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Kirchhoff叠前时间偏移角度道集

2020-05-09 来源:汇智旅游网
第53卷第5期 2010年5月 地球物理 学 报 Vol_53,No.5 May,2010 CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICS 邹振,刘洪,刘红伟.Kirchhoff叠前时间偏移角度道集.地球物理学报,2010,53(5):1207~1214,DOI:10.3969/j.issn. 0001—5733.2O10.05.023 Zou Z,Liu H,Liu H W.Common—angle gathers based on Kirchhoff pre-stack time migration.Chinese J.Geophys.(in Chinese),2010,53(5):1207 ̄1214,DOI:10.3969/j.issn.0001—5733.2010.05.023 Kirchhoff叠前时间偏移角度道集 邹 振 ,刘 洪 ,刘红伟 1中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院油气资源研究重点实验室,北京100029 2中国科学院研究生院,北京100039 摘要提出三维Kirchhoff叠前时间偏移角度域共像点道集的改进算法,克服传统角度求取算法局限,可计算相 对倾斜地层法线入射角;与Kirchhoff直射线叠前时间偏移求角度算法相比,本文方法考虑射线弯曲效应,包含层 速度,角度范围加大,更接近真实入射角;计算走时采取弯曲射线或者适应线性横向变速介质的非对称走时等算 法,角度道集在大角度处得到拉平;采用相对保幅的权因子以及覆盖次数校正技术,有利于叠前AVA反演.模型测 试结果表明:叠前时间偏移角度道集,相对CMP、CRP所转化角度道集,更准确反应AVA效应;实际三维数据测试 表明本文方法可以提供品质优良的角度道集,适用于AVA分析、反演,提高叠前反演分辨率. 关键词Kirehhoff叠前时间偏移,角度道集,角度域共像点道集 130I:10.3969/j.issr ̄0001—5733.2010.05.023 中图分类号P631 收稿日期2009—08—31,2010-02—03收修定稿 Common—angle gathers based on Kirchhoff pre-stack time migration ZOU Zhen ,LIU Hong ,LIU Hong—Wei ’ 1 Key Laboratory of Petroleum Resources Research,Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences Beijing 100029,China 2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039,China Abstract In this paper we present the improved algorithm for common—angle gathers based on Kirchhoff pre—stack time migration.The algorithm can calculate relatively true incident angle under three—dimensiona1 circumstance。while the traditional ray—parameter method could not handle the incident angle for the dipping events.Compared with the straight—ray Kirchhoff angle domain gathers method proposed in recent years,our method is able to extract much wider angle for taking interval velocity and ray bending effect into account.Moreover,we apply non— hyperbolic moveout equation tO calculate the travel time,thus the common—angle gathers are flatter at the large angle than straight ray method.Efficient true—amplitude weighting function as well as hit—count correction is beneficial for AVA inversion.The results of synthetic model data have verified that compared with angle gathers transformed from offset to angle domain with CMP gathers and CRP gathers after migration,the common—angle