一种斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像方法

摘要

本发明公开了一种斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像方法，包括以下步骤：(1)读入井间地震反射波场记录等文件；(2)将地震波场分解成一系列的局部平面部，得到相应的数据体；(3)从炮点进行射线追踪，利用程函方程计算任意射线传播的时间τ；(4)获取中心射线，进行高斯束动力学追踪，使用龙格库塔方程求解动力学射线追踪方程；(5)计算射线束覆盖范围内网格节点的地震波振幅；(6)从检波点进行运动学和动力学射线追踪，计算并存储每条射线对应射线束范围内网格节点的属性信息；(7)选取炮点和检波点相应的射线束对进行成像计算；(8)累加所有射线束对的成像结果。本发明的有益之处在于：该成像方法具有高效率和高精度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像方法，具体涉及一种斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像方法，属于物质或物体的探测技术领域。

背景技术

井间地震勘探时，分别在井中放置震源和检波器，可有效的避开地表低速带对地震信号高频成分的吸收，获得具有较宽频带、极高分辨率的地震信号，可对井间地层、构造、储层等地质目标进行精细成像。

常规的井间地震反射波偏移成像方法分为：波动方程类偏移和射线类偏移。

波动方程偏移方法求解波动方程的数值解，使用递归波场来成像，一般包括：以单程波动方程为基础的共炮集偏移算法和炮检距域偏移算法以及双程波动方程的逆时偏移算法。这些方法要求精确的成像条件并且单程波动方程偏移不能对陡倾构造准确成像，运算效率较低。

以几何射线理论为基础的偏移算法通过计算地震波场的振幅、相位等实现波场延拓成像，例如Kirchhoff偏移方法。但Kirchhoff偏移方法基于零阶射线理论，不能对焦散区、阴影区和多波至区准确成像，因此在复杂构造区域该成像方法往往不能达到精细勘探的需求。

第85届SEG年会上公开了《The inverse Gaussian beam common-reflection-point stack imaging in crosswell seismic》，介绍了斜井井间地震反射波逆高斯束叠加成像方案。该方案将每一个检波点处的能量逆高斯分解到反射点的实际位置，对反射波资料进行归位成像，有效改善了常规的VSP-CDP成像方案。

CN104391327A公开了《一种海上斜井井间地震叠前逆时深度偏移成像方法》，介绍了斜井条件下井间地震资料深度域偏移成像方案。该方案采用TTI介质层析反演方法获得偏移模型，并对其进行网格划分，然后采用初至波射线追踪方法计算激发时间成像条件，最后对井间地震反射波场进行波场逆时延拓获得不同时刻波场值，并应用成像条件对每一个网格进行成像获得井间地震深度偏移成像剖面。

可见，现有成像方法能够在一定程度上解决斜井井间地震反射波场偏移成像，但是基于射线类成像方法计算精度较低，基于波动方程类成像方法实现过程复杂，计算效率也比较低。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有高效率和高精度的斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像方法。

一种斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1：读入井间地震反射波场记录、观测系统文件、偏移速度文件及相关参数文件，该相关参数文件包括：参与计算地震工区的网格点数、网格间距、高斯束初始宽度、参考频率、最大频率和地震记录采样点数；

Step2：在震源位置高斯束的波前特征为平面波，将地震波场分解成一系列的局部平面部，得到相应的数据体；

Step3：从炮点沿着激发井向下方向到激发井向上方向进行射线追踪，利用程函方程计算任意射线传播的时间(即地震波走时)τ：

其中，v为离散点处的速度值；

Step4：通过运动学追踪获取中心射线后进行高斯束动力学追踪，使用龙格库塔方程求解动力学射线追踪方程：

其中，n为相邻射线上的点到中心射线的垂直距离，p、q的初值分别为垂直于中心射线方向上慢度矢量的分量和相邻射线离开中心射线的距离；

Step5：根据中心射线计算射线束覆盖范围内网格节点的地震波振幅：

其中，A₀为炮点振幅，q(R)为检波点处相邻射线离开中心射线的距离，N为射线到达检波点时穿过的地层数，R_i为第i个界面的反射系数或透射系数，α_i、β_i分别为第i个界面处的入射角与透射角，ρ_i(R)、v_i(R)分别为射线穿过第i个界面前的地层密度与速度，分别为射线穿过第i个界面后的地层密度与速度；

