專利名稱：波動方程偏移直接產生角道集方法
技術領域：
本發(fā)明屬于地震勘探中反射地震資料處理技術領域，涉及地震資料處理過程中的 疊前偏移成像和疊前反演技術范疇，是一種針對波動方程疊前深度偏移生成疊前偏移的角 道集的方法。
背景技術：
地震資料處理流程中，疊前偏移成像是最關鍵的環(huán)節(jié)，它的主要任務是將地表記 錄的反射地震信號“聚焦”到地下發(fā)生反射的真實位置。對偏移結果的一個較普遍的應用 是將不同炮或不同偏移距的偏移結果疊加，得到疊加剖面，從而獲得地下構造的圖像；而更 深入的應用是由不同炮或不同偏移距的偏移結果得到地下反射點對不同角度入射波的反 射強度，據(jù)此直接識別地下介質的含油氣情況?，F(xiàn)行的疊前時間偏移和積分法疊前深度偏移可容易得到分偏移距的疊前偏移結 果，從而簡單得到地下反射點對不同偏移距入射波場的反射強度，即得到隨偏移距變化的 共反射點(CRP)道集。速度變化簡單時偏移距與入射角有較簡單的轉換關系，但復雜速度 構造下偏移距與入射角的對應關系變得復雜，由偏移距變換到入射角已變得很困難。當?shù)叵聵嬙斓纳细驳貙铀俣茸兓^劇烈時，基于金字塔面(pyramid)旅行時假設 的疊前時間偏移和基于漸進(射線)理論的積分法疊前深度偏移就不能正確反應實際地 震波的傳播過程，因此不能準確地將反射地震信號“聚焦”到地下發(fā)生反射的真實位置。這 樣，即使得到隨偏移距變化的共反射點(CRP)道集，由于不是來之相同的反射點，實際上是 沒有意義的。波動方程疊前深度偏移是用較準確的波動理論來描述地震波的傳播過程，能正確 模擬復雜上覆地層導致的多次到達等復雜的波傳播現(xiàn)象和地震波傳播的彌散現(xiàn)象，因此即 可對復雜構造正確成像，又有望得到正確反應地下構造反射強度的成像幅值。但服務于復 雜構造成像的波動方程疊前深度偏移多是通過分炮的炮域偏移實現(xiàn)的；由炮域偏移結果得 到疊加剖面是簡單的，但分炮的炮域偏移結果不能如積分法那樣簡單地得到隨偏移距變化 的共反射點(CRP)道集。既然，真正反應地下構造物性參數(shù)變化的是隨入射角變化的反射 強度(角道集)，人們就希望能由炮域偏移結果直接得到角道集。已發(fā)展了兩類由炮域波動方程深度偏移方法生成角道集的方法。一是在應用成像 條件前對炮點的入射波場和檢波點的反傳波場進行局部平面波分解，對每對平面波分別成 像，二是在炮域偏移的成像條件中引入“局部偏移距”參量，形成多維成像體，通過傾斜疊加 等角度變換方法得到角道集。第一種方法需對逐個成像點進行局部平面波分解，將單點的 成像轉換成一個成像矩陣，三維偏移計算時計算量難以承受；第二種方法盡管計算量較第 一種有所減少，但引入“局部偏移距”參量仍導致成像計算的內存需求聚增。兩種方法均不 能考慮炮點覆蓋不均勻導致的成像幅值誤差，且偏移計算的空間采樣控制了這兩類方法所 生成的角道集的有效頻率上限?！獋€自然的想法是直接計算炮點的出射波對成像點的入射角度，然后由炮域偏移結果直接通過部分疊加得到角道集。但現(xiàn)行的計算入射角的方法是基于射線追蹤算法，這 一高頻近似方法對速度模型較敏感，復雜速度變化情況下難以得到正確的入射角度，因此 這一方法在實際應用中遇到許多困難。由波動方程疊前深度偏移生成疊前偏移的角道集仍是一個需要深入研究的問題， 只有準確獲得角道集，才能較全面地發(fā)揮波動方程疊前深度偏移的優(yōu)勢，從而為復雜上覆 地層下直接識別儲層的含流體和含油氣奠定基礎，降低復雜構造情況下油氣儲層的勘探風險。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種由炮域波動方程疊前深度偏移產出疊前偏移的角道集 的方法，能在復雜上覆地層情況下得到直接反應儲層物性參數(shù)變化的角道集，且能補償觀 測系統(tǒng)非均勻覆蓋對幅值的改變；產出的角道集為疊前反演技術提供了準確的隨入射角變 化的地震反射強度。與常規(guī)的炮域波動方程疊前深度偏移方法相比，這一方法在形成角道 集時不增加太多計算量；它克服了現(xiàn)行的各類波動方程偏移生成角道集技術存在的計算量 和內存需求巨大的雙重問題。這一方法將三維地震資料的波動方程偏移生成角道集以及基 于角道集的反演推進到工業(yè)化應用階段。