專利名稱：基于最大能量旅行時計算的三維積分疊前深度偏移方法
技術(shù)領域：
該技術(shù)涉及石油地震勘探數(shù)據(jù)處理過程中的疊前深度偏移技術(shù)，具體說是一種采用波場外推技術(shù)計算地震波旅行時和振幅以提高三維積分法疊前深度偏移精度的方法。
背景技術(shù)：
Kirchhoff積分法疊前深度偏移的核心是復雜介質(zhì)情況下的地震波旅行時計算，目前國內(nèi)外常用的旅行時計算方法基本上都是基于程函方程，來計算地震波的初至到達時。雖然地震波初至旅行時方法計算效率高，但是在許多復雜地質(zhì)構(gòu)造情況下，使用地震波初至旅行時得不到精確的地震成像。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的是提供一種基于最大能量旅行時計算的三維積分疊前深度偏移方法，該方法基于波動方程而不是程函方程，在地震波有效范圍內(nèi)計算攜帶最大能量的地震波旅行時和振幅，在理論和實際應用上都優(yōu)于基于高頻近似地震波初至的常規(guī)kirchhoff積分偏移算法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是基于單程波動方程，利用波場外推技術(shù)計算攜帶最大能量傳播的地震波的旅行時和振幅，在此基礎上完成最大能量積分法疊前深度偏移。其具體實現(xiàn)步驟包括1、對疊前地震數(shù)據(jù)進行去噪、濾波等預處理過程，建立深度速度模型。
2、在地面設計好觀測網(wǎng)格。在每一個網(wǎng)格點上使用雷克子波模擬震源，根據(jù)輸入的三維深度速度模型，在球坐標系下求解波動方程模擬地震波的傳播過程。
3、將計算出頻率域的地震波場通過反傅立葉變換轉(zhuǎn)換到時間域，然后在時間域擬合地震波場格林函數(shù)能量譜，檢測出最大能量到達的時間和振幅。
4、通過坐標變換將球坐標系下計算的旅行時和振幅場轉(zhuǎn)換到直角坐標系下，以滿足偏移計算的要求。
5、根據(jù)計算好的旅行時和振幅，完成最大能量積分法疊前深度偏移。
6、對疊前深度偏移成像道集進行速度分析，修改深度速度模型。
7、通過迭代，修改深度速度模型，重復步驟2-5，直到偏移結(jié)果滿足精度后輸出最終結(jié)果。
本發(fā)明針對球坐標系的網(wǎng)格呈放射狀的特點，提出自適應變化差分網(wǎng)格計算技術(shù)，實現(xiàn)差分網(wǎng)格自動隨半徑增加逐步變細，以保證有限差分計算精度。
為提高計算效率，本發(fā)明選擇稀疏頻率采樣間隔下進行波場外推計算，利用球坐標系下描述的地震波傳播具有物理因果性的特點，可以合理地避免時間假頻對成像結(jié)果的影響。本發(fā)明采用的具體方法原理如下1)在三維球坐標系中波動方程的Helmholtz形式為 其中U為地震波場，r為外推半徑， 為傾角， 為方位角，-為角頻率，v地震波傳播速度。通過推導，可以得到以下方程組 (2a)
其中a和b是和最大傾角有關的優(yōu)化系數(shù)。 定義為 方程(2b)需要用有限差分法求解，使用因式分解法，將三維問題分解成兩個相對簡單的二維問題，丟掉高階交叉項后，得到最終的差分方程。
其中， 和 在頻率空間域用相移法來求解(2a)，差分法求解方程(3)完成波場外推。所計算的波場包含了地震波傳播的能量和旅行時信息。
2)將以上方程計算的波場反變換到時間域，在時間域使用二次多項式擬合地震波格林函數(shù)能量譜，并使用牛頓疊代法檢測出最大能量到達的時間。公式如下 公式中E是格林函數(shù)能量譜。
3)使用下述公式，完成基于數(shù)值格林函數(shù)計算的最大能量積分法疊前深度偏移 其中， 表示地下網(wǎng)格點到炮點和檢波點的旅行時。 為對應波的振幅值。 為對應波的初相位。公式中的復相位與實波場函數(shù)的乘積可用下面方法計算 其中， 代表Hilbert變換。
發(fā)明的效果本發(fā)明能夠適應復雜三維介質(zhì)，不需要對速度場進行任何平滑，基本不存在角度限制和計算盲區(qū)。該方法結(jié)合了波動方程疊前深度偏移和Kirchhoff疊前深度偏移兩種方法的優(yōu)點，在充分發(fā)揮積分法適應觀測系統(tǒng)、計算量小、成像靈活等優(yōu)點的前提下，能夠完成和波動方程偏移質(zhì)量相近的成像效果，因此是一種兼具精度和效率的方法。


圖1是本方法簡單流程圖。
圖2分別顯示SEG/EAGE鹽丘模型INLINE方向和CROSSLINE方向各一條測線對應的速度模型和偏移結(jié)果效果圖。
圖3顯示勝利某三維探區(qū)本方法和國外同類引進軟件疊前深度偏移結(jié)果的對比效果圖。
具體實施例方式1、理論模型測試實例數(shù)據(jù)情況使用SEG/EAGE鹽丘模型進行測試，該模型是一個國際上通用的測試復雜構(gòu)造成像和其它三維處理技術(shù)效果的理論地質(zhì)模型。本次測試選用數(shù)據(jù)C的窄方位角數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)大小共有6個G，1炮8線式拖纜觀測，記錄長度5秒，8毫秒采樣，每道625個樣點。
旅行時和振幅計算參數(shù)理論震源在地表激發(fā)，根據(jù)數(shù)據(jù)和構(gòu)造情況選擇以下參數(shù)共計算84條炮線，每線84炮，炮間距和線間距都是160米，每炮網(wǎng)格Nx，Ny，Nz分別是241、241、120，Dx，Dy，Dz都是40米。
