阅读说明：本技术 基于不规则模型孔径的共偏移距Kirchhoff叠前深度偏移成像方法 (Common offset Kirchhoff prestack depth migration imaging method based on irregular model aperture ) 是由 孙章庆 韩复兴 刘明忱 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于不规则模型孔径的共偏移距Kirchhoff叠前深度偏移成像方法,针对常规矩形孔径存在的的宽度太小虽能压制浅层偏移噪声,但会降低深部成像质量,太大虽能保证深部成像效果,但会引入更强偏移噪声而降低浅部成像质量等问题,综合考虑偏移距大小和成像模型空间的最大深度,设计一种浅部窄深部宽的不规则模型空间偏移孔径,并采用不等距网格剖分该不规则孔径和仅在不规则模型孔径中计算走时表,再实施共偏移距域Kirchhoff叠前深度偏移成像。该方法能有效压制浅层偏移噪声并保证深部成像质量,因不需计算不规则孔径外的走时表而能提高计算效率,在不过多增加计算量的前提下尽可能的提高深层偏移孔径的范围,进而提高深部甚至是超深部成像质量等优势。(The invention relates to a common offset Kirchhoff prestack depth migration imaging method based on irregular model apertures, which aims at the problems that although the width of a conventional rectangular aperture is too small, shallow layer migration noise can be suppressed, deep portion imaging quality can be reduced, and although the width of the conventional rectangular aperture is too large, deep portion imaging effect can be guaranteed, stronger migration noise can be introduced, shallow portion imaging quality is reduced and the like. The method can effectively suppress shallow layer offset noise and ensure deep imaging quality, can improve the calculation efficiency because a travel time table outside the irregular aperture is not required to be calculated, and can improve the range of the deep layer offset aperture as much as possible on the premise of not increasing the calculation amount so as to improve the deep and even ultra-deep imaging quality and the like.)

基于不规则模型孔径的共偏移距Kirchhoff叠前深度偏移成 像方法

技术领域

本发明属于地球物理地震数据处理技术领域，具体涉及一种地震偏移成像方法，特别涉及一种针对偏移成像中的偏移孔径问题的基于不规则模型孔径的共偏移距Kirchhoff叠前深度偏移成像方法。

背景技术

由于具备计算效率高、成像质量稳定、速度模型不准的低敏感性、易于实施偏移速度分析等优势，共偏移距Kirchhoff叠前深度偏移成像方法仍然是目前石油工业界油气勘探领域主要和主流采用的地震成像方法。常规的共偏移距Kirchhoff叠前深度偏移成像方法的成像质量受很多因素控制，其中偏移孔径是至关重要的一个。如何设计合理的孔径范围和形态，直接决定着偏移方法的成像质量、计算效率、偏移噪声压制等特性。鉴于此，需设计一种地震偏移成像方法专门针对共偏移距Kirchhoff叠前深度偏移成像方法的模型空间中的偏移孔径问题。

关于偏移孔径的问题，《石油地球物理勘探》2014年05期公开了刘和年等的“地层倾角约束自适应孔径叠前时间偏移”，该文利用地层倾角对经典矩形偏移孔径公式进行校正，从而确定成像效果较理想的矩形偏移孔径；《石油地球物理勘探》2016年03期公开了陈志德等的“黏滞介质吸收补偿叠前时间偏移的倾角道集孔径优选”，该文提出了最佳偏移孔径的概念，其认为同相轴以稳相点为中心两侧存在明显的道集时差和振幅变化，同相轴集中弯曲的顶点为稳相点，而稳相点邻域的同相轴***直部分即为最佳偏移孔径；《石油地球物理勘探》2017年03期公开了吴吉忠等的“倾角域自适应孔径叠前时间偏移”，该文提出了根据地层倾角自适应地确定偏移孔径的方法；《地球物理学进展》2018年06期公开了初海红的“结合稳相的高效粘弹性叠前时间偏移方法及应用”，该文提出统一的偏移孔径无法满足成像质量要求，偏移孔径需要考虑模型空间速度介质的变化问题；《东北石油大学学报》2019年03期公开了李雪英等的“基于两步扫描法的Kirchhoff时间最优偏移孔径”，该文采用两步扫描法研究了成像倾角和地震波主频对菲涅尔带的影响，进而自适应地确定了成像倾角和菲涅尔带，并基于此建立了最优偏移孔径的数据驱动确定方法。上述这些研究，对偏移孔径展开了深入的研究，凸显了偏移孔径的重要性，但它们针对的均为叠前时间偏移方法。

