一种确定静校正中间参考面替换速度的方法

摘要

本发明提供了一种确定静校正中间参考面替换速度的方法，属于地震勘探资料数据处理领域。本发明方法包括：S1，输入初至层析的近地表速度模型数据和射线密度数据；S3，依据所述射线密度数据或将所述射线密度数据与近地表速度数据结合，拾取高速层顶界面位置；S4，根据步骤S3所拾取的高速层顶界面位置，从速度模型数据中提取高速层初始速度；S6，对所述高速层初始速度进行处理获得速度的变化趋势，构成xoy平面上完整的中间参考面替换速度。采用本发明方法能够从初至层析结果中快速、准确地提取中间参考面替换速度。

说明书

技术领域

本发明属于地震勘探资料数据处理领域，具体涉及一种确定静校正中间参 考面替换速度的方法，用于从初至层析结果中提取中间参考面替换速度。

背景技术

静校正是地震勘探数据处理中的一个重要步骤。常规静校正技术静校正量 的计算，首先用近地表低速带的速度剥离到低速带底界(高速层顶)，然后用替 换速度从低速带底界校正到统一基准面，替换速度在全区取一个常数。在近地 表高速层速度横向变化不大或者高速层顶界面高程横向变化不大的大多数地区 是合适的，不会引起明显的问题。绝大多数的静校正计算程序都采用这种常数 替换速度的技术。

但在近地表高速层速度与高速层顶界面高程横向变化都较大的工区，不适 合采用常数替换速度的静校正技术，应该采用如下式所示的变替换速度的中间 参考面(也称中间基准面)静校正技术。

$t=-\frac{h_w}{v_w}+\frac{H_m-H_g}{v_g}+\frac{H_d-H_m}{v_d}$

式中h_w与v_w分别是低速带的厚度与速度，H_g是低速带底界面即高速层顶界面的 高程，H_d与v_d分别是最终基准面高程与全区统一的替换速度，H_m是中间参考面 高程，v_g是空间可变的中间参考面替换速度。中间参考面静校正技术静校正量 的计算，首先用近地表低速带的速度剥离到低速带底界(高速层顶)，然后用空 间可变的中间参考面替换速度从低速带底界校正到中间参考面，最后用全区统 一的替换速度从中间参考面校正到统一基准面。当H_g＝H_m时，中间参考面静校 正计算技术蜕变为常规静校正计算技术。中间参考面静校正技术中有2个重要 的参数，一个是中间参考面替换速度v_g(也称校正速度)，一个是中间参考面高 程H_m。

只有当中间参考面替换速度能体现高速层速度的横向变化时，才能使中间 参考面静校正技术取得好的效果。中间参考面替换速度来自近地表速度模型。 在采用近地表调查资料建立近地表速度模型的静校正技术中，可以通过内插高 速层速度取得。在采用折射静校正技术时，可以取最深折射层的速度作为中间 参考面替换速度。但采用近地表调查资料建模的静校正技术与折射静校正技术 对复杂地表区的适应性较差。

针对复杂地表区，初至层析静校正技术是当前应用最广、对复杂地表区具 有很强适应能力的一种技术，其能够建立纵横向连续变化的可靠的近地表速度 模型。

从初至层析建立的近地表速度模型中快速、准确地提取中间参考面替换速 度，是做好近地表高速层速度与高速层顶界面高程横向变化较大地区地震资料 静校正的关键之一。但是，目前还没有看到文献涉及到从初至层析的近地表速 度模型上快速准确地提取中间参考面替换速度的技术。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种确定静校正 中间参考面替换速度的方法，从初至层析结果中，比较快速准确地提取中间参 考面的替换速度，提高复杂地表区静校正应用效率与效果。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种确定静校正中间参考面替换速度 的方法，所述方法包括以下步骤：

