一种考虑倾角时差的反射点位置确定方法
阅读说明：本技术 一种考虑倾角时差的反射点位置确定方法 (Reflection point position determination method considering dip angle time difference ) 是由 李启成 孙敬雯 刘倩 郑新娟 于 2021-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于地震勘探技术领域,具体涉及一种考虑倾角时差的反射点位置确定方法。目前地震反射波勘探都用到偏移归位方法确定反射面,但偏移归位需要绘制公切线,这一定会存在较大的误差。本发明在用地震勘探确定反射面倾角的基础上,首次提出用反射面倾角确定反射点的位置,并准确实现；本发明还首次提出用理论数据检验勘探理论的方法,理论数据具有实际地震记录不具备的准确性。无论对地震勘探的实践,还是对地震勘探的理论或教学,都具有深刻的理论和实践价值。(The invention belongs to the technical field of seismic exploration, and particularly relates to a method for determining the position of a reflection point by considering dip angle time difference. At present, the seismic reflection wave exploration uses an offset homing method to determine a reflecting surface, but the offset homing needs to draw a common tangent line, which has a larger error. On the basis of determining the inclination angle of the reflecting surface by seismic exploration, the invention firstly provides the method for determining the position of the reflecting point by using the inclination angle of the reflecting surface and accurately realizes the method; the invention also provides a method for detecting the exploration theory by using theoretical data for the first time, wherein the theoretical data has accuracy which is not possessed by actual seismic records. The method has profound theoretical and practical values for the practice of seismic exploration and the theory or teaching of seismic exploration.)
技术领域
本发明属于地震勘探技术领域，具体涉及一种考虑倾角时差的反射点位置确定方法。
背景技术
在地震勘探中，用反射波方法确定反射面位置需要用到动校正，经过动校正后确定了共中心点法线深度后，需要采用偏移归位的方法，确定反射面的位置。
参考文献：陆基孟,王永刚.地震勘探原理[M].第三版,山东东营:中国石油大学出版社,2011,第35页,第201页.
用偏移归位法确定反射面位置的方法如下：
如图1，根据相关公式计算出共中心点的法线深度hM，以共中心点M1为圆心，以对应的法线深度hM为半径画弧，可以得到如图1的半圆弧，此半圆弧上的任意一点，如A，B，C...，等，都可能是反射面上的反射点，所以根据一个共中心点的数据不能唯一的确定反射点。但是可以根据多个共中心点数据，如M1，M2，M3...，等，为圆心，以各自对应的法线深度hM1，hM2，hM3...为半径画弧，得到一系列圆弧，如图2，这些圆弧的包络线，或公切线就是反射面的位置，包络线实质也是对法线深度曲线平滑的结果。
