專利名稱：地下界面照明分析，一種射線追蹤和波動方程混合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震勘測、圖像處理，更具體地，涉及地表面下地震地層的照明分析。
背景技術(shù)：
通常，通過在船體之后拖曳能量源(發(fā)射器)和地震接收器(檢測器)來進(jìn)行海洋地震勘測。所述能量源在水中發(fā)射向下傳播到下層彈性地下的聲波。由各種地下構(gòu)造來反射所述聲波，并將其向上傳播到接收器。所述地震接收器(檢測器)將諸如壓力等聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，之后，以各種格式來記錄這些信號。使用計算機(jī)以便在船上實時地和/或在岸上的辦公地點處分析這些數(shù)據(jù)。根據(jù)該分析，通常通過在分析的過程中將顏色施加到圖像上以便區(qū)分地下構(gòu)造和地層，來重構(gòu)所述地表面下大地構(gòu)造。地球物理學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家使用這些技術(shù)來定位特定的地下構(gòu)造，以便更好地預(yù)測成功勘探井的位置和/或更好地開發(fā)現(xiàn)有油田和礦井。
在地震領(lǐng)域，已經(jīng)在陸上和在近海上進(jìn)行了相當(dāng)大量的探測工作。隨著探測和生產(chǎn)成本已經(jīng)持續(xù)增長，找到精確預(yù)測工具的重要性也已經(jīng)增加。當(dāng)操作人員在更深的水中和更為惡劣的環(huán)境中鉆孔時，生產(chǎn)成本成為阻礙。類似地，由于在更深的水中和更為惡劣的環(huán)境中執(zhí)行該工作，因此近海地震工作已經(jīng)變得越來越昂貴和困難。當(dāng)前，現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)由以下方面來表示假定脈沖峰值源，即具有拉平譜的源，則由等式(1)表示針對從源S發(fā)出、通過水傳播且向下傳播到地下、在反射器r處反射、傳播回表面且記錄在接收器G處的波的記錄數(shù)據(jù)DD(S-＞G)＝W+(S-＞r)**R(r)**W-(r-＞G) 等式(1)
(**表示卷積運算。W+是將地震能量從所述源移動到反射表面的鏡面反射點r的前向傳播波函數(shù)。R(r)是在位置r處的反射率。W-是后向傳播波函數(shù)。)F(r)＝W+(S-＞r)**W-(r-＞G) 等式(2)F(r)表示達(dá)到地表面下點r的下行波和上行波的組合傳播效率，且通常被稱為源和接收器之間的上覆層效應(yīng)。
函數(shù)D(S-＞G)是由接收器接收到的數(shù)據(jù)。W+(S-＞r)和W-(r-＞G)是取決于下層地下模型的波函數(shù)。該地下模型由地表面下的地質(zhì)構(gòu)造的拓?fù)涿枋鼋M成，即，其相對位置、形狀和方向、以及這些構(gòu)造內(nèi)的聲音速度。R(r)是與反射表面的任意側(cè)的地表面下構(gòu)造的本質(zhì)屬性的差異有關(guān)的函數(shù)。函數(shù)F(r)取決于源、地表面下地質(zhì)體和接收器之間的幾何關(guān)系、以及取決于地表面下地質(zhì)體中的聲音速度分布。根據(jù)數(shù)據(jù)函數(shù)D和上覆層效應(yīng)函數(shù)F，可以確定作為地震勘測的目的的函數(shù)R。
通過計算函數(shù)W+(S-＞r)和W-(r-＞G)獲得函數(shù)R(r)來求解波動方程需要非常強(qiáng)的和高代價的計算。一種計算W+(S-＞r)和W-(r-＞G)的粗略近似的高度簡化的方法是使用射線追蹤。通常將結(jié)果函數(shù)R(r)，即3D地質(zhì)體的函數(shù)表示為垂直和/或水平圖像的集合，因此可以按照二維方式更為方便地顯示和分析3D物體。
