本發(fā)明屬于地球物理勘探地震資料采集處理領(lǐng)域，具體涉及一種成像道集的應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

上世紀(jì)90年代，荷蘭Delft大學(xué)以Van Velhuizen等在Berkhout教授波場(chǎng)傳播算子理論的啟發(fā)下，提出了基于炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)波場(chǎng)雙聚焦的地震觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法。

波場(chǎng)雙聚焦方法其實(shí)質(zhì)是在簡(jiǎn)化成像處理過(guò)程的基礎(chǔ)上，針對(duì)地下目標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)觀測(cè)排列分別依據(jù)炮點(diǎn)分布和檢波點(diǎn)分布，作波場(chǎng)延拓，形成來(lái)自炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的聚焦波場(chǎng)，對(duì)這兩個(gè)聚焦波場(chǎng)作成像相關(guān)處理，形成總體成像結(jié)果輸出和分射線參數(shù)的成像輸出，根據(jù)這些成像輸出的主峰值寬度、主峰值相對(duì)旁瓣的比值，或成像能量在射線參數(shù)域的分布均勻程度，判別觀測(cè)系統(tǒng)的分辨率，信噪比和適應(yīng)巖性分析的程度。

這種觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，考慮了實(shí)際介質(zhì)中速度的真實(shí)變化，以近似的波傳播過(guò)程和目標(biāo)點(diǎn)的近似成像效果，定量展示特定觀測(cè)系統(tǒng)的成像輸出，能夠比較客觀地評(píng)價(jià)觀測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)劣。

但是，從其實(shí)現(xiàn)過(guò)程可以看出，為了減小計(jì)算工作量，這種方法用簡(jiǎn)單的層狀介質(zhì)代替真實(shí)速度模型，用波動(dòng)方程的解析形式或Kirchhoff積分方法代替實(shí)際的地下聲波傳播過(guò)程，這些與真實(shí)情況存在差異，對(duì)于復(fù)雜的地下目標(biāo)，其所反映的成像特征與真實(shí)成像結(jié)果不一致，不能給出觀測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

上世紀(jì)末，人們提出了波動(dòng)方程照明分析，通過(guò)計(jì)算從地表到地下任意一點(diǎn)的波場(chǎng)傳播能量的相對(duì)大小，分析地表觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)于地下復(fù)雜構(gòu)造照明的均 勻程度，從而指出照明不足的位置，指導(dǎo)加密采集。它利用波動(dòng)方程求解傳播能量的相對(duì)大小，精度較高，同時(shí)，它對(duì)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)分別考慮能量的傳播，無(wú)法給出最終成像效果的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。2012年CGGVeritas公司提出以傾角道集的能量分布判斷觀測(cè)系統(tǒng)最大偏移距是否合適，他們?cè)趶?fù)雜構(gòu)造下人為設(shè)置散射點(diǎn)，考察傾角道集上散射點(diǎn)的能量分布特征，理想情況下，傾角道集的能量分布沿角度是漸變的，在地層真實(shí)傾角處能量最強(qiáng)，違背這一特征說(shuō)明最大觀測(cè)偏移距不夠，這樣可以評(píng)價(jià)觀測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)，這種方法需要對(duì)不同排列長(zhǎng)度的觀測(cè)資料作傾角道集生成與分析，需要多次成像對(duì)比，常規(guī)應(yīng)用難于實(shí)現(xiàn)。

國(guó)內(nèi)陳三平等研究了一種生成深度域成像道集的方法，采用了Kirchhoff方法進(jìn)行運(yùn)算。目前逆時(shí)偏移技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，生成的成像道集更為精確。

分析以往對(duì)于地震觀測(cè)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，要么對(duì)地下介質(zhì)的描述過(guò)于簡(jiǎn)化，要么對(duì)地震波場(chǎng)傳播規(guī)律太過(guò)理想化，要么只考慮傳播總體能量，且把炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)隔立開(kāi)來(lái)考慮，它們都受制于一個(gè)共同的約束，即盡量簡(jiǎn)化計(jì)算，避免涉及無(wú)法把握的太多成像細(xì)節(jié)，其結(jié)果是最終都無(wú)法給出對(duì)應(yīng)給定觀測(cè)系統(tǒng)的地下成像效果的真實(shí)評(píng)價(jià)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種成像道集的應(yīng)用方法，利用逆時(shí)偏移成像技術(shù)生成指定地下位置的成像道集，通過(guò)分析這些道集所反映的能量橫向分布，準(zhǔn)確判定觀測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)劣。它所使用的就是成像速度模型，雙程波模擬地震波傳播，以真實(shí)的局部成像反映觀測(cè)數(shù)據(jù)的成像貢獻(xiàn)，解決了以往評(píng)價(jià)方法存在假設(shè)近似的問(wèn)題。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種成像道集的應(yīng)用方法,包括：