gathers based on Kirchhoff pre—stack time migration have the following advantages:much more accurate incident angle,the effect of amplitude versus angle(AVA)iS robust and clear.The real 3-D data test showed that 基金项目 国家“863”高技术研究发展计划项目(2006AA09A102—08),国家“973”重点基础研究发展计划项目(2007CB209603)联合资助 作者简介邹振,男,1982年生,中国科学院地质与地球物理研究所在读博士生,主要从事地震成像及反演方法的研究. E—mail:zouzhen@mail.iggcas.ac.cn 地球物理学报(Chinese J.Geophys.) 53卷 the angle gathers provided with our method were beneficial for AVA analysis and AVA inversion,and could improve pre—stack inversion resolution. Keywords Kirchhoff PSTM,Common—angle gathers(CAG), Angle—domain common image gathers(ADCIG) 基于平面波分解叠前时间偏移所产生的射线参数P 1 引 言 振幅随偏移距变化(AVO)技术广泛应用于储 道集,并用于AVO分析,但推广到三维尚存在难度. 本文首先分析传统算法偏移距域转换角度域所 存在问题;提出新的三维Kirchhoff叠前时间偏移 层反演、预测岩石物性,提高了储层预测准确性. AVO技术理论基础是振幅随入射角变化(A、,A),二 者仅在地下反射层为水平界面情况下等价¨1].偏移 距向入射角/反射角转换是AVO关键步骤.国内工 业界俗称的角度道集(CAG)是将NMO校正后共 中心点道集(CMP)或叠前偏移后偏移距域共像点 道集(CIG)/共反射点道集(CRP)映射到角度域.偏 移距域到角度域映射较少采用对层速度要求较高的 射线追踪方法,通常利用Walden近似 ],该公式基 于水平层状介质假设,无法得到相对于倾斜地层法 线的入射角.Resnick[3]等分析了NMO后、DMO后 以及叠前时间偏移后CRP道集AVO效应,建议 Kirchhoff偏移同AVO分析一起使用;Mosher 等[4]导出平面波叠前时间偏移射线参数P道集,并 与CMP道集相比较,展示了叠前时间偏移对于改 善地层分辨率、AVO目标局部精度等方面的价值. 近年来,用于速度以及AVA分析的角度域共 像点道集(ADCIG)引起学者广泛关注 ,ADCIG 相对于偏移距共像点道集(ODCIG)可以很大程度 上减少假象.这些研究多基于叠前深度偏移(PSDM), 与叠前时间偏移(PSTM)地表偏移距近似得到的入 射角相比,前者在速度精确情况下求得入射角为地 下局部入射角;但由于PSDM速度建模困难、计算 成本昂贵等原因,基于此的ADCIG尚未见到应用 于三维AVA反演实例.Kirchhoff积分法叠前时间 偏移对观测系统适应性强、计算成本低等特点使得 该方法一直在实际应用中占主导地位,以此输出的 角度道集适用于AVA分析.ZhengEn3、Perez_】幻提 出一种基于直射线近似Kirchhoff叠前时间偏移角 度域成像方法,并在高分辨成像和裂缝分析(方位 AVAz)得到应用;程玖兵提出走时计算基于射线追 踪的表驱Kirchhoff叠前时间偏移角度域算法l】3_以 及非双曲时差方位/角度域叠前时间偏移口 ,走时 计算考虑射线弯曲效应以及等效横向各向同性,可 以获得相对准确的入射角、走时.Wang等口 分析了 角度道集提取算法,计算走时采用适应长偏移距(大 入射角)优化六阶NMO方程[】 ,或者对线性横向 变速介质有更好聚焦性的非对称走时算法_】 ,采 用相对保真的加权因子以及覆盖次数校正技术;理 论模型和实际数据表明Kirchhoff叠前时间偏移角 度道集,可更准确获得偏移距与入射角映射关系,其 振幅相对保真,适于AVA反演. 2 叠前时间偏移角度道集与CMP、 CRP道集对比 实际生产中,CMP、CRP/CIG向角度道集转化 较多采用公式(1)E23: a===sin- ( ). ㈩ 如图1所示,a为入射射线与时间轴之间夹角, 。 为层速度,VRm 为均方根速度,t为双程走时,z为炮 检距,该公式仅在二维水平层状介质下成立,地层倾 斜时转化的角度不准确.图1中,地下界面水平时, 共深度点M即为反射点,但当地层倾斜时,反射点 在N处,分选CMP道集将来自N处反射信息归为 M处CMP道集,N点入射角 与水平层入射角a 不相同,随着地层倾角7值增大,二者偏离增大,M 点振幅值也将受到影响.Muerdter等 ¨ 数值分析 了不同地层倾角下偏移距与反射角变化,表明 AVA分析必须考虑地层倾斜.除了角度因素外,在 图1 CMP、CRP、CAG道集示意图 Fig.1 Contrast between CMP,CRP and CAG gathers 5期 邹 振等:Kirchhoff叠前时间偏移角度道集 CMP道集上,断层等横向不连续所产生断面波、绕 射波与目的层反射波互相干涉,以此基础上的 AVO/AVA分析不可信.