一种地震观测系统叠前时间偏移响应的分析方法

摘要

本发明涉及一种地震观测系统叠前时间偏移响应的分析方法，对给定地震观测系统、地质模型和地震噪声参数，针对地震观测系统中每个炮点-检波点对基于绕射点旅行时求取的正演方法得到地震记录道，根据噪音参数合成得到噪音记录道，把地震记录道与噪音记录道叠加得到合成地震记录道，合成地震记录道经过克希霍夫叠前时间偏移获得叠前时间偏移结果，对观测系统中每个炮点-检波点的叠前时间偏移结果叠加作为该地震观测系统的叠前时间偏移响应，以地震剖面图的形式表示，用于评价地震观测系统的叠前时间偏移成像效果，提供一种地震观测系统分析评价方法。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种地震观测系统叠前时间偏移响应的分析方法，用于评价地震观测系统叠 前偏移的成像效果，属于地震勘探采集设计领域。

背景技术：

在当前三维地震勘探中，地震观测系统设计主要是在基本参数论证基础上根据以往经验 设计若干方案，然后利用覆盖次数和偏移距分布等图件评价和选择最终地震观测系统方案。 这些地震观测系统评价方法不能直观反映叠前时间偏移的成像效果,已不能满足叠前时间偏 移处理技术的要求。

中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司的李培明等（申请号：201110043602.1） 公开了一种基于叠加响应分析的地震观测系统优化设计方法，该方法通过分析三维地震观测 系统叠加响应来判别地震观测系统的优劣，对初步拟定的地震观测系统确定地震观测系统的 最小循环子区，选取目的层埋深的共中心点道集，抽取对应模型道集，加权叠加得到面元的 叠加响应，求取最小循环子区内的平均振幅值和最小循环子区内的振幅标准偏差，比较振幅 标准偏差大小确定观测系统优劣，选择观测系统。叠加具有简单、易于理解和易于解析实现 的优点，但通过应用叠加响应对地震观测系统的最终成像效果进行评价是对叠后偏移成像效 果的评价，不能适应对地震观测系统的叠前成像效果进行评价的需要。

目前用于三维地震观测系统叠前时间偏移成像质量评价的方法较少，主要是荷兰德尔福 特工业大学的Berkhout和Volker（GEOPHYSICS，2001，VOL.66，NO.3,P:911-931）提出的 聚焦束分析方法，该方法通过双聚焦过程得到叠前偏移分辨率函数用以分析三维地震观测系 统的叠前偏移成像效果。该方法把克希霍夫叠前时间偏移分解为炮点聚焦和检波点聚焦两个 步骤，可以分别计算和评价聚焦震源束和聚焦检波束，可以获得地震质量属性如分辨率和依 赖角度的振幅信息等。聚焦分析方法为地震观测系统叠前时间偏移成像效果评价提供了一种 重要手段，近年来已成为地震观测系统分析评价的一项重要技术。但该方法是在远场和单频 近似条件下通过双聚焦成像获得地震观测系统的叠前偏移分辨率函数和振幅响应函数，与实 际地震观测系统的成像分析还有一定距离，存在的主要问题在于：（1）获得在一个深度平面 上的成像能量图谱，对成像质量的立体分析能力较差；（2）在聚焦分析程中无法考虑地震噪 声的影响，仅可为地震观测系统分析提供理论上的依据；（2）通过基于单散射点和单频率成 分的双聚焦成像得到叠前偏移分辨率函数，其结果是一种理论上的近似结果，分析精度不高。

发明内容：

本发明旨在克服上述现有技术存在的对成像质量立体分析能力较差、没有考虑地震噪声 影响和分析精度不高等问题，提供一种地震观测系统叠前时间偏移响应的分析方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明是在给定地震观测系统、地质模型 和地震噪声参数的条件下，根据地质模型对地震观测系统中每个炮点-检波点对，用基于绕射 点旅行时求取的正演方法得到其对应的地震记录道；根据噪音参数合成得到噪音记录道；把 地震记录道与噪音记录道叠加得到合成地震记录道，合成地震记录道经过克希霍夫叠前时间 偏移获得叠前时间偏移结果，将地震观测系统中每个炮点-检波点对的叠前时间偏移结果叠加 作为该地震观测系统的叠前时间偏移响应，以地震剖面图的形式表示，用于评价地震观测系 统的叠前时间偏移成像效果，包括以下步骤：