本發(fā)明采用的技術方案是波動方程深度偏移直接產生角道集方法，具體步驟包 括(1)用單邊或雙邊采集方式，由檢波器獲取人工震源激發(fā)的反射地震信號，記錄到 磁帶上；(2)從磁帶上讀取反射地震信號，按疊前炮集排序存放到計算機中；(3)利用波動方程偏移的單程波算法分別將炮點的震源波場和檢波點的接收波 場沿深度軸進行波場深度延拓，對延拓后的炮點和檢波點波場應用反褶積成像條件進行成 像，具體是在頻率空間域，用延拓后的炮點波場除檢波點波場，并將不同頻率的復波場值 的實部加權累加，除法計算采用可保證計算結果穩(wěn)定的算法；(4)利用單程波方法計算炮點的出射波對地下各成像點的入射角度，具體是對 炮點的主頻分量進行深度延拓，用兩種算法對延拓結果進行計算得到兩個空間場，計算兩 個場的商并進行中值濾波、平滑和歸一化，由反余弦求得炮點出射波對地下各成像點的入 射角度；(5)依據(jù)得到的各炮點出射波的入射角度，將由反褶積成像條件得到的各個單炮 偏移結果按角度累加并補償非均勻覆蓋對幅值的影響，形成角道集；(6)對角道集做剩余動校，將出現(xiàn)明顯拉伸部分的對應數(shù)值置為零，用奇異值分解 方法壓制隨機噪音，即得到反應介質界面物理參數(shù)變化的疊前偏移的角道集。(7)由角道集中讀取不同空間位置處成像幅值隨角度的變化，可由反演方法獲得 地層的巖石物理參數(shù)，巖石物理參數(shù)圖像即能指示地下構造的含油氣情況。所述的對延拓后的炮點和檢波點波場應用反褶積成像條件進行成像是這樣實現(xiàn) 的令Ttl是地震記錄的時長，則頻率采樣Δ ω =231/%(弧度/秒)；設ΔΖ是深度方向的 空間采樣，η是深度上采樣點的順序數(shù)，χ和y是水平位置坐標，m是頻率采樣點的順序數(shù)； 若炮點和檢波點波場經(jīng)深度延拓后在η Δ ζ深度上分別為PD(x，y，η Δ ζ，πιΔ ω)和Pu(χ，y，
5
A(x, y, ηΔζ, ι Δ ω) = Pd (χ，y，η Δ ζ, m Δ ω) {PD (χ，y，η Δ ζ, m Δ ω)} *式中上標*是復共額，炮點和檢波點波場Pd和Pu的單位依據(jù)檢波器類型可以是 速度或壓力，頻率的單位是弧度/秒，深度和水平坐標的單位為米。令Aci(IIAz)是A(x，y， ηΔζ,πιΔ ω)在深度 η Δ ζ 上的平均值，當 A (χ，y，η Δ ζ，m Δ ω)彡 1· 2AQ (η Δ ζ)，計算Β(Χ，y, mAc) = ^ ("，兄 ―幼 ^^ (X,少，^
Α(χ,γ,ηΑζ, ηΑω)當 A(x，y，nAz，mA ω) < 1· 2Α0 (η Δ ζ)，計算取,，—▲’-<(2-口)(1+ 0-妁，其
Α(χ,ν,ηΑζ, πΑω) 中α =-
τ令地震資料有效頻帶的下、上限分別是ω，這里I1和I2是正整數(shù)，
則空間各位置處反褶積成像條件的成像幅值Φ(Χ，Υ，ηΔζ)為
kφ(χ,少，《Δζ) = ^ Κο{βΒ{χ,γ,nlSz,πι ^ω)}
m-l、若j是單位虛數(shù)，上式中做三維偏移計算時β = jmAco，二維偏移計算時
β = ^ηιΑω ；符號Re代表求復波場值的實部。 所述的利用單程波方法計算炮點的出射波對地下各成像點的入射角度是這樣實 現(xiàn)的令X和y是水平坐標，ζ是深度坐標，震源的主頻是ω p (弧度/秒)，震源的空間位置 為(&，^，0)，介質的速度為(0^^，2)；利用波動方程偏移的單程波算法，在頻率《￡)對空間 脈沖δ (x-xs, y-ys)進行深度延拓，得到以Δζ為間距的各深度離散點上的復波場值Ρ(χ， y，nAz，ωρ, xs, ys)；分別計算
I0 (x，y, ηΔζ) = Re {P (χ, y, ηΔζ, ωρ, xs, ys)}
Z10,乃nlSz) = Re<jy c(x，少p〔x,少,nAz,ω ,xs,) ！
c0P
I2{x,y,nlsz)=
2
-Γ/, (χ, y, nlSz + Δζ) - /, (χ, y, ηΛζ — Δζ)1
3Αζ上式中Xs，[和(^是參數(shù)，故在左端的函數(shù)中將其忽略；符號I I代表求絕對值， η是深度上采樣點的順序數(shù)；速度c(X，y，z)的單位是米/秒，頻率的單位是弧度/秒，深度 和水平坐標的單位是米，空間脈沖的單位是壓強。若I2(x，y，nAz) > 1. 05I0 (χ, y, η Δ ζ), 則令12&，7，1^2) =0。令 φ。(η Δ ζ)是 IQ(X，y，nAz)在深度 η Δ ζ 上的平均值，當 I。(χ， y, ηΔζ)彡 1· 2Φ0(ηΔζ)，計算
---- [/, (χ, γ, nlSz + 2Δζ) - /, (χ, γ, ηΑζ - 2Δζ)]
12Δζ φ、χ,γ,η^ζ)..