叠前深度偏移方法具有更高的成像质量且更易适应复杂介质，目前采用均匀单一的偏移孔径。通常偏移孔径可以是全空间，即单炮数据、对应的每一道均对地下成像空间中的所有成像点进行成像。但实际上这种全孔径的成像会引入很多没必要的偏移噪声，同时还会大幅增加计算量。另外，在模型空间也有采用矩形偏移孔径的，即偏移算法在计算地下点成像值时，仅计算炮点和接收点之间的一段矩形区域，这样的处理方式能大幅度的压制偏移噪声。这种矩形的偏移孔径，若是过窄，则可大大压制浅层偏移噪声而获得较好的浅层成像效果，但在深层往往由于参与偏移计算的能量信息不足而导致成像质量较差；若是过宽，则深层的成像质量较为理想，但浅层在成像时会引入大量的偏移噪声而导致成像质量下降严重。尤其是遇到数据资料质量不太理想时，这种“一刀切”式的偏移孔径确定方式的成像质量更难以保证。实际上，在进行偏移孔径确定时，需要考虑如下核心问题：如何设计一个偏移孔径，在浅层可以压制偏移噪声提高浅部成像质量，在深层可以扩大有效信号来源而较好的保证深部成像质量，同时还能兼顾成像质量和成像效率。

针对上述问题，需研发一种新型叠前深度偏移成像方法，使得地震数据在进行Kirchhoff偏移成像时得到更加清晰的成像效果，在压制成像噪声的同时兼顾成像效率。

发明内容

本发明的目的在于针对宽或窄矩形孔径存在引入大量偏移噪声或大量丢失有效信号，无法兼顾浅、深层成像质量、成像效率和偏移噪声压制的问题，提出一种基于不规则模型孔径的共偏移距Kirchhoff叠前深度偏移成像方法。

本发明的目的是通过以下技术方案及步骤实现的：

一种基于不规则模型孔径的共偏移距Kirchhoff叠前深度偏移成像方法，包括以下步骤：

a、读入共偏移距地震数据、观测系统、偏移参数、偏移速度模型等信息，它们构成本发明方法的已知条件；

b、根据步骤a读入的已知条件，先基于常规偏移孔径选取方法，根据偏移距大小2d，构建一个宽度为2L，深度为成像模型空间最大深度H的矩形偏移孔径，然后在该矩形孔径中去除深度小于h(x)的部分(其中：h(x)的表达式为下列分段函数：

即可生成一个浅部窄而深部宽的模型空间中的不规则偏移孔径，其中：构建分段函数h(x)时，建立的局部直角坐标系是以炮点S和接收点R间的中点O为坐标原点，

方向为x轴正方向，向地下深度增加的方向为h轴的正方向，r为生成孔径不规则边界的光滑连续曲线的曲率半径，同时为了保证孔径随深度增加逐渐变宽并平滑过渡到矩形孔径的最大宽度2L，此处需要限定：r≤H、L≤(r+d)；

c、根据步骤a输入的偏移参数(成像空间的网格间距)，采用不等距网格剖分模型空间中的不规则偏移孔径，并赋值网格节点上的偏移速度值和初始化成像值；

d、在步骤c的不等距网格中，分别以某一共偏移距道集的所有炮检点为震源点，采用射线追踪方法计算共偏移距道集中所有道集偏移成像所需的走时表；

e、在步骤d的基础上，采用Kirchhoff叠前深度偏移方法，在步骤c的不规则偏移孔径网格中，对该共偏移距道集实施偏移成像获取其成像值；

f、对所有的共偏移距道集，重复上述步骤b-e：分别生成对应的不规则偏移孔径、采用不等距网格剖分不规则孔径、计算不规则孔径中的走时表、实施Kirchhoff偏移，然后叠加求和得到最终的成像结果，并输出模型空间中最终的偏移成像值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明设计的浅部窄深部宽的不规则偏移孔径，在浅层可以压制偏移噪声提高浅部成像质量，在深层可以扩大有效信号来源从而较好的保证深部成像质量，进而综合达到兼顾浅部和深部成像质量的目的；

