一种适用于复杂高陡构造的双反射地震波成像方法

摘要

本发明提供了一种适用于复杂高陡构造的双反射地震波成像方法，属于石油地球物理勘探的地震资料处理领域。本方法包括：(1)将地震数据按照炮点和接收点之间的偏移距进行分组，得到分组后的地震数据；对地震数据进行处理得到速度模型；(2)利用所述速度模型计算下行旅行时场；(3)利用步骤(2)得到的下行旅行时场和步骤(1)得到的分组后的地震数据，逐组进行叠前深度偏移得到每组的偏移结果，将每组的偏移结果进行叠加得到常规偏移剖面；(4)在所述常规偏移剖面上拾取复杂高陡构造下面的主要反射层位的深度值；所述主要反射层位是指复杂高陡构造下面反射振幅最大的层位。

说明书

技术领域

本发明属于石油地球物理勘探的地震资料处理领域，具体涉及一种适用于 复杂高陡构造的双反射地震波成像方法。

背景技术

对于高陡构造和垂直裂缝发育带，现有的偏移方法不适应，如单程波偏移 方法的有效成像倾角小于60度，逆时偏移受制于模型精度，也难以对垂直构造 进行准确成像。然而，双次反射波是经过水平界面和垂直界面两次反射的波场， 对垂直构造成像具有天然优势，国内外的一些应用实例证明了该方法对垂直陡 构造成像的能力。

国内关于双反射成像技术研究的文章比较少，还处于理论研究阶段。其中 张宇、徐生等(2003)通过首先向下延拓激发波场和接收波场，然后再将回转 波场向上传播，从而将波场的传播角度范围拓宽到180°，可以对任意倾角的构 造进行成像，但不是严格意义上的双反射成像技术。王愫(2008)介绍了国外 的双反射成像技术，通过波动方程全波场正演模拟揭示了双反射的波场特征，在 此基础上研究了双反射偏移成像技术，并通过模型测试表明了双反射偏移成像 技术可使地下垂直或接近垂直的界面得以准确成像。方伍宝、张兵(2009)基 于单程波外推方法实现了二次反射波成像技术，并对山地资料进行了初步应用。

国外从事双反射成像技术研究的人员不多，但相对固定，他们连续发表了 一系列文章，并申请了一些有关双反射的专利。NaumMarmalyevskyy(2005)提 出了双反射成像的概念，并给出了理论分析和三维数据测试；Shengwen Jin (2006)通过设计成像条件和优化波场延拓，利用单程波方程对二次反射波进 行了成像；Brian Link，NaumMarmalevsky，Khromova (2006，2007，2009，2010，2011)介绍了基于Kirchhoff积分的双反射成像方法， 给出了该方法在北美碳酸盐裂缝区、复杂裂缝区的多个应用实例以及与测井资 料的对比。Kostyukevych(2009)研究了转换PS波双反射偏移成像技术。 NaumMarmalYevskyy等(2005，2008，2010)申请了双反射成像技术以及双反射 和透射波联合成像技术的专利；KHROMOVA(2009)通过限制垂直反射层的位置 范围，提高了岩石垂直裂缝的成像精度，并申请了相关的专利。

上述专利技术和文章仅仅研究或适用于地下水平反射界面比较平的情况， 不适用于我国西部复杂山前带构造区域的高陡构造成像。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种适用于复杂 高陡构造的双反射地震波成像方法，利用双反射Kirchhoff叠前深度偏移技术， 提供双反射成像技术，即针对复杂高陡断裂、盐丘等高陡构造成像问题，以双 反射地震波的传播规律为基础，建立复杂构造双反射格林函数旅行时场，进而利 用双反射地震波成像条件进行偏移成像，最终得到复杂高陡构造区域的双反射 成像剖面。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于复杂高陡构造的双反射地震波成像方法，所述方法包括以下步 骤：

(1)将地震数据按照炮点和接收点之间的偏移距进行分组，得到分组后的 地震数据；对地震数据进行处理得到速度模型；

(2)利用所述速度模型计算下行旅行时场；

(3)利用步骤(2)得到的下行旅行时场和步骤(1)得到的分组后的地震 数据，逐组进行叠前深度偏移得到每组的偏移结果，将每组的偏移结果进行叠 加得到常规偏移剖面；

(4)在所述常规偏移剖面上拾取复杂高陡构造下面的主要反射层位的深度 值；所述主要反射层位是指复杂高陡构造下面反射振幅最大的层位，一般拾取 一层；

(5)利用所述速度模型和步骤(4)拾取的主要反射层位，以主要反射层 位为震源计算绕射源双反射旅行时场：

(6)根据步骤(4)中拾取的主要反射层位的深度值，从步骤(2)计算的 下行旅行时场中根据坐标值选择主要反射层位深度处的常规旅行时值，并将该 常规旅行时值加到步骤(5)中得到的绕射源双反射旅行时场中，即绕射源双反 射旅行时场的每个坐标点都加上该绕射源处的常规旅行时值，得到经过双反射 底面反射后的旅行时场；

