一种自适应射线加密式克希霍夫型束偏移地震波成像方法

摘要

本发明提供一种自适应射线加密式克希霍夫型束偏移地震波成像方法，涉及地震偏移成像技术领域。首先读入地震记录、偏移速度模型和参数文件；然后从炮点按照自适应射线加密方式进行射线追踪并储存射线信息；在炮点完成全部射线追踪后，计算并储存射线对应的射线束信息；再将地震单炮记录分为多个以窗中心为核心的数据体，并对每一个数据体进行局部平面波分解；针对每一个窗中心依照自适应射线加密方式进行射线追踪并储存射线信息；在窗中心完成全部射线追踪后，计算并储存射线对应的射线束信息；同时计算每条射线束相应的偏移加权系数；选取炮点和窗中心点的射线束对进行偏移成像计算，累加所有射线束对的偏移成像结果获得最终的束偏移成像结果。

说明书

技术领域

本发明涉及地震偏移成像技术领域，尤其涉及一种自适应射线加密式克希霍夫型束偏移地震波成像方法。

背景技术

随着油气资源的长期持续勘探与开发，浅层油气藏的发现难度持续增加，勘探开发目的层的深度逐渐增加，深层油气资源勘探正得到越来越多的关注，但通常深部储层构造比较复杂且模型较大，给地震偏移成像技术带来了巨大挑战。常规克希霍夫型波束偏移是一种兼具成像精度与计算效率的地震成像方法，但在针对大深度区域成像时，难以保证充足的射线覆盖率，进而影响了这些区域的成像效果。

吉林大学2017年博士论文公开了《克希霍夫型动态聚焦波束偏移》，介绍了克希霍夫型波束偏移成像方法的实现细节，对其中的射线束传播算子，成像条件以及在不同介质中的应用进行了详细的讨论。并且通过多个数值模型以及实际数据对克希霍夫型波束偏移地震波成像方法进行了验证，计算结果取得了良好的效果。

201711077893.X公开了一种《一种复杂地形条件下的克希霍夫型波束偏移方法》，将克希霍夫型波束偏移方法扩展到了复杂地形条件下，并且通过采用分段式计算的波束宽度，以提高偏移成像方法在起伏地形模型浅层的成像能力。针对数值模拟数据以及实际数据的成像结果证实了这一方法的良好成像能力。

201910977970.X公开了一种《一种各向异性地震成像方法》，将克希霍夫型波束偏移方法扩展到了各向异性介质下，通过在偏移成像公式中增加了一个权系数，提高了有效信号对最终偏移成像结果的贡献比例，并且通过已经多个数值模拟数据对这一各向异性地震成像方法进行了验证，计算结果证明了该方法针对各向异性介质具有良好的成像能力。

通过以上例子可以看出，现有的克希霍夫型波束偏移方法针对常规模型、起伏地形模型以及各向异性介质都具有良好的成像能力，但是这些方法都没有能解决克希霍夫型波束偏移针对大深度区域成像时，难以保证模型深部的射线覆盖率不足问题，从而保证不了地震波成像方法在这些区域的成像效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种自适应射线加密式克希霍夫型束偏移地震波成像方法，通过采用自适应射线加密式射线追踪方法，增强在地震波成像目标模型深部的射线照明，并在这些射线的基础上改进偏移成像公式，以此增强地震波成像方法在地震波成像目标模型深部的成像能力。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种自适应射线加密式克希霍夫型束偏移地震波成像方法，包括以下步骤：

步骤1：读入地震记录、偏移速度模型以及参数文件；其中参数文件中包含偏移速度模型的横向和纵向的网格点数以及横向和纵向的网格间距、目标成像区域范围、震源的位置信息、检波器的分布和位置信息、参考频率、最大频率、地震记录每一道的采样点数以及时间采样间隔、单炮对应的接收道以及道间距、中心射线的出射角度范围以及初射角度的采样间隔；

步骤2：从炮点按照自适应射线加密方式进行射线追踪，并储存射线信息；

步骤2.1：以炮点为起始点，首先依照中心射线的出射角度范围以及初射角度的采样间隔Δθ，确定炮点初始射线的数量以及初射角度；计算目标成像区域内规则网格点对应的插入新射线的距离阈值F，其计算方式为：

其中，X表示目标区域内网格点的横坐标，Z表示目标区域内网格点的纵坐标，S

步骤2.2：从炮点沿着不同初射方向通过龙哥库塔法求解运动学射线追踪方程组进行射线追踪，得到中心射线上离散点信息；所述运动学射线追踪方程组如下公式所示：

其中，x

步骤2.3：在射线追踪过程中如果同一地震波前面上相邻射线上的离散点的距离D大于离散点插入新射线的距离阈值F，在这两个离散点之间插入新的射线，新射线起始点为这两个离散点在空间上的中间位置，新插入的射线起始点的属性信息为这两个离散点各类属性信息的均值，新射线起始点之前的离散点全部记为空；

