距，经稀疏后生成逆时偏移地表炮检距道集；
步骤S2：对所选稀疏后的炮检距进行偏移，得到稀疏炮检距图形；
步骤S3：其余炮检距的图像由构造倾斜导向插值生成，包括以下步骤：
步骤S31：利用平面波解构滤波器从稀疏后的偏移数据中选取局部相干同相轴；
步骤S32：深度域参数计算；
对每个同相轴通过拾取过程计算共偏移轴上测的地质偏移倾角ξ、地表炮检距道集中的残余坡度
Figure FDA0003144992040000011
水平坐标值x、垂直坐标值z、半炮检距h这五个深度域参数，这五个参数来表征的表达关系如式1和式2：
Figure FDA0003144992040000012
Figure FDA0003144992040000013
其中，x表示坐标系中水平坐标轴的坐标值，z表示坐标系中垂直坐标轴的坐标值，F(x，z)为深度上的同相轴位置，h是半炮检距，ξ是共偏移轴上测的地质偏移倾角，
Figure FDA0003144992040000014
是地表炮检距道集中的残余坡度；
步骤S33：时间域参数计算
利用射线追踪的方法从拾取同相轴发射追踪射线，直至追踪射线到炮点位置s或接收位置r，再选取记录总时间t、共炮点域斜率ps和共接收点域斜率pr构成五个时间域参数；
共炮点域斜率ps和共接收点域斜率pr的表达关系分别如下：
Figure FDA0003144992040000015
Figure FDA0003144992040000016
记录总时间t的表达关系如下：
t＝t(s|Is)+t(r|Ir) (式5)
其中，t(s|Is)为震源射线从源点到像点的传播时间，t(r|Ir)为从接收器发出的射线传播时间；
步骤S34：时间域和深度域之间转换，计算稀疏后的炮检距的剩余斜率
剩余斜率指的是深度域的同相轴与时间域的追踪射线之间的夹角，叠前时间域和深度域中的局部相干同相轴之间关系如下：
Figure FDA0003144992040000017
其中，θ为追踪射线到炮点和接收点夹角的一半；psx是准确的速度场斜率值，ps-psx是由于输入偏移速度的误差引起的地表角度误差；
步骤S4：在原有道集数据上应用平面波解构滤波器插值，得到更密集的数据，并在更密集的偏移处重建道集形成密集炮检距图形。
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