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共反射面与共中心点联合叠加成像与速度模型重建方法研究

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发表于 2014-2-17 17:56:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
  做为地震勘探的核心技术,共中心点多次叠加方法不仅仅是一个孤立的数据处理手段,而是一个系统工程,贯穿于地震仪器制造与设计,野外数据采集技术,甚至于资料解释与分析之中。
       多次叠加理论和方法的发展基本上经历了三个主要阶段,技术的进步和地质研究问题的深入是导致这三个阶段的主要原因。
       第一阶段,介质模型为水平层状介质,通过简单的正常时差校正实现多次叠加,提高信噪比。由于介质模型简单,共反射点的位置都在同一深度上,故称为共深度点(CDPCommon Depth Point)叠加。当反射界面倾斜时,正常时差不能准确地反映出叠加道之间的真正时差,共深度点也不再是共反射点,叠加往往会产生很大的误差,于是,人们发展了倾角时差校正处理技术,作为对正常时差校正处理的一种补充,同时,人们的观念也悄然变化,共深度点被换成了更具有普遍意义的共中心点(CMPCommon MidPoint)的概念。自二十世纪八十年代中期以来,新的一类的以复杂非均匀介质为模型的多次叠加技术逐渐发展起来,该类技术以CRS为代表,目前仍在发展阶段,主要特点是超道集叠加和与速度模型无关。
       本文中,我们在对CRS叠加成像进行了详细分析基础上,以速度模型为主要研究对象,取得了以下成果。
       首先,建立了全新概念下的CRS叠加公式,即共反射面元(CRS)与共中心点(CMP)的联合叠加成像算法。CRS叠加的最主要特点是旅行时曲线不含有先验速度信息,利用了另外三个属性参数来完成面元的搜索与叠加的实现,似乎是解决了多次叠加中的一系列问题。其实,CRS叠加的这种成功之处也恰好是它本身的最大缺陷,因为,速度问题才应该是地震数据处理中的核心问题,是必须面对而不是躲避的,没有了速度的CRS叠加剖面只能是件艺术品,只有欣赏价值而无实用价值。反观常规的NMO/DMO/Stack处理流程,尽管可能出现各种误差,但是,它没有脱离实际介质模型背景,物理意义很明确,容易被人们所接受,也便于进一步的利用。在本文中,我们综合了CRSCMP叠加的各自优势,将数据模型成像和介质模型成象的算法统一到一个公式中去,以CMP叠加中的速度参数取代了CRS叠加中的NIP波波前曲率半径。这样做的好处在于,CRS叠加的结果与速度参数可以一一对应起来;
      此外,我国大部分地区的速度谱数据库已经很成熟,可以直接利用,减少了处理时间;
      最后,对于没有速度谱资料的新工作区而言,本方法还可以同时提供叠加剖面和速度信息,不必进一步的计算。
      CRS的另外一个特性是可以实现超道集的叠加,即已射线理论出发研究了物理意义上的叠加问题,可以说是部分地实现了Huygens-Fresnel原理。CRS叠加在实现Fresnel原理时没有采用解析的公式而是利用了参数扫描和相干准则来判断、检测和拾取相应的叠加参数,如果相干准则时的参数落在了菲涅尔带以外,则势必降低叠加剖面的分辨率。目前,常规的做法是采用Semblance准则,该方法的特点是结果相对稳定,但是分辨率很低,在目标函数搜索时也很费时间。为了提高CRS叠加成像的分辨率,我们引入了两种新的相干准则,其一是协方差度量准则,在方法实现和实际资料处理时,该方法已取代了Semblance准则。由实例可以看出,协方差准则的分辨率明显高于前者。此外 ,我们还试验了统计相关相位法相干准则。 作为数据模型的叠加成像模式,CRS叠加与先验速度模型无关,所有的计算都是通过虚拟的特征波的相关参数实现的。但是,没有速度参数的叠加剖面对地球物理学家来说是没有意义的。令人兴奋的是,CRS叠加在提供高信噪比和高分辨率的叠加剖面的同时也还提供了叠加属性参数体。因此,我们系统地研究了CRS叠加的属性参数与地震波的速度重建问题。本文中,对于不同的速度概念和介质模型,我们都分别地进行了研究和讨论。对于叠加速度的计算,我们可以采用两种办法,其一是直接利用联合成像公式中的CMP属性叠加扫描速度参数,并根据协方差准则拾取最佳速度。这一过程非常类似于常规的CMP速度分析,计算速度也很快。另外一种方法属于CRS后处理过程,即采用以往的CRS叠加成像算法,在最佳的CRS剖面属性参数数据体中的NIP和出射角中自动或者人工的拾取参数,根据反演公式进行计算。文中给出的是后一种算法的结果。关于实际介质速度模型的重建,则是在不同的介质假设和成像算法基础上来实现的。对于水平层状介质,利用Dix公式和Nip波的波前曲率半径参数或者是叠加速度都可以很容易地计算出来。当反射界面倾斜时,由于界面倾角的影响,Dix公式不再适用,为此,我们建立、推导了层速度迭代公式,根据射线传播参数就可以求得层速度。对于更一般的弯曲界面或者是非均匀介质,重建过程将更为复杂,因为此时将涉及到界面的曲率半径计算问题。界面的曲率半径可以通过人工在剖面上拾取计算和出来,也可以利用射线追踪的方式自动地检测界面,计算曲率半径。由于我们采用的是模型计算,故此曲率半径的计算采用了直接方法。综上所述,CRS叠加是一种全新的叠加成象技术,但是,对CRS叠加的理论进行进一步的分析可以发现,它也只是在CMP基础上的一种改进,尽管两者的出发点有所不同。采用不同的坐标系统或者不同的观测系统,可以很容易地从CRS叠加方程中简化出CMP旅行时方程,零偏移距旅行时方程和共炮点旅行时方程。在CRS叠加和CMP叠加中的四个属性参数中,只有3个参数是独立的。这使得我们可以通过其中三个参数计算出另外一个来(借助于相关准则)。而最常见的时需要计算速度模型。
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