2、需要计算不规则模型孔径边界之外的计算区域的走时表，大大提高了偏移算法的计算效率，进而达到了兼顾成像质量和效率的目的；

3、基于以上两方面的优势，在设计偏移孔径时，还可以尽可能的提高深层成像孔径范围，进而达到在不过多增加计算量的前提下保证深层甚至是超深层的成像质量。

附图说明

图1本发明基于不规则模型孔径的共偏移距Kirchhoff叠前深度偏移成像方法的整体流程图；

图2建立不规则孔径的实现示意图；

图3a成像空间偏移速度模型；

图3b共偏移距地震数据；

图4a-图4d实施实例成像效果对比分析采用的不同形态的偏移孔径，图4a满模型空间的矩形偏移孔径，图4b宽度为2.0km的矩形孔径，图4c宽度为1.0km的矩形孔径，图4d本发明的不规则偏移孔径；

图5a采用满模型空间矩形偏移孔径成像结果；

图5b采用宽度为2.0km的矩形孔径的成像结果；

图5c采用宽度为1.0km的矩形孔径的成像结果；

图5d采用不规则偏移孔径的成像结果；

图6对应于本发明方法整体流程图的实例实施过程详解图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明针对常规矩形孔径的宽度太小虽能压制浅层偏移噪声，但会大大降低深部成像质量；孔径宽度太大虽能保证深部成像效果，但会引入更强偏移噪声进而降低浅部成像质量等问题。综合考虑偏移距大小和成像模型空间的最大深度，提出一种浅部窄深部宽的不规则模型空间偏移孔径，并采用不等距网格剖分该不规则孔径和仅在不规则模型孔径中计算走时表，然后实施共偏移距域Kirchhoff叠前深度偏移成像，包括如下步骤：

a、读入共偏移距地震数据、观测系统、偏移参数、偏移速度模型等信息，它们构成本发明方法的已知条件；

b、根据步骤a读入的已知条件，如图2所示：先基于常规偏移孔径选取方法，根据偏移距大小2d，构建一个宽度为2L，深度为成像模型空间最大深度H的矩形偏移孔径，然后在该矩形孔径中去除深度小于h(x)的部分(其中：h(x)的表达式为下列分段函数：

即可生成一个浅部窄而深部宽的模型空间中的不规则偏移孔径，其中：构建分段函数h(x)时，建立的局部直角坐标系是以炮点S和接收点R间的中点O为坐标原点，

方向为x轴正方向，向地下深度增加的方向为h轴的正方向，r为生成孔径不规则边界的光滑连续曲线的曲率半径，同时为了保证孔径随深度增加逐渐变宽并平滑过渡到矩形孔径的最大宽度2L，此处需要限定：r≤H、L≤(r+d)；

c、根据步骤a输入的偏移参数(成像空间的网格间距)，采用不等距网格剖分模型空间中的不规则偏移孔径，并赋值网格节点上的偏移速度值和初始化成像值；

d、在步骤c的不等距网格中，分别以某一共偏移距道集的所有炮检点为震源点，采用射线追踪方法计算共偏移距道集中所有道集偏移成像所需的走时表；

e、在步骤d的基础上，采用Kirchhoff叠前深度偏移方法，在步骤c的不规则偏移孔径网格中，对该共偏移距道集实施偏移成像获取其成像值；

f、对所有的共偏移距道集，重复上述步骤b-e：分别生成对应的不规则偏移孔径、采用不等距网格剖分不规则孔径、计算不规则孔径中的走时表、实施Kirchhoff偏移，然后叠加求和得到最终的成像结果，并输出模型空间中最终的偏移成像值。

