专利名称：提升波动方程叠前深度偏移成像效果的方法
技术领域：
本发明属于地震勘探中反射地震资料处理技术领域，涉及地震资料处理过程中的波动方程叠前深度偏移成像，是针对波动方程叠前深度偏移方法在应用中所遇到的实际问题而发展的一系列改善其应用效果的技术。
背景技术：
地震资料处理流程中，叠前偏移成像是关键的环节，它的主要任务是将地表记录的反射地震信号“聚焦”到地下发生反射的真实位置。当地下构造的上覆地层速度变化剧烈时，基于金字塔面(pyramid)旅行时假设的叠前时间偏移和基于渐进(射线)理论的积分法叠前深度偏移就不能正确反映实际地震波的传播过程，因此不能准确地将反射地震信号“聚焦”到地下发生反射的真实位置。波动方程叠前深度偏移是用较准确的波动理论来描述地震波的传播过程，能正确模拟复杂上覆地层导致的多次到达等复杂的波传播现象和地震波传播的弥散现象，因此即可对复杂构造正确成像，又有望得到正确反映地下构造反射强弱的成像幅值。但服务于复杂构造成像的波动方程叠前深度偏移在实际应用中仍然存在一系列问题。偏移速度模型是正确描述地震波传播效应进而进行波动方程偏移的关键，但波动方程偏移速度建模方法需要进行多次波动方程偏移计算，完全基于波动方程偏移方法进行速度建摸目前还难以实现。目前工业界广泛应用的仍然是基于地震波走时的速度分析方法，将由此得到的速度模型应用于波动方程偏移，就会产生速度建模方法与偏移方法不匹配问题。目前实际生产中广泛应用的波动方程叠前深度偏移多是通过分炮偏移实现的。由此产生的随炮点变化的共像点道集也为后续的处理工作带来了许多不便。为此我们发展了一系列基于波动方程深度偏移所产生角道集的应用技术。首先以层状介质为基础，提出了以均方根速度误差为等效速度误差，得到基于角道集同相轴曲率与等效偏移速度误差的深度域剩余动校关系。由于得到成像点处的等效速度误差是反映成像点上覆各个层速度贡献的总和效应，要想得到新的速度模型用于准确的偏移成像，我们还必须将这些综合速度误差反演到每个层速度上，这就需要发展一种简单有效的速度反演方法。已发展的一些偏移速度反演方法，包括基于地震波走时速度分析方法，基于波动方程的层析成像方法，基于双程波动方程的非线性波形反演方法，和基于波动方程偏移的速度分析方法。尽管非线性波形反演和波动方程偏移速度分析方法展示了很好的前景，但由于反复迭代，尤其是在初始速度模型不理想情况下收敛速度很慢，都需要巨大的计算量， 虽然目前的计算机技术有了很大的进步，但这些方法在工业界实际应用仍还有一定的距离；目前工业界使用的主流方法仍是基于地震波走时的速度分析方法，包括同时拾取走时和入射角方向的层析成像方法，拾取共聚集算子的CFP方法，和KKF积分偏移的速度分析方法。层析成像方法的核心是使得射线的计算走时与在地震记录中拾取的相同，CFP方法的核心是使得基于CFP算子合成的CFP道集与CFP算子有相同的走时，偏移速度分析的核心是将共成像点的同相轴拉平。这些方法除了有与波动方程偏移的匹配问题外，所需的计算量也比较大。本发明发展的直接速度模型更新方法为避免将浅层的误差累积扩散至深层的速度校正，对每一水平分析点采用上、下同时计算的最小二乘速度校正方法。在初始模型较合理的情况下，应用一次炮域波动方程偏移计算，即可得到较准确的、适用于波动方程偏移的速度模型。该方法可用于解决由地震波走时技术求得的速度模型与波动偏移方法不匹配的问题，避免了直接由波动方程偏移进行速度建模所需要的多次偏移计算。各类偏移技术在实际应用中，即使速度模型建的很好，偏移产生的叠前道集也不可避免存在一定的弯曲，同相轴完全平直在实际应用中只能是目标；这既源于速度建模的微小误差，也源于宏观速度模型和传播算子不能完全反映实际介质的波传播效应。现行的叠前时间偏移都有完善的偏移孔径技术来控制远道数据，在叠加过程中将波形拉伸和噪音较大部分切除，KKF积分偏移等偏移技术的工业流程也都包括一个最后的剩余动校及拉伸部分切除步骤；这一步骤强行将存在微小弯曲的同相轴拉平并切除无法拉平和存在拉伸的部份。尽管剩余动校量是较小的，但它使得同相轴的波峰和波谷对的更齐， 因而在叠加过程中更好地保持了高频成份；而切除也压制了随机噪音和波形拉伸部分，在很大程度上提高了成像剖面的信噪比。