1、设定地震观测系统、地震子波和地质模型；

2、按照实际地震资料设定记录参数,包括记录时间和采样间隔，确定噪音参数，包括随 机噪音能量系数、线性噪音主频、组数、能量系数及传播速度；

3、通过对设定地震观测系统中一个炮点-检波点对和地质模型，按照步骤1设定的地震 子波和步骤2设定的记录时间和采样间隔，实施基于绕射点旅行时求取的正演方法得到其对 应的地震记录道x(j)；

4、利用步骤2设定随机噪音能量系数、线性噪音主频、组数、能量系数及传播速度进行 噪音合成，得到噪音记录道n(j)；

5、把步骤3得到的地震记录道x(j)与步骤4得到的噪音记录道n(j)叠加为合成地震记 录道x′(j)

x′(j)=x(j)+n(j)

6、对上述步骤5得到的合成地震记录道x′(j)进行叠前时间偏移处理，得到其对应的叠 前时间偏移结果；

7、获取地震观测系统中各炮点-检波点坐标，重复上述步骤3～6，直到完成地震观测系 统中每个炮点-检波点对的正演、叠前时间偏移处理及叠前时间偏移结果的叠加，获取叠前时 间偏移响应数据；

8、叠前时间偏移响应数据存取与显示分析。

本发明的有益效果是：（1）根据地质模型直接求取地震观测系统的叠前时间偏移响应， 其结果以地震剖面的形式表示，能够直观、全面地评价地震观测系统用于叠前时间偏移的成 像效果；（2）通过地震记录道与噪音记录道叠加，能够根据实际噪音背景情况考察地震观测 系统对环境噪声的压制及对叠前时间偏移成像效果的影响，为地震观测系统设计和方案优选 提供可靠依据；（3）基于绕射点旅行时求取正演和克希霍夫叠前时间偏移的地震观测系统叠 前时间偏移响应分析方法，既适用于单散射点地质模型也适用于复杂多散射点地质模型。

附图说明：

图1为本发明流程框图；

图2为具体实施方式中所用地震观测系统1的模板图；

图3为合成地震记录道生成过程示意图；

图4为一单合成地震记录道叠前时间偏移结果的剖面图；

图5为具体实施方式中所用地震观测系统1的inline方向叠前偏移响应剖面图；

图6为具体实施方式中所用地震观测系统1的crossline方向叠前偏移响应剖面图；

图7为地震观测系统2的inline方向叠前偏移响应剖面图；

图8为地震观测系统2的crossline方向叠前偏移响应剖面图；

图9为一复杂断块地质模型的剖面图；

图10为地震观测系统1对图9中模型的inline方向叠前偏移响应剖面图；

图11为地震观测系统3对图9中模型的inline方向叠前偏移响应剖面图；

图12为观测系统1基于单散射点地质模型1得到的叠前偏移分辨率函数的显示图；

图13为观测系统3基于单散射点地质模型1得到的叠前偏移分辨率函数的显示图；

图14为经地震勘探实施获得的最终地震成果。

具体实施方式：

结合附图对本发明进行进一步描述：

本发明实施例1方法如图1所示，包括步骤如下：

1、设定地震观测系统、地震子波和地质模型，以如下数据及其所得结果为例详述实施方 式及效果：

1．1、输入地震观测系统：8线16炮观测系统，8线接收，100道/接收线，道距50 米，接收线距200米，束内炮点数16，炮点距50米，炮线距200米，束间滚动距离800米， 编号为观测系统1，观测系统1模板如图2所示；

1．2、输入地震子波：主频为50Hz的雷克子波，以w表示；

1．3、输入地质模型：单散射点，坐标（x7500，y3000），深度2500米，地震波传播速 度2800米/秒，反射系数为1，编号为地质模型1。

2、按照实际地震资料设定记录参数,包括记录时间和采样间隔，确定噪音参数，包括随 机噪音能量系数、线性噪音主频、组数、能量系数及传播速度：

2．1、记录时间：4000毫秒，采样间隔：4毫秒；

2．2、确定随机噪音能量系数：评估实际地震资料中随机噪音均方根振幅与地震反射信 号均方根振幅，把二者比值设定为随机噪音能量系数，取值越大表示随机噪音能量越强，随 机噪音能量系数C_r，本实施实例C_r=1，表示随机噪音能量与散射点反射强度相同；

