專利名稱：用于從單色波場計算有限頻率地震遷移傳播時間的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地球物理探測領(lǐng)域，更具體的涉及用于測定傳播時間和用于遷移地震數(shù)據(jù)的傳播時間圖的方法。
在石油和天然氣工業(yè)中，通常使用地球物理探測技術(shù)以幫助搜索和評估地下碳氫化合物沉積。通常，使用地震能量源產(chǎn)生傳播進入地球的地震信號，并通過地下地震反射體(具有不同聲阻抗的地下形成之間的分界面)至少部分對其反射。通過位于地球表面處或在地球表面附近、在水體中、或在鉆孔中的已知深度處的地震探測器紀錄反射，并且可以處理作為結(jié)果的地震數(shù)據(jù)以收益涉及地下反射物的位置和地下形成的物理特性的信息。
在用于自然資源的地球物理勘測的一種形式中，波場從在地球表面處或在地球的表面附近的源點徑向輻射。初始時作為球形展開波陣面?zhèn)鞑ィ椛渎暣┩父鞣N地層，由于在巖石密度和聲速度中的變化，各種地層常常提供了在地層邊界處的聲阻抗失諧。由于通過變換器將反射的波場轉(zhuǎn)換成電信號，從各自的層邊界對波場進行反射以返回至存在機械地動的表面。將包括地震數(shù)據(jù)的信號存儲于用于將來處理的檔案存儲媒介。
地震研究的目的是產(chǎn)生在地質(zhì)和/或經(jīng)濟利益的區(qū)域中地下地球形成的量的圖像。對于具有恒定速度的各向同性的水平地層，通過半平均速率的放大在源附近的接收器處波場發(fā)射和波場接收之間流逝的時間是地層上反射波場的入射點的深度，該地層直接位于源和接收器之間的中點之下。
如果反射器是傾斜的或速度是空間變化的，就不再保持那種簡單關(guān)系；橫向移動入射點以相對于源/接收器中點上升。合適的構(gòu)圖或傾斜的反射器需要從那些傾斜地層起源的波場的遷移。
復合地下環(huán)境排除了地震記錄的簡單堆棧。復合地下環(huán)境在多個方向上散射地震波。簡單堆?？梢远ㄎ诲e誤位置中的地下特征。地震記錄的淺遷移能夠提供地下特征的更精確的位置。遷移包括返回信號的地質(zhì)復定位，以給出在它的合適位置中的事件(層邊界或其它結(jié)構(gòu))。傳播時間圖是預疊加遷移處理的積分部分。一個熟知的遷移技術(shù)是基爾霍夫深度遷移。
對于預疊加深度成像，由于它相對于其它方法低的計算成本，常常選擇基爾霍夫遷移。基爾霍夫遷移需要使用基于射線跟蹤的幾種熟知類型中的任何一種波陣面?zhèn)鞑r間發(fā)生裝置。射線跟蹤方法在復合地質(zhì)結(jié)構(gòu)中是有用的。跟蹤射線傳播時間允許第一波至數(shù)據(jù)和最大能量波至，其中后面的數(shù)據(jù)提供了出眾的圖像?？墒悄切┓椒ㄊ欠浅Ｂ秃纳⒂嬎闾幚頃r間的。
在選擇的輸出點處波場傳播時間的計算是地震數(shù)據(jù)的成功的基爾霍夫深度遷移中的關(guān)鍵因素。對于復合地質(zhì)概況，通過來自于源的射線跟蹤產(chǎn)生至輸出點的波場傳播時間。射線跟蹤產(chǎn)生方法產(chǎn)生了用于在輸出點處所有波陣面波至的傳播時間。
Shein-Shen Wang et al于1993年7月20日授權(quán)的美國專利No.5,229,938中給出了一種方法。其給出的是用于源和接收器對獲得雙向傳播時間的方法，該方法包括測定用于每個源到多個成像點的一組單向傳播時間和測定用于每個接收器到多個成像點的一組單向傳播時間。產(chǎn)生射線裝置用于源和接收器。通過利用射線裝置的兩點插值法計算從源位置到成像點的傳播時間，通過求和兩個裝置、每個用于源和接收器位置的裝置計算雙向傳播時間。獲得雙向傳播時間裝置以用于具體的源和用于所有成像點的接收器組合。
Eikonal(有限差分)傳播時間發(fā)生裝置是非?？焖俚牟⑶也粫a(chǎn)生影區(qū)。有限差分傳播時間發(fā)生裝置常常拾取第一波至傳播時間，然而對于射線跟蹤傳播時間發(fā)生裝置，必須具體選擇波陣面的期望部分。
在由John Vidale，Bulletin of the Seismological Society ofAmerica，v.78，n.6，1998年12月，pp2062-2076出版的論文中給出了熟知的有線差分傳播時間發(fā)生裝置，這里通過有限差分逐點外推法在多向柵格上可以快速計算經(jīng)過任何速度結(jié)構(gòu)的第一波至地震波的傳播時間。取代射線跟蹤波陣面。合適的處理折射波并使影區(qū)充滿合適的波陣面段。該方案是非常快速的并且在線斷層反演中是有用的，并通過平滑橫向速度梯度表征地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的基爾霍夫遷移。
通過經(jīng)過具體速率模型的射線跟蹤可以直接計算從傳播時間圖或傳播時間表得到的傳播時間。通過熟知的方法可以提供速度模型。通常認為速度模型是地球的地震波場速度結(jié)構(gòu)的表示。速度模型是描述了區(qū)域或利益的量內(nèi)部的柵格上速度分布的2D或3D陣列。柵格可以是笛卡爾(x-y-z)柵格，當然，也可以使用球形、多面體或其它柵格。測定用于給出的地震數(shù)據(jù)量或地球結(jié)構(gòu)的合適的速度模型在本領(lǐng)域中是熟知的，這里就不再詳細討論。