I2(x,y,nAz)
I0(x,y,nAz)當 I0 (χ, y, ηΔζ) < 1. 2 Φ。(η Δ ζ)，計算
φ{χ, y, πΔζ) =，)(2 - (1 + (1 - )，其中《 = '。
對空間各點的
戎 ΟΔζ)武 ΟΔζ)
Φ (χ, γ,ηΔζ)值進行如下處理(1)沿深度方向進行中值濾波；(2)進行空間三維平滑；(3)對每一深度ηΔζ，選取最大值，用這一值除該深度的每一點的數(shù)值，實現(xiàn)該深 度上的最大值歸一化。令上述處理后的值為i(x，y，ηΔζ)，則可得震源對地下各成像點的入射角度 θ(單位為度)為—θ = acos(<i) (χ, y, ηΔζ))式中(x，y，ηΔζ)即是成像點的空間坐標。。所述的依據(jù)得到的各炮點的出射波的入射角度，將由反褶積成像條件得到的各個 單炮偏移結果按角度累加并補償非均勻覆蓋對幅值的影響，形成角道集是這樣實現(xiàn)的定 義角度采樣間距Δ θ (度)，對每一成像點定義一個一維數(shù)組，數(shù)組長度小于90/θ Δ ；對全 部炮循環(huán)，對每炮的單炮偏移結果，讀取由步驟(4)得到的該炮點的出射波對各成像點的 入射角度9，計算1 = 1竹肚{0/^ θ }，將該成像點的幅值累加到對應數(shù)組的第1個元素 上，同時統(tǒng)計累加到該元素上的炮數(shù)；完成對全部炮循環(huán)，將同一水平位置的不同深度點的 成像幅值數(shù)組按深度、角度形成二位數(shù)組，即得到未經(jīng)非均勻覆蓋補償?shù)慕堑兰挥媒y(tǒng)計得 到的累加炮數(shù)去除各成像點的不同角度的數(shù)值，就得到完成非均勻覆蓋補償?shù)慕堑兰?。本發(fā)明的波動方程深度偏移直接產生角道集方法，能直接由分炮的炮域偏移結 果，經(jīng)局部疊加得到地下反射點的疊前偏移的角道集。本發(fā)明的波動方程深度偏移直接產生角道集方法，能剔除復雜上覆地層的影響， 得到直接反應目的層處物性參數(shù)變化的疊前偏移角道集。本發(fā)明的波動方程深度偏移直接產生角道集方法，能補償觀測系統(tǒng)非均勻覆蓋對 幅值的改變。本發(fā)明的波動方程深度偏移直接產生角道集方法，與常規(guī)的炮域波動方程疊前深 度偏移方法相比，不增加太多計算量。本發(fā)明的波動方程深度偏移直接產生角道集方法，可應用于二維和三維波動方程 疊前深度偏移處理。本發(fā)明的波動方程深度偏移直接產生角道集方法，能用于反演地層的巖石物理參 數(shù)，直接得到地下構造的含油氣情況。本發(fā)明的具體實現(xiàn)原理如下本發(fā)明的核心思想是直接用單程波方法計算炮點的出射波在地下成像點的入射 角度，避免了射線法對速度模型的不穩(wěn)定也與波動方程偏移方法更匹配。入射角度計算僅 利用單程波的簡諧波場，與偏移算法相比計算量可以忽略。計算入射角度的原理是，由單程波方程可知，下行的頻率域波場戶+(^，2;勸滿足 「■91 δΡ+(χ,γ,ζ·ω) ~
L0052」---= ~]kzP (χ,γ, ζ; ω)(1)
οζ 其中j是單位虛數(shù)，kz是垂直波數(shù)，ω是角頻率，χ和y是水平位置坐標，ζ是深度坐標，由頻散關系得 [_] 式中c (X，y，ζ)是空間各位置處的介質波速，角度θ即是空間位置(X，y，ζ)處波 前面法線與深度軸ζ的夾角。將(2)式代入(1)式并做離散的時域付氏反變換，且令時間 t = 0，可得
(3)