因此,基于叠前偏移的 AVA分析变得十分必要.叠前偏移使倾斜反射归 位到真正地下界面的位置,并使绕射波收敛,改善了 地震资料的横向分辨率和信噪比,消除界面曲率、倾 角对地震波相位与振幅的影响,为属性处理和反演 提供振幅相对保真的基础资料_2 . CRP道集转化角度道集存在如下问题:地下构 造较复杂时会出现射线阴影区,阴影区中CRP道集 存在假象 ;CRP道集不记录炮检点坐标,分选叠 加不考虑方位因素,当地层倾角较大时,根据 walden公式转换入射角与真实值偏离较大;CRP 道集按不同偏移距进行分选,近、中、远偏移距参与 叠加次数、偏移距分选问隔处理不当,都将造成振幅 异常假象,使AVA走向误区.角度域叠前偏移算法 在偏移同时记录入射角/反射角信息,既保留CRP 道集优势,又避开CRP道集转化角度道集对水平层 状假设的依赖,合适的振幅加权因子、角度域覆盖次 数纠正技术使得偏移后的角度道集可应用于AVA 反演;另外,角度道集上拉伸因子不变,可以较好地 消除影响成像分辨率、影响AVA分析效果的远道 拉伸效应_2 . 3叠前时间偏移角度道集提取算法 叠前时间偏移提取角度道集就是将偏移距改为 入射角/K射角作为分选单位,同一偏移距地震数据 被映射到不同角度中.图2a为直射线PSTM射线 路径图,计算走时采取DSR双曲走时: … ===√(号) +熹+√(号)。+ , (2) rs-一 ̄/( -一zs) +( -一 s) (3) rig一√(xi—zg) +( 。一 g) , 其中,t。为零炮检距双程走时, 分别为炮点、 检波点到成像点水平距离,炮点s坐标为( , 。, o),检波点R坐标为( , ,o),成像点I坐标为 ( ” i,t ). 入射角 为人射射线S 与反射射线JR夹角一 半,二者夹角可由余弦定理求出口引,该算法克服公 式(1)对水平层状介质假设依赖,可求得入射射线与 倾斜地层法线之间夹角.直射线法PSTM有如下不 足:采用双曲走时公式(2)仅保留偏移距r的2次 项,随着r增加,所计算走时与真实值偏差增大,使 得大偏移距/大入射角无法拉平;由于未考虑射线弯 曲效应,该算法所计算入射角范围对目的层照明不 足,严重影响大倾角成像以及AVA反演精度.工业 界多采用大偏移距采集,陆上最大偏移距一般可达 到5000 ̄6000 In,甚至更高,直射线法在走时以及 入射角计算精度上都不能达到要求.Rossl2引、Bale 等_2 提出使用非双曲走时进行NMO校正与AVO 相结合,可以提高AVO反演的精度.我们将以上思 路结合,拓展到Kirchhoff叠前时间偏移中,计算走 时采用非双曲走时方程,如优化6阶NMO方程,适 应线性横向变速的非对称走时算法等,根据射线参 数法并考虑偏移距高阶项计算入射角,因此大角度 处理更精确. 我们以优化6阶NMo方程为例口 ,说明非双 曲走时(弯曲射线)角度道集提取策略,公式(4)为双 平方根(DSR)优化6阶NMO走时方程: 一 +£ ≈ 3 4-∞ + 3g+cc C_4Yig,(4) 3s 3g 其中, 。 一 ̄/c +c ,. + 。r ,t 一 ̄/c +c r +4f。r , cl,C2,C3,C4与Taner等_2 给出的前四项系数相 同,CC为常数.根据Snell定理,即水平射线参数 不变原理,对炮点到像点走时t 以及检波点到像点 走时t 作r方向求导得: j‘ ’  Ts +8c3r。3 4-6cc*f4 5) U,si 一_1(3 cc c4r6 (c2rsi+8c3rs3。,) ;。 ’ 一去 +8csr +6 r ) 一 !! !! 堡± !! , (5) j 一s t ), ㈤ az=si一( t ). 实际计算Ot 、a 时,公式(5)保留到r的5次项即可, 可节约计算量,而该方法对以度为计量单位的入射 角精度影响甚微,本文模型以及实际数据都采用这 种截断,角度之间采用交替叠加以提高信噪比.如图 2b所示,由公式(6)分别求得射线MI与时间轴t。 夹角a 以及射线N 与时间轴夹角a。,入射角 可 由空间向量法则求得 : 1214 地球物理学报(Chinese J.Geophys.) 53卷 migration on AVo.Geophysics,1996,61(6):1603~1615 [5] Prucha M L,Biondi B L,Symes W W.Angle—domain image gathers by wave—equation migration:Angle domain common image gathers by wave equation.69 Annual Meeting,SEG, Expanded Abstracts.1999.824~827 [6] Mosher C C,Jin S,Foste D J.Migration velocity analysis using common angle image gathers. 71st Annual International Meeting,SEG,Expanded Abstracts,2001. 889~892 [7] Xu S,Chauris H,Lambare G,et a1.Common-angle migration: A strategy for imaging complex media. 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