專利名稱：一種起伏地表地震數(shù)據(jù)處理的疊前深度偏移方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反射波地震數(shù)據(jù)處理過程中的疊前偏移成像技術(shù)范疇，是一種起伏地表地震數(shù)據(jù)處理的疊前深度偏移方法。
背景技術(shù)：
在地表條件比較復(fù)雜地區(qū)進行地震勘探的過程中，數(shù)據(jù)的采集是在起伏的地表上進行的，獲得數(shù)據(jù)所在的大地基準面是一個曲面，而不是一個平面。這種地震數(shù)據(jù)在進行處理時，為提高成像質(zhì)量需要采用波動方程疊前偏移成像技術(shù)，這時會面臨兩個問題第一，常規(guī)的波動方程疊前深度偏移是基于水平地表的前提條件，與實際起伏地表的條件不符；第二，如果用基于水平地表的波動方程疊前深度偏移方法進行成像，它將扭曲地下構(gòu)造的實際形態(tài)。如果用基于水平地表的方法進行波動方程疊前偏移成像，獲得的將是一個彎曲的界面，其彎曲的規(guī)律是起伏地表的鏡像形態(tài)。如果地下界面本來就是彎曲變化的，那么得到就是更為復(fù)雜的脫離了實際構(gòu)造形態(tài)的圖像，會給后續(xù)的地下巖層構(gòu)造解釋成圖和鉆井造成誤導(dǎo)。
對于起伏地表條件下的構(gòu)造成像，以往的辦法之一是先把數(shù)據(jù)通過靜校正移動到一個水平的基準面上，在水平的基準面和起伏的地表之間采用一個替換速度，然后用基于水平地表的波動方程疊前深度偏移來實現(xiàn)構(gòu)造成像。這種方法的問題在于如果將水平基準面放在起伏地表最高點之上，那么靜校正的移量過大；如果放在起伏地表的中線，那么替換速度和實際地下介質(zhì)之間的速度差別較大。同時靜校正時移只是考慮了射線垂直方向的移動，沒有考慮射線水平分量的移動，和波的實際傳播路徑存在誤差。以往的另一個辦法是應(yīng)用克?；舴蚍e分法疊前深度偏移技術(shù)，優(yōu)點是可以靈活地處理起伏地表的條件和不規(guī)則的觀測點分布，但是由于該方法是基于高頻射線近似的，有些波動現(xiàn)象難以實現(xiàn)，因此對于復(fù)雜構(gòu)造的成像精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種基于起伏地表的炮域波動方程疊前深度偏移方法，它不但能夠適應(yīng)起伏的地表條件，解決垂向時移靜校正誤差，而且能夠有效地提高復(fù)雜構(gòu)造的成像精度。
本發(fā)明的基于起伏地表的炮域波動方程疊前深度偏移技術(shù)，具體步驟包括(1)輸入疊前炮集地震數(shù)據(jù)。
(2)根據(jù)起伏地表的最高點確定成像輸出的基準面，將起伏地表投影到規(guī)則網(wǎng)格上，起伏地表之上填充一個與近地表的常數(shù)速度接近的速度值。
(3)利用單程波動方程的傅立葉有限差分延拓算子分別將炮點的震源波場和檢波點的接收波場沿著深度軸進行波場延拓，且保持輸入基準面和輸出基準面之間的波場為零。
(4)將延拓后的炮點和檢波點的波場記錄應(yīng)用共軛相關(guān)成像條件進行成像。
(5)通過常規(guī)的顯示軟件將成像結(jié)果處理為地層剖面圖像。
本發(fā)明的基于起伏地表的炮域波動方程疊前深度偏移方法，在輸入基準面和輸出基準面之間保持一個數(shù)值為零的波場層來解決波動方程疊前深度偏移中的起伏地表問題，吸取了克?；舴蚍e分疊前深度偏移中靈活處理起伏地表的優(yōu)點。
