静相位虚源道集构建方法

摘要

一种静相位虚源道集构建方法，包括以下步骤：步骤1：选择一个接收器作为参考接收器，参考接收器作为虚源；步骤2：选择一个接收器作为接收接收器，接收接收器作为所述虚源激发的虚源接收点；步骤3：将参考接收器和接收接收器的记录进行互相关，得到恢复反射波；步骤4：判断恢复反射波位于互相关的正延迟部分还是负延迟部分；步骤5：基于步骤4的判断结果，获得虚源激发虚源接收点的一个地震道数据；步骤6：重复步骤2至步骤5，获得虚源的地震道集。该方法能构建较高信噪比的虚源道集，从而提高接收点间的地震响应恢复的质量。

说明书

技术领域

本发明涉及地震勘探和开发领域，特别涉及一种从地面微地震监测资料中恢复反射波的静相位虚源道集构建方法。

背景技术

目前，在地震勘探中经常利用两个接收器记录波场的互相关，以此恢复以一个接收点为震源(虚源)、另一个接收点为虚源接收点的两个接收器之间的地震响应，这一方法统称为地震干涉法。

Wapenaar(2008)提出的基于相关型互换方程的格林函数重建可表示为以下公式(1)：

其中，G(x_B,x_A,t)表示在位置A处激发(虚源)、位置B处接收的格林函数，G(x_B,x_A,-t)表示在位置A处激发(虚源)、位置B处接收的逆时格林函数，s(t)表示虚源子波，uⁱ(x_A,t)和uⁱ(x_B,t)分别表示在地表位置A和位置B处接收的被动源地震记录，i表示某一个接收时间段，N表示地震记录的个数。

图1显示了公式(1)的数学物理意义，即两个位于地表的接收点时间域记录互相关运算，相当于在位置B记录中的地表多次波波至时间，减去在接收点A的直达波波至时间，就得到好像在位置A激发(虚源)位置B接收的反射波。

由于波动方程是二阶的，理论上公式(2)成立：

G(x_B,x_A,t)＝G(x_B,x_A,-t)(2)

因此，在众多地震干涉法包括虚源法的文献中，恢复后的地震响应通常只取正向格林函数而舍去逆时果格林函数，可以这样处理的前提条件是“震源规则分布于环绕接收点的一个封闭面上，且是不相关的。”

公式(1)的推导是基于震源是噪声且分布均匀的理论假设。对于地面微地震监测采集的地震资料而言，由于水力压裂引起的岩石破裂往往集中于压裂井附近，即被动源通常处于地面测线的一端，因此这种地震资料严重违背了公式(1)的上述假设条件，不能适用于公式(1)。

发明内容

本发明的目的是提供一种从地面微地震监测资料中恢复反射波的静相位虚源道集构建方法，它能构建较高信噪比的虚源道集，从而提高接收点间的地震响应恢复的质量。

本发明采用以下解决方案：

一种静相位虚源道集构建方法，包括以下步骤：

步骤1：选择一个接收器作为参考接收器，所述参考接收器作为虚源A；

步骤2：选择一个接收器作为接收接收器，所述接收接收器作为所述虚源激发的虚源接收点B；

步骤3：将所述参考接收器和接收接收器的记录进行互相关，得到恢复反射波；

步骤4：判断所述恢复反射波位于所述互相关的正延迟部分还是负延迟部分；

步骤5：基于步骤4的判断结果，获得所述虚源A激发所述虚源接收点B的一个地震道数据；

步骤6：重复步骤2至步骤5，获得所述虚源A的地震道集。

优选地，利用震源、虚源A与虚源接收点B的位置关系，判断所述恢复反射波位于所述互相关的正延迟部分还是负延迟部分。

优选地，在所述步骤4中，当所述震源与所述虚源接收点B位于所述虚源A的同侧时，判断所述恢复反射波位于所述互相关的负延迟部分。

优选地，在所述步骤4中，当所述震源与所述虚源接收点B位于所述虚源A的相对侧时，判断所述恢复反射波位于所述互相关的正延迟部分。

优选地，在所述步骤4中，当所述接收接收器记录的多次波波至时间减去所述参考接收器记录的直达波波至时间大于零时，判断所述恢复反射波位于所述互相关的正延迟部分。

优选地，在所述步骤4中，当所述接收接收器记录的直达波波至时间减去所述参考接收器记录的多次波波至时间小于零时，判断所述恢复反射波位于所述互相关的负延迟部分。

优选地，在所述步骤5中，当判断所述恢复反射波位于所述互相关的正延迟部分时，所述虚源A激发所述虚源接收点B的一个地震道数据由公式(4)所示的恢复的格林函数G′(x_B,x_A,t)表示：

