亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：各向异性三维叠前时间偏移方法
技术领域：
本发明属于油气田和矿产资源地震勘探中反射地震资料处理技术领域，涉及地震 资料处理过程中的叠前偏移成像技术范畴，是三维地震资料偏移成像的各向异性三维叠前 时间偏移方法。
背景技术：
地震勘探中反射地震资料处理过程中，叠前偏移成像是关键的环节，而叠前时间 偏移是叠前偏移成像中的一种重要方法。叠前时间偏移方法可对一类断层较为复杂但速度 横向变化不是很剧烈的地质构造较好成像。与叠前深度偏移方法相比，除具有较高的计算 效率外，其主要的优点是只需使用叠加(均方根)速度；这样可简单地通过速度扫描等方式 得到恰当的速度模型，回避了使用叠前深度偏移方法面临的一个主要困难速度建模。因 此，叠前时间偏移方法已成为地震勘探领域广泛应用的关键技术。影响叠前时间偏移成像效果的因素包括偏移速度、地震波走时计算、偏移计算时 的偏移孔径、计算偏移幅值的权系数、偏移算法实现流程。走时计算与偏移速度共同决定了 反射波能否正确归位，偏移孔径及其应用方式决定了偏移噪音和偏移算法的计算量，权系 数决定了成像幅值能否正确反应地下界面的物性参数变化，偏移算法实现流程对偏移的计 算效率和存储需求有重要影响。对偏移方法而言，成像效果、计算效率和存储需求是评价偏 移方法的重要指标。实验室测试及场地数据表明，许多沉积岩具有各向异性；在偏移算法中忽略介质 的各向异性，将导致错误的偏移归位和丢失(或摸糊)某些地质构造。实际地层的速度各 向异性，可用横向各向同性较好地近似。已有一些叠前时间偏移方法在计算地震波走时考 虑各向异性，但尚没有准确考虑各向异性对地震波幅值的影响，以及如何在各向异性情况 下实现保幅成像。既然在计算地震波走时与幅值时需考虑介质的各向异性，必须研究如何在叠前时 间偏移方法中引入各向异性参数，以及如何估算与偏移算法对应的各向异性参数。类似于 各向同性介质中使用叠加速度进行偏移计算，采用叠加(等效)各向异性参数是一个主流 的选择，这一方法使得各向异性参数建模变得更容易。三维观测已成为海上和陆上地震勘探的主要观测方式，三维观测和三维偏移可对 陡倾角构造正确成像，避免了二维观测和偏移时侧反射波难以正确归位的问题。随着采集 和计算设备的发展，三维采集和三维偏移已变的更容易实现，因此必须发展相应的各向异 性三维叠前时间偏移技术。现行的叠前时间偏移方法是以双平方根方程为基础的，其成像条件实际上使用了 叠前深度偏移的相关成像条件，因此成像时没有补偿地震波传播的几何扩散效应。为获得 保幅的共反射点(CRP)道集，以服务于叠前反演等利用叠前信息进行油气和流体检测的相 应技术，需发展保幅，即幅值能否正确反应地下界面物性参数变化的叠前时间偏移方法。偏移孔径对叠前时间偏移是重要的，较好的偏移孔径对压制偏移噪音和降低偏移计算量有更重要作用。小的偏移孔径可减少偏移计算量，但存在着不能对陡倾角构造正确 成像的风险；过大的孔径又带来了偏移噪音和较大的计算量。偏移孔径的选取与地震波的 入射角度有关，地球介质各向异性改变了地震波的传播路径，相应地改变了入射角度，因此 在确定偏移孔径时需考虑介质的各向异性。对三维地震资料而言，由于采集信号在沿测线 和垂直测线方向有不同的空间采样率，地震资料存在方位角的变化，偏移孔径的选取较二 维情况变得更复杂。

发明内容
本发明的目的是提供一种各向异性介质中的三维叠前时间偏移方法，它通过在 偏移过程中自主决定偏移速度和各向异性参数，正确考虑了地球介质各向异性对地震波走 时和幅值的影响；通过给出保幅成像的权系数，实现了保幅偏移；通过给出考虑各向异性 的三维时变偏移孔径和对偏移孔径边缘区的幅值施加衰减，实现了陡倾角构造成像和压制 偏移噪音；通过在并行计算的各个进程之间合理分配叠前地震资料，实现了高加速比的并 行计算。本发明采用的技术方案是各向异性三维叠前时间偏移方法，具体步骤包括(1)用多条拖缆或多条测线记录人工震源激发的反射地震信号，记录到磁带上；( 从磁带上读取地震信号，对叠前地震资料进行常规的压制噪音处理。针对部分 共中心点，抽取共中心点道集，对抽取的道集作常规的NMO动校正速度拾�。