盡管獲得R(r)是任何地震試驗的目的，但是函數(shù)F(r)也是相當(dāng)重要和有用的。當(dāng)通過在地震勘測中加入來自所有源和接收器對的作用來計算F(r)時，則其表示在給定正在被勘測的具體地震幾何狀況的情況下，已經(jīng)使地下界面被照明的程度。在F(r)中所包含的照明信息有助于解釋地表面下地震圖像R(r)的一部分可能較弱、有干擾、不清楚等的原因。最通常使用的估計地下界面照明的方法涉及使用兩點射線追蹤。典型地，從每一個表面發(fā)射位置發(fā)射一束射線，該射線束通過預(yù)定的地下模型傳播、撞擊作為照明分析的對象的地層(地下界面)，且反射回表面，在表面上，根據(jù)其出現(xiàn)點與預(yù)定接收器位置的接近度，對其進(jìn)行接受或拒絕。由該方法所產(chǎn)生的照明圖是反射表面的每單位表面元的反射點(“擊中點”)直接或加權(quán)和。
盡管上述方法在概念和計算上是直截了當(dāng)?shù)模瞧渚哂性S多缺點。這些缺點可能會導(dǎo)致花費很多，卻得不到所需結(jié)果。
射線追蹤對于速率模型的高空間頻率非常敏感，正如陡的、高速率對比邊界的情況。例如，在存在鹽的情況下，在鹽沉積界面幾何形狀(即斜度)上的較小但并不連續(xù)的變化經(jīng)常會造成“空”接收器。在這樣的情況下，填充射線(infill rays)的反復(fù)發(fā)射用于確保針對每一發(fā)射，在接收器位置上捕獲適當(dāng)數(shù)量的射線。然而，經(jīng)常地，填充射線不能夠會聚，結(jié)果，大量接收器沒有與其相關(guān)的射線。
為了克服缺少“捕獲”射線的問題，被迫使用諸如Boxcar平滑算法等數(shù)學(xué)算法來平滑該模型，有時會處于不可接受的情形。
所述射線追蹤方法通常只適用于每一個接收器收到單個到達(dá)的情況，但是在存在諸如鹽等復(fù)雜地表面下物體時，情況通常并非如此。
使用每一個接收器接收一個到達(dá)暗含著由于相應(yīng)的射線可能會屬于擴(kuò)展波前的不同分支，因此連續(xù)接收器的反射點可能會四處跳躍。
使用單一反射點作為產(chǎn)生照明圖的一種方式通常是一種非常差的近似。實際上，反射能量能從界面中相對較大的區(qū)域(所謂的菲涅耳區(qū))的反射波的相長干涉產(chǎn)生。除了主頻率之外，所述菲涅耳區(qū)取決于碰撞波前曲率和局部反射表面曲率之間的3D幾何關(guān)系。結(jié)果，其在空間上是高度可變的，通過使用反射點“擊中”圖的Boxcar平滑技術(shù)僅可以得到較差地近似。
“擊中”圖本身有價值，僅針對以下情況射線幅度(傳輸損耗、幾何發(fā)散)的上覆層效應(yīng)(overburden effects)大致為恒定的或者非常慢地發(fā)生變化，因此可以被忽略。在地下鹽丘照明的情況下，除非考慮這些上覆層效應(yīng)，否則“擊中”圖是毫無意義的。根據(jù)射線追蹤來計算這樣的效應(yīng)在理論上是可行的，但是在實際上，極其難以按照任何可靠度來實現(xiàn)。
以上所概括的所有因素的組合效果是將當(dāng)前正在實施的照明分析的用途限制為非常簡單的模型。因此需要具有一種改善照明分析的用途的數(shù)學(xué)建模方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用波動方程射線追蹤混合方法來產(chǎn)生照明圖像。在本發(fā)明的一個實施例中，所述光束為從表面到地表面下跟蹤的單向光束；通過使用費馬原理來找到反射點，并且通過波動函數(shù)來計算這些幅度。
當(dāng)結(jié)合附圖來考慮以下優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述時，本發(fā)明能夠得到更好地理解，其中圖1示出了海洋地震勘測的一般配置。
圖2示出了射線追蹤和特定地下構(gòu)造的更多細(xì)節(jié)。
圖3示出了反射點周圍的菲涅耳區(qū)。
圖4示出了典型地震圖像。
圖5示出了圖4中的相同地震區(qū)的照明圖像，由現(xiàn)有技術(shù)的照明分析擊中圖方法來產(chǎn)生。
圖6示出了與圖5相同的圖像，示出了由本發(fā)明的一個實施例的散射反射方法所產(chǎn)生的地表面下區(qū)域的改進(jìn)照明圖像。
圖7示出了利用本發(fā)明的一個實施例的混合方法來產(chǎn)生另一改進(jìn)照明圖像。
圖8示出了與圖7相同的圖像，具有菲涅耳區(qū)增強(qiáng)。