S1，準(zhǔn)備需要的地震數(shù)據(jù)：

對(duì)于未實(shí)施的觀測(cè)系統(tǒng)，輸入數(shù)據(jù)包括：地震采集觀測(cè)系統(tǒng)、地下介質(zhì)速度模型、待分析目標(biāo)層或者假想層的構(gòu)造形態(tài)；

對(duì)于已經(jīng)完成采集的采集系統(tǒng)，輸入數(shù)據(jù)包括：地震采集觀測(cè)系統(tǒng)、地下介質(zhì)速度模型、待分析目標(biāo)層或者假想層的構(gòu)造形態(tài)和地震觀測(cè)記錄道；

S2，生成成像道集：對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和成像計(jì)算，生成成像道集；

S3，進(jìn)行評(píng)價(jià)觀測(cè)系統(tǒng)分析，包括關(guān)鍵點(diǎn)采集效果評(píng)價(jià)和目標(biāo)界面的采集效果評(píng)價(jià)。

所述S2是這樣實(shí)現(xiàn)的：

輸入數(shù)據(jù)與成像計(jì)算：如果基于波動(dòng)方程偏移的成像技術(shù)，則生成共激發(fā)炮點(diǎn)地震道集，如果基于射線追蹤的成像技術(shù)，則生成共中心點(diǎn)道集；對(duì)于未完成采集的情況，則依據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)和速度模型作波場(chǎng)正演，計(jì)算模擬地震采集記錄；

生成成像道集：對(duì)于基于射線追蹤的成像技術(shù)，則直接輸出共成像點(diǎn)道集，對(duì)于基于波動(dòng)方程的成像技術(shù)，通過(guò)下面的方式生成共成像點(diǎn)道集：

以分析點(diǎn)為中心，以成像過(guò)程中所選擇的成像孔徑為分析直徑，對(duì)所有落在這一分析直徑范圍內(nèi)的炮記錄作偏移，在炮點(diǎn)偏移形成的局部成像數(shù)據(jù)體中，記錄每一道對(duì)應(yīng)的炮點(diǎn)坐標(biāo)和輸出成像點(diǎn)坐標(biāo)；對(duì)分析直徑內(nèi)所有炮局部成像結(jié)果，抽取成像點(diǎn)的成像道，依據(jù)炮點(diǎn)到成像點(diǎn)的距離作重新排列，得到了對(duì)應(yīng)同一地下位置、不同炮點(diǎn)的炮偏移距道集，即共成像點(diǎn)道集。

所述S2中，在成像參數(shù)選擇時(shí)，將能夠?qū)Ψ治鳇c(diǎn)產(chǎn)生貢獻(xiàn)的道都參與到成像計(jì)算中，在計(jì)算能力允許的情況下，盡量保證足夠大的偏移孔徑和偏移頻帶寬度。

所述S3中的關(guān)鍵點(diǎn)采集效果評(píng)價(jià)是這樣實(shí)現(xiàn)的：

在關(guān)鍵點(diǎn)不同深度位置，由共成像點(diǎn)道集提取該深度的振幅值，把共成像點(diǎn)道集按照等深度作深度切片,切片上所顯示的振幅能量分布大體上是一個(gè)以成像點(diǎn)為中心的圓，即能量分布圓形；

由能量分布橢圓形展布特征判定地震采集觀測(cè)系統(tǒng)的適應(yīng)性；

由能量分布圓心位置相對(duì)成像點(diǎn)的偏差判定地質(zhì)目標(biāo)對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)非對(duì)稱性的要求；

由圓形邊界是否突變判定觀測(cè)系統(tǒng)在相應(yīng)位置觀測(cè)是否充分，如果圓形邊界突變，則觀測(cè)不充分，需要增加觀測(cè)點(diǎn)；

將能量分布強(qiáng)的炮檢點(diǎn)偏移距、觀測(cè)方位作為采集觀測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)選偏移距和優(yōu)選方位；能量分布圓形內(nèi)的振幅能量變化大，則觀測(cè)系統(tǒng)的空間采樣不足。