S1，输入初至层析的近地表速度模型数据和射线密度数据；

S3，依据所述射线密度数据或将所述射线密度数据与近地表速度数据结合， 拾取高速层顶界面位置；

S4，根据步骤S3所拾取的高速层顶界面位置，从速度模型数据中提取高速 层初始速度；

S6，对所述高速层初始速度进行处理获得速度的变化趋势，构成xoy平面 上完整的中间参考面替换速度。

在所述步骤S1和步骤S3之间进一步包括步骤S2：对所述射线密度数据进 行预处理，即在平面上均衡射线密度分布，以方便高速层顶界面的自动拾取。

在所述步骤S4和步骤S6之间进一步包括步骤S5：对步骤S4提取的高速层 初始速度进行编辑，即剔除与修改明显异常的速度值。

在所述步骤S6之后进一步包括步骤S7：输出步骤S6得到的中间参考面替 换速度。

所述步骤S3中所述拾取高速层顶界面位置是采用自动方式、交互方式或自 动与交互相结合的方式进行拾取的。

在步骤S6中，如果所述高速层初始速度含有未拾取点，则采用内插的方式 得到未拾取点的速度值，最终构成xoy平面上完整的中间参考面替换速度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：对于地形起伏大，且近地表高速 层速度横向变化较大的工区，需要采用中间参考面静校正计算技术克服常规的 静校正计算技术在解决这些地区的静校正问题时存在的局限时，采用本发明方 法能够从初至层析结果中快速、准确地提取中间参考面替换速度，应用于中间 参考面静校正技术中计算静校正量，提高实际资料处理中静校正计算效率与效 果。

附图说明

图1是实施例中某3D地震勘探工区地表高程平面图(局部)。

图2是实施例中初至层析建立的3D近地表速度模型在图1中LINE400处 的剖面图。

图3是实施例中初至层析的3D初至射线密度数据在图1中LINE400处的 剖面图。

图4是实施例中应用本发明方法得到的中间参考面替换速度平面图(局 部)。

图5是实施例中应用常规静校正计算方法计算的静校正量的叠加剖面。

图6是实施例中应用了把本发明方法确定的中间参考面替换速度应用于 中间参考面静校正技术计算的静校正量的叠加剖面。

图7是本发明确定静校正中间参考面替换速度的方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明属于地震勘探资料数据处理等技术领域，尤其涉及从初至层析结果 中提取中间参考面静校正技术中的中间参考面替换速度的方法。以当前应用最 广、对复杂地表区具有很强适应能力的初至层析静校正技术为基础，从初至层 析建立的近地表速度模型数据和射线密度数据中快速、准确地提取中间参考面 替换速度，提高复杂地表区静校正应用效率与效果。在利用初至层析技术建立 近地表速度模型，近地表条件的复杂性要求采用中间参考面静校正技术时，本 发明具有明显的优势。

本发明方法的基本原理如下：

初至层析近地表建模技术依据初至信息反演近地表速度模型，用于静校正 量计算。初至层析除了建立近地表速度模型，还能得到与近地表速度模型相对 应的射线密度(也称照明度)数据。

费马的最小时间原理指出，波沿射线传播的旅行时间和沿其它路径传播时 间比较起来是最小的。即地震波沿旅行时最小的路径传播，射线倾向于通过高 速介质。

那么，在初至层析得到的射线密度数据中，射线密度相对较高且横向具有 一定连续性的位置与高速层顶界面之间具有较高的关联度。在射线密度数据引 导下提取高速层速度值，更快速、准确地得到中间参考面替换速度参数，是本 发明的技术关键。

本发明方法的实现过程如下：

以初至层析的近地表速度建模技术得到的近地表速度模型或慢度模型和射 线密度数据体为基础(以下以近地表速度模型为例说明，慢度模型与速度模型 本质上是相同的，因为慢度是速度的倒数)。近地表速度模型数据与射线密度数 据是(X，Y，Z)空间上的3D数据体(2D资料X或Y方向上可能只有一个单元)，设 数据体在X、Y、Z方向的单元数分别为N_X、N_Y、N_Z，速度与射线密度分别表示 成V_i，j，k、D_i，j，k，其中i＝0，1，…，N_X-1，j＝0，1，…，N_Y-1，k＝0，1，…，N_Z-1。