圖9示出了與圖4相同的地震圖像，具有優(yōu)選實施例之一的照明補(bǔ)償。
具體實施例方式
圖1示出了海洋地震勘測的一般配置。所述海上船舶10拖曳地震源20和具有多個地震傳感器24的電纜22。所述源20產(chǎn)生聲能。通過爆炸或壓縮空氣射擊來產(chǎn)生聲能。向下傳播的聲波30擊中水和地表50的邊界，越過邊界通過地表50通過地下構(gòu)造向下傳播。所述聲波可以由地表或地下物體54反射并向上傳播到接收器24。傳播到接收器24的上行波40將在接收器24處產(chǎn)生多個電子信號。這些信號將被傳送到船體10并被記錄在那里。可以將來自源20和接收器24的數(shù)據(jù)存儲在與計算機(jī)設(shè)備關(guān)聯(lián)使用的適當(dāng)存儲設(shè)備中，之后可以在海上船舶10上利用計算機(jī)對其進(jìn)行分析，或者發(fā)送到遠(yuǎn)程位置以便進(jìn)一步處理、分析和研究。
圖2示出了由地下物體54促成的典型射線追蹤的更多細(xì)節(jié)。所述地下物體54可以具有不同朝向上的各種表面，例如正面62、頂部64和背面66。來自源20的向下傳播的聲波30可以由表面62反射且變?yōu)橹赶蚪邮掌?4之一的向上傳播的聲波40。來自源20的另一束聲波32可以由表面64反射且變?yōu)橹赶蚪邮掌?4的向上傳播的聲波42。由于表面66的方向，來自源20的所有聲波34可以被反射且變?yōu)閷⒉槐唤邮掌?4中的任一個接收的聲波44。在得到的照明圖像中，由于強(qiáng)反射，在地震圖像中與表面62相對應(yīng)的區(qū)域表現(xiàn)得特別明亮，而由于沒有檢測到反射的能量，在地震圖像中表示與表面66相對應(yīng)的區(qū)域可能特別暗。
圖3示出了在表面62上的反射點70周圍的菲涅耳區(qū)。對于源20和接收器24的特定組合，可以存在能夠?qū)⒙暡?0從源20反射到接收器24作為聲波40的、表面62上的點70。在照明分析的傳統(tǒng)射線追蹤計算中，在接收器24處僅考慮來自反射點70的反射。實際上，由于針對給定頻率的地震波的相長干涉，在菲涅耳區(qū)72內(nèi)的反射點70周圍的所有位置將對接收器24處的聲波能量產(chǎn)生作用。具有不同頻率的波將具有不同尺寸的菲涅耳區(qū)。
圖4-9示出了使用現(xiàn)有技術(shù)的照明方法的圖像和本發(fā)明所描述的改進(jìn)。本發(fā)明便于解譯圖像中的“暗孔”以確定其是否是由于地表面下地質(zhì)構(gòu)造的本質(zhì)屬性(例如鹽丘、貯油處、硬巖石)或構(gòu)造的外在幾何狀況，例如物體的形狀、表面方向等形成。
圖4示出了垂直地表面下橫截面的典型地震圖像。在鹽丘54的上方存在平層82。在鹽丘的下方，存在看似一些地球物理構(gòu)造的區(qū)域84和所述層并不非常清楚且具有間斷的區(qū)域86。
圖5是使用現(xiàn)有技術(shù)“擊中圖”的照明圖像。清楚地，在鹽丘54上方，存在許多照明處、或從源返回到接收器的大量聲能。鹽丘54下方的照明處較差。
圖6和7是使用本發(fā)明的兩個簡化實施例的照明圖像。清楚地，與現(xiàn)有技術(shù)“擊中圖”相比，在鹽丘54下方存在具有變化的照明強(qiáng)度的區(qū)域。所述照明差別很可能是由鹽丘的表面結(jié)構(gòu)引起的。圖4中的區(qū)域86很可能是由于缺少照明處造成的，而非由于特定地球物理構(gòu)造。
圖8是使用本發(fā)明實施例的照明圖像。清楚地，在鹽丘54的下方的不同區(qū)域具有不同的照明強(qiáng)度。當(dāng)鹽丘54的阻礙效果消失時，所述照明再次變得更為均勻。
圖9是針對與如圖4所示相同區(qū)域的地震圖像。在照明補(bǔ)償之后，由于已經(jīng)放大了弱信號區(qū)來補(bǔ)償照明上的不均勻，因此的地下鹽丘圖像變得更為連續(xù)。
使用本發(fā)明測量到的地下界面照明的不均勻可以用來將輸入地震數(shù)據(jù)的差分幅度平衡導(dǎo)入產(chǎn)生反射率R(r)的地表面下圖像處理，或在根據(jù)圖像處理計算出R(r)之后，修改反射率R(r)自身，從而產(chǎn)生更好和更可解釋的表面圖像。利用照明圖像來修改反射率R(r)被稱為照明補(bǔ)償。