就炮域偏移而言，由于产出的是随炮点变化的共像点道集，同相轴的弯曲没有一定的规律，有效成像段并不一定在中心部分，将剩余动校及拉伸切除应用于波动方程偏移就产生了困难。由于在炮域波动方程偏移过程中对于大角度波场的消除也并不彻底，这也导致所产生的共像点道集在远道数据上噪音比较明显，同时传统的共像点道集由于炮点坐标的随机性而不方便切除远道拉伸和噪音较大的部份，因此工业界目前还没有成熟的应用于波动方程叠前偏移过程中的噪音压制技术。本发明所应用的角道集恰好解决了这一困难，基于角道集的剩余动校正可以找到一个量化的剩余动校关系，从而可以依照此关系将略有弯曲的同相轴拉平，以达到最优叠加的目的。基于角道集的大角度波形拉伸与噪音较大部分切除的噪音压制技术也变得和与 KKF积分偏移一样容易，可极大地提高成像的信噪比，改善成像效果。

发明内容
本发明的目的是提供一种提升波动方程叠前深度偏移成像效果的方法，利用速度分析与速度模型直接更新方法，解决由地震波走时技术求得的速度模型与波动偏移方法不匹配的问题，避免直接由波动方程偏移进行速度建模所需要的多次偏移计算；基于角道集的深度-角度域剩余动校正和切除出现明显拉伸和噪音部分可以将略有弯曲的同相轴拉平，使得同相轴的波峰和波谷对的更齐，因而在叠加过程中更好地保持了高频成份，提高成像的信噪比，改善成像效果。本发明采用的技术方案是提升波动方程叠前深度偏移成像效果的方法，具体步骤包括(1)用多条拖缆或多条测线记录由人工震源激发的地震波经过地下地层分界面反射回地面的地震信号，记录到磁带上；(2)从磁带上读取地震信号，对叠前地震资料应用波动方程叠前深度偏移方法，形成共反射角成像道集；(3)依据共反射角成像道集中同相轴的弯曲程度进行速度分析，在初次偏移速度不准确的情况下更新波动方程叠前深度偏移的偏移速度模型；(4)利用更新后的偏移速度模型，再次对叠前地震资料应用波动方程叠前深度偏移方法，并生成共反射角成像道集；(5)将存在微小弯曲的部分角道集应用发展的角道集深度-角度域剩余动校正技术进行拉平，并对全体角道集进行切除远道拉伸与噪音较大部分。(6)对剩余动校正和切除后的共反射角成像道集应用常规噪音压制技术，形成用于叠前反演的角道集，用于直接识别地下构造中的含油气和水情况；(7)将全部角道集中不同反射角的结果叠加，形成偏移叠加剖面；(8)通过显示软件将偏移叠加剖面数值转换为地下反射构造的剖面图像，剖面图像将更清楚地指示地下构造的形态、断裂部位、地层沉积样式和地层的波阻抗特征，其中构造的形态和地层沉积样式用于确定地下生油构造，研究油田的生油环境以指导进一步的勘探方向；地下构造的形态、断裂部位与地层的波阻抗特征，用于估计储油构造的大小，为油田的实际生产提供储量估计并确定钻井的井位。所述的依据共反射角成像道集中同相轴的弯曲程度，更新波动方程叠前深度偏移的偏移速度模型是这样实现的设像点深度为z，单位为m，入射角为γ，以弧度为单位，将成像点以上介质的均方根速度作为等效速度，其单位为m/s。当角道集同相轴有弯曲时，此时可以认为是由于等效速度不准确造成的，设其为V _，将ρ =ν'定义为剩余动校正系数，为一无量纲比例系数。由几何关系可得剩余动校正关系为Dz = Ztan2 γ (ρ -1)依据该关系将深度域角道集的平面(ζ，Y)依据上述的剩余动校关系变换到深度域速度误差的谱值(z，P )。具体的过程如下1首先确定最大最小深度，等效速度相对误差值P的最大最小值及间隔；2确定深度窗长度Μ, 一般等于子波的深度采样点个数；3对某一对(z，P )，按照上述的剩余曲率关系计算该深度和等效速度误差所对应每一角度的剩余深度Δζ ；4在角道集上对于每一角度以对应的ζ+Δ ζ为中心，深度窗长为M的窗内进行如下计算
权利要求