中符號Re 代表求復波場值的實部。若令
)，其中
f(")是地震子波的譜，則(3)式中
對應于震源點置于(xs，ys，0)處時
ω>0
的脈沖響應，而波前面法線就是(Xs，ys，0)處炮點的出射波在(x，y，z)點的入射波方向。脈沖響應
在空間中僅存在一個波前面，對沒有波前面的空間
ω>0
位置，不能用波前面來確定炮點入射波的方向。若僅對主頻分量計算脈沖響應，即僅計算 Re
則波前面將分布于整個區(qū)域，易于求得所有成像點的入射波方向，而此
時計算脈沖響應的計算量也大幅減少。僅考慮主頻分量，由(3)式可求得 式(4)中的分母將存在多個零點，此零點處將不能得到正確的入射波角度；既然 在一個波長范圍內入射波的角度不會有顯著變換，可用波前面的波鋒和波谷處的入射波角 度插值得到鄰近位置的入射波角度。我們了設計如下平滑算法，實現(xiàn)這一思想。首先計算 用四階差分算法計算(4)式中的一階導數(shù)，令計算脈沖響應的深度方向的空間采 樣為Δζ，可得

式(5)和(7)中采用絕對值，是因為對下行波而言cos θ總是正。由⑷式可知， I2(x，y，z)應該大于Itl(^yd)。但當偏移噪音較強時(即在入射波較弱的陰影區(qū))，有時 并不滿足這一條件；這表明該處不存在準確的入射波，因此不能得到正確的入射角度。在計 算中，若I2(x，y，z) > 1.051(10^，7，2)，可令120^，7，2) = 0，這樣避免了陰影區(qū)角度計算的困難。 為避免式(4)中除法計算的不穩(wěn)定，我們發(fā)展了高精度的穩(wěn)定的相除算法，這-算法的核心是利用級數(shù)展開近似式 當χ趨于零，式⑶仍可得到穩(wěn)定的結果，而當|x|≤1.2時，式⑶的近似有很 好的精度。利用式(8)，我們發(fā)展了穩(wěn)定的相除算法， 式中Φ。(ζ)是I。(x，y，z)在深度z上的平均值。對(9)式的結果，先做沿深度方向的中值濾波，然后進行空間三維平滑，即可由波 鋒和波谷處的入射波角度插值得到鄰近位置的入射角度；為避免(7)式差分等計算產生的 誤差，將對每一深度上平滑處理后的Φ (χ,γ,ζ)進行歸一化處理，保證垂直入射的存在。這 樣就可通過單個頻率的簡諧波場的深度延拓，求得炮點出射波對地下各點的入射角度
θ = acos(i(x，y, z)) (10)式中(x，y，z)即是地下各點的空間坐標。本發(fā)明對炮域偏移采用反褶積成像條件，而不是采用相關成像條件；反褶積成像 條件可補償?shù)卣鸩ǖ臄U散效應，獲得正確的幅值。我們再次利用式(8)來解決反褶積成像條件中除法的穩(wěn)定問題。炮域偏移的反褶 積成像條件可表達為 式中符號Re代表求復波場值的實部，Δ ω是頻率采樣，m是頻率采樣點的順序數(shù)， PuU, y，z，mΔ ω)和PD(X，y，z，mΔ ω)分別是深度延拓后深度ζ上頻率域的炮點和檢波點 波場J1和I2是正整數(shù)，I1 Δ ω和I2 Δ ω分別對應地震資料有效頻帶的下、上限；引入?yún)?shù) β是為了保持成像的波形與檢波點波場相一致，若j是單位虛數(shù)，做三維偏移計算時β = jm Δ ω，二維偏移計算時β= √jm△ω。式(11)中的除法可進一步表達為 式中上標*代表復共額。令式(12)中實數(shù)的分母為六0^，7，2，11^(0)，由⑶式
可得
Α{χ,γ,ζ,ηιω)
1
Α(χ,γ,ζ,ιηω)
Α(χ, γ, ζ, ιη ) > 1(ζ)
Λ(ζ)
2-
Α(χ,γ,ζ,Μω)Λω.