應(yīng)用本發(fā)明的實施例，首先需要具有所關(guān)心的3D地質(zhì)體的3D地表面下模型，例如，如圖1所示的區(qū)域52。這樣的模型是地表面下的拓?fù)浔硎?，其中不同分隔例如層、斷層石塊、鹽體等具有預(yù)定的聲音傳播速度?？梢允褂脕碜栽谙鹊卣鹂睖y的已知信息或?qū)λP(guān)心的區(qū)域的估計來建立該模型。一旦確定了源位置20和接收器位置24，則可以計算在所關(guān)心的區(qū)域中的波函數(shù)W?？梢赃x擇區(qū)域52內(nèi)的特定表面62、64、66，用于更為特定的照明分析。在該實施例中，采用以下步驟1、使用3D地表面下媒介模型來計算從表面發(fā)射點20到媒介中的任意點的傳播時間，諸如通常在現(xiàn)有技術(shù)方法中所實現(xiàn)的那樣。所使用的現(xiàn)有技術(shù)方法的一個示例是PrimusTM、來自本發(fā)明的受讓人GX技術(shù)公司的Kirchhoff疊前深度偏移(PreSDM)的商業(yè)產(chǎn)品。每一個傳播時間立方體表示聲音直接從表面處的源傳播到媒介中的所有點所需的時間。類似地，可以通過將源替代為接收器來計算從水面上的接收器到媒介中的點的傳播時間。然后，該替代允許假定從媒介中的點到接收器的傳播時間與從接收器到媒介中的相同點的傳播時間相同。因此，可以計算出通過媒介中的點從所述源到接收器的總傳播時間，該總傳播時間為從所述源到所述點和從所述接收器到所述點的傳播時間的總和。計算總傳播時間的上述方法是本發(fā)明的射線追蹤方案。必須記住，當(dāng)應(yīng)用Kirchhoff成像時，不存在有關(guān)反射事件的方向的假定，并且在這樣的方向上的僅有限制涉及到在射線追蹤期間的光束的最大傳播角度和立方體的大小(偏移孔徑)。
2、然后，使用相同的地表面下速率模型，按照與用于成像的傳播時間立方體相同的方式，計算在表面處的發(fā)射20的網(wǎng)格的幅度立方體。如果PreSDM的商業(yè)產(chǎn)品將平滑函數(shù)應(yīng)用于速率模型，則其可能更有利于在該步驟中禁用這樣的平滑函數(shù)。針對每一個單獨的發(fā)射，計算出針對典型地位于5-30Hz之間的譜中的所有頻率的向下傳播波場的地表面下幅度。之后，利用波動方程疊前深度偏移方法(WE PreSDM)(例如Optimus，來自本發(fā)明的受讓人GX技術(shù)公司的WE PreSDM的商業(yè)產(chǎn)品)來創(chuàng)建中心位于圍住所述發(fā)射的表面處的3D幅度數(shù)據(jù)體。應(yīng)該針對表面網(wǎng)格上的發(fā)射數(shù)量，典型為200×200米，對前述兩個步驟進(jìn)行重復(fù)。典型地，在100×100×100米網(wǎng)格上對媒介體(medium volume)中的每一單獨的立方體進(jìn)行采樣。針對媒介中的所有網(wǎng)格點的結(jié)果、幅度和傳播時間將用于基于每一個發(fā)射的照明計算。將針對所有源和接收器的所有組合來計算所述幅度和傳播時間。在本發(fā)明的以下步驟中，這些幅度和傳播時間將被重復(fù)使用。
3、定義了其上要進(jìn)行照明分析的表面，例如地下界面62，H(x，y)。還定義了獲取幾何狀況，即，實際現(xiàn)場地震試驗的源和接收器的準(zhǔn)確位置，或者理想發(fā)射幾何狀態(tài)。對于利用源坐標(biāo)S(x，y)和接收器坐標(biāo)G(x，y)的單獨跟蹤，可以將對表面H(x，y)的照明作用計算如下a)對由PreSDM預(yù)先計算出的射線追蹤表面?zhèn)鞑r間立方體(如步驟1)進(jìn)行內(nèi)插以獲得從源S(x1，y1)和接收器G(x2，y2)的準(zhǔn)確表面位置分別到地表面下點立方體Vs(x，y，z)和Vg(x，y，z)的傳播時間。在這些立方體中的(x，y，z)變量在相同的網(wǎng)格上被離散，但是典型地，在不同區(qū)域上對其進(jìn)行采樣。
b)在其重疊區(qū)域上對所得到的立方體Vs(x，y，z)和Vg(x，y，z)進(jìn)行求和以計算從源S(x1，y1)到地表面下Vsg(x3，y3，z3)且回到接收器G(x2，y2)的雙向傳播時間。