由上面的分析可以看出，用偏移归位法确定反射面需要绘制公切线，而公切线的绘制有较大的人为因素，存在误差较大是必然的。
发明内容
为了减小误差，我们引入倾角时差的概念。如图3所示，O为地震波激发点，该激发点的法线深度为h，水平地面上有两个等炮检距X的接收点S和S’，RR’是地震波反射面，反射面倾角为φ，反射面以上介质地震波传播速度是v，对于接收点S，其下行波旅行时ts用公式(1)计算；
当x/2h<<1时，将公式(1)用泰勒级数展开，略去2次幂以上的高次项得：
公式(2)中是激发点(O点)处的自激自收时间；
对于S’点，其上行波旅行时ts'为：
同理，当x/2h<<1时，将公式(3)用泰勒级数展开，略去2次幂以上的高次项得：
将震源两边等距离的两观测点反射波旅行时相减，得到倾角时差Δtd为：
在O点两边炮检距为x的两点上测出倾角时差后，可以用公式(6)估算斜面倾角φ，公式(6)是公式(5)的变形；
这样在确定反射面时，可以用目前的反射波勘探方法确定共中心点法线深度，再用公式(6)确定反射面倾角，最后用公式(7)和(8)确定共中心点对应的反射点坐标。
如图4，φ为反射面倾角，x0为共中心点M的水平坐标绝对值，y1是反射点竖直方向坐标绝对值，x1是反射点距离共中心点的水平距离绝对值，z为反射点的水平坐标绝对值。
当Δtd＞0时，反射点在共中心点的左侧，反射点的位置坐标绝对值为：
z＝x0-x1 y＝y1＝hcosφ (7)
公式(7)中z为反射点的水平坐标绝对值，y为反射点竖直坐标绝对值；
当Δtd＜0时，反射点在共中心点的右侧，反射点的位置坐标绝对值为：
z＝x0+x1 y＝y1＝hcosφ (8)
用公式(7)和(8)确定反射面的方法称为考虑倾角时差的反射点位置确定方法并根据反射点位置确定反射面。
考虑到叙述的完整性，我们在用偏移归位法确定反射面方法的基础上，实现并验证用改进方法确定反射面的理论。
为了验证我们提出改进方法确定反射面的准确性，必须有一个已知的反射面。但在自然界中发现一个信息完全被准确掌握的反射面几乎是不可能的。为了得到地震波走时准确数据，提出通过理论模型获得数据，这可以为以后的地震勘探理论提供验证方法。如图5中倾斜反射面R，反射面倾角为φ，通过理论计算可以得到地震波旅行时t随位置坐标x的变化关系。以O点为激发点，O点的法线深度为h，地震波波速为v，x为观测点坐标，在上行方向接收到的地震波旅行时t用公式(3)计算；D点的法线深度为h’，如果以D点为激发点，在下行方向接收到的地震波旅行时t用公式(1)计算。
一种考虑倾角时差的反射点位置确定方法，其实施方式流程图如图7所示。具体流程如下：
步骤1：建立多次覆盖观测系统，记录激发点和接收点的位置坐标，掌握反射目标层以上介质的地震波波速和目标层的法线深度变化范围，用公式(9)计算出目标层的自激自收时间(t0)的变化范围；
公式(9)中v是地震波波速，h是目标层的法线深度；
步骤2：激发地震波，在接收点记录地震波旅行时t；
通过理论模型获得图5中上行反射波走时的计算方程为公式(10)：
步骤3：抽道集：把同一共中心点道集的地震记录集中到一起；
步骤4：动校正和水平叠加：选择一个共中心点道集，在确定了波速和自激自收时间(t0)变化范围的基础上，按一定步长，由小到大增加波速和自激自收时间(t0)，用公式(11)计算动校正量；
公式(11)中Δtφ为动校正量；
在地震波波速和自激自收时间(t0)的变化范围内，改变地震波波速和自激自收时间(t0)，用公式(12)计算共中心点的自激自收时间(t0M)，对该共中心点的自激自收时间(t0M)剖面进行水平叠加，采用振幅最大者对应的共中心点的自激自收时间为实际的共中心点自激自收时间(t0M)；
t0M＝t-Δtφ (12)
目前地震勘探工作中常用多次覆盖观测系统，以确定共中心点的法线深度；多次覆盖观测系统就是在不同激发点、不同接收点对同一反射点进行勘探；这样的目的之一是为了减少单独一次勘探造成的偶然误差；另外一个目的是为了准确地确定公式(11)中的动校正量；公式(11)中计算动校正量需要准确掌握地震波波速和自激自收时间(t0)，当波速(v)和自激自收时间(t0)不能准确掌握的条件下，用共中心点动校正勘探；