在表面處從源點形成的一束射線可以向下傳播進入地球速度模型并經(jīng)過地下對其跟蹤，同時解釋速度梯度的變化和具有速度對比的層邊界處的折射引起的射線彎曲。識別沿著每個光程的反射點作為與層邊界的射線的交叉點。然后通過積分沿著通過與要素聯(lián)系的速度分開的光程的距離的要素，計算從表面處的源位置到地下中的反射點的傳播時間。通過施加倒易性，以相同的方式可以計算從表面處的接收器位置到地下中的反射點的傳播時間。最后，對于在表面處的給出源-接收器對和地下中的反射點，通過對從源到反射點的傳播時間增加從反射點到接收器的傳播時間計算總傳播時間。


圖1A是具有一組4個光程段用于簡單的3層地球模型的速度模型舉例。每個3層，V1、V2和V3具有速率，其中層V1的速率異于V2，并且V2異于V3。來自于地震能量在地球表面處的源位置S作為射線段(通過箭頭表示)經(jīng)過上部模型層V1傳播。當它橫越下一個地球?qū)覸2時，下一個射線段然后獲得不同的路徑。從源S到反射點M的總傳播時間是第一到射線段的和。在第二層V2和第三層V3的分界面處，在反射點M處向著具有速度V2的表面向后反射射線并到達上部層V1，橫越該上部層V1，并然后到達接收器位置R。對于這種源-接收器結(jié)構(gòu)，通過沿著4獨立的段路徑增加射線段傳播時間計算全部源到接收器的傳播時間。
對具有與速度模型類似的節(jié)點結(jié)構(gòu)的柵格可以構(gòu)圖計算的傳播時間。這些傳播時間圖是表示了在利益區(qū)域內(nèi)部的柵格上傳播時間分布的2D或3D陣列。節(jié)點的這些柵格也與笛卡爾(x-y-z)柵格、球形、多面體或其它柵格中的速度模型相似。
圖1B是2D計算柵格的舉例，可以使用其對來自于速度模型的傳播時間構(gòu)圖。在圖1B中包括S和R的所有圓形表示柵格點GP，該柵格點表示用于可以被評估的傳播時間的節(jié)點。該柵格在以箭頭表示的x方向和通過箭頭以z方向表示的深度上橫向延伸。
從有限差分解法到eikonal方程或通過如先前給出的射線跟蹤可以計算傳播時間?？墒莾蓚€方法都是計算用于漸進高頻波的傳播時間。由于波將以頻率相關(guān)方式通過空間變化的速度區(qū)域，這些高頻方法不對任何有限頻率進行精確構(gòu)圖。
通過求和圖像相素處記錄的反射地震數(shù)據(jù)，析取用于在需要用于從源到圖像點到接收器的波的評估時間處求和的數(shù)據(jù)取樣，基爾霍夫遷移產(chǎn)生圖像。通過對高頻eikonal方程用于超過十進位的一些解法已經(jīng)評估了這種傳播時間。解決eikonal方程的使用第一報告的“逆風”有限差分方法是Wiggins，et，al，1986給出的。在基爾霍夫深度遷移中使用高頻傳播時間引起的問題是熟知的，并從早期的1990s(Van Trierand色，1991；Vinje，et al，1993；Geoltrain andBrac，1993；Audebert，et，al，1994a).Biondi，1992中做出了深入的討論，其通過實施速度模型的頻率相關(guān)平滑設(shè)法改進高頻方法。
基爾霍夫遷移過程中的振幅保持是計算上昂貴的。對于振幅保持，必須對遷移軌跡加權(quán)合適的遷移振幅因子?？梢詤⒖?993年12月由Tygel，published in Geophysics，vol.59，No.12給出的文章，其是使用的測量技術(shù)。例如，必須計算等于包括在遷移中的取樣的數(shù)量的權(quán)重的數(shù)量，并且這是計算上昂貴的。
在1996年Stanford，Dave Nichols的學術(shù)論文中給出了計算的單色2D格林函數(shù)，并在試圖避免高頻假設(shè)的限制中實施2D遷移。用于給出的差分方程的格林函數(shù)是對具有如源的空間德耳塔函數(shù)的單色波場的解法。Nichols利用在極坐標中的有限差分方法計算單色2D格林函數(shù)。Nichols正在尋找傳播時間以計算在時間上是德耳塔函數(shù)的格林函數(shù)的近似值。通過處理單色格林函數(shù)作為正弦波的近似值，可以計算多重頻率并將作為結(jié)果的正弦波疊加在一起作為預疊加函數(shù)?？梢赃x擇該函數(shù)峰值作為德耳塔函數(shù)的位置。
先前技術(shù)給出了不精確計算通過地球模型具有變化的速度結(jié)構(gòu)的傳播時間的高頻方法和系統(tǒng)。先前技術(shù)給出了計算遷移振幅因子的方法，其是計算上昂貴的。因此存在一種用于該方法和系統(tǒng)的需要比先前技術(shù)方法更有效和精確的計算傳播時間。存在一種用于該方法和系統(tǒng)的需要有效計算遷移振幅因子以精確的遷移地震圖像和表示地球結(jié)構(gòu)。
一種用于測定在多個地下位置點內(nèi)部的從表面位置到至少一個計算點(CP)的地震波的傳播時間的方法。定義區(qū)域的速度模型。利用速度模型，對于該至少一個CP，計算復合單色波場。在最接近所述多個位置點中的至少一個CP的至少一個鄰近計算點(NCP)處測定地震波的展開相位。利用展開的NCP相位和用于至少一個CP的計算的單色波場到至少一個CP的地震波的傳播時間。從測定的傳播時間值可以產(chǎn)生傳播時間圖或表。