c)確定所得到的傳播時間立方體Vsg(x3，y3，z3)和表面H(x，y)之間的插入點以沿著所述表面提取出求和后的傳播時間，即針對表面H(x，y)上的每一個點，計算從源S(x1，y1)到表面點H(x，y)且回到接收器G(x2，y2)的總傳播時間。
d)沿著該表面定位傳播時間的全局和局部最小值。如由費馬原理所示，對于S(x1，y1)處的源和位于G(x2，y2)處的接收器，這些傳播時間將對應(yīng)于遠(yuǎn)離H(x，y)表面的一個或多個反射點，這有效地提供了表面上的反射點是傳播時間最小的點。盡管Snell定律和費馬原理對于反射而言是等效的，但是使用費馬原理來定位反射點更易于利用計算機(jī)仿真技術(shù)來實現(xiàn)。因此，可以避免基于Snell定律的、與射線追蹤關(guān)聯(lián)的不會聚問題。
e)計算在其上傳播時間以主周期的四分之一增加的最小值附近的區(qū)域。這些區(qū)域為每一個反射事件指定了菲涅耳區(qū)。由菲涅耳區(qū)內(nèi)的點所反射的所有光束將對接收器處的信號產(chǎn)生作用。盡管每一個頻率具有應(yīng)該單獨考慮的不同菲涅耳區(qū)，但是使用與數(shù)據(jù)中的主頻率相對應(yīng)的單一菲涅耳區(qū)已經(jīng)證明是針對許多類型的地質(zhì)構(gòu)造的一種可接受的折衷。
f)由波動方程PreSDM來內(nèi)插預(yù)先計算出的波幅度以獲得從源S(x1，y1)和接收器G(x2，y2)的準(zhǔn)確表面位置分別到地表面下點立方體Vs(x，y，z)和Vg(x，y，z)的波的幅度。這完全類似于上述子步驟a)。在圖3所示的示例中，計算針對來自源20(Vs(x，y，z))的波和去往接收器122(Vg(x，y，z))的波的菲涅耳區(qū)內(nèi)的所有點處的波幅度。
g)在其重疊區(qū)域上對所得到的幅度立方體Vs(x，y，z)和Vg(x，y，z)進(jìn)行相乘以計算出從源S(x1，y1)到地表面下Vsg(x3，y3，z3)且回到接收器G(x2，y2)的傳播的總的上覆層效應(yīng)。
h)確定所得到的幅度立方體Vsg(x3，y3，z3)和表面H(x，y)之間的插入點，并沿著所關(guān)心的表面來提取合成幅度。
i)使在步驟e)中所定義的菲涅耳區(qū)外的所有幅度變?yōu)榱?，這是由于對于S(x1，y1)處的源和G(x2，y2)處的接收器，其并不對遠(yuǎn)離表面H(x，y)的任意反射產(chǎn)生作用。
j)重復(fù)針對在表面H(x，y)上反射的來自相同源S(x1，y1)和接收器G(x2，y2)的、具有不同頻率的波的計算。之后，對由于源S(x1，y1)和接收器G(x2，y2)產(chǎn)生的、針對表面H(x，y)上的所有波頻率的幅度進(jìn)行求和。為了獲得更多細(xì)節(jié)，需要單獨計算針對每一個頻率的菲涅耳區(qū)。
根據(jù)以上步驟可以確定與S(x1，y1)處的一個源和一個接收器G(x2，y2)相對應(yīng)的、表面H(x，y)上的菲涅耳區(qū)內(nèi)的照明。
4、對來自所有單個追蹤的照明作用進(jìn)行求和以計算出針對表面H(x，y)的照明圖，包括所有源和所有接收器。
因此，獲得了在所關(guān)心的整個區(qū)上的照明。如果需要在3D地質(zhì)體52內(nèi)的任何所關(guān)心的其他區(qū)域，則只要最少的計算就可以重復(fù)該過程。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以意識到，按照特定的次序列出了步驟3中所概況的、用于從單個追蹤中獲得照明圖的計算步驟僅僅是為了表述清楚起見。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以意識到，可以對以上所概括的步驟的次序和組合進(jìn)行改變和修改以使計算效率最大。
在本發(fā)明的另一實施例中，通過僅執(zhí)行在本發(fā)明的上述實施例的上述步驟3中所述的子步驟f)、g)和h)，能夠以較少的計算強(qiáng)度來獲得較好的結(jié)果。在該實施例中，假定傳播波場的頻率為零，因此菲涅耳區(qū)擴(kuò)展為無限大。在該實施例中，與第一實施例所描述的相比，所得到的照明可以具有更低的分辨率和更少的準(zhǔn)確性。