步骤3：在炮点完成全部射线追踪后，根据相应的炮点射线信息计算并储存炮点射线对应的射线束信息；

在炮点完成全部射线追踪后，射线对应的射线束的宽度w如下公式所示：

其中，V

步骤4：将地震单炮记录按照窗间隔分为多个以窗中心为核心的数据体，并对每一个数据体进行局部平面波分解；

步骤5：针对每一个窗中心，依照自适应射线加密方式进行射线追踪并储存射线信息；

步骤6：在每个窗中心均完成全部射线追踪后，根据相应的窗中心射线信息计算并储存各窗中心射线对应的射线束信息；

步骤7：在炮点以及每一个窗中心点，依据中心射线与其相邻中心射线的出射角度，计算每条射线束覆盖范围内网格点对应的偏移加权系数；

所述每条射线束覆盖范围内网格点对应的偏移加权系数的计算方法为：

设定初射角度为θ的射线束覆盖了目标成像区域内规则网格点P，射线束到达P点走时为τ

步骤8：选取炮点和窗中心点的射线束对按照偏移公式进行偏移成像计算，并累加所有射线束对偏移成像结果获得最终单炮地震记录数据的束偏移成像结果，如下公式所示：

其中，I

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种自适应射线加密式克希霍夫型束偏移地震波成像方法，通过采用自适应射线加密方式进行射线追踪，增加了射线在目标成像区域深部的射线覆盖率，并且通过对偏移成像公式的修改，提升了克希霍夫型束偏移在成像目标区域深部的成像能力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种自适应射线加密式克希霍夫型束偏移地震波成像方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的偏移加权系数计算的示意图；

图3为本发明实施例提供的单炮实际地震数据原有克希霍夫型波束偏移结果图；

图4为本发明实施例提供的单炮实际地震数据新克希霍夫型波束偏移结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例中，一种自适应射线加密式克希霍夫型束偏移地震波成像方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：读入地震记录、偏移速度模型以及参数文件；其中参数文件中包含偏移速度模型的横向和纵向的网格点数以及横向和纵向的网格间距、目标成像区域范围、震源的位置信息、检波器的分布和位置信息、参考频率、最大频率、地震记录每一道的采样点数以及时间采样间隔、单炮对应的接收道以及道间距、中心射线的出射角度范围以及初射角度的采样间隔；

本实施例中，偏移速度模型采用某实际地震模型；该模型横向有901个网格节点，横向网格间距为5m，纵向上有301个网格节点，纵向网格间距为5m。

步骤2：从炮点按照自适应射线加密方式进行射线追踪，并储存射线信息；

步骤2.1：以炮点为起始点，首先依照中心射线的出射角度范围以及初射角度的采样间隔Δθ，确定炮点初始射线的数量以及初射角度；计算目标成像区域内规则网格点对应的插入新射线的距离阈值F，其计算方式为：

其中，X表示目标区域内网格点的横坐标，Z表示目标区域内网格点的纵坐标，S

步骤2.2：从炮点沿着不同初射方向通过龙哥库塔法求解运动学射线追踪方程组进行射线追踪，得到中心射线上离散点信息；所述运动学射线追踪方程组如下公式所示：

其中，x

步骤2.3：在射线追踪过程中如果同一地震波前面上相邻射线上的离散点的距离D大于离散点插入新射线的距离阈值F，在这两个离散点之间插入新的射线，新射线起始点为这两个离散点在空间上的中间位置，新插入的射线起始点的属性信息为这两个离散点各类属性信息的均值，新射线起始点之前的离散点全部记为空；

步骤3：在炮点完成全部射线追踪后，根据相应的炮点射线信息计算并储存炮点射线对应的射线束信息；

在炮点完成全部射线追踪后，射线对应的射线束的宽度w如下公式所示：

其中，V

步骤4：将地震单炮记录按照窗间隔分为多个以窗中心为核心的数据体，并对每一个数据体进行局部平面波分解；

步骤5：针对每一个窗中心按照步骤2中的方法，依照自适应射线加密方式进行射线追踪并储存射线信息；

步骤6：在每个窗中心均完成全部射线追踪后，根据相应的窗中心射线信息计算并储存各窗中心射线对应的射线束信息；

步骤7：在炮点以及每一个窗中心点，依据中心射线与其相邻中心射线的出射角度，计算每条射线束覆盖范围内网格点对应的偏移加权系数；

所述每条射线束覆盖范围内网格点对应的偏移加权系数的计算方法如图2所示，具体为：

设定初射角度为θ的射线束覆盖了目标成像区域内规则网格点P，射线束到达P点走时为τ

步骤8：选取炮点和窗中心点的射线束对按照偏移公式进行偏移成像计算，并累加所有射线束对偏移成像结果获得最终单炮地震记录数据的束偏移成像结果，如下公式所示：

其中，I

本实施例中，针对实际地震数据，常规克希霍夫型波束的偏移结果如图3所示，本发明的自适应射线加密式克希霍夫型束偏移地震波成像结果如图4所示。从两个偏移结果图中可以看出：本发明方法的偏移结果在某些区域反应的构造更加清晰，偏移能量更强，对偏移噪声的压制更好。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。