G′(x_B,x_A,t)＝G(x_B,x_A,t)(4)

其中，G(x_B,x_A,t)表示互相关的正延迟部分。

优选地，在所述步骤5中，当判断所述恢复反射波位于所述互相关的负延迟部分时，所述虚源A激发所述虚源接收点B的一个地震道数据由公式(5)所示的恢复的格林函数G′(x_C,x_A,t)表示：

G'(x_B,x_A,t)＝G(x_B,x_A,-t)(5)

其中，G(x_B,x_A,-t)表示互相关的负延迟部分。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于针对地面微地震监测的特点，利用静相位分析法，提出一种从地面微地震监测资料中恢复反射波的静相位虚源道集构建方法，其能构建较高信噪比的虚源道集。与现有的舍去逆时格林函数的方法相比，能够显著地提高恢复波场的精度和分辨率，为盲源地震技术的实际应用奠定基础，具有很大的潜在应用价值。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

图1示出Wapenaar反射波恢复原理示意图；

图2示出地面微地震检测中的微地震定位结果；

图3示出静相位分析示意图；

图4示出根据示例性实施例的静相位虚源道集构建方法的流程图；

图5示出示例性实施例中的工区地表监测测线示意图；

图6(a)至(c)分别示出图5中测线的原始资料、带通滤波处理结果和振幅规则化处理结果；

图7(a)至(c)分别示出示例性实施例中虚源分别位于第1道、第30道和第60道的地震响应恢复结果；

图8(a)和(b)分别示出示例性实施例中的地面地震资料时间偏移结果和动校叠加处理结果。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

以下结合示例性实施例详细描述本发明的静相位虚源道集构建方法的原理和步骤。

在背景技术部分提到，在地面微地震监测中，由于水力压裂引起的岩石破裂，往往仅集中于压裂井附近，即地面测线的一端，如图2所示，这严重违反了方程(1)的假设条件。

在这种情况下，基于互相关恢复的地震响应，其正向格林函数不等于逆时格林函数。互相关运算在数学上相当于相位相减或波至时间相减，如图3所示，通过静相位分析(Snieder，2006)可知，当虚源位置位于接收点A时，接收点A和B处的记录互相关，相当于B处记录的多次波波至时间减去A处记录的直达波至时间，位于互相关的正延迟结果中；接收点A和C处的记录互相关，相当于C处记录的直达波至时间减去A处记录的多次波波至时间，位于互相关的负延迟结果中。

上述分析说明，由于震源分布位于地表测线一端，导致恢复的反射波可能位于正向格林函数中，也可能位于逆时格林函数中，因此，在构建虚源道集时，应该将正向格林函数与逆时格林函数相加，获得虚源激发的一个地震道数据，如以下公式(3)所示：

G′(x_B,x_A,t)＝{G(x_B,x_A,t)+G(x_B,x_A,-t)}(3)

其中，G′(x_B,x_A,t)表示恢复后新的格林函数。

这种方法被称为“求和虚源道集构建方法”，其优点是能极大地改善和增强恢复后的地震响应中的有效波信息，缺点是在一定程度上也增加了剖面的噪声。

为了克服求和虚源道集构建方法的缺点，本发明的示例性实施例利用静相位分析，提出了一种静相位虚源构建方法，其包括以下步骤(见图4)：

步骤1：选择一个接收器作为参考接收器，该参考接收器作为虚源A；

步骤2：选择一个接收器作为接收接收器，该接收接收器作为虚源激发的虚源接收点B；

步骤3：将参考接收器和接收接收器的记录进行互相关，得到恢复反射波；

步骤4：判断恢复反射波位于互相关的正延迟部分还是负延迟部分；

步骤5：基于判断结果，获得虚源A激发虚源接收点B的一个地震道数据；

步骤6：重复步骤2至步骤5，获得虚源A的地震道集。

其中，在步骤3中，可利用公式(1)将参考接收器和接收接收器的记录进行互相关，得到恢复反射波，互相关的正延迟对应于正向格林函数G(x_B,x_A,t)，互相关的负延迟对应于逆时格林函数G(x_B,x_A,-t)。

