專利名稱：真地表地震數據傾角道集構建方法
技術領域：
本發明涉及一種地震數據處理過程中的二維、三維波動方程疊前深度偏移處理，尤其涉及一種用于疊前深度偏移處理的真地表傾角道集的構建方法。
背景技術：
復雜地區偏移成像方法研究是石油地球物理勘探中長期存在，并且目前尚未完全解決的前沿性研究課題，其中成像道集的構建方法直接影響著最終的成像質量。目前的道集構建研究依舊停留在地質模型水平層狀的理論假設基礎上，也取得了很多理論和實際應用成果。但是，目前的研究大都集中在以下兩個方面。(I)構建共反射點道集來處理疊前時間偏移成像問題。 在疊加成像的基礎上，目前時間域的偏移成像主要集中在共反射點道集處理上，共反射點道集可以反映一定構建的情況，空間位置更準確，并含有振幅隨炮檢距變化即橫波信息，這些信息與地下巖性及油氣分布緊密相關，經過多次偏移速度分析出來的共成像點道集，可以用來綜合判別儲層物性及含油氣性。但是，這種時間域的成像道集仍然無法很好地刻畫地下成像對象的復雜結構，而且在復雜地表條件下，如果靜校正問題沒有很好的解決，其共反射點道集提供的信息就更不可靠了。(2)構建角道集來處理疊前角度偏移成像問題。最初的角道集是根據方位角的不同范圍來抽出具有某一范圍內的道集，以此組成角道集。可以綜合分析地層介質各向異性造成的速度變化影響。近幾年來，在角度域成像是一種對復雜地下構建進行成像的策略，因此對角度域共成像點道集的研究形成了一個熱點。原因在于，角度域共成像點道集即攜帶了反射界面兩側的彈性參數變化的信息，也包含了偏移速度場是否正確的信息。角度道集的構件是一個關鍵問題，Prucha等利用雙平方根方程進行波長外推，對外推后的波長進行傾斜疊加或平面波分解，從平面波數據提取射線參數域共成像點道集。共成像點道集不僅是入射角的函數，而且還是方位角的函數。理論上講，無論從成像前的數據或者成像后的數據得到共成像點道集，本質上都是利用地震數據中不同傳播方向的波長入射到反射界面上產生的發射波來估計反射系數，并不能直接反映構建傾角的情況。
發明內容
基于上述兩種共成像點道集構建方法的局限性以及山地地震資料地表地下情況復雜，因此提供一種適用于復雜山地的構造偏移成像處理。本發明的真地表地震數據傾角道集構建方法，其特征在于，包括以下步驟Ca)在真地表上激發地震波，采用射線追蹤方法來計算地震波的旅行時；(b)采用射線追方法中的彎曲法來計算第一成像點的第一入射角，并根據成像空間的速度模型來計算第一折射角；(C)根據旅行時、第一折射角，并依據預先設置的角度范圍和角度掃描間隔構造傾角，此時接收點處的檢波器接收隨著構造傾角而變化的地震波的反射信號，形成構建的傾角道集，其他成像點由此類推。其中，將針對作為勘探對象的成像空間建立地質模型之后，將模型進行網格化，對應的每一個網格就是一個成像點。優選地，所述射線追蹤方法包括試射法、彎曲法以及迭代法。優選地，所述角度范圍是-90度到+90度。優選地，所述角度掃描間隔是5°。本發明的真地表地震數據傾角道集構建方法，具有計算步驟簡便，計算效率高和處理效果好等特點，在西部的復雜山地地震資料處理中具有廣闊的應用前景。
通過下面結合附圖進行的對實施例的描述，本發明的上述和/或其他目的和優點 將會變得更加清楚，其中圖I是示出真地表地震數據傾角道集構建方法的流程圖；圖2是示出入射角與傾角的幾何關系的示意圖；圖3是示出模型數據的構造傾角道集的圖。
具體實施例方式疊前深度偏移是目前提高地震資料橫向分辨率的唯一最有效手段，但在復雜地質條件下，構件合理的成像道集對處理結果的影響至關重要。常規的采用共反射點道集只能在時間域使用構造最簡單地地質模型，而最近提出的角道集通常也只是依據相同的反射角，同樣不能很好地反映地下構造的真實情況。因此提出新的真地表地震數據傾角道集構建方法。以下，參照附圖來詳細說明本發明的實施例。圖I是示出真地表地震數據傾角道集構建方法的流程圖。參照圖1，本發明的真地表地震數據傾角道集構建方法，包括以下步驟在真地表上激發震波，采用射線追蹤方法來計算地震波的旅行時(S100);采用射線追方法中的彎曲法來計算第一成像點的入射角和反射角(S200);在第一成像點位置，根據預先設置的傾角的角度范圍和角度掃描間隔，形成構建傾角道集(S300)，其中，將作為勘探對象的成像空間建立地質模型之后，將模型進行網格化，，其中每一個網格就是一個成像點。