如图7所示，本发明方法的实现过程主要包含如下6步，但不限于一定要 经历或者只经历所有这些步骤。

(1)输入：初至层析的近地表速度模型数据和射线密度数据；

(2)浏览射线密度数据：

单独显示、浏览射线密度数据或者显示、浏览射线密度数据和近地表速度 模型数据，形成对工区高速层速度以及高速层顶界面对应的射线密度分布的基 本认识。显示可以是XOZ剖面、YOZ剖面、XOY(水平切片)或3D空间等方式。 此步骤仅仅是对高速层速度与射线密度分布的认识，据此决定是否有必要执行 步骤(3)、同时指导随后第(4)步的高速层顶界面拾取。

(3)对射线密度数据的预处理：

该步骤不是必需的，其目的是便于步骤(4)中的自动拾取，如果采用自动 与交互相结合或交互方式拾取、或者工区观测系统比较规则，可以没有该步骤。

对射线密度数据进行某种形式的均衡处理，目的是使对应高速层顶界面的 射线密度在平面上均衡分布，便于第(4)步中所述的自动拾取。在炮点分布比 较均匀的工区或者更多依赖第(4)步骤中所述的交互拾取技术时，可以不对射 线密度数据进行预处理。

下面给出射线密度数据均衡处理的一种实现方式。第一，计算射线密度数 据体中所有竖直列的参考射线密度，设将参考射线密度的计算结果表示成R_i，j， 其中i＝0，1，…，N_X-1，j＝0，1，…，N_Y-1。参考射线密度可以是一个竖直列中给 定深度范围内的射线密度总和，也可以是在对一个竖直列给定深度范围内的射 线密度按给定的平滑长度平滑后提取的最大值。算术平均、加权平均、中值、 众数、滤波等方法都是平滑方法。第二，对上一步得到的参考射线密度数据进 行平面上的平滑，即计算以坐标点(i，j)的竖直列为中心给定范围内所有竖直列 的参考射线密度的加权平均值或中值或众数等，得出坐标点(i，j)竖直列的新参 考射线密度，设仍表示成R_i，j。第三，计算将各竖直列的新参考射线密度标定到 给定值比如100的比例，r_i，j＝100/R_i，j。第四，将射线密度数据体中坐标点(i，j) 的竖直列的射线密度乘以r_i，j，即D_i，j，k*r_i，j，其中i＝0，1，…，N_X-1， j＝0，1，…，N_Y-1，k＝0，1，…，N_Z-1。得到均衡后的射线密度数据体。

(4)拾取高速层顶界面位置：

有3种方式，包括自动拾取、交互拾取、自动与交互相结合的拾取。

自动拾取，是指在某种原则约束下，自动判断当某一空间范围内的射线密 度数据达到某一给定标准时，该空间范围内的某一点可被认为是高速顶界面位 置。最简单的实现例子是，在射线密度数据体中，一个竖直列中从浅到深找到 的第一个射线密度值达到或超过给定门槛值的单元，被认为是该竖直列所在 (X，Y)坐标处的高速顶界面所在的单元。如果一个竖直列中从浅到深找不到符合 要求的单元，不拾取该竖直列所在(X，Y)处的高速顶界面。

交互拾取，是指在单独显示射线密度数据或联合显示近地表速度数据的显 示图上，交互拾取高速顶界面位置。仅拾取人工判断认为合理的部分。

自动与交互相结合的拾取，是指在自动拾取的基础上，采用交互方式进行 编辑，删除自动拾取不合理部分，增加拾取人工判断认为合理的部分。

高速层顶界面位置的拾取结果表示成XOY平面上的2D函数(比如可以表达 成T_i，j，i＝0，1，…，Nx-1，j＝0，1，…，N_Y-1)。函数值是表示高速顶界面所在位置的 量，高速顶界面所在深度方向上的单元号是这种量的一种最简单表达方式。对 于未拾取顶界面位置的坐标点(i，j)，函数值置成一个代表“未拾取”的值(比 如T_i，j＝-1)。