本發(fā)明的基于起伏地表的炮域波動方程疊前深度偏移方法，將疊前數(shù)據(jù)設(shè)定在炮域，它能適應(yīng)不規(guī)則的觀測系統(tǒng)分布，尤其是陸地觀測系統(tǒng)和海底電纜觀測系統(tǒng)，吸取了克?；舴蚍e分疊前深度偏移中靈活處理不規(guī)則觀測系統(tǒng)的優(yōu)點。
本發(fā)明的基于起伏地表的炮域波動方程疊前深度偏移方法，利用傅立葉有限差分延拓算子來延拓波場，以提高復(fù)雜構(gòu)造成像精度的，改善了克?；舴蚍e分疊前深度偏移對于復(fù)雜構(gòu)造成像精度低的缺點。
本發(fā)明的具體實現(xiàn)原理如下選定疊前深度偏移成像輸出的基準面為水平，且位于起伏地表的最高點之上，對水平基準面之下的空間進行規(guī)則的網(wǎng)格剖分，于是起伏的地表形態(tài)被離散化后成為規(guī)則化網(wǎng)格的一部分。
對于任何一個在起伏地表上采集的疊前炮集記錄R(x，y，z(x，y)，t)，采用傅立葉變換將它變換到頻率域后為R(x，y，z(x，y)，ω)，用上行波方程對其進行向下延拓，延拓后的記錄為U(x，y，z，ω)，該過程可以表示為U(x，y，z，ω)＝Wz[R(x，y，z(x，y)，ω)]，其中x，y分別為空間直角坐標系中兩個水平方向的坐標，z是深度方向的坐標，ω是圓頻率，Wz是延拓算子。對于炮點的震源波場為S(x0，y0，z(x0，y0)，t)，將它變換到頻率域后為S(x0，y0，z(x0，y0)，ω)，可以采用下行波方程對它進行向下傳播，傳播后的記錄為D(x，y，z，ω)，該過程可以寫為D(x,y,z,ω)=Wz*[R(x0,y0,z(x0,y0),ω)],]]>其中Wz*是共軛延拓算子。延拓過程中下一個深度的波場為上一個深度波場的延拓結(jié)果與原有的波場在該位置的疊加，同時輸出基準面和輸入基準面之間通過設(shè)置一個零波場層參與正常的波場傳播和延拓過程。
對延拓后的波場進行共軛相關(guān)成像，并且對所有的頻率求和，就得到起伏地表條件下疊前深度偏移的結(jié)果I(x,y,z)=∫ωminωmaxU(x,z,ω)D*(x,z,ω)dω.]]>然后通過常規(guī)的顯示軟件將成像結(jié)果處理為地層剖面圖像。
上述延拓算子是根據(jù)單程波方程通過逼近得到的，采用穩(wěn)定的傅立葉有限差分算子實現(xiàn)，該算子可以分為W＝W1+W2+W3，其中
w1=ω2vr2+∂2∂x2,w2=ωv-ωvr,w3=ωvra∂∂x(r∂∂x)1+b(v‾∂∂x)2]]>其中v是實際速度場，Vr是參考速度場，r＝v/vr-1.0，是一個速度有關(guān)的常數(shù)，v是一個綜合速度v‾=v2+vvr+vr2,]]>參數(shù)a，b的取值影響到偏移的最大傾角 本發(fā)明采用適應(yīng)于起伏地表的炮域波動方程疊前深度偏移方法，具有如下特點，主要表現(xiàn)為(1)可以正確處理偏移成像中的起伏地表條件。
(2)將起伏地表、炮域和傅立葉有限差分算子波動方程延拓有機結(jié)合。
(3)對于起伏地表條件下的復(fù)雜構(gòu)造具有明顯的成像效果。


圖1是一個只有兩地層的二維起伏地表模型，地表的最大起伏高差為250米。
圖2是合成地震記錄的激發(fā)接收射線路徑示意圖，只激發(fā)了8炮。
圖3是前4炮的合成地震記錄，可以看出，盡管地下反射界面為水平，但是炮記錄的反射同相軸形態(tài)發(fā)生了嚴重彎曲。
圖4是經(jīng)過垂向靜態(tài)時移將炮記錄由起伏地表移動到地形中線上的炮記錄，可以看出炮記錄變得比較接近雙曲線形態(tài)。
圖5是對時移后的記錄用基于水平地表的方法進行疊前深度偏移成像的結(jié)果，可以看出水平反射界面同相軸不連續(xù)并且存在變形。