并且，針對所有的成像點執行步驟S100、S200、S300。在此，地震波的傳播可以等效為一系列垂直于波前面的射線的先前擴散過程，旅行時是地震傳播射線(相當于地震波)從一個位置傳播到另一個位置所耗費的時間，旅行時由炮點、檢波點和傳播路徑三個要素唯一確定，但實際記錄中只能確定炮點、檢波點和旅行時，所以是同一炮點和同一檢波點的相同旅行時振幅的疊加(即多條傳播路徑不同但旅行時相同的射線)。但對于不同的炮點，或檢波點點，旅行時(即地震記錄的樣點的時間)有相同，也有不同。(計算地震波的旅行時S100)旅行時是射線從一個位置傳播到另一個位置所耗費的時間，簡言之，是地震波從激發點出發，并被接收點接收時所用的時間。在本發明中，可采用射線追蹤和波前重建方法來計算地震波的旅行時，其中波前重建是已知的方法，在此不再贅述，下面簡單說明一下射線追蹤方法。根據斯奈爾(Snell)定理、費馬(Fermat)原理和惠更斯(Huygens)原理形成了許多射線追蹤方法，射線路徑的計算方法大致可分為三類。(I)試射法或稱打靶法，這是最早提出且使用最普遍的一種射線追蹤方法。其射線追蹤過程是，在激發點(即炮點)，給定一系列射線參數初始值，然后根據斯奈爾定理依次進行追蹤，在接收點(即檢波器)附近選擇最接近的兩條射線，通過內插，調整初始射線參數值，經過多次的調整修改，可獲得滿意的結果。這種方法的最大優點是實現了射線的精確追蹤，能夠避開在盲區中追蹤。在相對簡單的模型結構中迭代收斂較快，但在復雜結構中收斂較慢，比較耗時，這是該方法的不足。(2)彎曲法，當建立地質模型后，將模型進行網格化，由地震震源位置開始，沿著波場的傳播方向，按網格節點次序，逐點計算波的旅行時，網格旅行時計算可用差分程函方程方法或根據惠更斯原理的波前方法等手段求解，然后根據費馬原理，從接收點按走時最小 的原則逐個節點比較，找回到震源點，即得到最小走時射線。彎曲法充分體現了地震波的波動特點，適應速度變化的介質，但這類方法存在以下幾方面不足①模型經過網格化近似對復雜結構描述有一定的局限性，即不能滿足非常復雜的地質結構需要；②用網格節點的連線近似射線路徑(即使有些方法通過插值處理)，其近似程度決定于網格的大小按費馬原理搜索射線路徑，有可能失去最短射線路徑，當存在多條射線路徑時判斷較困難，此外還不能排除射線盲區需要消耗大量的計算機時間和內存，不利于交互計算。(3)迭代法，建立地質模型之后，根據模型結構，通過已知界面函數和介質速度，建立旅行時方程，根據費馬原理，對旅行時方程中的所有未知參數求偏導并使其等于0，近似展開，形成迭代方程組，通過不斷地迭代收斂得到精確解。迭代法將射線追蹤過程轉化成給定初值的迭代問題，該方法使得射線追蹤過程得到簡化，收斂速度較快，其不足之處為①迭代速度與初始射線路徑有關，初始射線路徑越接近迭代速度越快，反之越慢；②僅僅適應層狀結構和速度均勻介質；③解決多條射線路徑存在著一定的困難。并且，本發明在計算地震波的旅行時時，均可采用上述射線追蹤方法中的試射法、彎曲法以及迭代法。(計算第一成像點的入射角和反射角S2OO)圖2是示出入射角與傾角的幾何關系的示意圖。圖3是示出模型數據的構造傾角道集的圖。在本發明中，可采用上述射線追蹤方法的彎曲法來計算每個成像點的入射角。并且根據入射點位置、反射點位置和速度模型，我們可以計算出一條從入射點到反射點的彎曲射線，對于某一已知傾角的反射界面，可以計算射線的入射角，根據斯奈爾(Snell)定理，反射角就等于入射角。其中，激發并采集地震波時，可以獲得成像空間對應的深度域速度場，且速度模型是根據深度和速度關系預先設置的。參照圖2，地震波入射到第一入射面的第一入射角(地震波與第一法線形成的角度)是β，且第一折射角是Θ。知道了速度模型之后，可根據第一入射入射角β來計算第一折射角Θ。實際勘探中，地下的地表情況都是非常復雜的，因此反射界面不一定與入射面平行，因此，本發明針對第一反射界面與第一入射面形成任意角度為例來進行說明。而且，當第一成像點是非直線時，反射界面為與其相切的表面。此時，傾角α=第一反射角Υ-第一折射角Θ。(構建傾角道集S300)在第一成像點位置，構造傾角不需要精確求取，可預先設置傾角的角度范圍。