通過僅使用在本發(fā)明的第一實施例的上述步驟3中所述的子步驟f)、g)，可以獲得本發(fā)明的第三實施例?？梢栽谏⑸潼c而非反射表面的情況下描述所獲得的針對地質(zhì)體中的每一點的照明。即，所獲得的照明不會提供關(guān)于所述點從中照明的方向的信息。當(dāng)在通過其可以具有任意傾斜方向和幅度的表面的情況下觀察所述點時，所述照明方向非常重要。甚至對過載F(r)的初始估計也比現(xiàn)有技術(shù)的“擊中圖”好得多。本發(fā)明的最后兩個實施例本質(zhì)上是相同的。僅有的差別在于在第三實施例中，分析3D地質(zhì)體中的所有點，而在第二實施例中，僅分析3D地質(zhì)體內(nèi)的表面上的點。在這兩個實施例中，都沒有獲得方向信息。
如上所示，可以省略各種步驟來以更低的計算成本獲得滿意的結(jié)果。所采用的步驟越多，則照明圖像的質(zhì)量越好而成本越高。
這里描述的本發(fā)明的混合方法提供了僅在一個方向(即從源和接收器到地震物體的反射表面)上有效使用射線追蹤的技術(shù)和方法。按照該方式，可以避免與沒有到特定接收器的射線會聚相關(guān)的問題、以及與沒有由于關(guān)聯(lián)非地質(zhì)相關(guān)的照明孔造成射線會聚相關(guān)的問題。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于在單向射線追蹤中所使用的光束與深度偏移中的相同，由此，在Kirchhoff深度偏移和照明分析之間存在一致性。此外，利用費馬原理而非Snell定律并由此引起更為簡單(和更快)的計算分析，來找到反射點。本發(fā)明允許對位于菲涅耳區(qū)內(nèi)的多次到達(dá)和所有點進(jìn)行計算。通過使用波動方程，能夠容易地計算出幅度。
在一些現(xiàn)有技術(shù)照明分析中，所述照明分析基于被透射的能量而非被反射的能量。最近已經(jīng)提出了基于前者的照明分析(“Practical，accurate，full-azimuth 3-D prestack finite difference depthmigration”，由Z.Zhou等人所寫，SEG/San Antonio 2001擴(kuò)展摘要)，作為替代基于射線的方法的波動方程?；谕干淠芰康恼彰鞣椒ㄊ褂脕碜运性吹南滦胁▓龅慕M合地表面下幅度強(qiáng)度，而忽略了針對每一個源的接收器分布。為了適當(dāng)?shù)恼彰鞣治?，必須計算到達(dá)地表面下的目標(biāo)的、來自源的能量幅度、以及返回到所述表面且由所述接收器記錄的能量幅度。
在本發(fā)明中，同時使用所述源和接收器波場。從計算的觀點來看，一旦已經(jīng)計算出了步驟1和2中概括的基本元素，則可以實現(xiàn)針對任意地層的地下界面照明，而幾乎沒有附加成本。
利用本發(fā)明針對地震媒介內(nèi)的所關(guān)心的表面獲得的照明圖具有許多用途。這些用途的示例為a)確定所識別的可鉆孔目標(biāo)的特征是否正確表示含有碳?xì)浠衔锏摹⒒蛘哌@樣的特征是否是假的且純粹是不均勻照明的結(jié)果的有用工具；b)確定在特定區(qū)域中的地震數(shù)據(jù)中所觀察到的較差圖像質(zhì)量是否是較差地下界面照明的結(jié)果、以及因而新地震勘測是否需要的有用工具；c)確定獲得新地震數(shù)據(jù)以使特定目標(biāo)最佳照明的最佳方式的有用工具；d)就實時地進(jìn)行該照明分析而言，在針對填充發(fā)射的新地震獲取期間，本發(fā)明可以是對現(xiàn)場人員的有用指導(dǎo)，以改善目標(biāo)的照明；e)作為確定使用昂貴的疊前深度偏移是否能夠提高地震圖像質(zhì)量的前導(dǎo)；以及f)作為識別到目前為止已經(jīng)識別為所關(guān)心的信號而非僅是偽返回(例如噪聲)的、較差照明的地震圖像中所觀察到的地震事件的有用工具。
