一种从起伏地表直接成像的地震成像方法和装置

摘要

本发明提供一种从起伏地表直接成像的地震成像方法和装置，能从共炮点道集直接得到成像剖面，得到的处理结果更加客观真实。本发明的成像方法包括以下步骤：1、根据共炮点道集的炮点位置和检波点位置，选取基准面，在基准面上按一定的间隔预设成像面元点的位置；2、根据炮点和检波点的位置以及预设的扫描时间与介质的平均速度，确定虚像点的位置；3、由炮点和检波点以及虚像点的位置，结合成像面元点的位置，确定出露点的位置以及经炮点反射至检波点的反射点的位置；4、求取成像面元点到反射点的法向双程旅行时间及成像点面元相对于出露点的时间校正量；5、进行椭圆展开相切干涉叠加成像处理，得到零偏移距时间剖面。

说明书

技术领域

本发明涉及地震资料处理技术领域，特别是涉及一种从起伏地表直接成像的地震成像方 法和装置。

背景技术

随着地震勘探技术的不断发展，对于采集的地震勘探资料的处理技术的要求也越来越高。 在实际的地震资料处理中，地震勘探资料中的反射地震资料处理技术，涉及地震资料处理过 程中的叠加成像技术范畴。现有的反射地震资料处理成像方法多要求炮点和检波点位于同一 水平面上，并且假定地下介质是层状均匀的。随着勘探工作的深入，勘探目标和勘探地区的 地表地质地震条件也越来越复杂，相应的地震勘探往往是在起伏地表上进行，炮点和检波点 不在同一水平面上，各个炮点深度也可能不同，低降速带中的波速与地层中的波速又相差悬 殊，所以必将影响实测的时距曲线形状。为了消除这些影响，对原始地震数据要进行地形校 正、激发深度校正、低降速带校正等，这些校正对同一观测点的不同地震界面都是不变的， 因此统称静校正。常规静校正中的校正方法是按直射线理论根据表层速度模型计算静校正量， 并对全道作时差移动校正，对于同一地震道的反射波，不论其来自深层或浅层，静校正的时 移量均相同。这种方法带来的问题是，如果表层射线路径严重偏离垂直出射方向，由于时移 静校正没有考虑射线在水平方向的偏离分量，应用它不仅不能有效地消除地表不一致性，反 而会使地震资料产生新的畸变，进而影响后续的速度估计和成像效果。折射波静校正是一种 公认的较好的静校正方法，究其原因：一是折射波的初至时间比较容易拾取而且精度较高， 二是折射波的覆盖面比较广。但是，该方法的应用前提是必须有比较稳定的低降速带存在。 在山地一般不存在低降速带或比较稳定的低降速带，所以折射波静校正的应用效果也得不到 保证。

发明内容

根据现有技术存在的缺陷，本发明提供一种从起伏地表直接成像的地震成像方法和装置， 能从共炮点道集直接得到成像剖面，将“静”校正量隐含地包括在其中，得到的处理结果更 加客观真实。

本发明的技术方案是：

一种从起伏地表直接成像的地震成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据共炮点道集的炮点S的位置和检波点R的位置，选取基准面，在基准面上 按一定的间隔划分成像面元的位置和大小并预设成像面元点D的位置，即指定在同一基准面 上的成像位置；

步骤二、根据炮点S的位置和检波点R的位置以及预设的扫描时间t_0T与介质的平均速度 v，确定虚像点E的位置；

步骤三、由炮点S的位置和检波点R的位置以及虚像点E的位置，确定极点B’的位置， 再结合所述成像面元点D的位置，确定出露点A的位置以及经炮点S入射的入射波反射至检 波点R的反射波的反射点O的位置；