該專利的文本包括至少一副帶有顏色的圖基于請求和必須成本的支付通過專利和商標局將提供具有顏色圖的該專利的副本。通過參考下面的詳細描述和涉及的圖可以更好的理解本發(fā)明和它的優(yōu)點，其中圖1A給出了地球速度模型。
圖1B給出了計算柵格的舉例，可以使用該計算柵格對從速度模型得到的傳播時間進行構(gòu)圖。
圖1C給出了相對于圖1B的柵格計算點的近鄰計算點的選擇結(jié)構(gòu)。
圖1D給出了傳播時間圖如何計算與涉及用于本發(fā)明的CP的展開相位結(jié)合的圖1A的簡單速度模型的圖1B的柵級的示意性舉例。
圖1E給出了展開處理的結(jié)構(gòu)的舉例。
圖2給出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的流程圖。
圖3A給出了用于模型1的速度模型。
圖3B給出了用于模型2的速度模型。
圖4給出了波場和用于模型1的得到的傳播時間。
圖5給出了波場和用于模型2的傳播時間。
圖6給出了在Marmousi模型中具有最大振幅傳播時間覆蓋的30Hz波場的實部。
圖7給出了用于Marmousi模型的速度模型。
圖8給出了利用從30Hz點源波場獲得的傳播時間的遷移Marmousi數(shù)據(jù)預疊加。
結(jié)合它的優(yōu)選實施例給出本發(fā)明的同時，可以理解本發(fā)明不受該處的限制。相反，通過附件權(quán)利要求的限定，其期望覆蓋可以包括在本發(fā)明的精神和范圍中的所有替換、修改以及等價物。
本發(fā)明是一種用于測定傳播時間和產(chǎn)生用于遷移地震數(shù)據(jù)的傳播時間圖和傳播時間表的方法。本發(fā)明的技術(shù)提供了對傳播時間有效和精確的構(gòu)圖，同時提供了對遷移振幅因子的有效計算。因此，利用本發(fā)明的傳播時間圖得到的遷移圖像在位置和振幅上是更連續(xù)和更精確的?；谙旅娴脑敿毭枋霰景l(fā)明的其它優(yōu)點將更容易清楚地展現(xiàn)于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員面前。就下面的詳細描述來說，其對具體實施例和本發(fā)明的具體利用是清楚的，其是用于描述而不是進行解釋以限定本發(fā)明的范圍。
下文中描述的本發(fā)明提供了用于計算傳播時間的改進方法，該方法避免了先前高頻技術(shù)的缺點。在適用于地震數(shù)據(jù)的單獨、有限頻率或少數(shù)頻率處計算傳播時間。這些傳播時間比高頻方法能給出更好的地震圖像。此外，可將地震數(shù)據(jù)過濾成幾個頻率范圍，通過選擇頻率個數(shù)將每個子范圍分別遷移成在它的子范圍中心處計算的傳播時間圖和傳播時間表，從而給出連續(xù)質(zhì)量/成本權(quán)衡。本發(fā)明的方法比對漸進高頻傳播時間實施基爾霍夫求和法也進行了改進的其它方法在計算上更加有效。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是避免了峰化時間域格林函數(shù)的需要。傳播時間涉及單色格林函數(shù)的相位?？蓮膯我粏紊窳趾瘮?shù)直接獲得傳播時間圖或傳播時間表。從單一頻率或選擇出的頻率計算傳播時間，以給出用于那個頻率或選擇出的頻率的成像問題的精確解法(使用在精確度之內(nèi)的方法以計算格林函數(shù))。對傳播時間進行近似修正以用于鄰近頻率。
單色波場也給出了可以用以計算遷移振幅因子的振幅。由射線跟蹤計算振幅通常是不連續(xù)和無規(guī)律可變的。在有限頻率處獲得的振幅給出了平滑的遷移圖像和更精確的反射圖像。
圖2給出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的流程圖。201定義了以陣列形式給出了在利益區(qū)域內(nèi)部的柵級上速度分布的速度模型。203選擇了源位置。205計算用于該源位置的波場。在優(yōu)選實施例中，利用單向聲波方程計算波場。可替代的實施例包括對聲波方程和彈性波方程的單向和雙向解法。通過有限元素或有限差別方法解答每個方程，并且其可以是隱含或明顯的。計算的波場給出了含混、包裹的相位和在每個計算點處的振幅?？梢詼y定初始傳播時間和初始展開相位值，并可將其設(shè)計成陣列的任何節(jié)點。例如，在源位置處的展開相位和傳播時間是0。207選擇在已經(jīng)計算的展開相位處毗鄰鄰近計算點(NCP)的計算點(CP)。初始時，源點是單獨的候選NCP?？墒?，當計算更加展開的相位時，CP的選擇從源點向外移動，并且選擇的CP將具有幾個候選NCP。通過涉及最近的鄰近計算點(NCP)的先前展開相位測定到達CP的地震波的展開相位。209選擇NCP以提供用于獲得CP展開相位的參考展開相位。在優(yōu)選實施例中，從在一個或多個NCP211處的展開相位獲得參考相位。通過任何合適的方法獲得或選擇用于測定CP展開相位的參考相位下面給出舉例。參考相位用于測定CP展開相位213。利用NCP參考相位測定的CP展開相位用于測定CP215處的傳播時間。在本發(fā)明的可替代的實施例中，利用在215處計算的傳播時間可以測定傳播時間圖和傳播時間表。