2．3、确定线性噪音能量参数：分析实际地震资料，设定线性噪音的主频、组数及传播 速度，统计线性噪音均方根振幅与地震反射信号均方根振幅，把二者比值作为线性噪音能量 系数，取值越大表示线性噪音能量越强，本实施实例线性噪音包括22组，线性噪音子波为主 频20Hz的雷克子波、以w_nc表示，能量系数C_l=1.2，传播速度分别（m=1～22）分别为 90、95、100、110、120、130、150、170、190、210、235、260、285、310、340、370、400、 440、480、520、560、600米/秒。

3、通过对设定的地震观测系统中一个炮点-检波点对和地质模型按照步骤1设定的地震 子波和步骤2设定的记录时间和采样间隔，实施基于绕射点旅行时求取的正演方法得到其对 应的地震记录道x(j)：

3.1、从设定的地震观测系统获得一个炮点-检波点对的坐标数据，用（x_s，y_s）表示 炮点坐标，用（x_r，y_r）表示检波点坐标；

3.2、从设定的地质模型获得每个散射点的坐标数据和深度数据其中 i=1～N，N为地质模型中散射点数；

3.3、确定炮点-检波点对到模型中所有散射点的旅行时间

$t^i=\frac{\sqrt{{\left|x_s{x}_g^i\right|}^2+{\left|y_s{y}_g^i\right|}^2+{\left|z_g^i\right|}^2}}{V}+\frac{\sqrt{{\left|x_r{x}_g^i\right|}^2+{\left|y_r{y}_g^i\right|}^2+{\left|z_g^i\right|}^2}}{V}---\left(1\right)$

其中i=1～N，N为地质模型中散射点数；

3.4、把炮点-检波点到模型中所有散射点的旅行时tⁱ（i=1～N）按步骤2设定的采样间 隔和记录时间进行采样和记录，得到时间序列t′(j)，j为时间采样编号；

3.5、把时间序列t′(j)与输入地震子波w(j)褶积得到式（2）表示的地震记录道：

x(j)=t′(j)*w(j)    （2）

4、利用步骤2设定随机噪音能量系数、线性噪音主频、组数、能量系数及传播速度进行 噪音合成，得到噪音记录道n(j)：

4.1、根据随机噪音能量系数C_r生成随机噪音记录道n_r(j)，其方法为

n_r(j)=Rand()×C_r    （3）

其中，Rand()表示获得的随机数在0～1之间；

4.2、根据线性噪音能量系数、主频及传播速度确定线性噪音记录道n_c(j)，首先获得 每组线性噪音的到达时间

$t_{\mathrm{nc}}^m=\frac{x}{v_{\mathrm{nc}}^m}---\left(4\right)$

其中，m为线性噪音系列号，本实施例中m=1～22，x为炮点和检波点之间距离，把旅行时（m=1～22）按步骤2设定的记录时间和采样间隔进行等时间隔采样，得到时间序列t_nc(j)， j为时间采样编号，把t_nc(j)与噪音子波w_nc(j)褶积得到线性噪音记录道n_c(j)

n_c(j)=t_nc(j)*w_nc(j)    （5）

4.3、随机噪音记录道与线性噪音记录道相加得到式（6）表示的噪音记录道

n(j)=n_r(j)+n_c(j)    （6）

5、把步骤3得到的地震记录道x(j)与步骤4得到的噪音记录道n(j)叠加为合成地震记 录道x′(j)

x′(j)=x(j)+n(j)    （7）

如图3所示为炮点坐标（x7500，y3000）和检波点坐标（x7000，y3000）合成地震记录 的形成过程，从左向右第一道是地震记录道，第二道是线性噪音记录道，第三道是随机噪音 记录道，第四道是线性噪音记录道和随机噪音记录道相加得到的噪音记录道，第五道是地震 记录道与噪音记录道相加得到的合成地震记录道；