步骤四、求取成像面元点D到反射点O的法向双程旅行时间t_0’及成像面元点D相对于出 露点A的时间校正量Δt₀；

步骤五、进行椭圆展开相切干涉叠加成像处理，得到零偏移距时间剖面。

所述步骤二中，包括以下步骤：

1）首先通过炮点S的位置坐标和检波点R的位置坐标，计算得到炮检线SR的直线方程；

2）根据炮点的位置坐标、检波点的位置坐标和炮检线的直线方程，计算得到炮检线的中 垂线与炮检线的交点C的位置坐标；

3）根据预设的扫描时间t_0T与介质的平均速度v，计算得到所述交点C在时间t_0T内在炮 检线的中垂线上的位移，将所述位移的终点作为虚像点E。

所述步骤二中，所述预设的扫描时间t_0T取值为0至地震道的道长，取值增量为采样间隔。

所述步骤三中，包括以下步骤：

1．过炮点S、检波点R和虚像点E作一个圆，将该圆与炮检线的中垂线的交点作为极点 B’，所述极点B’不同于虚像点E；根据该圆的方程和炮检线的中垂线方程，计算得到极点 B’的位置坐标；

2．根据极点B’的位置坐标以及在选取的基准面上预设的成像面元点D的位置坐标，得 到过极点B’与预设的成像面元点D的直线B’D的直线方程；所述直线B’D与炮检线的交 点为出露点A，由直线B’D的直线方程和炮检线SR的直线方程，求得出露点A的位置坐标；

3．由直线B’D的直线方程和过炮点S、检波点R和虚像点E的圆的方程，计算得到直 线B’D和该圆的交点O的位置坐标，所述交点O不同于极点B’，即为经炮点S入射的入射 波的反射点O。

所述步骤四中，首先根据反射点O的位置坐标与预设的成像面元点D的位置坐标，计算 得到线段OD的长度；再根据已知的介质的平均速度v，求得成像面元点D到反射点O的法向 双程旅行时间t_0’。

所述步骤四中，由出露点A的位置坐标和预设的成像面元点D的位置坐标，计算得到线 段AD的长度，根据已知的介质的平均速度v，求得线段AD对应的时间校正量Δt₀即为成像面 元点D相对于出露点A的时间校正量。

所述步骤五中，进行椭圆展开相切干涉叠加使用的成像算子为：

$\frac{{(t_0^{\prime }+{\mathrm{\Delta t}}_0)}^2}{t^2-\frac{l^2}{v^2}}+\frac{{(l_0-\frac{l}{2})}^2}{\frac{l^2}{4}}=1$

t表示地震波入射波和地震波反射波从炮点S至检波点R的总的旅行时间，l₀表示在炮检线上 出露点A到炮点S的距离，l表示在炮检线上检波点R到炮点S的距离，Δt₀表示成像面元点 D相对于出露点A的时间校正量，t_0’即为所求，表示成像面元点D到反射点O的法向双程旅 行时间，相应剖面即为零偏移距时间剖面。

一种从起伏地表直接成像的地震成像装置，其特征在于，包括：

成像面元位置预设模块，用于根据共炮点道集的炮点S的位置和检波点R的位置，选取 基准面，在基准面上按一定的间隔划分成像面元的位置和大小并预设成像面元点D的位置；

虚像点位置获取模块，用于根据炮点S的位置和检波点R的位置以及预设的扫描时间t_0T与介质的平均速度v，确定虚像点E的位置；

反射点位置和出露点A位置获取模块，用于在所述虚像点位置获取模块获得虚像点E的 位置后，由炮点S的位置和检波点R的位置以及虚像点E的位置，结合成像面元位置预设模 块预设的成像面元点D的位置，确定出露点A的位置以及经炮点S入射的入射波反射至检波 点R的反射波的反射点O的位置；

时间校正量获取模块，用于在所述反射点位置获取模块获得反射点O的位置后，求取成 像面元点D到反射点O的法向双程旅行时间t_0’及成像面元点D相对于出露点A的时间校正量 Δt₀；