Step6：从检波点沿着接收井向下方向到接收井向上方向进行运动学和动力学射线追踪，计算并存储每条射线对应射线束范围内网格节点的属性信息，该属性信息包括：地震波的振幅和走时；

Step7：选取炮点和检波点相应的射线束对进行成像计算，计算方程如下：

其中，I_s(x)为点x处的成像值，p_s为炮点发出射线的慢度值，p_bc为检波点发出射线的慢度值，A为权函数，D_s为局部平面波分解结果，L为单炮记录中划分的不同窗，p′为炮记录用于局部倾斜叠加的慢度参数，τ′为炮点发出射线束到达成像点处的走时与检波点发出射线束到达成像点处的走时之和；

Step8：累加所有射线束对的成像结果，得到最终的偏移成像结果。

本发明的有益之处在于：

1、采用井间地震高斯射线束传播算子，解决了波动方程法成像效率低问题，克服了地面地震成像方法在深部构造成像微弱、分辨率不够等不足；

2、使用动力学射线追踪，克服了射线类偏移成像方法在复杂构造区域(如焦散区、奇异区等)无法精细成像的困难；

3、高斯束具有一定的有效宽度，可以选择对计算点有贡献的高斯束的叠加来计算最终的波场，有效提高了计算效率，是一种兼顾效率和精度的成像方法。

附图说明

图1是本发明的斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像方法的流程图；

图2(a)是井间地震高斯束偏移激发点射线束传播范围示意图；

图2(b)是井间地震高斯束偏移接收点射线束传播范围示意图；

图3是速度模型图；

图4是井间地震高斯束叠前深度偏移成像剖面；

图5是中海油某区块实际资料成像剖面中的过井地面地震剖面；

图6是中海油某区块实际资料斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像剖面。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1，本发明的斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像方法包括以下步骤：

Step1：读入文件

读入井间地震反射波场记录、观测系统文件、偏移速度文件及相关参数文件，其中，该相关参数文件包括：参与计算地震工区的网格点数、网格间距、高斯束初始宽度、参考频率、最大频率和地震记录采样点数。

Step2：分解地震波场

在震源位置高斯束的波前特征为平面波，将地震波场分解成一系列的局部平面部，得到相应的数据体。

Step3：从炮点进行射线追踪并计算地震波旅行时

从炮点沿着激发井向下方向到激发井向上方向进行射线追踪，利用程函方程计算任意射线传播的时间(即地震波走时)τ：

其中，v为离散点处的速度值。

斜井井间地震高斯束叠前深度偏移炮点(激发点)按照一定角度出射的射线束传播范围如图2(a)所示。

Step4：求解动力学射线追踪方程

通过运动学追踪获取中心射线后进行高斯束动力学追踪，使用龙格库塔方程求解动力学射线追踪方程：

其中，n为相邻射线上的点到中心射线的垂直距离，p、q的初值分别为垂直于中心射线方向上慢度矢量的分量和相邻射线离开中心射线的距离。

Step5：求取射线束覆盖范围内网格节点的振幅信息

根据中心射线计算射线束覆盖范围内网格节点的地震波振幅：

其中，A₀为炮点振幅，q(R)为检波点处相邻射线离开中心射线的距离，N为射线到达检波点时穿过的地层数，R_i为第i个界面的反射系数或透射系数，α_i、β_i分别为第i个界面处的入射角与透射角，ρ_i(R)、v_i(R)分别为射线穿过第i个界面前的地层密度与速度，(R)、v_i(R)分别为射线穿过第i个界面后的地层密度与速度。