(7)在每一个坐标位置处，对步骤(6)得到的旅行时场取最小值，即为 该坐标位置处经过双反射底面的双反射旅行时场；

(8)利用步骤(2)得到的常规旅行时场和步骤(7)得到的双反射旅行时 场，对步骤(1)得到的分组后的地震数据逐组进行双反射Kirchhoff叠前深度 偏移，得到双反射偏移剖面；

(9)将步骤(3)中得到的常规偏移剖面与步骤(8)中得到的双反射偏移 剖面按照最大值进行归一化之后进行相加，得到最终的深度偏移剖面。

所述步骤(1)中的，偏移距间隔取50米～500米。

所述步骤(3)中的叠前深度偏移是采用常规Kirchhoff叠前深度偏移实现 的。

所述步骤(5)是这样实现的：

首先把震源放在步骤(4)中拾取的主要反射层位上，计算各个绕射源的最 小到达旅行时场，此处利用动态规划法地震波走时计算，得到以双反射底面为 绕射源的旅行时场。

所述步骤(7)中，每一个坐标位置处旅行时场的个数等于旅行时计算孔径 除以旅行时计算步长。

所述步骤(9)是这样实现的：

将步骤(3)中得到的常规偏移剖面与步骤(8)中得到的双反射偏移剖面 按照最大值进行归一化处理，使得常规偏移剖面和双反射偏移剖面的最大值相 等，然后按照坐标值进行逐点相加，得到最终的深度偏移剖面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明可以对复杂反射层之上的高陡断裂、高陡盐丘进行精确成像，能 够适应复杂的地下地质构造，具有实际应用价值。

2)本发明可以借助于常规Kirchhoff叠前深度偏移的速度模型，不需要另 外建立速度模型，减少了处理工期和处理难度；

3)本发明可以重复利用常规Kirchhoff叠前深度偏移的旅行时场，双反射 偏移仅需要额外计算双反射旅行时场，增加的计算量较小。

4)本发明只需要在常规Kirchhoff叠前深度偏移剖面上拾取复杂反射底面 即可，增加的工作量较少。

5)本发明的偏移结果可与常规的Kirchhoff叠前深度偏移相结合，形成完 整的复杂构造偏移剖面。

附图说明

图1本发明实施例中双反射旅行时场构建流程。

图2本发明实施例中常规的Kirchhoff振幅加权响应曲线。

图3本发明实施例中双反射偏移振幅加权响应曲线。

图4本发明实施例中常规Kirchhoff积分几何关系示意图。

图5本发明实施例中双反射Kirchhoff积分几何关系示意图。

图6本发明实施例中双反射偏移实现流程图。

图7本发明实施例中高陡断裂的测试模型。

图8本发明实施例中复杂反射层垂直高陡断裂图7的常规偏移结果。

图9本发明实施例中复杂反射层垂直高陡断裂图7的双反射成像结果。

图10本发明实施例中复杂反射层垂直高陡断裂图7的综合成像结果。

图11本发明实施例中高陡盐丘的测试模型。

图12本发明实施例中复杂反射层高陡盐丘图11常规偏移结果。

图13本发明实施例中复杂反射层高陡盐丘图11双反射成像结果。

图14本发明实施例中复杂反射层高陡盐丘图11综合成像结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明针对勘探地震叠前深度偏移处理中深度域复杂高陡构造(如断裂、盐 体边界等)的偏移成像问题，涉及地震勘探中深度域的构造成像。本发明利用 双反射Kirchhoff叠前深度偏移技术，提供针对复杂高陡断裂、盐丘等高陡构 造成像的双反射成像技术。

本发明为适用于复杂反射层之上的高陡构造双反射地震波成像技术方法， 所述方法首先对偏移距分段，将输入道集按照偏移距进行分组；然后利用已有 速度模型进行kirchhoff叠前深度偏移，产生常规的叠前深度偏移剖面；接着 在偏移剖面上拾取复杂高陡构造下面的主要反射层位；再利用已有速度模型和 拾取的反射层位进行双反射旅行时场计算；最后利用双反射旅行时场和双反射 地震波成像条件进行偏移成像，得到复杂高陡构造的双反射成像剖面。

本发明针对复杂高陡断裂、盐丘等高陡构造成像问题，基于双反射地震波 的传播规律，建立复杂反射层之上的高陡构造双反射叠前深度偏移旅行时场计 算方法和成像条件，最终形成适合复杂高陡构造区域的双反射成像技术。

如图6所示，所述方法包括以下步骤：

(1)将具有一定分辨率、一定信噪比的地震数据按照炮点和接收点之间的 偏移距进行分组，偏移距间隔取50米～500米不等；

(2)利用已有的速度模型进行下行旅行时场计算，该速度模型可通过现有 的商业地震数据处理软件得到，如图7所示；

(3)利用步骤(2)计算的旅行时和步骤(1)得到的地震数据，逐组进行 常规Kirchhoff叠前深度偏移，叠加每组的偏移结果得到常规偏移剖面，如图8 所示。单个地震接收子波的偏移响应如图2所示。