用共中心点动校正确定反射点的原理是：对同一共中心点勘探记录(本次勘探有三个记录)，在一定范围内选择地震波波速和自激自收时间(t0)，计算每条勘探记录的动校正量，使动校正后的每条勘探记录在共中心点的自激自收时间(t0M)都相等；动校正后的每条勘探记录在共中心点的自激自收时间都必然相等，因为每条记录勘探的是同一反射点；
具体做法是，在确定了波速和自激自收时间(t0)变化范围的基础上，按一定步长，由小到大增加波速和自激自收时间(t0)，按一定顺序把它们排列组合，确定动校正量，进而确定每条记录在共中心点的自激自收时间(t0M)；在上述工作基础上，把由相同波速和相同自激自收时间(t0)得到的共中心点的自激自收时间(t0M)进行水平叠加，叠加后振幅最大者就是我们需要的最佳波速和最佳自激自收时间(t0)，在此基础上，用公式(12)计算得到实际的共中心点的自激自收时间(t0M)，详细的步骤参看图7；
步骤5：用公式(13)计算共中心点法线深度；
公式(13)中，hM为共中心点的法线深度；
步骤6：重复步骤4，完成所有的共中心点法线深度的计算；
步骤7：以共中心点为激发点激发地震波，在两侧等炮检距处接收地震波，记录炮检距和地震波走时；
步骤8：用公式(6)计算得到反射面的倾角φ，用公式(7)或(8)计算所有反射点的位置坐标；
公式(6)中，φ为反射面倾角，Δtd为倾角时差；
如图4，φ为反射面倾角；
当Δtd＞0时，实际的反射点在共中心点的左侧，反射点的位置坐标绝对值为：
z＝x0-x1 y＝y1＝hcosφ 又(7)
公式(7)中，x0为激发点坐标绝对值，y1是反射点竖直方向坐标绝对值，x1是反射点距离激发点的水平距离绝对值，z为反射点的水平坐标绝对值，y亦为反射点竖直坐标绝对值；
当Δtd＜0时，实际的反射点在共中心点的右侧，反射点的位置坐标绝对值为：
z＝x0+x1 y＝y1＝hcosφ 又(8)
步骤9：绘制射线平面内反射面的深度剖面。
有益技术效果：
本发明属于地震勘探技术领域，具体涉及一种考虑倾角时差的反射点位置确定方法。目前地震反射波勘探都用到偏移归位方法确定反射面，但偏移归位需要绘制公切线，这一定会存在较大的误差。本发明在用地震勘探确定反射面倾角的基础上，首次提出用反射面倾角确定反射点的位置，并准确实现；本发明还首次提出用理论数据检验勘探理论的方法，理论数据具有实际地震记录不具备的准确性。无论对地震勘探的实践，还是对地震勘探的理论或教学，都具有深刻的理论和实践价值。
附图说明
图1为本发明实施例的用一个共中心点确定反射点示意图；
图2为本发明实施例的用偏移归位法确定反射面位置示意图；
图3为本发明实施例倾角时差示意图；
图4为本发明实施例反射点的位置坐标示意图；
图5为本发明实施例获取地震记录用的反射面示意图；
图6为本发明实施例共中心点勘探观测系统；
图7为本发明实施例共中心点动校正流程图；
图8为本发明实施例共中心点动校正和水平叠加结果；
图9为本发明实施例共中心点动校正勘探结果；
图10为本发明实施例勘探结果与实际反射面的比较。
具体实施方式
具体步骤：
步骤1：建立多次覆盖观测系统，如图6；记录激发点和接收点的位置坐标，掌握反射目标层以上介质的地震波波速和目标层的法线深度变化范围，用公式(9)计算出目标层的自激自收时间(t0)的变化范围；
如图6，为共中心点勘探多次覆盖观测系统测线；AB为勘探线，BC为反射面；为简洁起见，在勘探线上，仅设置四个共中心点，分别为M1、M2、M3、M4，其中M1点的位置坐标为30m，M2点的位置坐标为110m，M3点的位置坐标为190m，M4点的位置坐标为290m；本次勘探采用三次覆盖；用公式(3)计算地震上行波旅行时过程中，地震波波速v取400.0m/s；h是激发点处目标层的法线深度，其数值等于图6中AC的距离；本次勘探线上的A点的法线深度取300m，这是本次勘探范围内最大的法线深度，其余激发点的法线深度根据其位置具体计算；反射面倾角φ＝5°；通过公式(3)的计算得到地震波旅行时t，也就相当于得到了地震记录；