計算用于在圖2中給出的優(yōu)選實施例的傳播時間的本質(zhì)步驟是測定展開相位211；也就是將在范圍-π百到π中的周期相位轉(zhuǎn)換成與傳播時間成比例的絕對相位。
在本發(fā)明中，從單一單色格林函數(shù)或合適的幾個選擇的頻率計算傳播時間。從單一單色格林函數(shù)計算傳播時間，其中s(r，t)是用于聲波方程的單色點源激勵s(r,t)=δ(r)eiw0t,---(1)]]>其中，r=|x→-x0→|]]>是2維或3維的點源、 和任意表面下的點、 之間的距離。激勵的頻率是ω0，時間是t，以及σ( )是迪拉克德耳塔函數(shù)。
現(xiàn)在， 是用于激勵s(r，ω)＝FT(s(r，t))的聲波的解法▿2U+ω2v2U=s(r,ω)=δ(r)δ(ω-ω0).---(2)]]>通過用于對聲波方程的計算解法的任何熟知方法，可以對于給出的速度、 計算U。該解法可以分成振幅和相位U=A(x→,x→0,ω)eiΦ(x→,x→0,ω),---(3)]]>其中，A(x→,x0→,ω)=|U|]]>是振幅，以及Φ(x→,x0→,ω)=arctan(Im(U)/Re(U))]]>是相位。沒有近似值包括在U的除法中其僅僅是用于代表復合函數(shù)的替代方法。通過傅里葉逆變換U(r，ω)獲得時間域解法。由于U具有唯一的單一偏率，它的傅里葉逆變換簡單的是U(x→,x→0,t)=Aei(Φ-ω0t).---(4)]]>當指數(shù)是零時，(4)中波場的峰值是φ-ω0t＝0(5)其意思是t=Φω0---(6)]]>可是，就給它增加任何多重的2π時它將給出相同的波場來說，φ是含混的。在t＝φ/ω0變成用于計算傳播時間的有用公式之前不得不移除含混性。如果在半波長或更小的波長的間距柵級處計算波場，然后可以使用從一個計算點到鄰近點的相位的限定變化移除含混性。
由計算的解釋在源點處知道波場的相位和傳播時間φsource＝tsource＝0然后由于我們知道鄰近源的計算點處的波場需要正傳播時間，并且其小于來自于源的波長，我們可以選擇它們的絕對或展開相位以包括在范圍
中設(shè)置的差別φ-φsource的多重的2π。
一旦已將毗鄰源的點指派為展開相位，下一個鄰近它們的點可以接收展開任務。從源點向外迭代處理該任務直到已將所有的計算點指派為展開相位。在每個迭代處，從與被討論的點鄰近的點的先前展開相位計算參考相位、φref。選擇多重的2π用于被討論的點的相位、φ，以使φ-φref存在于范圍
中?？商娲?，可使在點處的展開的相位的預測作為φprediction＝φref+dφ，其中計算dφ作為從參考點到預測點的局部傳播時間。然后可以選擇多重的2π以設(shè)置在范圍[-π，+π]中的參考相位、φ-φprediction。
使用振幅 以提供在基爾霍夫遷移中需要的振幅因子。通過恒定速度事件提供計算來自于單色解法的傳播時間的簡單舉例。通過解析獲得解法為U=A0rei(ωvr-ωt).---(7)]]>傳播時間簡單的為t=Φω=ωvrw=rv.]]>該時間、t是直線傳播時間。
通過施加在上面給出的用于指派對每個計算點的展開相位的迭代方法，通過對在傳播時間圖中對鄰近計算點的分析，就實現(xiàn)了通過相位展開(圖2中的211)解決相位含混性。單色波場的計算獲得了在傳播時間圖中的每個計算點(CP)處的復合波函數(shù)。在圖1B中代表的任何柵級點GP可以是CP。
利用復合函數(shù)的實部和虛部可以完成計算。下面給出了了波函數(shù)、U的相位、φΦ=arctan(Im(U)Re(U)).---(9)]]>就給它增加任何多重的2π時將不會引起波函數(shù)的變化來說，φ是含混的。因此，為了使用相位作為利用方程6的傳播時間計算的基礎(chǔ)，必須解決含混性。
該含混性的解決需要在CP處在復合值之上的附加信息。該附加信息來自于NCP、波場的空間演化和用于限定傳播時間的輔助選擇。
從相對于圖1C中的CP的結(jié)構(gòu)的下面非詳盡舉例選擇用于圖2的209中選擇的NCP組的舉例。結(jié)構(gòu)101中的NCP在深度上位于101的CP之上。給出的計算柵級節(jié)點是顯示裝置101和107中“垂直結(jié)構(gòu)”的舉例。作為需要向左/右顛倒“拐角結(jié)構(gòu)”以設(shè)置距離源點最近一測NCP(在深度上該NCP近鄰于CP)。當使用拐點結(jié)構(gòu)時，使用垂直結(jié)構(gòu)以計算一行新深度CP上的第一CP。其它的結(jié)構(gòu)對本領(lǐng)域的精通技術(shù)人員來說是顯然的。這些結(jié)構(gòu)是直接從2D到3D外推。
在離散的數(shù)字計算中，在CP處計算的波場是足夠的緊密，從而測定從一個CP到它的鄰近點的絕對相對相位變化。在有限積分計算中，必須將CP分隔成相隔小于半波長，這樣將相位差限定在小于π。在一些傅里葉方法中，CP必須間隔大于半波長，但是計算方法采用在那些CP之間的相位的已知的函數(shù)相關(guān)。因此，在一組NCP處的展開相位，通過需要其在來自于相位φCP、來自于NCP的預測相位的±π的相位差別可以測定在CP處波的相位。