本發(fā)明可以用來產(chǎn)生照明圖或照明地質(zhì)體(illuminationvolumes)以補(bǔ)償?shù)卣饒D像或從地震圖像中獲得的屬性圖像，其中在地震成像期間不執(zhí)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。前述補(bǔ)償可以按照多種方式來實現(xiàn)，包括a)由相應(yīng)的照明圖F(r)對試圖表示反射率函數(shù)R(r)的強(qiáng)度的地表面下地層幅度圖進(jìn)行歸一化；b)可以在地質(zhì)體的意義上實現(xiàn)如a)中所述的相同操作。在這種情況下，通過在本發(fā)明中忽略射線追蹤和菲涅耳區(qū)計算，即假定所述地表面下由一系列散射點而非反射表面構(gòu)成，來獲得照明地質(zhì)體。
來自各個發(fā)射的蹤跡的照明地質(zhì)體(或其他任何整體蹤跡)還可以用來在自身成像過程期間補(bǔ)償?shù)卣饒D像。利用本發(fā)明，在對來自所有發(fā)射的地震地質(zhì)體(seismic volumes)進(jìn)行求和以構(gòu)成最終合成圖像之前，對由相應(yīng)照明地質(zhì)體所收集的每一個單獨發(fā)射所產(chǎn)生的地震地質(zhì)體進(jìn)行歸一化，來實現(xiàn)上述一點。
上述說明性實施例主要涉及海洋地震勘測，但是其同樣適合于任意地震勘測，例如陸地地震勘測。
盡管已經(jīng)提出和描述了本發(fā)明的說明性實施例，但是將會意識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種獲得所關(guān)心的區(qū)域的改進(jìn)地震照明圖像的方法，所述方法包括步驟a)具有所關(guān)心的區(qū)域的模型，其中將所關(guān)心的區(qū)域劃分為多個立方體；b)具有一個或多個地震源；c)具有一個或多個地震接收器；d)從頻率譜中選擇所關(guān)心的頻率；e)計算與地震源關(guān)聯(lián)的立方體中的波函數(shù)幅度；f)計算與地震接收器關(guān)聯(lián)的立方體中的波函數(shù)幅度；g)通過將源幅度與接收器幅度相乘，來計算與所述源和所述接收器關(guān)聯(lián)的立方體中的照明；h)針對譜中的所有頻率，重復(fù)立方體中的照明的計算；以及i)對與譜中所有頻率關(guān)聯(lián)的立方體中的照明進(jìn)行求和；j)對與所有源和接收器關(guān)聯(lián)的立方體中的照明進(jìn)行求和；k)針對地震媒介中的每一個立方體重復(fù)照明計算以獲得所關(guān)心的區(qū)域的照明圖像。
2.一種獲得所關(guān)心的區(qū)域的改進(jìn)地震照明圖像的方法，所述方法包括步驟a)具有包含地震表面的所關(guān)心的區(qū)域的模型，其中將媒介劃分為立方體；b)具有一個或多個源；c)具有一個或多個接收器；d)確定其中將來自源的具有一頻率的波反射到接收器的地震表面上的反射點；e)針對來自源和接收器的一個所選的頻率，計算在地震表面上的反射點處的照明；針對所有頻率重復(fù)上述步驟d)和e)；f)對在所述表面的所有點處的、針對所有頻率和針對所有源和接收器對的所有照明進(jìn)行求和。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟d)找到其中將來自源的具有一頻率的波反射到接收器的表面上的所有反射點包括步驟a)具有針對頻率的射線追蹤函數(shù)，用于計算在媒介內(nèi)從一個點到另一點的傳播時間；b)利用射線追蹤函數(shù)，計算從所述源到地震表面上的立方體的傳播時間和從接收器到所述立方體的傳播時間；c)將地表面下的源和接收器立方體的傳播時間在其重疊區(qū)域中相加以確定從所述源到所述立方體中的點且回到所述接收器的傳播時間；d)提取在所述立方體與所述反射表面的交叉點處的傳播時間；e)確定總傳播時間的最小值，其中具有最小總傳播時間的立方體包含其中將來自所述源的具有一頻率的波反射到所述接收器的所述表面上的反射點。