二维垂直地震剖面和三维地面数据的空间同步成像处理方法

摘要

本发明涉及石油地球物理勘探中二维垂直地震剖面和三维地面数据的空间同步成像方法，网格划分，使Walkaway VSP成像点与地震数据网格重合，沿Walkaway方向读取层速度数据作为叠前深度偏移的共同的层速度模型，估算出深度偏移孔径，计算各数据道位置上的总走时，对相同的步长向下算出各自的数据，同步累加成像，得到深度偏移剖面和共成像点道集。本发明实现了Walkaway VSP数据和三维地面地震数据的积分法叠前深度偏移在三维空间的同步成像。对Walkaway观测方式的VSP数据扩大了它的有效成像范围，并利用地面数据的信息补偿了它的成像能力，提高了对陡倾角地层的成像效果。

说明书

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探中垂直地震剖面（VSP）勘探技术和地面地 震勘探技术，具体是一种二维垂直地震剖面和三维地面数据的空间同步成像 方法。

技术背景

地震勘探是采用人工激发地震波寻找地下矿产。通过人工激发地震波， 在地表或井下使用记录设备以相应观测方式获得随地震波传播变化的数据。 使用地表震源和接收器进行地震勘测在三维空间获得的数据称为三维地面地 震数据。使用地表震源激发，在井下不同深度上使用接收器记录地震信号获 得井孔附近的地下信息的过程称为垂直地震剖面（VSP）勘探技术。利用上述 两种方式获得的数据，经过数据处理，得到地下地质构造的图像。

Wendell Wiggins et al.(1986)在空间域VSP数据上，对于成像点有关 的单一倾角，VSP-CDP转换与偏移成像的倾角滤波具有类似的结果。当在VSP 数据中同一时间上出现交叉同相轴时，VSP-CDP转换不能对这些同相轴同时成 像。VSP-CDP转换是VSP的反射波场在水平层状模型下基于几何学的反射波场 重构(P.B.Dillon,1984,1988)。VSP-CDP转换要求简单的速度模型。 P.B.Dillon(1988)的工作验证了：对于复杂速度模型，叠前深度偏移能够正 确成像而VSP-CDP转换是失败的。M.Graziella Kirtland Grech et al.(2003) 在相同的偏移速度模型上，应用射线追踪技术计算炮点和检波点旅行时，完 成了地面地震数据和VSP地震数据的各向异性叠前深度偏移联合成像。

Walkway（在地面一条直线的不同位置上，进行VSP观测的方式）地震数 据采集是VSP勘探技术之一。对于同一地质体，以前通常采用地面地震数据 和Walkaway VSP（在地面一条直线的不同位置上，进行VSP观测的方式）数 据分别进行积分法偏移，二者结果产生差异。其主要原因是：（1）使用的速 度模型算法的误差（例如：速度模型的基准面处理，插值和平滑方式等）。（2） 地面数据和Walkaway VSP数据的成像孔径不同。导致二者的对陡倾角地层的 成像能力不同产生的误差。（3）地面地震数据和Walkaway VSP数据在偏移处 理中，由于方法、参数的不同产生的误差。（4）Walkaway VSP数据偏移后的 图像嵌入地面地震数据图像时，由于边界效应（在偏移图像边界处，由于数 据量不足出现的画弧现象）产生的误差。

发明内容

本发明目的是提供一种减少二者结果的差异，降低地质构造图像的不确 定性的二维垂直地震剖面和三维地面数据的空间同步成像处理方法。

本发明具体步骤如下：

1）在地面一条直线上的不同位置，用人工激发地震波，在井中使用检波 器接收，得到原始的Walkaway VSP炮集数据,将这个数据和三维地面地震数 据处理、校正到由处理参数指定的数据基准面上（如CMP面等）；

步骤1）处理、校正后的Walkaway VSP数据为炮集数据，三维地面地震 数据为CMP道集数据。

2）根据Walkaway VSP数据中炮点、检波点的x,y坐标，按照三维地面 地震数据网格进行划分，使Walkaway VSP数据的成像点位置与三维地面地震 数据网格重合，如果该位置不在三维地面地震数据的网格节点上，向最近的 三维地面地震数据的网格节点上归靠；

3）在来自于三维地面地震数据的层速度体中，沿Walkaway方向读取层 速度数据，将层速度数据作为Walkaway VSP数据和三维地面地震数据积分法 叠前深度偏移的共同的层速度模型；

4）根据目的层深度和成像角度，通过填写参数得到三维地面地震数据的 叠前深度偏移孔径，用Walkaway VSP数据的最大井源距除以在深度偏移中使 用的三维地面地震数据的最大偏移距，再乘以三维地面地震数据的叠前深度 偏移孔径，估算出Walkaway VSP数据深度偏移孔径；

5）从Walkaway VSP数据所在的基准面上，分别计算各个炮点所在位置 到成像点的走时，和分别计算不同深度的检波点位置到成像点的走时，将每 一地震道对应的炮点、检波点走时相加得到Walkaway VSP数据地震道对应位 置上的地震波总走时；