當從與來自于另一個NCP的預測展開相位不同的一個NCP預測展開相位(圖2中的211)時引起了第二含混性。通過在可能性之中的選擇可以解決該含混性。從選擇的結(jié)構(gòu)之中的最強振幅NCP可以預測展開相位，或形成從振幅加權(quán)NCP獲得的預測值?？商娲模梢詫ρ刂鴱脑袋c到CP的線最接近的NCP給與選擇權(quán)。例如，可在清楚的有限差分向下連續(xù)波傳播中使用這些方法。在結(jié)合測定CP的相位的下面舉例中討論解決NCP含混性。
圖1D給出了傳播時間圖如何計算與涉及用于本發(fā)明的CP的展開相位結(jié)合的圖1A的簡單速度模型的圖1B的柵級的示意性舉例。射線從源位置SP經(jīng)過具有速度V1的層，并到達具有速度v2的層，在具有速度v2的層它到達計算點CP。在圖1D中給出的CP同時在該例子中，其也是一個反射點，但是任何格點可以是CP。輪廓箱103包圍了具有3NCP的CP的選擇的拐角結(jié)構(gòu)。
圖1C給出了幾個NCP結(jié)構(gòu)101、103、105和107。在波場的直角柵格、向下延拓計算中，這些結(jié)構(gòu)是有用的。如果相位展開在增加深度的水平行中是連續(xù)的，并是朝向來自于行內(nèi)部的源位置的兩側(cè)是連續(xù)的計算，然后在圖1C中給出的NCP結(jié)構(gòu)常常具有在用于給出的CP的所有NCP處可用的展開相位。
可以使用最大振幅預測值以解決用于利用了NCP的選擇設(shè)置的圖2的213中CP相位含混性，例如來自于圖1D的結(jié)構(gòu)103。在CP處預測的相位是ΦCP=ΦMAX+ω·drv,---(10)]]>其中，φMAX是參考相位，在NCP處具有最大振幅的先前展開相位，以及dr是分離CP的距離和NCP具有最大振幅。在CP處的相位是通過具有增加了多重的2π以將其設(shè)置于范圍φCP±π的方程9給出的展開相位。
同樣給出了在圖2中用于211在NCP中展開處理的結(jié)構(gòu)的舉例，波場的局部方向的特征在于在圖1E中的波數(shù)向量k，其中k是表現(xiàn)了波方向的局部評估的波數(shù)。在用以測定在節(jié)點CP處的相位、φCP的振幅預測方法中，使用具有結(jié)構(gòu)103的最大振幅的三個節(jié)點中的一個節(jié)點作為參考相位、φMAX，并且用于在圖2中給出的優(yōu)選實施例的預測相位213是ΦCP=ΦMAX+k·dx→,---(11)]]>其中，k是來自于NCP的評估，并且 是從參考點到CP的向量。可替代的平面波方法將選擇取代所有三個NCP的兩個左側(cè)NCP節(jié)點的最大振幅，其中k在圖1E結(jié)構(gòu)103之間通過。這是對沿著從源點到CP的線最接近的NCP給出的參考的舉例。同時這些是2D舉例，它是直通的以延伸這些事件至3D。
可以選擇加權(quán)振幅最小平方平面波預測值以解決相位含混性。舉例包括諸如在圖1C中的CP最直接之上的五個NCP的垂直結(jié)構(gòu)107的一組NCP，或作為在最接近于源點的CP的一側(cè)的正NCP的CP最直接之上的三個NCP的拐角結(jié)構(gòu)105。在用于參數(shù)φ0的2D事件中的加權(quán)線性最小平方解法中利用這些NCP相位和振幅，參考相位同樣來自于圖2，kx，側(cè)向尺寸，以及kz，深度尺寸。給出預測相位φCP＝φ0+kx·dx+kz·dz (12)
這可以延伸至3D，φCP＝φ0+kr·dr，其中r延伸至任何選擇的坐標系統(tǒng)。
同樣，通過選擇來自于圖1C的結(jié)構(gòu)可以使用用于解決相位含混性的簡單平面波預測值。例如，NCP組的結(jié)構(gòu)103包括直接在CP之上的NCP，在CP一側(cè)的NCP最接近于源點SP，并且通過CP和第一兩個NCP(也就是在圖1C和圖1D和圖1E中的103)限定NCP完全直角。這些三個NCP的相位唯一的限定了同樣在方程12中的平面波預測值。
通過選擇任何組NCP可以使用惠更斯子波預測值。構(gòu)造ΦCP=ΣNCPs(ΦNCP+ω·drv).---(13)]]>也可以加權(quán)子波和，也就是通過振幅ΦCP=ΣNCPsANCP(ΦNCP+ω·drv).---(14)]]>可以使用向下延拓波推斷方法用于傳播時間計算。首先，計算用于單一頻率的波場、U。然后，在每個深度步驟處，計算來自于方程9的局部相位作為φ＝tan-1(Im(U)/Re(U))。
利用比如C語言atan2()函數(shù)計算角度，其返回在范圍-π到π中的值。如果值是負的，可以增加2π以給出用于局部相位的0到2π的范圍。返回的值可以與以在先前深度步驟處的源位置的方向最接近的柵格單元處已測定的相位進行比較?？蓪植肯辔辉黾佣嘀氐?π以給出比在比較的位置處的球形相位大0到2π的球形相位。除了這些非常簡單的相位預測值，多種預測值給出了同樣或類似的導致了速度模型的傳播時間。