零偏移距时间剖面获取模块，用于在所述时间校正量获取模块获取了成像面元点D相对 于出露点A的时间校正量后，进行椭圆展开相切干涉叠加成像处理，得到零偏移距时间剖面。

本发明的技术效果：

本发明提供的一种从起伏地表直接成像的地震成像方法和装置，能够从共炮点道集直接 得到成像剖面，处理结果客观真实。本发明直接从起伏地表开始展开成像处理，对每个成像 面元点的每一时刻，将“静”校正量隐含地包括在其中，这种时间域校正不但包含了旅行时 的纵向分量和横向分量，同时还包含了位置的校正。因此，本发明可以较为有效地解决起伏 地表地震资料成像问题，较好地考虑了近地表速度变化和起伏地表对地震资料的成像影响， 可有效的避免常规处理方法存在的导致构造畸变等问题，理论上也能得到较好的零偏移距时 间剖面。该方法对起伏地表地区的油气和矿产资源勘探等有着重要的实际应用价值。

附图说明

图1为本发明的一种从起伏地表直接成像的地震成像方法的流程图。

图2为本发明的一种从起伏地表直接成像的地震成像方法的原理图。

图3为本发明的一种从起伏地表直接成像的地震成像装置的组成示意图。

图4a为本发明实施例制作的地表起伏较大的简单地质模型。

图4b为对图4a的模型进行正演得到的原始单炮地震记录。

图4c为对图4a的模型根据本发明的方法得到的相对于基准面的零偏移距时间剖面(基准 面＝800m)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。

如图1所示，一种从起伏地表直接成像的地震成像方法，包括以下步骤：

步骤一、根据共炮点道集的炮点S的位置和检波点R的位置，选取基准面，在基准面上 按一定的间隔划分成像面元的位置和大小并预设成像面元点D的位置，即指定在同一基准面 上的成像位置；

步骤二、根据炮点S的位置和检波点R的位置以及预设的扫描时间t_0T与介质的平均速度 v，确定虚像点E的位置；

步骤三、由炮点S的位置和检波点R的位置以及虚像点E的位置，确定极点B’的位置， 再结合所述成像面元点D的位置，确定出露点A的位置以及经炮点S入射的入射波反射至检 波点R的反射波的反射点O的位置；

步骤四、求取成像面元点D到反射点O的法向双程旅行时间t_0’及成像面元点D相对于出 露点A的时间校正量；

步骤五、进行椭圆展开相切干涉叠加成像处理，得到零偏移距时间剖面。

如图2所示，为本发明的一种从起伏地表直接成像的地震成像方法的原理图。图2中，S 为炮点的位置，R为检波点的位置，D为在基准面上预设的成像面元点。

步骤二中，确定虚像点E的位置，包括以下步骤：

1）首先通过炮点S的位置坐标和检波点R的位置坐标，计算得到炮检线SR的直线方程；

2）根据炮点的位置坐标、检波点的位置坐标和炮检线的直线方程，计算得到炮检线的中 垂线与炮检线的交点C的位置坐标；

3）根据预设的扫描时间t_0T与介质的平均速度v，计算得到所述交点C在时间t_0T内在炮 检线的中垂线上的位移，将所述位移的终点作为虚像点E。如图2所示，CE=vt_0T/2。其中， 所述预设的扫描时间t_0T取值为0至地震道的道长，取值增量为采样间隔。扫描时间t_0T可以 采用遍历的方式求取，将t_0T的初始时间取为0，然后依次增加一个采样点，至地震道的道长， 采样间隔可以根据实际情况灵活设定。

步骤三中，包括以下步骤：

1．过炮点S、检波点R和虚像点E作一个圆，将该圆与炮检线的中垂线的交点作为极点 B’，所述极点B’不同于虚像点E；根据该圆的方程和炮检线的中垂线方程，计算得到极点 B’的位置坐标；

2．根据极点B’的位置坐标以及在选取的基准面上预设的成像面元点D的位置坐标，得 到过极点B’与预设的成像面元点D的直线B’D的直线方程；直线B’D与炮检线的交点为 出露点A；由直线B’D的直线方程和炮检线SR的直线方程可求得出露点A的位置坐标；