�对所得结果做 横向平均，作为初始偏移速度；(3)将叠前地震资料按偏移距大小排序，对地震资料做偏移孔径相关的相等计算 量分组，将不同组地震资料存放到集群计算机的不同计算节点上；(4)利用初始偏移速度，对已存放到集群计算机各个计算节点上的地震资料，应用 时变偏移孔径的三维各向同性叠前时间偏移方法，进行并行的各向同性偏移计算，收集各 计算节点的偏移结果，形成共反射点道集；(5)依据形成的共反射点道集，确定各向异性偏移使用的偏移速度和各向异性参 数；(6)根据地下构造在不同时间深度的最大倾角、偏移速度、各向异性参数和地震道 的偏移距和方位角，确定时变的三维偏移孔径和对应于偏移孔径的、用于压制偏移噪音的 衰减系数；(7)采用基于单程波算子和稳相点原理的查表法求得各向异性介质中的地震波走 时和保幅成像的权系数；(8)在每个计算节点，对地震资料的所有地震道循环。对每一地震道，由偏移孔 径确定有效的成像区域和区域中各成像点偏移计算的起始成像时间，利用保幅成像的权系 数，从起始成像时间开始计算各成像点的偏移幅值。对偏移孔径边缘区域的成像点，进一步 用衰减系数来衰减偏移幅值。将偏移幅值累加到存放偏移结果的数组中对应的偏移距上；(9)收集各计算节点的偏移结果，对形成的全部共反射点道集做常规的各向同性 剩余动校正，将出现明显拉伸和噪音部分的对应数值置为零，将不同偏移距的偏移结果叠 加，形成偏移叠加剖面；(10)通过显示软件将偏移叠加剖面数值转换为地下反射构造的剖面图像，剖面图像将指示地下构造的形态、断裂部位、断距大小和地层沉积样式及地层的波阻抗特征，用于 确定地下生、储油构造和识别油气储层。所述的将叠前地震资料按偏移距大小排序，对地震资料做偏移孔径相关的相等计 算量分组，将不同组地震资料存放到集群计算机的不同计算节点上是这样实现的设地下 构造在沿测线和垂直测线方向的两个最大倾角为θ y，已得到的横向均勻的初始偏移
速度为^wii(O，计算两个长度值a(T) = Κ““工yf+ COS2(2ΘΧ) + Λ2 sin2(2ΘΧ) — 2cos(2代)[\ + λ2 sin2(2ΘΧ)]'/2b(T) = Vms(T)-Ttan0y式中T是用单程旅行时表达的时间深度，单位是秒，h是地震道的半偏移距，单位 是米，；1 = /2/(巧皿(7>0是无量纲参数。时间深度T处的成像区域可看作以a (T)和b(T)为 长、短半轴的椭圆面。令偏移计算的起始时间深度为Ttl，最大时间深度为T2，而大于T1偏移 孔径将不随时间深度变化，则偏移距为的地震道的相对偏移计算量可近似为G(h) = O(T1)-b(Tx ){Τ2-ΤΧ) (1/ΔΓ) + X α(Τ0 + jAT) ■ b(T0 + JAT)
M式中η = (Τ「Τ。)/ΔΤ是一整数，Δ T是时间深度方向上成像的采样间距，B(T1) 和b(I\)等可由前一个公式计算得到。设地震资料的最大半偏移距为hmax，最小半偏移距为 hmin，偏移距采样间距为Ah，可用整数i= (h_hmin)/Ah+l作为偏移距的索引；统计有相同i 的地震道，可得到偏移距满足hmin+ (i-1) Δ h彡h < hmin+i Δ h的地震道道数Hii (i = 1，1)，其 中1 = (hmax_hmin)Mh+l。记所有Hii中最大的为m」，可得无量纲的权系数P i = G(hmin+(i_l) Ah)/G(hmin+(j-l) ΔΙι)。如集群计算机共有k个核，即希望同时有k个进程并行计算，则计算 叫=(IjAA)/^，可按如下方式确定各进程中包含的地震资料的偏移距索引对进程1，求 满足下式的叫，
/I1M1+1J PiTYil <w0 PlTYil
1=1 (=1若PiTni >2]P1TH1 一m0
/=1 /=1取叫=ηι+1，索引数为i = 1，II1的地震道将分配给进程1 ；对进程2，求满足下 式的n2，
”2n2 +1J P1Ifil <m0< P1TH1
I=M1 +1J=M1+!若
n2M2 +1W0- ^ PiIni > J PiTni — W0取 =n2+l，索引数为i =叫+1，n2的地震道将分配给进程2 ；如此类推，完成全CN 102141633 A