1 +
f
(13)式中Atl(Z)是A(X，y，z，mco)在深度ζ上的平均值。將式(13)代入(12)再代入 (11)，可得穩(wěn)定的反褶積成像條件。反褶積成像條件得到的偏移幅值，反應了成像點處炮點波場的入射角度所對應的 正確反射強度。在形成角道集時，盡管角度的采樣是相同的，但不同角度上累加的炮數(shù)是不 同的，角度越大，累加的數(shù)量越多；而炮點覆蓋越密，累加的數(shù)量也就越多。為獲得正確地反 應成像點物理參數(shù)對比的成像幅值，我們在累加過程中統(tǒng)計各角度間距內累加的炮數(shù)，用 這一數(shù)量去除累加結果。這樣即考慮了成像結果在角度域分布的不均勻，也補償了炮點覆 蓋不均勻的影響。本發(fā)明的有益效果該方法可應用于復雜上覆地層下油氣儲層的地震偏移成像， 能生成直接反應目的層物理參數(shù)變化的疊前偏移的角道集。該角道集能更好地服務于疊前 反演等油氣和流體直接檢測技術(避免了各種基于測井資料的補償)，降低了無井或少井 地區(qū)油氣勘探的風險。該方法將波動方程疊前深度偏移由構造成像推進到巖性識別，拓展 和提升了波動方程疊前深度偏移的應用范圍和效果。該方法對存在復雜上覆層的大量區(qū)域 的油氣、礦產資源勘探有重要應用價值。


圖1是大慶LMD地區(qū)開發(fā)地震的典型單炮記錄，采集是16線，雙邊觀測，道間距 40m ；本次采用波動方程偏移直接生成角道集方法共使用了 3600炮，滿覆蓋11. 2平方公里。圖2a是疊前深度偏移使用的三維速度模型的沿測線322的二維切片，圖2b是過 ⑶P400的沿垂直測線方向的二維速度切片。圖3是線號322和⑶P號400處由所有單炮偏移結果構成的共成像點道集，單炮 偏移采用了本發(fā)明的反褶積成像條件。圖4a和圖4b是炮點在線號318和⑶P號415處的炮點波場的入射角分布圖，入 射角計算采用了本發(fā)明的新方法；圖4a是沿測線方向的二維角度切片，圖4b是沿垂直測線 方向的二維角度切片。圖5是線號318和⑶P號415處的未進行非均勻覆蓋補償?shù)慕堑兰?，這一道集是 依據(jù)各炮點在線號318和CDP號415處的入射角度，由各單炮偏移結果按角度做局部疊加 得到。圖6是對圖5角道集應用非均勻補償后的結果，對比圖5和圖6可知，小角度的幅 值得到增強。圖7是對圖6角道集首先應用剩余動校，再將出現(xiàn)明顯拉伸部分的對應數(shù)值置為 零，然后用奇異值分解方法壓制隨機噪音得到的最終角道集。圖8a是圖7角道集的局部放大圖，圖8b是在兩個典型層位處的隨角度變化的幅 值對比。圖8a的局部放大圖對應了有測井資料的地層部分。圖8b的對比圖中的實線是由圖7讀出的深度970m和1030m處幅值隨角度的變化，虛線是依據(jù)該位置(線號318和⑶P 號415)處聲波和密度測井資料讀取的P波、S波速度以及密度，由理論計算得到的隨角度 變化的反射強度。從圖8b中對比可見兩者擬合很好，這表面本發(fā)明求得的角道集不需“校 正”即可較好地擬合反射界面的入射角與反射幅值關系(AVA)特征。圖9a是線號323和⑶P號360的井位處的角道集，圖9b是角道集的局部放大，圖 9c是兩個典型層位(深度840m和975m)處幅值隨角度變化與理論AVA特征的對比。各圖 的意義與圖7、圖8a和圖8b相同。圖IOa是線號363和⑶P號448的井位處的角道集，圖IOb是角道集的局部放大， 圖IOc是兩個典型層位(深度995m和1095m)處幅值隨角度變化與理論AVA特征的對比。 各圖的意義與圖7、圖8a和圖8b相同。圖Ila和圖lib是本次偏移處理得到的大慶LMD區(qū)塊偏移疊加剖面。圖Ila是沿 測線322的二維切片，圖lib是過⑶P400的沿垂直測線方向的二維切片。圖Ila和圖lib 是由各成像點的角道集沿角度方向疊加得到的。
具體實施例方式實施例1 波動方程深度偏移直接產生角道集方法，針對大慶LMD地區(qū)為例，具體 為以下步驟(1)用雙邊采集方式，由檢波器獲取人工震源激發(fā)的反射地震信號，記錄到磁帶 上，每炮布設16條采集線，采集線上的道間距為40m，每炮共含16X168 = 2688道；共激發(fā) 和記錄3600炮，圖1是典型的單炮記錄。(2)從磁帶上讀取反射地震信號，按疊前炮集排序存放到PC-Cluster計算機中， 偏移計算將通過讀取每個單炮記錄，對炮循環(huán)來進行。(3)依據(jù)圖2a和2b的偏移速度模型，利用波動方程偏移的單程波算法分別將炮點 的震源波場(即空間和時間脈沖函數(shù))和炮記錄(接收到的地震信號)沿深度軸進行波場 延拓，對延拓后的炮點和檢波點波場應用反褶積成像條件進行成像。