3．由直线B’D的直线方程和过炮点S、检波点R和虚像点E的圆的方程，计算得到直 线B’D和该圆的交点O的位置坐标，所述交点不同于极点B’，即为经炮点S入射的入射波 的反射点O。（根据圆的性质，SR为一条弦，B’E为其中垂线，则弧SB’＝弧B’R，则角SOB’ ＝角B’OR，即OB’为角SOR的角平分线。则O点必是S点和R点的反射点，满足反射定律。）

步骤四中，首先根据反射点O的位置坐标与预设的成像面元点D的位置坐标，计算得到 线段OD的长度；再根据已知的介质的平均速度v，求得成像面元点D到反射点O的法向双程 旅行时间t_0’，如图2所示，OD=vt_0’/2。

步骤四中，由出露点A的位置坐标和预设的成像面元点D的位置坐标，计算得到线段AD 的长度，根据已知的介质的平均速度v，求得线段AD对应的时间校正量即为成像面元点D 相对于出露点A的时间校正量，Δt₀=[(x_D-x_A)²+(z_D-z_A)²]^1/2/(2v)，其中v为介质的平均 速度。

步骤五中，进行椭圆展开相切干涉叠加使用的成像算子为：

$\frac{{(t_0^{\prime }+{\mathrm{\Delta t}}_0)}^2}{t^2-\frac{l^2}{v^2}}+\frac{{(l_0-\frac{l}{2})}^2}{\frac{l^2}{4}}=1$

其中，t表示地震波入射波和地震波反射波从炮点S至检波点R的总的旅行时间，l₀表示在炮 检线上出露点A到炮点S的距离，l表示在炮检线上检波点R到炮点S的距离，Δt₀表示成像 面元点D相对于出露点A的时间校正量，t_0’即为所求，表示成像面元点D到反射点O的法向 双程旅行时间，相应剖面即为零偏移距时间剖面。

如图3所示，为本发明的一种从起伏地表直接成像的地震成像装置的组成示意图。

一种从起伏地表直接成像的地震成像装置，包括：

成像面元位置预设模块，用于根据共炮点道集的炮点S的位置和检波点R的位置，选取 基准面，在基准面上按一定的间隔划分成像面元的位置和大小并预设成像面元点D的位置；

虚像点位置获取模块，用于根据炮点S的位置和检波点R的位置以及预设的扫描时间t_0T与介质的平均速度v，确定虚像点E的位置；

反射点位置和出露点A位置获取模块，用于在所述虚像点位置获取模块获得虚像点E的 位置后，由炮点S的位置和检波点R的位置以及虚像点E的位置，结合成像面元位置预设模 块预设的成像面元点D的位置，确定出露点A的位置以及经炮点S入射的入射波反射至检波 点R的反射波的反射点O的位置；

时间校正量获取模块，用于在所述反射点位置获取模块获得反射点O的位置后，求取成 像面元点D到反射点O的法向双程旅行时间t_0’及成像面元点D相对于出露点A的时间校正量 Δt₀；

零偏移距时间剖面获取模块，用于在所述时间校正量获取模块获取了成像面元点D相对 于出露点A的时间校正量后，进行椭圆展开相切干涉叠加成像处理，得到零偏移距时间剖面。

如图4a、4b、4c所示，是应用本发明一种从起伏地表直接成像的地震成像方法的实施例 图。为了测试一种从起伏地表直接成像的地震成像方法的实用性，本实施例制作了一个地表 起伏较大的模型A，如图4a，地表高程最低640m，最高1800m，高差达到近1200m。模型宽 25km。地下有两个反射层，第一层纵波速度4000m/s，第二层纵波速度6000m/s。对该模型进 行高斯射线束正演得到的单炮地震记录，如图4b，反射同相轴不是双曲线，而是发生了严重 畸变，这是起伏地表影响导致的。对正演得到的地震波场进行起伏地表椭圆展开成像处理， 图4c给出了在模型A的正演地震数据相对于基准面的起伏地表椭圆展开成像算法得到的零偏 移距时间剖面(基准面＝800m)。该方法基本消除了起伏地表剧烈变化的影响，实现了自起伏 地表直接进行成像的任务。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造， 但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细 的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换； 而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的 保护范围当中。