這里用于圖3A，3B，4和5討論的例子使用了下面的參數(shù)計算的柵格尺寸nx＝nz＝100。
計算的柵格間距dx＝dz＝10m。
頻率10Hz。
速度在圖3A中的模型1在x和y中總計1000m。速度恒定貫穿模型，1000m/s。
在圖3B中的模型2兩個500m厚度層。上部層是1000m/s和下部層是2000m/s。
圖4給出了U401的實部和用于恒定速度模型、來自于圖3A的模型1的展開相位。展開相位如來自于方程8的預期相位隨大約恒定的傾斜增加。如錐形面給出了從用于恒定速度模型的波場相位獲得的傳播時間。從水平平面401向上標繪時間。在有顏色的圖401中的等相等高線給出了在缺乏任何速度不連續(xù)時在深度上波的穩(wěn)定傳播。
圖5給出了用于速度模型、來自于圖3B的模型2的波場501和獲得的傳播時間503，其中在最大深度的一半處加倍速度，在505給出了速度不連續(xù)。以在水平平面501之上的有顏色的圖示出計算的波場的實部。以具有通過在水平片面之上的高度代表的時間的表面503給出了從波場相位得到的傳播時間。
圖5給出了具有水平速度不連續(xù)505從模型2得到的結(jié)果。在不連續(xù)505之下的速度是在不連續(xù)之上它的值的兩倍。如預期的在不連續(xù)之下對傳播時間表面503的傾斜進行均分。當它遇到速度不連續(xù)505時，有顏色的圖501中的等相等高線507給出了波褶皺。
圖6給出了在Marmousi模型中具有最大振幅傳播時間覆蓋的30Hz波場的實部。釋放Marmousi合成數(shù)據(jù)集(Bourgeois等，Proceedings of the 1990 EAEG Workshop on Practical Aspects ofData InversionEur.Assoc.Expl.Geophys.，5-16，1991)作為用于速度評估的測試。常常使用數(shù)據(jù)集用于測試遷移和速度地震數(shù)據(jù)處理運算法則。它是基于Angola中Cuanza盆地的地質(zhì)概況的復雜聲波2-D數(shù)據(jù)。在圖7中給出了速度模型。通過生長斷層支配結(jié)構(gòu)形式，生長斷層起因于鹽沼蠕變，并引起在模型的上部部分中的復雜速度結(jié)構(gòu)。主要成像目標是在鹽沼之下的背斜結(jié)構(gòu)中的水庫。
圖8給出了具有Marmousi數(shù)據(jù)使用的本發(fā)明的方法。利用從30Hz點源波場獲得的傳播時間已對Marmousi數(shù)據(jù)進行遷移預疊加。在模型的主要成像目標處的反射的底部處的反射的清晰度和質(zhì)量描述了遷移的保真度。
可將單色波場表述成具有相對高振幅的河川，例如在圖6中603是高振幅河川，其中相位具有平滑單調(diào)增加。在具有相對低振幅代表數(shù)據(jù)區(qū)域的河川之間可以有明顯的縫隙。這些縫隙是多重波至交迭的地方，產(chǎn)生了相消干擾，并且這樣僅產(chǎn)生了弱反射。相位展開發(fā)現(xiàn)在高振幅區(qū)域中的合適的展開相位，并且使用這些相位作為在低振幅時縫隙中的參考，可以使用其改進展開處理的穩(wěn)定性。
用于計算寬縫隙波場的可替代方法是為了計算在展開多面層上的波場，例如，由于對二十面體的每一面的法線大約是徑向的，在二十面體上限定的柵格是有用的。利用有限差分方法或其它數(shù)字方法在大約球形多面層上可以計算波場。
來自于波方程的單色解法的波傳播時間的計算可以采取幾種不同的形式。聲波方程的解法可以包括聲波方程的單向解法和聲波方程的雙向解法。本發(fā)明也可以使用彈性波方程的解法。彈性波方程解法也包括單向解法和雙向解法。數(shù)字方法解法包括有限差分方法、初始元素方法和傅里葉變換方法、以及其它變換。通過分析先前展開相位和一組鄰近計算點(NCP)的展開相位用于展開在給出的計算點(CP)處波的相位的方法包括選擇來自于源點和CP的相對位置的NCP，通過分析傳播時間或展開相位的局部梯度選擇NCP，發(fā)現(xiàn)最高的振幅NCP，發(fā)現(xiàn)NCP的最小展開相位，對NCP擬合平面波，對NCP擬合加權(quán)振幅或另外的加權(quán)平面波，并且實施振幅或從NCP獲得另外的加權(quán)惠更斯子波計算。
從用于單色波場解法計算的振幅可以獲得用于基爾霍夫遷移的遷移振幅或振幅加權(quán)參數(shù)。利用如在這里給出的計算的傳播時間可以實施基爾霍夫遷移。利用在選擇的頻率處或在那個頻帶中的頻率處用于計算的每個頻帶的傳播時間在多重頻帶中可以實施基爾霍夫遷移。
從單色源點波場或格林函數(shù)可以計算用于深度遷移的傳播時間圖或表。這些傳播時間圖對在計算的頻率處的波方程是精確的解法，并且與以高頻漸近方法計算的傳播時間相比，是用于鄰近頻率的更好的近似值。
在地震頻帶中的少數(shù)頻率處可以計算傳播時間?？蓪⒌卣饠?shù)據(jù)分解成在這些頻率周圍的頻帶，并且可以以它的聯(lián)合的傳播時間對每個頻帶進行遷移。由于處理是線性的，通過對這些帶限圖像求和可以恢復完整的地震圖像。通過選擇為了使用的頻帶的數(shù)量，我們可以期望圖像質(zhì)量中的一個增量的改進具有在計算成本中的增量的增加。