部k个进程的地震资料分配，这样可使得各进程的偏移计算量近似相同。一般集群计算机 的一个计算节点可同时进行几个进程的计算，可将相关进程的地震资料一起存放到这个计 算节点上。所述的依据形成的共反射点道集，确定各向异性偏移使用的偏移速度和各向异性 参数是这样实现的对共反射点道集，利用初始偏移速度做反动校，再做动校正得到新的速 度，对这一速度做空间平滑处理，作为各向异性偏移的初始速度V·。对反动�：蟮墓卜瓷� 点道集，再次利用下式进行各向异性动校正
权利要求
1.一种各向异性三维叠前时间偏移方法，其特征在于采用以下步骤A)用拖缆或测 线记录人工震源激发的反射地震信号，记录到磁带上；B)从磁带上读取地震信号，对叠前 地震资料进行常规的压制噪音处理，针对部分共中心点，抽取共中心点道集，对抽取的道集 作常规的NMO动校正速度拾�。�对所得结果做横向平均，作为初始偏移速度；C)将叠前地震 资料按偏移距大小排序，对地震资料做偏移孔径相关的相等计算量分组，将不同组地震资 料存放到集群计算机的不同计算节点上；D)利用初始偏移速度，对已存放到集群计算机各 个计算节点上的地震资料，应用时变偏移孔径的三维各向同性叠前时间偏移方法，进行并 行的各向同性偏移计算，收集各计算节点的偏移结果，形成共反射点道集；E)依据形成的 共反射点道集，确定各向异性偏移使用的偏移速度和各向异性参数；F)根据地下构造在不 同时间深度的最大倾角、偏移速度、各向异性参数和地震道的偏移距和方位角，确定时变的 三维偏移孔径和对应于偏移孔径的、用于压制偏移噪音的衰减系数；G)采用基于单程波算 子和稳相点原理的查表法求得各向异性介质中的地震波走时和保幅成像的权系数；H)在 每个计算节点，对地震资料的所有地震道循环，对每一地震道，由偏移孔径确定有效的成像 区域和区域中各成像点偏移计算的起始成像时间，利用保幅成像的权系数，从起始成像时 间开始计算各成像点的偏移幅值，对偏移孔径边缘区域的成像点，进一步用衰减系数来衰 减偏移幅值，将偏移幅值累加到存放偏移结果的数组中对应的偏移距上；I)收集各计算节 点的偏移结果，对形成的全部共反射点道集做常规的各向同性剩余动校正，将出现明显拉 伸和噪音部分的对应数值置为零，将不同偏移距的偏移结果叠加，形成偏移叠加剖面；J) 通过显示软件将偏移叠加剖面数值转换为地下反射构造的剖面图像，剖面图像将指示地下 构造的形态、断裂部位、断距大小和地层沉积样式及地层的波阻抗特征，用于确定地下生、 储油构造和识别油气储层。
2.根据权力要求1所述的一种各向异性三维叠前时间偏移方法，其特征在于在C步 骤中，所述的将叠前地震资料按偏移距大小排序，对地震资料做偏移孔径相关的相等计算 量分组，将不同组地震资料存放到集群计算机的不同计算节点上是这样实现的设地下构 造在沿测线和垂直测线方向的两个最大倾角为θ y，已得到的横向均勻的初始偏移速 度为^mi(T)，计算两个长度值a(T) 二λ + ^\2θχ) + λ28 η\2θ^-2οοΒ(2θχ)[\ + λ2 sm2(10x)Tsin(2《)vKO = Vms(T)Ttaney式中T是用单程旅行时表达的时间深度，单位是秒，h是地震道的半偏移距，单位是米， 夂二 VdiOTO是无量纲参数，时间深度T处的成像区域可看作以a(T)和b(T)为长、短半 轴的椭圆面，令偏移计算的起始时间深度为Ttl，最大时间深度为T2，而大于T1偏移孔径将不 随时间深度变化，则偏移距为池的地震道的相对偏移计算量可近似为GQi) = α{Τλ)-b(T,)(T2 -η)(1/ΔΓ) +1 α(Τ0 + jAT)·b(T0 + jAT)7=1式中n= (T1-Ttl)/Δ T是一整数，ΔΤ是时间深度方向上成像的采样间距，a(I\)和b(I\) 等可由前一个公式计算得到，设地震资料的最大半偏移距为hmax，最小半偏移距为hmin，偏移 距采样间距为Ah，可用整数i = (h_hmin)/Ah+l作为偏移距的索引；统计有相同i的地震道，可得到偏移距满足hmin+ (i-1) Δ h彡h < hmin+i Δ h的地震道道数Hii (i = 1，1)，其中1 = (hmax-hmin)/Ah+l，记所有Hii中最大的为Hij,可得无量纲的权系数P丄=G(hmin+(i_l) Ah)/ G(hmin+(j-l) Ah)；(ι \ /如集群计算机共有k个核，即希望同时有k个进程并行计算，则计算Y4PlTni k,ν '=I )!