所述由能量分布橢圓形展布特征判定地震采集觀測(cè)系統(tǒng)的適應(yīng)性是這樣實(shí)現(xiàn)的：

采集系統(tǒng)如果是合適的，適應(yīng)于地下地質(zhì)特點(diǎn)的，那么，這個(gè)圓的中心就在成像點(diǎn)附近，如果不合適，圓中心就偏離成像點(diǎn)。

所述由能量分布圓心位置相對(duì)成像點(diǎn)的偏差判定地質(zhì)目標(biāo)對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)非對(duì)稱性的要求是這樣實(shí)現(xiàn)的：

如果發(fā)生偏差，則說(shuō)明地下目標(biāo)特殊，需要的觀測(cè)方式，不同于常規(guī)的對(duì)稱觀測(cè)方式，需要在圓中心點(diǎn)相對(duì)成像點(diǎn)偏離的相反方向增加炮點(diǎn)。

所述S3中的目標(biāo)界面的采集效果評(píng)價(jià)是這樣實(shí)現(xiàn)的：

沿目標(biāo)界面上的每一點(diǎn)提取成像振幅的屬性，分析其空間的變化特征；

把目標(biāo)面上的每一點(diǎn)都當(dāng)成關(guān)鍵點(diǎn)，逐一分析各個(gè)點(diǎn)的所有評(píng)價(jià)參數(shù)，考查各個(gè)點(diǎn)的空間分布特征，評(píng)價(jià)觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)于全區(qū)的適應(yīng)性；

評(píng)價(jià)參數(shù)包括所述優(yōu)選偏移距和優(yōu)選方位，在共成像點(diǎn)道集上，如果能量分布圓形在某一方位有缺口，說(shuō)明這一方位的觀測(cè)偏移距不夠大；如果某一方位的振幅能量變化較大，說(shuō)明這一方位炮點(diǎn)不夠多，這樣避免采集照明盲區(qū)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用現(xiàn)有全部信息對(duì)地震觀測(cè)系統(tǒng)作出接近真實(shí)情況的評(píng)價(jià)，克服了前人方法中存在的假設(shè)近似，評(píng)價(jià)結(jié)果全面、真實(shí)、可信。本發(fā)明既可以應(yīng)用于地震資料采集前的觀測(cè)系統(tǒng)性能對(duì)比，又可以應(yīng)用于地震資料采集后，對(duì)現(xiàn)有觀測(cè)系統(tǒng)作適應(yīng)性評(píng)價(jià)，并對(duì)下 一步觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出改進(jìn)建議。

附圖說(shuō)明

圖1 本發(fā)明方法的步驟框圖

圖2 三維地震成像剖面

圖3-1 對(duì)應(yīng)深度為940m，分析點(diǎn)(黑色十字)周?chē)髋邳c(diǎn)的成像能量貢獻(xiàn)

圖3-2 對(duì)應(yīng)深度為1340m，分析點(diǎn)(黑色十字)周?chē)髋邳c(diǎn)的成像能量貢獻(xiàn)

圖3-3 對(duì)應(yīng)深度為2140m，分析點(diǎn)(黑色十字)周?chē)髋邳c(diǎn)的成像能量貢獻(xiàn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

1)地震觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)技術(shù)

由實(shí)際觀測(cè)地震記錄或正演模擬地震記錄，生成共成像點(diǎn)道集，依據(jù)目標(biāo)層位置處共成像點(diǎn)道集所展示的能量分布特征，判定地震采集系統(tǒng)的適應(yīng)性，給出采集系統(tǒng)改進(jìn)的科學(xué)建議。

2)技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟

本發(fā)明應(yīng)用局部成像結(jié)果作觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)，既可以對(duì)未實(shí)施的觀測(cè)系統(tǒng)作性能估計(jì)，也可以對(duì)已經(jīng)實(shí)施的地震采集的觀測(cè)系統(tǒng)作效果評(píng)價(jià)，同時(shí)提出科學(xué)的改進(jìn)建議。

如圖1所示，本方法具體包括如下幾步：

①輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備

對(duì)于未實(shí)施的觀測(cè)系統(tǒng)，輸入數(shù)據(jù)包括：地震采集觀測(cè)系統(tǒng)、地下介質(zhì)速度模型(它不一定是準(zhǔn)確的，可以是依據(jù)其它資料或前期研究得到的粗略速度 模型)、待分析目標(biāo)層或者假想層的構(gòu)造形態(tài)。