常规的Kirchhoff积分公式可以简化表示为：

$I(x,y,z)=\underset{{\Omega }_S}{\int }d{\Omega }_S\underset{{\Omega }_R}{\int }d{\Omega }_R\frac{\cos \theta }{R}\frac{\partial U(\xi ,\eta )}{\partial t}---\left(1\right)$

其中：R＝tsr*v是振幅球面扩散补偿因子， $\cos \theta =\frac{d}{\sqrt{d^2+x^2}}$是振幅倾角加权因子，Ω_R，Ω_s是积分区域，I(x，y，z)是 偏移结果，U(ξ，η)是分组后的输入数据，具体如图4所示。

(4)在常规偏移剖面上拾取复杂高陡构造下面的主要反射层位的深度值， 该层位的拾取可通过现有的商业地震数据处理软件得到；

(5)利用已有速度模型和拾取的反射层位计算双反射旅行时场，具体如图 1所示：

首先把震源放在地下产生双反射的主要反射层位(步骤(4)中拾取的主要 反射层位)上，计算步骤(4)拾取的主要反射层位上各个绕射源的最小到达旅 行时场，此处利用球面波近似旅行时计算方法(请参考地震波旅行时计算，王 华忠等，1999，石油地球物理勘探，第32卷第2期，155～163)，得到以双反射 底面为绕射源的旅行时场；

(6)从步骤(2)中得到双反射底面处每一个反射点的常规旅行时值，并 将该常规旅行时值加到步骤(5)中得到的绕射源旅行时场中，得到经过双反射 底面反射后的旅行时场；

(7)在每一个坐标位置处，对步骤(6)得到的旅行时场取最小值即为 该坐标位置处经过双反射底面的双反射旅行时场。

(8)利用步骤(2)得到的常规旅行时场、步骤(7)得到的双反射旅行时 场和步骤(1)得到的地震数据，逐组进行双反射Kirchhoff叠前深度偏移，得 到双反射偏移剖面，如图9所示。单个地震接收子波的双反射偏移响应如图3 所示。

对于双反射Kirchhoff偏移有如下公式：

$I(x,y,z)=\underset{{\Omega }_S}{\int }d{\Omega }_S\underset{{\Omega }_R}{\int }d{\Omega }_R\frac{\cos \theta }{R}\frac{\partial U(\xi ,\eta )}{\partial t}---\left(2\right)$

其中：R＝t_{sr_duplex}*v是振幅球面扩散补偿因子，$\cos \theta =\frac{x}{\sqrt{d^2+x^2}}$是振幅倾角 加权因子，Ω_R，Ω_S是积分区域，I(x，  y，z)是偏移结果，U(ξ，η)是分组后的输 入数据，具体如图5所示。

(9)将步骤(3)中得到的常规偏移剖面与步骤(8)中得到的双反射偏移 剖面按照最大值进行归一化之后进行相加，得到最终的深度偏移剖面，如图10 所示。

为了更好的说明本发明的技术效果，在此提供两种典型类型的复杂高陡构 造成像实例，一种是复杂反射面之上的高陡断裂模型，一种是复杂反射面之上 的高陡盐丘构造模型。图7是复杂反射面之上的断裂模型；图8是常规Kirchhoff 叠前深度偏移结果，如图8所示，该偏移结果不能够对高陡的断裂进行成像； 图9是高陡断裂的双反射偏移结果，对比图8，可以明显的得到垂直断裂的偏移 结果；两者进行归一化加权融合后的偏移剖面如图10所示，可以看出偏移剖面 能够准确的刻画出复杂高陡断裂模型的结构。图11是复杂反射面之上的高陡盐 丘构造模型，可以看出盐丘的两翼超过了90度；图12是常规Kirchhoff叠前 深度偏移结果，如图12所示，该偏移结果不能够对高陡的盐丘两翼进行成像； 图13是高陡盐丘构造的双反射偏移结果，对比图12，可以明显得到高陡盐丘两 翼的偏移结果；两者进行归一化加权融合后的偏移剖面如图14所示，可以看出 偏移剖面能够准确的刻画出复杂高陡盐丘模型的结构。以上两个实施例有力的 说明了本发明的技术效果。

本发明提供一种适用于复杂反射层之上高陡构造的双反射地震波成像方 法，属于石油地球物理勘探的地震资料处理领域。所述方法包括：对输入地震 数据按照偏移距分组；利用已有速度模型进行常规kirchhoff叠前深度偏移旅 行时场计算和偏移成像，产生常规的叠前深度偏移剖面；在偏移剖面上拾取复 杂高陡构造下面的主要反射层位；利用已有速度模型和拾取的反射层位进行双 反射旅行时场计算；利用双反射旅行时场、常规kirchhoff叠前深度偏移旅行 时场和双反射地震波成像条件进行偏移成像，得到复杂高陡构造的双反射成像 剖面；对两种偏移剖面进行叠加成像，得到目标区的复杂高陡构造的成像结果。 该方法计算效率较高，能得到复杂反射层之上高陡构造的高质量成像结果。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言， 在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形， 而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是 优选的，而并不具有限制性的意义。