圖6是用本技術(shù)進行疊前深度偏移成像后的結(jié)果，成像的反射界面平直并且連續(xù)。
圖7是對一個起伏地表的復(fù)雜構(gòu)造模型用積分法疊前深度偏移的結(jié)果，可以看出成像剖面上存在著顯著的成像噪聲，同時，諸多小的傾斜界面沒有成像。
圖8是對起伏地表復(fù)雜構(gòu)造模型用本方法進行疊前深度偏移的結(jié)果，可以看出，噪聲水平顯著降低，成像背景清楚，諸多小的成像界面成像清晰，成像效果比積分法具有明顯的改善。
圖9是實際資料的積分法疊前深度偏移結(jié)果，構(gòu)造形態(tài)不明顯。
圖10是該實際資料用本方法進行疊前深度偏移的結(jié)果，一個向斜構(gòu)造明顯呈出來。
具體實施例方式
一種起伏地表地震數(shù)據(jù)處理的疊前深度偏移方法，具體為以下步驟1)采集讀取疊前炮集地震數(shù)據(jù)；2)根據(jù)采集區(qū)域起伏地表的最高點確定成像基準面，將起伏地表投影到規(guī)則網(wǎng)格上，使起伏地表之上填充一個與近地表的常數(shù)速度接近的速度值；3)利用單程波動方程的傅立葉有限差分延拓算子分別將炮點的震源波場和檢波點的接收波場沿著深度軸進行波場延拓，且保持輸入基準面和輸出基準面之間的波場為零；具體是將激發(fā)點震源子波設(shè)置在炮點相應(yīng)的規(guī)則化網(wǎng)格位置上，并將它變換到頻率域；將接收點接收的地震數(shù)據(jù)波場設(shè)置在相應(yīng)規(guī)則化網(wǎng)格位置上并且變換到頻率域；對地震數(shù)據(jù)進行傅立葉分析；用初始波和終止波確定波場延拓的頻率范圍f1和f2，f1為5赫茲，取f2為60赫茲，確定延拓算子W＝W1+W2+W3，其中W1=ω2vr2+∂2∂x2,W2=ωv-ωvr,W3=ωvra∂∂x(∂∂x)1+b(v‾∂∂x)2]]>
其中v是實際速度場，Vr是參考速度場，r＝v/vr-1.0，是一個和速度有關(guān)的常數(shù)，v是一個綜合速度v‾=v2+vvr+vr2;]]>參數(shù)a，b的取值和偏移的最大傾角為 對f1和f2之間每一個頻率的震源波場和接收點波場，都分別采用前面敘述的穩(wěn)定的傅立葉有限差分算子對震源波場向下延拓；延拓過程中下一個深度上的波場為上一個深度延拓后的波場和原有的波場在該位置的上的疊加，使用的延拓步長和速度場的網(wǎng)格相同；同時輸出基準面和輸入基準面之間通過一個零數(shù)據(jù)層參與正常的波場傳播和延拓過程。
4)將延拓后的炮點和檢波點的波場記錄應(yīng)用共軛相關(guān)成像條件進行成像，并且將每一個頻率互相關(guān)的結(jié)果疊加，這就完成了成像過程，輸出疊前深度偏移的結(jié)果即完成了整個疊前深度偏移。
圖7和圖8是一個起伏地表條件下復(fù)雜構(gòu)造合成數(shù)據(jù)的測試例子。
1)輸入疊前炮集地震數(shù)據(jù)。
2)根據(jù)起伏地表的最高點確定成像輸出的基準面，將起伏地表投影到規(guī)則網(wǎng)格上，根據(jù)道距確定網(wǎng)格間距為20m，起伏地表之上填充一個接近近地表的常數(shù)速度4000m/s。