對(duì)于已經(jīng)完成采集的采集系統(tǒng)，輸入數(shù)據(jù)除了包括上述各項(xiàng)數(shù)據(jù)外，還包括地震觀測(cè)記錄道。

②觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析依次分成以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

輸入數(shù)據(jù)與成像計(jì)算根據(jù)分析人員所擁有的成像工具不同，成像輸入數(shù)據(jù)也不同，基于波動(dòng)方程偏移的成像技術(shù)需要共激發(fā)炮點(diǎn)地震道集，基于射線追蹤的成像技術(shù)需要共中心點(diǎn)道集；成像所需要的速度模型基本相同。對(duì)于未完成采集的情況，這時(shí)需要依據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)和速度模型作波場(chǎng)正演，計(jì)算模擬地震采集記錄。

依據(jù)成像工具的不同，成像實(shí)現(xiàn)的過(guò)程各不相同，然而，這里的成像目的是為了后續(xù)生成道集，而不是為了獲得成像疊加結(jié)果，因此，在成像參數(shù)的選擇方面應(yīng)當(dāng)充分考慮各參數(shù)的自由度，盡可能保證能夠?qū)Ψ治鳇c(diǎn)產(chǎn)生貢獻(xiàn)的道都參與成像計(jì)算，在計(jì)算能力允許的情況下，盡量保證足夠大的偏移孔徑和偏移頻帶寬度。

成像道集的生成對(duì)于基于射線追蹤的成像技術(shù)可以直接輸出共成像點(diǎn)道集，而對(duì)于基于波動(dòng)方程的成像技術(shù)，選擇如下途徑生成共成像點(diǎn)道集：以分析點(diǎn)為中心，以成像過(guò)程中所選擇的成像孔徑為分析直徑；對(duì)所有落在這一分析直徑范圍內(nèi)的炮記錄作偏移，在炮點(diǎn)偏移形成的局部成像數(shù)據(jù)體中，記錄每一道對(duì)應(yīng)的炮點(diǎn)坐標(biāo)和輸出成像點(diǎn)坐標(biāo)；對(duì)分析直徑內(nèi)所有炮局部成像結(jié)果，抽取指定位置(成像點(diǎn))的成像道，依據(jù)炮點(diǎn)到成像點(diǎn)的距離作重新排列，這樣就得到了對(duì)應(yīng)同一地下位置、不同炮點(diǎn)的炮偏移距道集，即共成像點(diǎn)道集。

③觀測(cè)系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)

觀測(cè)系統(tǒng)的分析評(píng)價(jià)包括：關(guān)鍵點(diǎn)采集效果評(píng)價(jià)和目標(biāo)界面的采集效果評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵點(diǎn)采集效果評(píng)價(jià)是指在關(guān)鍵點(diǎn)(通常是勘探工作所針對(duì)的關(guān)鍵目標(biāo)位 置,也可以是人為任意指定點(diǎn))不同深度位置，由共成像點(diǎn)道集提取該深度的振幅值，據(jù)此開(kāi)展評(píng)價(jià)，對(duì)于正確的成像速度，成像道集中的同相軸是水平的，因此，沿同一深度提取振幅值的平面分布反映了不同炮點(diǎn)位置對(duì)指定成像點(diǎn)的成像貢獻(xiàn)。由此可以開(kāi)展以下分析評(píng)價(jià)：

由能量分布橢圓形展布特征(把共成像點(diǎn)道集按照等深度作深度切片,切片上所顯示的振幅能量分布大體上是一個(gè)以成像點(diǎn)為中心的圓)，判定地震采集觀測(cè)系統(tǒng)的適應(yīng)性(采集系統(tǒng)如果是合適的，適應(yīng)于地下地質(zhì)特點(diǎn)的，那么，這個(gè)圓的中心就在成像點(diǎn)附近，如果不合適，圓中心就偏離成像點(diǎn))。能量分布圓心位置相對(duì)成像點(diǎn)的偏差反映了地質(zhì)目標(biāo)對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)非對(duì)稱性的要求(如果發(fā)生偏差，就說(shuō)明地下目標(biāo)特殊，需要的觀測(cè)方式，不同于常規(guī)的對(duì)稱觀測(cè)方式，需要在圓中心點(diǎn)相對(duì)成像點(diǎn)偏離的相反方向增加炮點(diǎn))；圓形邊界的突變(即圓形邊界不是光滑的弧線)反映觀測(cè)系統(tǒng)在相應(yīng)位置觀測(cè)不夠充分，可以增加觀測(cè)點(diǎn)(即在突變點(diǎn)附近增加炮點(diǎn))；將能量分布較強(qiáng)(從成像道集的深度切片上看振幅強(qiáng)反映反射能量強(qiáng))的炮檢點(diǎn)偏移距、觀測(cè)方位作為采集觀測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)選偏移距和優(yōu)選方位；能量分布圓形(從共成像點(diǎn)道集深度切片獲得能量分布圓)內(nèi)的振幅能量變化大(成像道集切片的振幅橫向變化反映反射能量的橫向變化)(噪聲強(qiáng))，反映觀測(cè)系統(tǒng)的空間采樣不足。