为了更好的说明上述具体实施方式的效果，下面给出一个具体实例：

实施例

a、如图6a所示，读入共偏移距地震数据、观测系统、偏移参数、偏移速度模型等信息，它们构成本发明方法的已知条件。在具体实施时，图3a给出了成像空间偏移速度模型的基本形态，模型大小为44.0km×7.7km；图3b给出了共偏移距地震数据，此处显示了一零偏移距地震数据；观测系统主要涉及道间距和炮间距均为50.0m，炮数为896炮；偏移参数主要涉及时间采样间隔为4.0ms，采样点数为2000，模型空间的网格间距为5.0m。

b、根据步骤a读入的已知条件，如图2所示：先基于常规偏移孔径选取方法，根据偏移距大小2d，构建一个宽度为2L，深度为成像模型空间最大深度H的矩形偏移孔径，然后在该矩形孔径中去除深度小于h(x)的部分(其中：h(x)的表达式为下列分段函数：

即可生成一个浅部窄而深部宽的模型空间中的不规则偏移孔径，其中：构建分段函数h(x)时，建立的局部直角坐标系是以炮点S和接收点R间的中点O为坐标原点，方向为x轴正方向，向地下深度增加的方向为h轴的正方向，r为生成孔径不规则边界的光滑连续曲线的曲率半径，同时为了保证孔径随深度增加逐渐变宽并平滑过渡到矩形孔径的最大宽度2L，此处需要限定：r≤H、L≤(r+d)。因为是零偏移距数据，所以不规则偏移孔径的形态如图4d所示，其中：d＝0.0km、H＝7.7km、r＝5.0km、L＝5.0km，此孔径为一个典型的浅部窄深部宽的不规则孔径，孔径越往深部越宽，逐渐连续平滑过渡为矩形宽度孔径。此外，为了对比成像质量还设计了不同大小的矩形偏移孔径：图4a-c的矩形孔径的宽度分别是10.0km、2.0km和1.0km。

c、如图6c所示，根据步骤a输入的偏移参数(成像空间的网格间距)，采用不等距网格剖分模型空间中的不规则偏移孔径，并赋值网格节点上的偏移速度值和初始化成像值；

d、如图6d所示，在步骤c的不等距网格中，分别以某一共偏移距道集的所有炮检点为震源点，采用射线追踪方法计算共偏移距道集中所有道集偏移成像所需的走时表；

e、如图6e所示，在步骤d的基础上，采用Kirchhoff叠前深度偏移方法，在步骤c的不规则偏移孔径网格中，对该共偏移距道集实施偏移成像获取其成像值；

f、如图6f所示，对所有的共偏移距道集，重复上述步骤b-e：分别生成对应的不规则偏移孔径、采用不等距网格剖分不规则孔径、计算不规则孔径中的走时表、实施Kirchhoff偏移，然后叠加求和得到最终的成像结果，并输出模型空间中最终的偏移成像值。

如图5a-图5d所示，与常规的均匀矩形偏移孔径对比发现：

1、均匀的矩形偏移孔径随着孔径宽度的逐渐减小，图5a-图5c分别对应于图4a-图4c偏移孔径的成像结果，浅层偏移噪声逐渐得到压制，如图5a-图5c所示，浅部椭圆圈定的区域，当偏移孔径宽度很大时见图5a，浅部的偏移噪声非常发育，但是深部偏移的成像质量却大大降低了，如图5a-图5c中深部椭圆圈定的区域，当孔径的宽度缩小到1.0km时，深部很多的高陡构造基本不成像了；

2、采用本发明的如图4d所示的浅部窄深部宽的不规则偏移孔径的成像结果见图5d，既能很好的压制浅层的偏移噪声，图5d浅部椭圆圈定的区域，又能很好的保证深部高陡构造的成像质量，图5d深部椭圆圈定的区域；

3、采用本发明不规则偏移孔径需要计算走时表的模型空间的大小仅为满矩形孔径的48.96％，对比图4a、图4d可知。

综上所述，本发明的偏移方法能够很好的同时保证浅部和深部的成像质量，并兼顾计算效率。