可按如下方式确定各进程中包含的地震资料的偏移距索引对进程1，求满足下式的Ii1,Iil+1YiPlIni <m0<J^ PiInli=l i=\若ηλW1+!讲0-Σ Aw, > Σ Aw,-%取叫二叫+丨，索引数为i =丨，叫的地震道将分配给进程丨；对进程？，求满足下式的 ，"2 2+1Σ p>mi ^wO ^ Σ P'm> /=^1+1 /=^1+1若n2H1 +1^ο-Σ p<m'> Σ p<mi~moJ=^1+1 = | +1取 =n2+l，索引数为i = ni+l，n2的地震道将分配给进程2 ；如此类推，完成全部k 个进程的地震资料分配，这样可使得各进程的偏移计算量近似相同；一般集群计算机的一 个计算节点可同时进行几个进程的计算，可将相关进程的地震资料一起存放到这个计算节；卜.ο
3.根据权力要求1所述的一种各向异性三维叠前时间偏移方法，其特征在于在E步 骤中，所述的依据形成的共反射点道集，确定各向异性偏移使用的偏移速度和各向异性参 数是这样实现的对共反射点道集，利用初始偏移速度做反动校，再做动校正得到新的速 度，对这一速度做空间平滑处理，作为各向异性偏移的初始速度V·，对反动�：蟮墓卜瓷� 点道集，再次利用下式进行各向异性动校正一 二 ^綱么扣例+ 1啊F^ff4(1+ η)4(1+ η) V(1 + 2η)^οH(2h) = (2Tf + ~(2/ ),(1 + 2T1F丄。式中h是地震道的半偏移距，单位是米，T是用单程旅行时表达的时间深度，单位是秒， n是无量纲的各向异性参数，可根据叠加能量最大和n的空间联续性，S卩n的横向变化不 应过大，确定各空间点的各向异性参数η ；再分别取速度为0.95V·和1.05V·进行上式各 向异性动校正，(0.95V·，η)、(Vnmo, n)和(1.05V·，n)三组参数中使叠加能量最大、同 相轴最平直的那组即是该点最终的偏移速度和各向异性参数，对全部各向异性参数还需进 行空间平滑处理。
4.根据权力要求1所述的一种各向异性三维叠前时间偏移方法，其特征在于在F步 骤中，所述的根据地下构造在不同时间深度的最大倾角、偏移速度、各向异性参数和地震道的偏移距和方位角，确定时变的三维偏移孔径和对应于偏移孔径的、用于压制偏移噪音的 衰减系数是这样实现的用一组整数("K,咚)(/ = 1,幻描述三维偏移孔径，其中k是有效 成像区域中总的离散点数，令ΔΧ和Ay是偏移成像结果在两个水平坐标方向的空间采样， ΔΤ是时间深度方向的采样，则是成像区域中某离散点与地震道中心点的沿两 个水平坐标方向的距离，而是该点偏移计算的起始成像时间；令地震道中心点坐标为 和<Δ^，引入时变的偏移孔径，就是在该地震道的偏移计算中，对成像区域中水平坐标 为和如的点(i = 1，k)，仅从Γ = 开始进行偏移计算；在几个关键深度，定义地质构造在沿测线和垂直测线方向的最大倾角为《和《，构建如 下不等式方程组
5.根据权力要求1所述的一种各向异性三维叠前时间偏移方法，其特征在于在G步 骤中，所述的采用基于单程波算子和稳相点原理的查表法求得各向异性介质中的地震波走 时和保幅成像的权系数是这样实现的定义
全文摘要
各向异性三维叠前时间偏移方法，应用于地震勘探中反射地震资料处理，是针对三维采集地震资料的叠前偏移成像方法。该方法考虑地球介质速度各向异性对地震波传播的走时和幅值的影响，能在偏移过程中自主决定偏移速度和各向异性参数，因而能得到归位准确、保幅的偏移图像。该方法根据地下构造时变的倾角确定各向异性介质中的三维时变偏移孔径，且能在偏移过程中同时压制偏移噪音。该方法通过在集群计算机的计算节点间合理分配地震资料，实现高效的并行计算。该方法的核心是应用深度偏移的单程波算子和稳相点原理求得各向异性介质中地震波的走时、幅值、成像权系数以及入射角度。该方法对油气、矿产资源勘探有重要应用价值。
文档编号G01V1/28GK102141633SQ201010597160
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者井涌泉, 张剑锋, 张江杰, 张 浩 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所