目標(biāo)界面的采集效果評(píng)價(jià)是指沿目標(biāo)界面上的每一點(diǎn)提取成像振幅的屬性，分析其空間的變化特征。理論上，在關(guān)鍵點(diǎn)(關(guān)鍵點(diǎn)是目標(biāo)界面上的一點(diǎn))所能生成一切評(píng)價(jià)參數(shù)，都可以推廣到目標(biāo)面上(把目標(biāo)面上的每一點(diǎn)都當(dāng)成關(guān)鍵點(diǎn)，逐一分析)，考查它們的空間分布特征，評(píng)價(jià)觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)于全區(qū)的適應(yīng)性。對(duì)應(yīng)常規(guī)的評(píng)價(jià)思路，主要的評(píng)價(jià)參數(shù)包括前述的優(yōu)選偏移距和優(yōu)選方位，據(jù)此可以考查觀測(cè)系統(tǒng)的偏移距和觀測(cè)方位設(shè)計(jì)(在共成像點(diǎn)道集上，分析深度切片所反映的能量圓，如果在某一方位有缺口，說(shuō)明這一方位的觀測(cè)偏移距不夠大；如果某一方位的振幅能量變化較大，說(shuō)明這一方位炮點(diǎn)不夠多)，避免采集照明盲區(qū)。

應(yīng)用本發(fā)明方法，對(duì)某一采集后的三維觀測(cè)系統(tǒng)在關(guān)鍵點(diǎn)做了評(píng)價(jià)分析。下圖2和圖3-1至圖3-3分別是剖面圖和關(guān)鍵點(diǎn)成像能量分布圖，圖2中的上方豎箭頭表示分析點(diǎn)平面位置，三個(gè)橫箭頭表示三個(gè)分析深度點(diǎn)。從圖中可以看出，淺部由于地層傾斜，成像能量主要來(lái)自地層下傾方向的炮點(diǎn)，深部地層產(chǎn)狀平緩，成像能量來(lái)自分析點(diǎn)四周，并且由于分析點(diǎn)左側(cè)鹽丘構(gòu)造吸收屏蔽，左側(cè)炮點(diǎn)能量貢獻(xiàn)較小。成像道集上能量分布均勻，圓形邊界平滑，說(shuō)明現(xiàn)有觀測(cè)系統(tǒng)不存在偏移距及觀測(cè)方位的缺陷，可以完整地記錄地下波場(chǎng)。如圖2-圖3-3所示，試驗(yàn)表明應(yīng)用本發(fā)明方法對(duì)三維地震觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果直觀準(zhǔn)確。

本發(fā)明利用有關(guān)地下介質(zhì)的全部已知信息對(duì)地表觀測(cè)系統(tǒng)做出充分的評(píng)價(jià)，已知信息越多，評(píng)價(jià)結(jié)果越準(zhǔn)確。它依據(jù)共成像點(diǎn)道集，通過(guò)提取共成像點(diǎn)不同深度振幅值，考查其沿方位、偏移距的分布特征，以及這種分布特征沿目的層的變化情況，指出地表不同位置不同炮點(diǎn)對(duì)地下同一成像點(diǎn)的貢獻(xiàn)差異，確定優(yōu)勢(shì)觀測(cè)方位和優(yōu)勢(shì)偏移距，從而判斷地面地震觀測(cè)系統(tǒng)相對(duì)于地下目標(biāo)的適應(yīng)性。

本發(fā)明依據(jù)成像道集的能量分布特征分析評(píng)價(jià)地震觀測(cè)系統(tǒng)的合理性，既可用于評(píng)價(jià)未實(shí)施的地震采集系統(tǒng)的性能，又可以應(yīng)用于分析已經(jīng)實(shí)施的觀測(cè)系統(tǒng)，提出改進(jìn)建議。

上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開(kāi)了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實(shí)施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。