疊前深度偏移參數(shù)三維疊前深度偏移一共計算200條線，線間距40米；每線有401個CDP點，CDP間距是20米；偏移深度4200米，深度采樣間隔為10米。偏移效果見附圖本方法對鹽丘侵入體的成像輪廓清晰，斷面準確，精度很高。
2、實際數(shù)據(jù)測試實例數(shù)據(jù)情況使用勝利油田某探區(qū)的實際三維數(shù)據(jù)進行測試，處理范圍共有452條測線，580個CDP點；CDP網(wǎng)格25*25米，面積164.5平方公里；采樣間隔4毫秒記錄長度5000毫秒；數(shù)據(jù)大小60GB。首先對疊前地震數(shù)據(jù)進行去噪、濾波等預處理，建立深度速度模型。旅行時和振幅計算參數(shù)理論震源在地表激發(fā)，根據(jù)構(gòu)造情況選擇以下參數(shù)共計算40條炮線，每線50炮，炮間距和線間距都是300米，每炮網(wǎng)格Nx，Ny，Nz分別是241、241、120，Dx，Dy，Dz都是100米。
疊前深度偏移參數(shù)三維疊前深度偏移一共計算452條線，線間距25米；每線有580個CDP點，CDP間距是25米；偏移深度8000米，深度采樣間隔為10米。
對疊前深度偏移成像道集進行速度分析，修改深度速度模型，迭代三次后輸出最終結(jié)果。偏移效果見附圖為方便對比，偏移結(jié)果已轉(zhuǎn)換到時間域。本算法對深層古潛山內(nèi)幕形態(tài)成像，明顯優(yōu)于國外同類成像軟件取得的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.基于最大能量旅行時計算的三維積分疊前深度偏移方法，其特征是基于單程波動方程，利用波場外推技術(shù)計算攜帶最大能量傳播的地震波的旅行時和振幅，在此基礎上完成最大能量積分法疊前深度偏移，其具體實現(xiàn)步驟包括1)、對疊前地震數(shù)據(jù)進行去噪、濾波等預處理過程，建立深度速度模型；2)、在地面設計好觀測網(wǎng)格。在每一個網(wǎng)格點上使用雷克子波模擬震源，根據(jù)輸入的三維深度速度模型，在球坐標系下求解波動方程模擬地震波的傳播過程；3)、將計算出頻率域的地震波場通過反傅立葉變換轉(zhuǎn)換到時間域，然后在時間域擬合地震波場格林函數(shù)能量譜，檢測出最大能量到達的時間和振幅；4)、通過坐標變換將球坐標系下計算的旅行時和振幅場轉(zhuǎn)換到直角坐標系下，以滿足偏移計算的要求5)、根據(jù)計算好的旅行時和振幅，完成最大能量積分法疊前深度偏移；6)、對疊前深度偏移成像道集進行速度分析，修改深度速度模型；7)、通過迭代，修改深度速度模型，重復步驟2-5，直到偏移結(jié)果滿足精度后輸出最終結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于最大能量旅行時計算的三維積分疊前深度偏移方法，其特征是本發(fā)明采用的具體方法如下A)在三維球坐標系中波動方程的Helmholtz形式為 其中U為地震波場，r為外推半徑， 為傾角， 為方位角，-為角頻率，v地震波傳播速度，通過推導，可以得到以下方程組 其中a和b是和最大傾角有關的優(yōu)化系數(shù)， 定義為 方程(2b)需要用有限差分法求解，使用因式分解法，將三維問題分解成兩個相對簡單的二維問題，丟掉高階交叉項后，得到最終的差分方程； 其中， 和 在頻率空間域用相移法來求解(2a)，差分法求解方程(3)完成波場外推；B)將以上方程計算的波場反變換到時間域，在時間域使用二次多項式擬合地震波格林函數(shù)能量譜，并使用牛頓疊代法檢測出最大能量到達的時間；公式如下 公式中E是格林函數(shù)能量譜。C)使用下述公式，完成基于數(shù)值格林函數(shù)計算的最大能量積分法疊前深度偏移 其中， x， g， 表示地下網(wǎng)格點到炮點和檢波點的旅行時； x， g， 為對應波的振幅值； x， g， 為對應波的初相位；公式中的復相位與實波場函數(shù)的乘積可用下面方法計算 其中， 代表Hilbert變換。
全文摘要
本發(fā)明涉及石油地震勘探數(shù)據(jù)處理過程中的疊前深度偏移技術(shù)。具體步驟包括對疊前地震數(shù)據(jù)建立深度速度模型；設計好觀測網(wǎng)格，在球坐標系下求解波動方程模擬地震波的傳播過程；將計算出頻率域的地震波場變換轉(zhuǎn)換到時間域，然后在時間域擬合地震波場格林函數(shù)能量譜，檢測出最大能量到達的時間和振幅；將球坐標系下計算的旅行時和振幅場轉(zhuǎn)換到直角坐標系下；根據(jù)計算好的旅行時和振幅，完成最大能量積分法疊前深度偏移；對疊前深度偏移成像道集進行速度分析，修改深度速度模型；通過迭代，修改深度速度模型，直到偏移結(jié)果滿足精度后輸出最終結(jié)果。本發(fā)明提出自適應變化差分網(wǎng)格計算技術(shù)，實現(xiàn)差分網(wǎng)格自動隨半徑增加逐步變細，以保證有限差分計算精度。
文檔編號G06F17/00GK101021568SQ20071001361
公開日2007年8月22日 申請日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
發(fā)明者匡斌 申請人:匡斌