1.一种提升波动方程叠前深度偏移成像效果的方法，其特征在于采用以下步骤:A)用拖缆或测线记录由人工震源激发的经地下地层反射的地震信号，记录到磁带上；B)从磁带上读取地震信号，对叠前地震资料应用波动方程叠前深度偏移方法，形成共反射角成像道集；C)依据共反射角成像道集中同相轴的弯曲程度，更新波动方程叠前深度偏移的偏移速度模型；D)利用更新后的偏移速度模型，再次对叠前地震资料应用波动方程叠前深度偏移方法，形成共反射角成像道集；E)对共反射角成像道集应用深度-角度域剩余动校正，切除出现明显拉伸和噪音部分；F)对剩余动校正和切除后的共反射角成像道集应用常规噪音压制技术，形成用于叠前反演的角道集，用于直接识别地下构造中的含油气和水情况；G) 将全部角道集中不同反射角的结果叠加，形成偏移叠加剖面；H)通过显示软件将偏移叠加剖面数值转换为地下反射构造的剖面图像，剖面图像将更清楚地指示地下构造的形态、断裂部位、地层沉积样式和地层的波阻抗特征，用于确定和寻找地下生、储油构造，为油田的实际生产提供储量估计与确定井位。
2.根据权力要求1所述的一种提升波动方程叠前深度偏移成像效果的方法，其特征在于在C步骤中，所述的依据共反射角成像道集中同相轴的弯曲程度，更新波动方程叠前深度偏移的偏移速度模型是这样实现的首先基于深度域角道集的剩余动校正关系，即速度误差关系表示为 □ z = ztan2 γ (ρ -1)其中Dz为像点深度为ζ剩余动校正量，他们的单位均为m，γ为入射角，单位为弧度， P=v' MS/V·为剩余动校正系数，为一无量纲比例系数，其中Vnns和ν' 分别为成像点以上介质的真实均方根速度与偏移均方根速度，单位为m/s ；利用该剩余动校正关系制作剩余动校能量谱，具体方法是依据上述剩余动校正关系将深度域角道集的平面(z，Y)变换到深度域速度误差的谱值(z，P)，其中此时的变量及其单位与上文所提及的相同；第一步先确定最大最小深度，等效速度相对误差值P的最大最小值及间隔以及确定深度窗长度M，等于子波的深度采样点个数；对某一对(z，P)，按照上述的剩余动校正关系计算该深度和等效速度误差所对应每一角度的剩余深度Δζ ；在角道集上对于每一角度以对应的ζ+Δ ζ为中心，深度窗长为M的窗内进行如下计算
3.根据权力要求1所述的一种提升波动方程叠前深度偏移成像效果的方法，其特征在于在E步骤中，所述的对共反射角成像道集应用深度-角度域剩余动校正，切除出现明显拉伸和噪音部分是这样实现的根据不同的实现方式，基于角道集的深度-角度域剩余动校正技术分为剩余动校正系数P扫描剩余动校正与最优叠加剩余动校正两种实现方法；前者的特征是应用剩余动校正系数谱在不同的位置依据能量谱的最大值来定量拾取数个剩余动校正系数P，并将数值通过插值平滑到整个数据域，然后对应每一个角道集开辟一个新的道集，在对应的深度与角度值上联合相应位置的P由上述剩余动校正公式计算相应的□ z，然后在初始道集的 (z+ Dz, γ)位置取值放置到新道集的(ζ，Y)即完成了剩余动校正；后一种方法的特征是由不同的P值依据剩余动校关系对所得到的角道集直接进行叠加，在叠加时要沿角度轴依据P计算的口2，在ζ+□ ζ取值进行叠加；为了能够方便比较选择，一般还要选择一定的窗长对相邻道进行相同P值的叠加，然后就能直观的在不同深度上选择能够使叠加效果最好的P值，并将这些数值插值到整个数据域，然后依照前一种方法所提到的剩余动校正方式进行剩余动校，直观的达到最优叠加的目的；以噪音压制为目的的切除，首先拾取角道集沿深度方向上几个强反射轴的远道切除边界，然后将其在深度方向上插值平滑至整个数据域，对于每一个角道集的操作只需要将对应切除边界读取出来将边界外数据赋零值。
全文摘要
提升波动方程叠前深度偏移成像效果的方法，应用于地震勘探中反射地震资料处理，改善波动方程叠前深度偏移应用效果。通过建立深度-角度域剩余动校正关系和层速度反演方法，直接基于角道集的剩余动校量更新波动方程叠前深度偏移的偏移速度模型，以此提升波动方程叠前深度偏移的成像效果。利用深度-角度域剩余动校正关系，该方法实现了波动方程叠前深度偏移的偏移道集的剩余动校正和噪音及拉伸切除，改善了偏移叠加剖面的信噪比和分辨率；改进了应用于叠前反演的角道集的质量，能更好地实现直接识别地下构造的含油、气或水；能应用于反射地震资料的二维和三维波动方程叠前深度偏移，对油气、矿产资源勘探有重要应用价值。
文档编号G01V1/40GK102176053SQ20111002973
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者刘礼农, 张剑锋, 张江杰 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所