令Ttl是地震記錄的時長，則頻率采樣Δω = 231/% (弧度/秒)；設Δ Z是深度 方向的空間采樣，η是深度上采樣點的順序數(shù)，χ和y是水平位置坐標，m是頻率采樣點的 順序數(shù)；若炮點和檢波點波場經(jīng)深度延拓后在η Δ ζ深度上分別為Pd (X，y，η Δ z，m Δ ω)和 Ρυ(χ，y，ηΔζ, ι Δ ω)，計算A (χ, y,nAz,mA ω) = Pd (χ，y，η Δ ζ, m Δ ω) {PD (χ，y，η Δ ζ, m Δ ω)} * 式中上標 * 是復共額，炮點和檢波點波場Pd和Pu的單位依據(jù)檢波器類型可以是速度或壓力，頻率的單 位是弧度/秒，深度和水平坐標的單位為米。令Atl (ηΔζ)是A(x，y，ηΔζ, mA ω)在深度 ηΔζ 上的平均值，當 A(x，y，nAz，mA ω)彡 1. 2AQ (η Δ ζ)，計算 當 A(x，y，ηΔζ, ι Δ ω) <1. 2Α0(ηΔζ)，計算Β(χ,y,Mz,>ηΑω) = ^(Χ,少, ^比(Χ，兄成^ (2-α)( + (1 -^)，其
A0(^Az)\'
中
11
^=“令地震資料有效頻帶的下、上限分別是I1A ω和I2 Δ ω，這里I1和I2是正整數(shù)，
則空間各位置處反褶積成像條件的成像幅值Φ(Χ，Υ，ηΔζ)為
hΦΟ，y, nAz) = Z Re {々5(χ, γ, ηΑζ, πι ^ ))
m=l\若j是單位虛數(shù)，上式中做三維偏移計算時β = >Δω，二維偏移計算時 β = ^)ηιΑω ；符號Re代表求復波場值的實部。將成像結果φ (χ,γ,ηΔζ)存儲在計算機的硬盤中。圖3是線號322和⑶P號400 處由所有單炮偏移結果構成的共成像點道集；所有單炮偏移采用的參數(shù)均是Δζ = 5m，深 度上的采樣點總數(shù)η = 1000, Δω= 1. 40 (弧度/秒)，I1 = 13，I2 = 337。(4)對每個炮點(震源)，依據(jù)圖2a和2b的偏移速度模型，利用單程波方法對頻 率為25Hz的空間脈沖進行深度延拓，取ΔΖ = 5m，求得炮點的出射波對地下各成像點的入 射角度。計算過程是令χ和y是水平坐標，Z是深度坐標，震源的主頻是ω p (弧度/秒)， 震源的空間位置為(Xs，^，0)，介質的速度為(3(1 y, ζ)；利用波動方程偏移的單程波算法， 在頻率ωρ對空間脈沖δ (x-xs,y-ys)進行深度延拓，得到以Δ ζ為間距的各深度離散點上 的復波場值？0^，7，“2， p,xs,ys)；分別計算I0 (X，y, ηΔζ) = Re {P (χ, y, ηΔζ, ωρ, xs, ys)}/,(χ,少，nAz) = Rei) C“,y,nAZ) y,n^z,ω ,xs
ωΡJ
2I2 (χ, y, nAz)=——[/, (χ, y, nAz +Az)- Ix (χ, γ, πΔζ - Δζ)]
3Αζ——-[Z1 (χ, y, nlSz + 2Δζ) - /, (χ, γ, ηΑζ - 2Δζ)]
12Δζ上式中Xs，[和(^是參數(shù)，故在左端的函數(shù)中將其忽略；符號I I代表求絕對值， η是深度上采樣點的順序數(shù)；速度c(X，y，z)的單位是米/秒，頻率的單位是弧度/秒，深度 和水平坐標的單位是米，空間脈沖的單位是壓強。若I2(x，y，nAz) > 1. 05I0 (χ, y, η Δ ζ), 則令12&，7，1^2) =0。令 φ。(η Δ ζ)是 IQ(X，y，nAz)在深度 η Δ ζ 上的平均值，當 I。(χ， y, ηΔζ)彡 1· 2Φ0(ηΔζ)，計算φ(χ,γ,ηΑζ) = —-—
I0(x,y,nAz)當I0 (χ, y, η Δ ζ) < 1. 2 Φ。(η Δ ζ)，計算敝,_)=^(7，)(2一。)(1+ (1 —吶，其中0 = ^^對空間各點的Φ (χ, γ,ηΔζ)值進行如下處理1)沿深度方向進行中值濾波；2)進行空間三維平滑；