3)利用單程波動方程的傅立葉有限差分延拓算子分別將炮點的震源波場和檢波點的接收波場沿著深度軸進行波場延拓，且保持輸入基準面和輸出基準面之間的波場為零。具體地說，將激發(fā)點震源子波設(shè)置在炮點相應(yīng)的規(guī)則化網(wǎng)格位置上，并將它變換到頻率域，將接收點接收的地震數(shù)據(jù)波場設(shè)置在相應(yīng)規(guī)則化網(wǎng)格位置上并且變換到頻率域，通過對地震數(shù)據(jù)進行傅立葉分析，設(shè)定波場延拓的頻率范圍f1和f2，一般將它設(shè)定為地震數(shù)據(jù)的有效頻帶，一般地，取f1為5赫茲，取f2為60赫茲，可滿足絕大多數(shù)據(jù)成像的要求。參數(shù)a，b，取65°傾角即可滿足實際要求，即a＝0.4761，b＝0.3767。對f1和f2之間每一個頻率的震源波場和接收點波場，都分別采用前面敘述的穩(wěn)定的傅立葉有限差分算子對震源波場向下延拓；延拓過程中下一個深度上的波場為上一個深度延拓后的波場和原有的波場在該位置的上的疊加，使用的延拓步長和速度場的網(wǎng)格相同；同時輸出基準面和輸入基準面之間通過一個零數(shù)據(jù)層參與正常的波場傳播和延拓過程。
4)將延拓后的炮點和檢波點的波場記錄應(yīng)用共軛相關(guān)成像條件進行成像，并且將每一個頻率互相關(guān)的結(jié)果疊加，這就完成了成像過程，輸出疊前深度偏移的結(jié)果即完成了整個疊前深度偏移。
5)通過常規(guī)的顯示軟件將成像結(jié)果處理為地層剖面圖像如圖8所示，圖7是積分法偏移的結(jié)果用來比較。
圖9和圖10是一個起伏地表條件下復(fù)雜構(gòu)造的實際數(shù)據(jù)的測試例子。
1)輸入疊前炮集地震數(shù)據(jù)。
2)根據(jù)起伏地表的最高點確定成像輸出的基準面，將起伏地表投影到規(guī)則網(wǎng)格上，根據(jù)道距確定網(wǎng)格間距為25m，起伏地表之上填充一個接近近地表的常數(shù)速度2500m/s。
3)利用單程波動方程的傅立葉有限差分延拓算子分別將炮點的震源波場和檢波點的接收波場沿著深度軸進行波場延拓，且保持輸入基準面和輸出基準面之間的波場為零。具體地說，將激發(fā)點震源子波設(shè)置在炮點相應(yīng)的規(guī)則化網(wǎng)格位置上，并將它變換到頻率域，將接收點接收的地震數(shù)據(jù)波場設(shè)置在相應(yīng)規(guī)則化網(wǎng)格位置上并且變換到頻率域，通過對地震數(shù)據(jù)進行傅立葉分析，設(shè)定波場延拓的頻率范圍f1和f2，一般將它設(shè)定為地震數(shù)據(jù)的有效頻帶，一般地，取f1為5赫茲，取f2為50赫茲，可滿足絕大多數(shù)據(jù)成像的要求。參數(shù)a，b，取65°傾角即可滿足實際要求，即a＝0.4761，b＝0.3767。對f1和f2之間每一個頻率的震源波場和接收點波場，都分別采用前面敘述的穩(wěn)定的傅立葉有限差分算子對震源波場向下延拓；延拓過程中下一個深度上的波場為上一個深度延拓后的波場和原有的波場在該位置的上的疊加，使用的延拓步長和速度場的網(wǎng)格相同；同時輸出基準面和輸入基準面之間通過一個零數(shù)據(jù)層參與正常的波場傳播和延拓過程。
4)將延拓后的炮點和檢波點的波場記錄應(yīng)用共軛相關(guān)成像條件進行成像，并且將每一個頻率互相關(guān)的結(jié)果疊加，這就完成了成像過程，輸出疊前深度偏移的結(jié)果即完成了整個疊前深度偏移。