6、对上述步骤5得到的合成地震记录道x′(j)进行叠前时间偏移处理，得到其对应的 叠前时间偏移结果，图4所示为图3中合成地震记录道的inline方向偏移剖面；

7、获取地震观测系统中各炮点-检波点坐标，重复上述步骤3～6，直到完成地震观测系 统中每个炮点-检波点对的正演、叠前时间偏移处理及叠前时间偏移结果的叠加；

8、叠前时间偏移响应数据存取与显示分析：把最终叠前时间偏移数据以SEG-Y格式存入 数据文件，利用显示软件以地震剖面形式显示，步骤1输入观测系统1的叠前时间偏移响应 如图5、图6所示，图5所示为inline方向叠前偏移响应剖面，剖面上主瓣能量强、旁瓣波 动范围在3道左右、背景噪声能量较弱，图6所示crossline方向叠前时间偏移响应剖面， 剖面上旁瓣能量相对较强，旁瓣波动范围达10道，表明该观测系统在crossline方向成像质 量不高。

实施例2：设定的观测系统2的参数为：8线接收，100道/接收线，道距50米，接收 线距200米，束内炮点数4，炮点距50米，炮线距200米，束间滚动距离200米。按照实施 例1所述步骤，得到的叠前时间偏移响应如图7和图8所示，图7与图5相比二者差异不大， 但图8与图6相比，可以看到图8中旁瓣噪声明显较小，波及范围8道，比图6中旁瓣噪声 波及范围小而且背景噪声也较小，表明这观测系统1和观测系统2在inline方向成像质量相 当，但观测系统2有利于在crossline方向获得更好的成像效果。本发明根据评价结果优选 观测系统2，为地震采集施工设计提供依据。

实施例3：设定的观测系统3的参数为：32线接收，100道/接收线，道距50米，接收 线距100米，束内炮点数10，炮点距80米，炮线距80米，束间滚动距离800米；地质模型 如图9所示，为一复杂断块地质模型。按照实施例1所述步骤，得到的图10所示的观测系统 1的inline方向叠前时间偏移响应和图11所示的观测系统3的inline方向叠前时间偏移响 应。图11与图10对比分析可知，观测系统1可以实现对复杂断块的可靠成像，但在叠前时 间偏移响应剖面上噪音较强，表明观测系统1压制噪音能力尚有欠缺；图11所示能量聚焦效 果好、背景噪声大大减小，表明观测系统3实现了对上述复杂断块模型的更好成像。

比较例1：本例对比已有聚焦束分析方法和本发明的效果，图12和图13分别是观测系 统1和观测系统3基于单散射点地质模型1得到的叠前偏移分辨率函数的显示图，图像显示 了以散射点为中心在inline和crossline方向各4000m范围的成像能量分布，二图显示了叠 前时间偏移能量聚焦情况，可以根据散射点以外能量的强弱——即旁瓣噪声能量——判别地 震观测系统用于叠前偏移成像的性能，可见图13中旁瓣噪声能量明显弱于图12中的旁瓣噪 声，表明观测系统3更有利于获得较好的叠前时间偏移成像效果。但聚焦束分析方法仅获得 散射点深度平面上的成像能量图谱，不能在立体上对成像质量进行分析，仅可为地震观测系 统分析定性地提供理论上的依据。作为对比，图11和图10中基于地质模型2得到的观测系 统1和观测系统3的叠前时间偏移响应，更好地展现了两种观测系统针对接近工区实际情况 地质模型的成像效果，以地震剖面形式显示更直观、对成像细节的对比也更有利。

通过实施例1、实施例2、实施例3和比较例1可知，利用同一地区的地质模型，对多个 观测系统的叠前偏移响应进行分析，有助于直观对比观测系统的叠前成像效果，对于优选观 测系统从而最终提高地震成像质量具有重要意义。利用本发明优选的观测系统3在中国渤海 湾盆地东濮凹陷实际应用，经地震勘探实施获得的最终地震成果如图14所示，剖面上成像噪 声小、信噪比高、断点干脆、断面清晰、可对比性强，取得了良好的地震成像效果，表明本 发明能够正确分析评价地震观测系统的叠前成像效果，对于实际地震勘探三维地震观测系统 设计具有重要意义。