3)對每一深度η Δ ζ，選取最大值，用這一值除該深度的每一點的數(shù)值，實現(xiàn)該深 度上的最大值歸一化。令上述處理后的值為i(x，y, ηΔζ)，則可得震源對地下各成像點的入射角度 θ(單位為度)為—θ = acos(<i) (χ, y, ηΔζ))式中(x，y，ηΔζ)即是成像點的空間坐標。圖4a和圖4b是計算得到的某炮點出射波的空間入射角分布圖。(5)讀取各炮的單炮偏移結果，根據(jù)計算得到的該炮點出射波的入射角度值，將偏 移結果按角度累加并補償非均勻覆蓋對幅值的影響，形成角道集，角度采樣間距取為Δ θ =2° 0計算過程是定義角度采樣間距Δ θ (度)，對每一成像點定義一個一維數(shù)組，數(shù) 組長度小于90/Δ θ ；對全部炮循環(huán)，對每炮的單炮偏移結果，讀取由步驟(4)得到的該炮 點的出射波對各成像點的入射角度9，計算1 = 1竹#{9/^ Θ}，將該成像點的幅值累加 到對應數(shù)組的第1個元素上，同時統(tǒng)計累加到該元素上的炮數(shù)；完成對全部炮循環(huán)，將同一 水平位置的不同深度點的成像幅值數(shù)組按深度、角度形成二位數(shù)組，即得到未經(jīng)非均勻覆 蓋補償?shù)慕堑兰?；用統(tǒng)計得到的累加炮數(shù)去除各成像點的不同角度的數(shù)值，就得到完成非 均勻覆蓋補償?shù)慕堑兰?。圖5是某水平位置處未進行非均勻覆蓋補償?shù)慕堑兰D6是某水平位置處完成 非均勻覆蓋補償?shù)慕堑兰?6)對全部角道集循環(huán)，做剩余動校，將出現(xiàn)明顯拉伸部分的對應數(shù)值置為零，用 奇異值分解方法壓制隨機噪音，圖7是完成后續(xù)處理的角道集。(7)本領域技術人員能由角道集中讀取不同空間位置處幅值隨角度的變化，并由 反演方法獲得地層的巖石物理參數(shù)，巖石物理參數(shù)圖像即能指示地下構造的含油氣情況。 參閱圖8a和8b，圖9a、9b和9c，圖10a、10b和10c，和圖Ila和lib。
權利要求
一種波動方程深度偏移直接產生角道集方法，其特征在于采用以下步驟A)用單邊或雙邊采集方式，由檢波器獲取人工震源激發(fā)的反射地震信號，記錄到磁帶上；B)從磁帶上讀取反射地震信號，按疊前炮集排序存放到計算機中；C)利用波動方程偏移的單程波算法分別將炮點的震源波場和檢波點的接收波場沿深度軸進行波場深度延拓，對延拓后的炮點和檢波點波場應用反褶積成像條件進行成像；D)利用單程波方法計算炮點的出射波對地下各成像點的入射角度；E)依據(jù)步驟D得到的各炮點出射波的入射角度，將由步驟C得到的各個單炮偏移結果按角度累加并補償非均勻覆蓋對幅值的影響，形成角道集；F)對角道集做剩余動校，將出現(xiàn)明顯拉伸部分的對應數(shù)值置為零，用奇異值分解方法壓制隨機噪音，即得到反應介質界面物理參數(shù)變化的疊前偏移的角道集；G)由角道集中讀取不同空間位置處成像幅值隨角度的變化，可由反演方法獲得地層的巖石物理參數(shù)，巖石物理參數(shù)圖像即能指示地下構造的含油氣情況。
2.根據(jù)權力要求1所述的一種波動方程深度偏移直接產生角道集方法，其特征在于 所述的對延拓后的炮點和檢波點波場應用反褶積成像條件進行成像是這樣實現(xiàn)的令Ttl是 地震記錄的時長，則頻率采樣Δ ω =231/%(弧度/秒)；設Δζ是深度方向的空間采樣，η 是深度上采樣點的順序數(shù)，χ和y是水平位置坐標，m是頻率采樣點的順序數(shù)；若炮點和檢波 點波場經(jīng)深度延拓后在ηΔζ深度上分別為PD(x，y，nAz，mA ω)和Pu (x，y，η Δ z，m Δ ω)， 計算A(x, y, η Δ z, mA ω) = PD(x, y, ηΔζ, mA ω) {PD(x, y, η Δ ζ, mA ω)}*式中上標*是復共額，炮點和檢波點波場Pd和Pu的單位依據(jù)檢波器類型可以是速度或 壓力，頻率的單位是弧度/秒，深度和水平坐標的單位為米。令Aci(HAz)是A(x，y，ηΔζ, mA ω)在深度ηΔζ上的平均值，當A(x，y，nAz，mA ω)彡1· 2Α。(η Δ ζ)，計算Pu (χ，y, ηΑζ, ηιΑω) { Pd (χ, γ, ηΑζ, τηΑω)}Β(χ,γ ηΑζ,τηΑω)=---—Α(χ,γ,ηΑζ,τηΑω)當 A(x，y，nAz，mA ω) < 1· 2Α。(η Δ ζ)，計算Α(χ,γ,ηΑζ,τηΑω)α —-Ao(^Az)令地震資料有效頻帶的下、上限分別是I1 Δ ω和I2 Δ ω，這里I1和I2是正整數(shù)，則空間各位置處反褶積成像條件的成像幅值Φ (x, y，ηΔζ)為 丨1φ(χ, γ, nAz) =βΒ(χ, y, nAz, πι ^ )]若j是單位虛數(shù)，上式中做三維偏移計算時β = jmA ω，二維偏移計算時/J = TI^; 符號Re代表求復波場值的實部。