5)通過常規(guī)的顯示軟件將成像結(jié)果處理為地層剖面圖像如圖10所示，圖9是積分法偏移的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種起伏地表地震數(shù)據(jù)處理的疊前深度偏移方法，其特征在于采用以下步驟1)用常規(guī)的手段采集并讀取疊前炮集地震數(shù)據(jù)；2)根據(jù)采集區(qū)域起伏地表的最高點確定成像的基準面，將起伏地表投影到規(guī)則網(wǎng)格上，使起伏地表之上填充一個與近地表的常數(shù)速度接近的速度值；3)利用單程波動方程的傅立葉有限差分延拓算子分別將炮點的震源波場和檢波點的接收波場沿著深度軸進行波場延拓，且保持輸入基準面和輸出基準面之間的波場為零；4)將延拓后的炮點和檢波點的波場記錄應(yīng)用共軛相關(guān)成像條件進行成像，并且將每一個頻率互相關(guān)的結(jié)果疊加，通過常規(guī)的顯示軟件將成像結(jié)果處理為剖面圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種起伏地表地震數(shù)據(jù)處理的疊前深度偏移方法，其特征在于波場延拓采用以下步驟將激發(fā)點震源子波設(shè)置在炮點相應(yīng)的規(guī)則化網(wǎng)格位置上，并將它變換到頻率域；將接收到的地震波場數(shù)據(jù)設(shè)置在相應(yīng)規(guī)則化網(wǎng)格位置上并且變換到頻率域；對地震數(shù)據(jù)進行傅立葉分析；用初始波和終止波確定波場延拓的頻率范圍；對頻率范圍內(nèi)每一個頻率的震源波場和接收點波場，分別采用穩(wěn)定的傅立葉有限差分算子對震源波場向下延拓；延拓過程中下一個深度的波場為上一個深度波場延拓后的結(jié)果與原有的波場在該位置的疊加，使用的延拓步長和速度場的網(wǎng)格相同；同時在基準面之間通過一個零數(shù)據(jù)層參與正常的波場傳播和延拓過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種起伏地表地震數(shù)據(jù)處理的疊前深度偏移方法，其特征在于初始頻率為5赫茲，終止頻率波為60赫茲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種起伏地表地震數(shù)據(jù)處理的疊前深度偏移方法，其特征在于延拓算子W＝W1+W2+W3，W1=ω2vr2+∂2∂x2,]]>W2=ωv-ωvr,]]>W3=ωvra∂∂x(r∂∂x)1+b(v‾∂∂x)2]]>其中v是實際速度場，Vr是參考速度場，r＝v/vr-1.0，是一個和速度有關(guān)的常數(shù)，v是一個綜合速度v‾=v2+vvr+vr2,]]>a，b的取值和偏移的最大傾角為
全文摘要
一種起伏地表地震數(shù)據(jù)處理的疊前深度偏移方法，根據(jù)采集區(qū)域起伏地表的最高點確定成像的基準面，將起伏地表投影到規(guī)則網(wǎng)格上，使起伏地表之上填充一個接近近地表的常數(shù)速度；利用單程波動方程的傅立葉有限差分延拓算子分別將炮點的震源波場和檢波點的接收波場沿著深度軸進行波場延拓，且保持輸入基準面和輸出基準面之間的波場為零；將延拓后的炮點和檢波點的波場記錄應(yīng)用共軛相關(guān)成像條件進行成像，并且將每一個頻率互相關(guān)的結(jié)果疊加，通過常規(guī)的顯示軟件將成像結(jié)果處理為剖面圖像，對于起伏地表條件下的復(fù)雜構(gòu)造的成像具有明顯的成像效果。
文檔編號G01V1/36GK1797038SQ20041010264
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者王成祥 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團東方地球物理勘探有限責(zé)任公司