(5)提取高速层速度：

根据拾取的高速层顶界面位置，从速度模型数据中提取高速层初始速度值。 一种简单的实现方式是，以高速层顶界面所在深度方向的单元号比如K_Z为中心， 取[K_Z+n₁，K_Z+n₂]区间内速度值的某种统计结果(如算术平均、加权平均、中值、 众数等)作为提取的初始速度值，其中的n₁与n₂是整数。

高速层初始速度值的提取结果表示成XOY平面上的2D函数(比如可以表达 成U_i，j，i＝0，1，…，Nx-1，j＝0，1，…，N_Y-1)，函数值是可以表示高速层速度的量 (速度或慢度)。对于未拾取高速层初始速度值的坐标点(i，j)，函数值置成一 个可以代表“未拾取”的值(比如U_i，j＝-1)。

(6)高速层初始速度编辑

对提取的高速层初始速度进行编辑，目的是剔除与修改那些明显异常的速 度点。剔除是指删除那些明显的异常点使该点的函数值代表未拾取点。修改是 指用较合理的值替换原有的异常值，比如根据异常点周围的值确定一个较合理 的值。高速层初始速度编辑的具体实现例子如下：数值范围如最小、最大速度 值限制，函数值超出该范围的点的值被设置成代表未拾取点的值；差异限制如 某一点的值与平滑或拟合得到的趋势面之间的差异超过给定范围时被设置成代 表未拾取点的值；在单独或结合近地表速度数据显示的初始速度图上进行编辑。

(7)对经过步骤(6)编辑后的高速层初始速度进行处理获得速度的变化 趋势：

该步骤的具体实现方式可以有许许多多，比如采用平滑、拟合、内插技术 都可以实现，只要参数选取得当即可。下面给出一种实现方式，本发明不限于 该实现方式。

该实现方式包括包含内插前平滑、内插、内插后平滑等步骤，具体如下：

(A1)内插前平滑：如果所述高速层初始速度含有未拾取点(第(4)步拾 取高速层顶界面位置时，并没有拾取所有的点，而只拾取那些可靠的点。第(5) 步也可能剔除一些本来拾取的点。所有这些原因导致一部分点成为未拾取点)， 则对高速层初始速度进行平滑处理，获得速度的变化趋势；

未拾取点的平滑结果可以还是未拾取点。内插前平滑的方法可以采用算术 平均、加权平均、中值、众数、滤波等方法中的一种。

(A2)内插：如果所述高速层初始速度含有未拾取点，则利用已拾取点的 速度数据，计算出未拾取点的速度值，从而构造出XOY平面上完整的高速层速 度函数；

(A3)内插后平滑：在经过步骤(A1)和(A2)处理后的高速层初始速度 不含有未拾取点的情况下对速度函数进行的平滑处理，获得中间参考面替换速 度。

根据具体情况，内插前平滑与内插后平滑次数可以多于一次，或者可以省 去其中的一步。如果不存在未拾取点，可以省去内插这一步。内插与内插前平 滑也可以合并在一步执行。

经过平滑与内插后的速度函数，形成了用于中间参考面静校正计算的中间 参考面替换速度参数。

步骤(6)是经常用到但不是一定要有的。如果拾取的高速层速度不存在异 常的值，或者即使存在少量异常值的点，也可以通过步骤(7)得到抑制。步骤 (6)的使用能够提高结果的精度。

(8)输出中间基准面替换速度。

在近地表高速层速度和高速层顶界面高程横向变化较大的地区，如中国西 部的山前带与南方山地区等复杂近地表条件地区，应该采用变替换速度的中间 参考面静校正技术，才能达到较高的静校正精度，中间参考面替换速度是中间 参考面静校正技术中的一个重要参数。