例如，本發明中，以-90度到+90度的傾角角度范圍，且以5°角度掃描間隔來構建傾角，此時接收點處的檢波器接收隨著構造傾角而變化的地震波的反射信號，并輸出偏移的共成像點傾角道集。這里輸出的就是共成像點傾角道集，需要使用旅行時，而入射角和反射角則換成了與之相關的掃描的傾角了。并且，構建傾角道集時在如下步驟中使用到旅行時。地震波的傳播可以等效為一系列垂直于波前面的射線的先前擴散過程，旅行時是射線從一個位置傳播到另一個位置所耗費的時間，旅行時由炮點、檢波點和傳播路徑三個要素唯一確定，但實際記錄中只 能確定炮點、檢波點和旅行時，所以是同一炮點和同一檢波點的相同旅行時振幅的疊加(即多條傳播路徑不同但旅行時相同的射線)。偏移就是一個逆過程，即根據等時原理，將接受到的地震振幅信息分發到對應的等時面上，所以要用到旅行時來構建成像道集，只是這個道集還和地下傾角有關，即共成像點傾角道集。在本發明中，根據炮點位置和反射點位置以及預設傾角α就可以確定第一反射角Y，即先根據射線追蹤方法來計算第一入射角β，且根據速度模型和第來計算第一折射角Θ ,且通過預設傾角α來確定第一反射角Y。相比共炮點道集、共接收點道集等，本發明是在同一成像點，通過不同傾角掃描的思路，輸出隨傾角偏移的共成像點傾角道集。通過上述方法構建的傾角道集直接反映地下反射界面的成像情況，對應于目的層處物理參數變化，為疊前反演提供了準確的角度域地震反射強度，且補償了觀測系統非均勻覆蓋對幅值的改變。圖3是示出模型數據的構造傾角道集的圖。圖3的橫坐標是反射界面的掃描范圍和間距。具體掃描范圍是_90度到+90度,掃描間隔是5°。而且，時間域是反射雙程時間，深度域就是深度。參照圖3可知，構造傾角道集中的數據表示地震反射信號隨構造傾角的變化而變化(例如，從-90°到+90°，按照5°的間隔)。并且在繞射點處，地震波的反射信號隨傾角變化范圍就大，而在正常層位處，反映的是該處的地層傾角，所以角度固定。其中，繞射點就是地下的一個點狀反射源，在疊加剖面上表現為繞射雙曲線，可以是灰巖中的小空洞，也可以是斷層的斷點等。正常層位是地質上的一個連續穩定的反射層。本發明的真地表地震數據傾角道集構建方法能夠應用在二維和三維波動方程疊前深度偏移處理，對油氣、礦產資源勘探有重要應用價值。本發明不限于上述實施例，在不脫離本發明范圍的情況下，可以進行各種變形和修改。
權利要求
1.一種真地表地震數據傾角道集構建方法，其特征在于，包括以下步驟 Ca)在真地表上激發地震波，采用射線追蹤方法來計算地震波的旅行時； (b)采用射線追方法中的彎曲法來計算第一成像點的第一入射角，并根據成像空間的速度模型來計算第一反射角； (C)根據旅行時、第一反射角，并依據預先設置的角度范圍和角度掃描間隔來構造傾角，此時接收點處的檢波器接收隨著構造傾角而變化的地震波的反射信號，形成構建的傾角道集， 其中，將針對作為勘探對象的成像空間建立地質模型和速度模型之后，將模型進行網格化，對應的每一個網格就是一個成像點。
2.根據權利要求I所述的真地表地震數據傾角道集構建方法，其特征在于，所述射線追蹤方法包括試射法、彎曲法以及迭代法。
3.根據權利要求I所述的真地表地震數據傾角道集構建方法，其特征在于，所述角度范圍是-90度到+90度。
4.根據權利要求I所述的真地表地震數據傾角道集構建方法，其特征在于，所述角度掃描間隔是5°。
全文摘要
本發明涉及一種地震數據處理過程中的二維、三維波動方程疊前深度偏移處理。本發明的真地表地震數據傾角道集構建方法，包括以下步驟(a)在真地表上激發地震波，采用射線追蹤方法來計算地震波的旅行時；(b)采用射線追方法中的彎曲法來計算第一成像點的第一入射角，并根據成像空間的速度模型來計算第一反射角；(c)根據旅行時、第一反射角，并依據預先設置的角度范圍和角度掃描間隔構造傾角，此時接收點處的檢波器接收隨著構造傾角而變化的地震波的反射信號，形成傾角道集，其他成像點由此類推。
文檔編號G01V1/28GK102901984SQ201210372489
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者羅紅明, 何光明, 陳愛萍, 曹中林, 張華 , 劉奇琳 申請人:中國石油集團川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司