步骤5）Walkaway VSP数据的走时计算方式与三维地面地震数据的走时 计算方式相同；

6）通过填写参数得到成像基准面高程，从这个基准面开始，Walkaway VSP 数据和三维地面地震数据的向下逐步计算；

7）对Walkaway VSP数据和三维地面地震数据以相同的步长向下逐步算 出各自的数据，在地下网格点上实现同步累加；

在空间上，如果步骤7）计算出的数据所在位置在Walkaway VSP数据的 延拓波场的位置之外，则将三维地面地震算出的数据作为输出波场，否则， 将Walkaway VSP算出的数据和三维地面地震算出的数据在空间上加权叠加作 为结果数据；

在深度上，如果步骤7）计算出的数据的深度小于等于Walkaway VSP算 出的数据的最小深度，则将三维地面地震算出的数据作为结果；否则，将 WalkawayVSP算出的数据和三维地面地震算出的数据在深度上加权叠加作为 结果；

上述的加权叠加函数以井源距（井轨迹与炮点的距离）与最大井源距的 比值为自变量的COS函数。

8）对Walkaway VSP数据和三维地面地震数据积分法叠前深度偏移在三 维空间同步成像，得到Walkaway方向的深度偏移剖面和共成像点道集。

本发明实现了Walkaway VSP数据和三维地面地震数据的积分法叠前深 度偏移在三维空间的同步成像。对Walkaway观测方式的VSP数据扩大了它 的有效成像范围，并利用地面数据的信息补偿了它的成像能力，提高了对陡 倾角地层的成像效果。

本发明能够减少Walkaway VSP数据和三维地面地震数据分别偏移时，由 于参数的差异产生的误差；降低了地质图像的不确定性。

在本发明的输出图像的Walkaway VSP成像区域，保留了Walkaway VSP 数据数据单独处理的频带特征，随着成像区域向地面数据成像区扩展， Walkaway VSP数据成像的影响逐渐减弱，输出图像逐渐表现为地面数据成像 的频带特征。

附图说明

图1是本发明Walkaway VSP数据和三维地面地震数据在三维空间同步成像

后的图像。

具体实施方式

本发明包括：（1）任意方向Walkaway VSP数据三维网格拟合。（2）沿 Walkaway方向的三维层速度模型提取。（3）基于三维地面地震数据观测的 Walkaway VSP数据偏移孔径计算技术和走时设计。（4）Walkaway VSP基准面 延拓和三维地面地震数据同步积分求和技术。

本发明其具体实施步骤为：

1）在地面一条直线上的不同位置，用人工激发地震波，在井中使用检波 器接收，得到原始的Walkaway VSP炮集数据,将这个数据和三维地面地震数 据处理、校正到由处理参数指定的数据基准面上（如CMP面等）；

步骤1）处理、校正后的Walkaway VSP数据为炮集数据，三维地面地震 数据为CMP道集数据。

2）根据Walkaway VSP数据中炮点、检波点的x,y坐标，按照三维地面 地震数据网格进行划分，划分后的网格大小可与地面数据处理中的网格大小 一致，例如：15米、25米等，使Walkaway VSP数据的成像点位置与三维地 面地震数据网格重合，如果该位置不在三维地面地震数据的网格节点上，向 最近的三维地面地震数据的网格节点上归靠；

3）在来自于三维地面地震数据的层速度体中，沿Walkaway方向读取层 速度数据，将层速度数据作为Walkaway VSP数据和三维地面地震数据积分法 叠前深度偏移的共同的层速度模型；4）根据目的层深度和成像角度，通过 填写参数得到三维地面地震数据的叠前深度偏移孔径，用Walkaway VSP数据 的最大井源距除以在深度偏移中使用的三维地面地震数据的最大偏移距，再 乘以三维地面地震数据的叠前深度偏移孔径，估算出Walkaway VSP数据深度 偏移孔径，例如：5000米、6000米等；5）Walkaway VSP数据的走时计算方 式是：从Walkaway VSP数据所在的基准面上，分别计算各个炮点所在位置到 成像点的走时，并且分别计算不同深度的检波点位置到成像点的走时，将地 震道对应的炮点、检波点走时相加得到Walkaway VSP数据地震道对应位置上 的地震波总走时。

三维地面地震数据的走时计算方式是：分别计算地面上各个炮点所在位 置到成像点的走时和地面上各个检波点所在位置到成像点的走时，将这二者 走时相加得到三维地面数据地震道对应位置上的地震波总走时。

Walkaway VSP数据的走时计算方式与三维地面地震数据的走时计算方式 相同。

6）通过填写参数得到成像基准面高程，例如，0米、1000米、2000米等， 从这个基准面开始，Walkaway VSP数据和三维地面地震数据的向下逐步计算；

7）7）对Walkaway VSP数据和三维地面地震数据以相同的步长向下逐步 算出各自的数据，在地下网格点上实现同步累加；

在空间上，如果第7）步计算出的数据所在位置在Walkaway VSP数据的 延拓波场的位置之外，则将三维地面地震算出的数据作为输出波场，否则， 将Walkaway VSP算出的数据和三维地面地震算出的数据在空间上加权叠加作 为结果数据；

在深度上，如果第7）步计算出的数据的深度小于等于Walkaway VSP算 出的数据的最小深度，则将三维地面地震算出的数据作为结果；否则，将 WalkawayVSP算出的数据和三维地面地震算出的数据在深度上加权叠加作为 结果。如图1加权函数设计成以井源距（井轨迹与炮点的距离）与最大井源 距的比值为自变量的COS函数。