Step6：从检波点进行射线追踪并计算网格节点的属性信息

从检波点沿着接收井向下方向到接收井向上方向进行运动学与动力学射线追踪，计算并存储每条射线束范围内网格节点的属性信息，该属性信息包括：地震波的振幅和走时。

斜井井间地震高斯束叠前深度偏移检波点(接收点)按照一定角度出射的射线束传播范围如图2(b)所示。

Step7：进行成像计算

选取炮点和检波点相应的射线束对进行互相关成像计算，计算方程如下：

其中，I_s(x)为点x处的成像值，p_s为炮点发出射线的慢度值，p_bc为检波点发出射线的慢度值，A为权函数，D_s为局部平面波分解结果，L为单炮记录中划分的不同窗，p′为炮记录用于局部倾斜叠加的慢度参数，τ′为炮点发出射线束到达成像点处的走时与检波点发出射线束到达成像点处的走时之和。

Step8：累加成像结果

累加所有射线束对的成像结果，得到最终的偏移成像结果。

为了验证本发明提供的成像方法具有很好的成像效果，我们分别在正演模型和中海油某区块进行了井间地震资料成像试验。

1、在正演模型上进行井间地震资料成像试验

速度模型(正演模型)如图3所示。

从图3中可以看出：两井之间存在逆断层、砂体尖灭和倾斜产状的地层等。

我们采用本发明提供的方法进行成像，其中：

(1)读入的参数：井间地震反射波场记录(reflectwavefield.cds)、观测系统文件(geom.lge)、平滑后的速度文件(velosmooth.dat)。

(2)设定的相关参数文件：参与计算地震工区的网格点数nx、网格间距dx、参考频率f、最大频率f_max、地震记录采样点数nt以及高斯束初始宽度w。

(3)从炮点沿着激发井向下方向到激发井向上方向进行射线追踪，入射角度范围：-20°～160°。

(4)从检波点沿着接收井向下方向到接收井向上方向进行运动学与动力学射线追踪，入射角度：30°～165°。

斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像剖面如图4所示。

从图4中可以看出：本发明的成像方法对图3中所示的逆断层以及倾斜产状的地层成像效果与模型对应非常好。

由此可见，应用本发明提供的成像方法对典型的井间复杂构造模型进行了成功的高斯束叠前深度偏移成像，检验了方法的正确性、有效性和稳定性。

2、在中海油某区块进行井间地震资料成像试验

中海油某区块地面地震勘探过井剖面如图5所示。

从图5可以看出，目的层在0.4s～0.6s之间，目的层中微小断裂构造发育，地面地震成像方法对目标区微小构造分辨程度较低。

我们采用本发明提供的方法进行成像，其中：

(1)读入的文件：反射波场记录(oriwavefield.cds)、观测系统文件(geometry.lge)、平滑后的速度文件(velo_smooth.dat)。

(2)设定的相关参数文件：参与计算地震工区的网格点数nx、网格间距dx、参考频率f、最大频率f_max、地震记录采样点数nt以及高斯束初始宽度w。

(3)从炮点沿着激发井向下方向到激发井向上方向进行射线追踪，入射角度范围：-5°～85°。

(4)从检波点沿着接收井向下方向到接收井向上方向进行运动学与动力学射线追踪，入射角度：-160°～20°。

中海油该区块实际资料斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像剖面如图6所示。

从图6可以看出：斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像剖面目的层间构造特征刻画的更清楚，地层产状与地面地震成像结果基本一致，地面地震剖面中CDP间隔为12.5m，井间地震偏移剖面中CDP间隔为3.125m。

此外，从图6还可以看出：本发明提供的斜井井间地震高斯束叠前深度偏移成像方法能够精细刻画地质构造形态，成像结果分辨率更高。

由此可见，应用本发明提供的成像方法对具有较复杂构造的中海油某井间地震勘探区块实际资料进行的高斯束叠前深度偏移成像处理，获得了较好的地质成像效果。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。