在利用初至层析技术建立近地表速度模型，近地表条件的复杂性要求采用 中间参考面静校正技术时，本发明的优势将得到充分的体现。将本发明方法在 南方山地、西部山前带等复杂地区的2D与3D实际地震资料处理中进行试验， 取得了理想的效果。南方山地如南江、镇巴等工区，西部山前带如天山南等工 区，地形起伏大，且近地表高速层速度横向变化较大，常规的静校正计算技术 在解决这些地区的静校正问题时存在一些局限。采用本发明方法确定中间参考 面的替换速度，应用中间参考面静校正技术计算静校正量，实际资料处理结果 明显优于常规的静校正计算技术。

本发明的一个实施例如下：

南方山地某3D工区，图1是工区地形高程图的局部，地形起伏较大，在图 示范围内高差达700m。图2是初至层析建立的3D近地表速度模型在图1中 LINE400处的剖面图，图3是同一位置的初至层析射线密度数据剖面图。射线密 度较大处与高速层顶界面之间有很强的对应关系，高速层速度横向上有较大的 变化，特别在CDP坐标900到1000之间的高速层速度明显高于周围的。针对该 工区的情况，采用如下步骤获得中间参考面替换速度。

(1)浏览射线密度数据

显示射线密度数据与近地表速度模型数据，了解工区高速层速度及射线密 度的分布。由于整个工区观测系统相对比较稳定，炮点分布比较均匀，射线密 度数据在整个工区平面上分布比较均衡。高速层速度在整个工区有较大的变化， 大致在4000m/s到4800m/s之间。

(2)拾取高速层顶界面位置

依据初至层析的射线密度数据，采用自动的方式拾取高速层顶界面。在射 线密度数据体中，一个竖直列中从浅到深找到的第一个射线密度值达到或超过 350的单元，被认为是该竖直列所在(X，Y)坐标处的高速顶界面所在的单元。如 果一个竖直列中从浅到深找不到射线密度值大于等于350的单元，不拾取该竖 直列所在(X，Y)坐标处的高速顶界面。

(3)提取高速层初始速度

根据拾取的高速层顶界面位置，从速度模型数据中提取高速层初始速度值。 一个竖直列拾取的高速顶界面位置所在单元以及以下2个单元速度的平均值， 做为该竖直列所在(X，Y)坐标处的高速层初始速度值。没有拾取高速层顶界面位 置的(X，Y)坐标处也不拾取高速层初始速度值。

(4)高速层初始速度编辑

对拾取的高速层初始速度值进行编辑，采用数值范围限制的方式，剔除速 度值小于3800m/s或大于5000m/s的拾取点。

(5)高速层初始速度的平滑与内插

首先是内插前平滑，以输出点为中心，计算沿接收线方向上4000m、垂直接 收线方向上2000m矩形范围内所有拾取点的算术平均值，做为输出点平滑结果。 拾取了初始值的单元平滑后有值，没有拾取初始值的单元平滑后仍然没有值。 第2步是内插，采用2D距离平方反比法内插技术，计算没有拾取点的速度。第 3步是内插后的平滑，以输出点为中心，计算沿接收线方向上2000m、垂直接收 线方向上1000m矩形范围内所有点的算术平均值，做为输出点平滑结果。

经过以上5个步骤，得到如图4所示的中间参考面替换速度数据，它是XOY 平面上的2D函数。以中间参考面静校正技术计算静校正量，应用于实际资料叠 加剖面质量得到明显改善。图5与图6是在图1中LINE400处的2种静校正叠 加剖面对比。其中图5是应用了常规静校正方法计算的静校正量，图6是应用 了把本发明方法得到的图4中的中间参考面替换速度应用于中间参考面静校正 技术计算的静校正量。图5与图6在计算静校正量时采用了完全相同的近地表 速度模型、剥离参数、最终基准面高程和替换速度。对比图5和图6可以看出， 图5中无法成像或成像效果不佳的区域，图6中都得到了明显的改善，越是在 中间参考面替换速度和地形同时变化大的区域，叠加剖面的改善效果越明显。 本发明方法快速准确地确定了中间参考面替换速度。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言， 在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形， 而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是 优选的，而并不具有限制性的意义。