作為本發(fā)明的最后概括，定義速度模型并選擇源位置。對于每個CP計算復合波場。在每個CP處計算展開相位，例如利用反正切函數(shù)。在源點處開始迭代循環(huán)。初始時，由于它是零，已知展開相位在源點處是單一的。由于它是具有在迭代處的展開相位的單一NCP，專用迭代以用于鄰近源點的CP。由于在它們沒有行，專用迭代以用于CP陣列的上部行。如果缺少普通事件CP中的一些，在模型的邊緣處可以專用迭代。
在已經(jīng)處理的專用事件之后使用普通事件。選擇已具有展開相位的CP的CP。通過合適的設(shè)置中的具有展開CP的必要性支配選擇CP的順序。從源點徑向地或多或少的繼續(xù)該順序。計算來自于NCP的展開相位的參考相位。從參考相位和傳播延遲在CP處計算預測的展開相位。選擇多重的2π以增加給CP的展開相位，從而使作為結(jié)果的展開相位盡可能的接近預測的展開相位，或者交替地，其盡可能的接近，但是差分＞0。
本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以理解如給出的，可以實踐這里給出的方法，其包括但不受給出的實施例的限制。進一步的，可以理解本發(fā)明不受已經(jīng)給出的用于描述作用的前面所述的不正當限制。如在下面權(quán)利要求定義的，只要不脫離本發(fā)明的真實范圍，各種修改和替代對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員是明顯的。
權(quán)利要求
1.用于測定在多個地下位置點內(nèi)部的從表面位置到至少一個計算點(CP)的地震波的傳播時間的方法包括(a)定義包括所述多個地下位置點的區(qū)域的速度模型；(b)利用速度模型，對于該至少一個CP，計算單色波場；(c)在最接近所述多個位置點中的至少一個CP的至少一個鄰近計算點(NCP)處測定地震波的展開相位；以及(d)對于該至少一個CP，從所述測定的展開相位和所述的計算單色波場，測定到該至少一個CP的地震波的傳播時間。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述表面位置是至少一個i)源位置，和ii)接收器位置。
3.權(quán)利要求1的方法，其中計算用于該至少一個CP的單色波場進一步包括對至少一個i)單向彈性波方程，ii)雙向彈性波方程，iii)單向聲波方程，iv)雙向聲波方程測定單色解法。
4.權(quán)利要求3的方法，其中計算單色波場進一步包括以至少一個i)有限元方法，ii)有限差分方法，iii)顯式方法，iv)隱式方法解決波方程解法。
5.權(quán)利要求3的方法，其中計算單色波場進一步包括使用至少一個格林函數(shù)。
6.權(quán)利要求3的方法進一步包括從計算的單色波場獲得基爾霍夫遷移振幅因子。
7.權(quán)利要求1的方法，其中至少一個CP包括多個CP。
8.權(quán)利要求1的方法，其中至少一個NCP包括多個NCP。
9.權(quán)利要求1的方法進一步包括從至少一個計算的傳播時間測定I)傳播時間圖，和ii)傳播時間表。
10.權(quán)利要求1的方法，其中至少一個NCP包括多個NCP，該方法進一步包括通過形成多個NCP的相位的加權(quán)和來測定多個NCP的相位。
11.權(quán)利要求1的方法，其中測定至少一個CP的展開相位包括將至少一個CP的展開相位限定于用于至少一個NCP的測定相位的±π之內(nèi)。
12.權(quán)利要求1的方法，其中測定傳播時間進一步包括計算多面體表面之上的單色波場。
13.權(quán)利要求1的方法，其中測定傳播時間進一步包括計算是二十面體的多面體表面之上的單色波場。
14.權(quán)利要求1的方法，其中測定到至少一個CP的地震波的傳播時間進一步包括i)分析傳播時間的局部梯度，ii)分析展開相位的局部梯度，iii)測定至少一個NCP的最大振幅，iv)測定至少一個NCP的最小展開相位，v)對至少一個NCP擬合平面波，vi)對至少一個NCP擬合加權(quán)平面波，以及vii)計算來自于至少一個NCP的加權(quán)惠更斯子波，中的至少之一。
15.用于測定在多個地下位置點內(nèi)部的從表面位置到至少一個計算點(CP)的地震波的傳播時間的方法包括(a)定義包括所述多個地下位置點的區(qū)域的速度模型；(b)利用速度模型，對于該至少一個CP，計算單色波場；(c)在最接近所述多個位置點中的至少一個CP的至少一個鄰近計算點(NCP)處測定地震波的展開相位；(d)對于該至少一個CP，從所述測定的展開相位和所述的計算單色波場，測定到該至少一個CP的地震波的傳播時間，以用于；以及(e)以圖的形式存儲傳播時間值。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述表面位置是i)源位置，和ii)接收器位置中的至少之一。
17.權(quán)利要求15的方法，其中至少一個CP包括多個CP。
18.權(quán)利要求15的方法，其中至少一個NCP包括多個NCP。