在步骤4中，根据静相位理论(stationary phase theory)，互相关运算在数学上相当于相位相减或波至时间相减，因此，可以基于静相位理论判断恢复反射波位于互相关的正延迟部分还是负延迟部分。具体来说，当接收接收器记录的多次波波至时间减去参考接收器记录的直达波波至时间大于零时，恢复反射波位于互相关的正延迟部分；当接收接收器记录的直达波波至时间减去参考接收器记录的多次波波至时间小于零时，恢复反射波位于互相关的负延迟部分。

也可以简化地利用微地震中的震源、虚源与虚源接收点的位置关系，判断恢复反射波是位于互相关的正延迟部分还是负延迟部分。

具体来说，当震源与虚源接收点位于虚源的同侧时，判断恢复反射波位于互相关的负延迟部分；反之，当震源与虚源接收点位于虚源的相对侧时，判断恢复反射波位于互相关的正延迟部分。

例如，如图3所示，当震源位于地表测线的左下方时，假设选择参考接收器A作为虚源，当接收接收器B(即虚源接收点)位于参考接收器A的右侧时(即震源与虚源接收点位于虚源的相对侧)，参考接收器A和接收接收器B记录的互相关，根据静相位理论，相当于接收接收器B记录的全程多次波的波至时间减去参考接收器A记录的直达波的波至时间，是大于零的，因此，恢复反射波位于互相关的正延迟部分。当接收接收器C位于参考接收器A的左侧时(即震源与虚源接收点位于虚源的同侧)，参考接收器A和接收接收器C记录的互相关，根据静相位理论，相当于接收接收器C记录的直达波的波至时间减去参考接收器A记录的全程多次波的波至时间，是小于零的，因此，恢复反射波位于所述互相关的负延迟部分。

在步骤5中，当判断恢复反射波位于互相关的正延迟部分时，虚源A激发虚源接收点B的一个地震道数据可以由公式(4)所示的恢复的格林函数G′(x_B,x_A,t)表示：

G′(x_B,x_A,t)＝G(x_B,x_A,t)(4)

其中，G(x_B,x_A,t)表示互相关的正延迟部分。

当判断恢复反射波位于互相关的负延迟部分时，虚源A激发虚源接收点B的一个地震道数据可以由公式(5)所示的恢复的格林函数G′(x_B,x_A,t)表示：

G'(x_B,x_A,t)＝G(x_B,x_A,-t)(5)

其中，G(x_B,x_A,-t)表示互相关的负延迟部分。

在步骤6中，重复步骤2-5，依次选择所设置的其他接收器作为虚源接收点，按照步骤3-5的方法获得虚源激发虚源接收点的地震道数据，所有地震道数据构成该虚源的地震道集。

这一方法能显著地改善和增强恢复地震响应中的反射波信息，同时也克服了求和虚源道集构建方法的缺点，即避免了因正向格林函数和逆时格林函数相加而导致的虚假信息。

应用示例

为了说明本发明的效果，在本示例中选择某地29井水力压裂工区，图5显示该工区的地表监测测线示意图，其中测线密度为123道/线，道间距为25m，接收器设置为12只/道，最小偏移距为300m，最大偏移距为3400m。连续观测48小时，每个数据文件记录长度30s，采样周期为2ms。

图6a至图6c分别显示了测线的原始资料、带通滤波处理结果和振幅规则化处理结果。在此基础上，利用公式(1)进行接收点间的地震响应恢复，采用文献中常规的仅计算互相关的正延迟部分，但未能得到有效的反射波，而利用公式(4)和(5)进行接收点间的地震响应恢复，其地震响应恢复结果如图7所示，其中图7(a)为虚源位于第1道的地震响应恢复结果，图7(b)为虚源位于第30道的地震响应恢复结果，图7(c)为虚源位于第60道的地震响应恢复结果。从图7中可以看到：根据公式(4)和(5)恢复的地震响应中包含了可分辨的反射波同相轴，且在连续性和分辨率上都较好。

根据恢复的反射波结果，进行简单的动校叠加处理，其结果如图8(b)所示。与该测线位置相同的地面地震资料时间偏移结果(图8(a))比较，两者在0.6s、0.9s、1.3s、1.6s和2.7s的反射波同相轴能较好地吻合。另外，同时还恢复了0.3s的浅层反射波。

上述技术方案只是本发明的一种实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开的原理的基础上，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例的描述，因此前面的描述只是优选的，而并不具有限制性的意义。