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于e)針對來自源和接收器的一個所選的頻率，計算在地震表面上的反射點處的照明包括以下步驟a)具有對波動方程的解，以便針對任何特定的頻率，計算在媒介內(nèi)從一個點到另一點的波動函數(shù)；b)計算從所述源到地表面下立方體的波函數(shù)幅度；c)計算從接收器到所述表面立方體的波函數(shù)幅度；d)通過將源幅度與接收器幅度相乘，計算所述源和所述接收器立方體之間的重疊區(qū)域中的照明；e)提取在所述立方體與所述反射表面的交叉點處的幅度；f)針對所有反射點，重復(fù)步驟a)到d)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包括步驟a)確定具有與源和接收器組相對應(yīng)的確定反射點的關(guān)聯(lián)菲涅耳區(qū)；b)在針對來自所述源和所述接收器的一個所選頻率的地震表面上的反射點處，計算菲涅耳區(qū)內(nèi)的所有點處的照明。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述步驟a)確定具有確定反射點的關(guān)聯(lián)菲涅耳區(qū)包括以下步驟a)確定反射點周圍的邊界，其中具有一個所選頻率的波通過所述邊界上的點從源到接收器的總傳播時間等于通過反射點從源到接收器的總傳播時間加上所述波的時間周期的四分之一；b)計算由于源和接收器所產(chǎn)生的邊界內(nèi)的所有立方體處的照明。
7.一種利用照明補(bǔ)償來改進(jìn)地震圖像的方法，所述方法包括步驟a)具有地震圖像；b)具有針對地震媒介的地震模型；c)獲得針對地震媒介的照明圖像；d)以照明圖像對地震圖像進(jìn)行歸一化；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于步驟c)從地震媒介獲得照明圖像還包括以下步驟a)選擇媒介中的表面；b)具有源和接收器；c)確定其中將來自源的具有一個所選頻率的波反射到接收器的表面上的所有反射點；d)針對來自源和接收器的頻率，計算地震表面上的反射點處的照明；e)針對所有頻率重復(fù)步驟c)；f)針對表面上的全部點，根據(jù)上述計算，對所述點處的所有照明進(jìn)行求和；g)針對媒介中的所有表面進(jìn)行重復(fù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于步驟c)確定其中將來自源的具有一個所選頻率的波反射到接收器的表面上的所有反射點還包括以下步驟a)具有針對所述頻率的射線追蹤函數(shù)，用于計算媒介內(nèi)從一個點到另一點的傳播時間；b)利用射線追蹤函數(shù)，計算從所述源到地震表面上的立方體的傳播時間和從接收器到所述立方體的傳播時間；c)將從所述源到所述立方體的傳播時間與從所述接收器到所述立方體的傳播時間相加以獲得總傳播時間，作為通過表面上的立方體從所述源到所述接收器的傳播時間；d)針對表面上的所有立方體，計算總傳播時間；e)確定總傳播時間的最小值，其中具有最小總傳播時間的立方體包含其中將來自所述源的具有一頻率的波反射到所述反射器的表面上的反射點。
10.一種其中具有用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-9任一個所述的方法的計算機(jī)可執(zhí)行程序的計算機(jī)可讀介質(zhì)。
11.一種具有處理器、存儲器和操作系統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)，其中所述計算機(jī)系統(tǒng)可操作用于執(zhí)行權(quán)利要求1到9任一個所述的方法。
全文摘要
一種改進(jìn)地震數(shù)據(jù)的照明分析的方法，具有以下步驟選擇媒介、源和接收器、反射表面的模型；利用射線追蹤，根據(jù)費馬原理來找到反射點和關(guān)聯(lián)菲涅耳區(qū)；利用波動方程計算菲涅耳區(qū)中的照明；針對所有頻率，重復(fù)對反射表面上的所有點和所有源和接收器對的計算。所得到的照明圖像可以用來評估相同媒介的地震圖像的質(zhì)量或改善該地震圖像。
文檔編號G01V1/00GK1682234SQ03821743
公開日2005年10月12日 申請日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者尼古勞斯·伯尼特薩斯 申請人:Gx技術(shù)公司