19.權(quán)利要求15的方法，其中至少一個NCP包括多個NCP，該方法進一步包括通過形成多個NCP的相位的加權(quán)和來測定多個NCP的相位。
20.權(quán)利要求15的方法，其中測定至少一個NCP的展開相位包括將至少一個CP的展開相位限定于用于至少一個NCP的測定相位的±π之內(nèi)。
21.權(quán)利要求15的方法，其中使用至少一個格林函數(shù)計算測定的單色波場。
22.權(quán)利要求15的方法進一步包括從計算的單色波場獲得基爾霍夫遷移振幅因子。
23.權(quán)利要求15的方法，其中測定單色波場進一步包括計算多面體表面之上的波場。
24.權(quán)利要求15的方法，其中測定單色波場進一步包括計算是二十面體的多面體表面之上的波場。
25.權(quán)利要求15的方法，其中測定單色波場進一步包括計算i)單向彈性波方程，ii)雙向彈性波方程，iii)單向聲波方程，iv)雙向聲波方程中至少之一的解。
26.權(quán)利要求15的方法，其中測定單色波場進一步包括以i)有限元方法，ii)有限差分方法，iii)顯式方法，iv)隱式方法中至少之一解決波方程解法。
27.權(quán)利要求15的方法，其中測定到至少一個CP的地震波的傳播時間進一步包括i)分析傳播時間的局部梯度，ii)分析展開相位的局部梯度，iii)測定至少一個NCP的最大振幅，iv)測定至少一個NCP的最小展開相位，v)對至少一個NCP擬合平面波，vi)對至少一個NCP擬合加權(quán)平面波，以及vii)計算來自于至少一個NCP的加權(quán)惠更斯子波，中的至少一個。
28.用于測定在多個地下位置點內(nèi)部的從表面位置到至少一個計算點(CP)的地震波的傳播時間的方法包括(a)定義包括所述多個地下位置點的區(qū)域的速度模型；(b)利用速度模型，對于至少一個CP，對于至少一個選擇頻率計算波場，；(c)在最接近所述多個位置點中的至少一個CP的至少一個鄰近計算點(NCP)處測定地震波的展開相位；以及(d)對于該至少一個CP，從所述測定的展開相位和所述的計算單色波場，測定到該至少一個CP的地震波的傳播時間。
29.權(quán)利要求28的方法，其中所述表面位置是i)源位置，和ii)接收器位置中的至少一個。
30.權(quán)利要求28的方法，其中對于該至少一個CP計算波場進一步包括對于至少一個選擇頻率測定i)單向彈性波方程，ii)雙向彈性波方程，iii)單向聲波方程，iv)雙向聲波方程中至少之一的波場解法。
31.權(quán)利要求30的方法，其中計算波場進一步包括以i)有限元方法，ii)有限差分方法，iii)顯式方法，iv)隱式方法中的至少之一解決波方程解法。
32.權(quán)利要求30的方法，其中計算波場包括進一步包括使用用于至少一個選擇頻率的至少一個格林函數(shù)。
33.權(quán)利要求30的方法進一步包括從計算的波場獲得基爾霍夫遷移振幅因子。
34.權(quán)利要求28的方法，其中至少一個CP包括多個CP。
35.權(quán)利要求28的方法，其中至少一個NCP包括多個NCP。
36.權(quán)利要求28的方法，進一步包括從至少一個計算傳播時間測定i)傳播時間圖，和ii)傳播時間表中的至少之一。
37.權(quán)利要求28的方法，其中至少一個NCP包括多個NCP，該方法進一步包括通過形成多個NCP的相位的加權(quán)和來測定多個NCP的相位。
38.權(quán)利要求28的方法，其中測定至少一個CP的展開相位包括將至少一個CP的展開相位限定于用于至少一個NCP的測定相位的±π之內(nèi)。
39.權(quán)利要求1的方法，其中測定傳播時間進一步包括對于至少一個選擇頻率計算在多面體表面之上的波場。
40.權(quán)利要求1的方法，其中測定傳播時間進一步包括對于至少一個選擇頻率計算在二十面體的多面體表面之上的波場。
41.權(quán)利要求15的方法，其中測定到該至少一個CP的地震波的傳播時間進一步包括i)分析傳播時間的局部梯度，ii)分析展開相位的局部梯度，iii)測定至少一個NCP的最大振幅，iv)測定至少一個NCP的最小展開相位，v)對至少一個NCP擬合平面波，vi)對至少一個NCP擬合加權(quán)平面波，以及vii)計算來自于至少一個NCP的加權(quán)惠更斯子波，中的至少之一。
全文摘要
一種用于測定在多個地下位置點內(nèi)部的從表面位置到至少一個計算點(CP)的地震波傳播時間的方法。定義區(qū)域的速度模型。利用速度模型，計算復合單色波場，以用于至少一個CP。在最接近所述多個位置點中的至少一個CP的至少一個鄰近計算點(NCP)處測定地震波的展開相位。利用展開的NCP相位和用于至少一個CP的計算的單色波場測定到至少一個CP的地震波的傳播時間。從測定的傳播時間值產(chǎn)生轉(zhuǎn)播時間圖和表。
文檔編號G01V1/00GK1613021SQ02826701
公開日2005年5月4日 申請日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月4日
發(fā)明者詹姆斯·W.·威金斯 申請人:維斯特恩格科有限責任公司