勘探前不可能准确掌握上述信息，但可以掌握地震波波速和目标层的法线深度的变化范围，本次探测目标层的法线深度变化范围取h＝250m-300m，波速变化范围取v＝350m/s-450m/s，自激自收时间t0变化范围取大一些为0.01s-2.00s；
以共中心点M1勘探为例说明勘探方法；在0m处激发地震波，在60m处接收地震波，记录地震波旅行时；再在10m处激发地震波，在50m处接收地震波，记录地震波旅行时；最后在20m处激发地震波，在40m处接收地震波，记录地震波旅行时；其余共中心点的勘探方法与M1点的方法相同；
步骤2：激发地震波，在接收点记录地震波旅行时t；
地震波旅行时记录来自于公式(3)的理论计算，勘探用的测线如图6；对M1，M2，M3，和M4共四个共中心点进行勘探，得到的地震波旅行时记录如表1至表4的第一列、第二列和三列数据；
表1共中心点M1的勘探记录和勘探结果
表2共中心点M2的勘探记录和勘探结果
表3共中心点M3的勘探记录和勘探结果
表4共中心点M4的勘探记录和勘探结果
步骤3：抽道集：把同一共中心点道集的地震记录集中到一起；
本次勘探采用三次覆盖观测系统，如图6，把准备勘探的四个共中心点M1，M2，M3和M4的共中心点地震记录集中放在一起；
步骤4：动校正和水平叠加：选择一个共中心点道集，在确定了波速和自激自收时间(t0)变化范围的基础上，波速v的步长取为1，从350m/s增到450m/s；自激自收时间(t0)的步长取为0.01，从0.01s增到2.00s；用公式(11)计算动校正量Δtφ，用公式(12)确定不同的共中心点自激自收时间(t0M)，对所有共中心点的自激自收时间(t0M)剖面进行水平叠加，采用振幅最大者对应的时间为共中心点的最佳自激自收时间(t0M)；
公式(11)中Δtφ为动校正量，x为炮检距，v为地震波速度；
t0M＝t-Δtφ 又(12)
计算过程中得到的共中心点的最佳自激自收时间(t0M)、最佳速度v和最佳t0，见表1至表4中第四列、第五列和第六列；图8中a-d分别为共中心点M1、M2、M3、和M4的共中心动校正结果和水平叠加结果；其中位于下面的三个图分别为三个共中心点动校正结果，最上面的图为水平叠加结果；
步骤5：用公式(13)计算共中心点法线深度；
公式(13)中，hM为共中心点的法线深度；计算得到的共中心点法线深度hM见表1到表4的第七列；
从表1可以看出，每个共中心点得到的校正后速度都不相同，都不同于预设的速度400m/s；分析其原因是当反射面水平时，共反射点是真正的反射点，即多次激发的反射点发生在同一个点，此时校正后的速度应该约等于实际速度；当反射面倾斜时，所谓的共中心点并不共点，此时动校正后的速度和动校正后的(t0)没有明确的物理意义，是数学处理的结果，是多个相邻反射点的同种参数的平均效果；
步骤6：重复步骤4，完成所有的共中心点法线深度的计算；
四个共中心点M1，M2，M3，和M4相关计算结果分别列在表1至表4中；正因为共中心点动校正是多个相邻反射点之间的平均效果，再加上动校正的实现需要诸多假定，勘探的反射面与实际有较大的不同；
按照目前确定反射面的偏移归位方法，可以得到共中心点动校正勘探结果，如图9，是共中心点动校正勘探结果与真实反射面比较，可以看出，两者差异较大；
步骤7：以图6中共中心点为激发点激发地震波，其中的共中心点包括M1，M2，M3，M4共四个点，在两侧等炮检距(30m)处接收地震波，记录炮检距和地震波旅行时，其中的下行波旅行时用公式(1)计算，上行波旅行时用公式(3)计算；具体记录在表5中的第一、第二、第三列和第四列；
表5用考虑倾角时差的用反射点坐标确定反射面方法确定反射面参数的计算
步骤8：用公式(6)计算得到反射面的倾角φ，用公式(7)和(8)计算反射点的坐标；具体数值如表5中第五列、第六列和第七列；
步骤9：以反射点的坐标为基础绘图，得到射线平面内的深度剖面图；如图10，其中用偏移归位法所得勘探结果用细黑线表示，用改进方法所得勘探结果用粗黑线表示，可以看出两者差异较大；图中点线表示实际的反射面，在地震波能到达部位，用改进方法勘探结果与实际吻合得很好；
如图10，用改进方法勘探结果在勘探到的部分与真实的反射面完全重合，而用目前方法，也就是用偏移归位方法勘探结果与实际反射面差异较大，说明改进的方法有明显的进步。