3.根據(jù)權力要求1所述的一種波動方程深度偏移直接產生角道集方法，其特征在于 所述的利用單程波方法計算炮點的出射波對地下各成像點的入射角度是這樣實現(xiàn)的令 X和y是水平坐標，Z是深度坐標，震源的主頻是ωρ(弧度/秒)，震源的空間位置為(xs， ^，0)，介質的速度為(3 0^，y, ζ)；利用波動方程偏移的單程波算法，在頻率ωρ對空間脈沖δ (x-xs, y-ys)進行深度延拓，得到以Δζ為間距的各深度離散點上的復波場值P(X，y， ηΔζ, ωρ,χ3, ys)；分別計算I0 (X，y, ηΔζ) = Re {P (χ, y, ηΔζ, ωρ, xs, ys)}Z1 (X’y,nAz) = Rejy c(x，:，—)尸(χ’^nhZ,ωρ,χχ’兄.)j 2I2 (χ, γ, ηΑζ) =-[I1 (χ，y, ηΑζ + Δζ) - Ix (χ, γ, ηΑζ - Δζ)]3Δζ———[Z1 (χ, γ, ηΑζ + 2Δζ) - Z1 (χ, γ, ηΑζ - 2Αζ)] \2Αζ上式中Xs，[和《5是參數(shù)，故在左端的函數(shù)中將其忽略；符號I I代表求絕對值，η是 深度上采樣點的順序數(shù)；速度c (X，y, ζ)的單位是米/秒，頻率的單位是弧度/秒，深度和 水平坐標的單位是米，空間脈沖的單位是壓強。gI2(x，y，nAz) > 1. 05、(x，y，η Δ z)，則 令 I2(x，y，nAz) = 0。令 Φ。(ηΔζ)是 I。(x，y，η Δ ζ)在深度 η Δ ζ 上的平均值，當 IQ(x，y， ηΔζ) ^ 1. 2Φ。(ηΔζ)，計算ntsz) = —-τ-Α (χ. ν. ηΑζ)Ov- ^yj/當 I0 (χ, γ,ηΔζ) < 1.2Φ。(ηΔζ)，計算樹χ，少,^Δζ) = 7 舡少,——Ω) + (1 _ …道中口 = W，—對空間各點的Φ (χ，y，ηΔζ)值進行如下處理(1)沿深度方向進行中值濾波；(2)進行空間三維平滑；(3)對每一深度ηΔ ζ，選取最大值，用這一值除該深度的每一點的數(shù)值，實現(xiàn)該深度上 的最大值歸一化。令上述處理后的值為i(X，y，nAz)，則可得震源對地下各成像點的入射角度θ (單位 為度)為θ = acos (Φ (χ, y, η Δ ζ))式中(x，y，nAz)即是成像點的空間坐標。
4.根據(jù)權力要求1所述的一種波動方程深度偏移直接產生角道集方法，其特征在于 依據(jù)步驟D得到的各炮點出射波的入射角度，將由步驟C得到的各個單炮偏移結果按角 度累加并補償非均勻覆蓋對幅值的影響，形成角道集是這樣實現(xiàn)的定義角度采樣間距 Δ θ (度)，對每一成像點定義一個一維數(shù)組，數(shù)組長度小于90/Δ θ ；對全部炮循環(huán)，對每 炮的單炮偏移結果，讀取由步驟D得到的該炮點的出射波對各成像點的入射角度θ，計算 1 = l+int{ θ / Δ θ }，將該成像點的幅值累加到對應數(shù)組的第1個元素上，同時統(tǒng)計累加到 該元素上的炮數(shù)；完成對全部炮循環(huán)，將同一水平位置的不同深度點的成像幅值數(shù)組按深 度、角度形成二位數(shù)組，即得到未經(jīng)非均勻覆蓋補償?shù)慕堑兰?；用統(tǒng)計得到的累加炮數(shù)去除 各成像點的不同角度的數(shù)值，就得到完成非均勻覆蓋補償?shù)慕堑兰?br> 全文摘要
波動方程偏移直接產生角道集方法，應用于地震勘探中地震資料處理，是用于形成地震偏移的角道集的波動方程疊前深度偏移方法。該方法通過計算震源出射波在地下成像點的入射角度，直接由炮域偏移結果生成地下反射界面成像的角道集，且補償了觀測系統(tǒng)非均勻覆蓋對幅值的改變。角道集直接對應于目的層處物性參數(shù)變化，為疊前反演提供了準確的角度域地震反射強度。這一方法的核心是直接用單程波算法確定震源波場在成像點的入射角度，避免了射線法的不穩(wěn)定也與波動方程偏移方法更匹配。入射角度計算僅利用單程波的簡諧波場，與偏移計算相比計算量可以忽略。該方法能應用于二維和三維波動方程疊前深度偏移處理，對油氣、礦產資源勘探有重要應用價值。
文檔編號G01V1/28GK101923175SQ20091023821
公開日2010年12月22日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權日2009年11月17日
發(fā)明者劉禮農, 張劍鋒, 張輝 申請人:中國科學院地質與地球物理研究所