一种确定高分辨率小多道地震最小偏移距和系统延迟的分析方法与流程

本发明涉及地震勘探数据处理领域，具体涉及一种确定高分辨率小多道地震最小偏移距和系统延迟的分析方法。

背景技术：

地震采集系统是一个复杂的综合系统，放炮、系统记录、导航等都可能出现延迟记录的现象。在进行数据处理时，以上的延迟最终表现为地震数据的时间延迟，即地震数据的延迟是采集系统各个子系统延迟的综合表现。

在数据处理过程中，如果不能消除时间延迟的影响，数据处理的剖面会与实际剖面在深度上存在一定的误差；其次，高精度速度模型是获取高品质地震剖面的基础，当时间存在延迟时，拾取的速度将不可靠，并将影响成像效果；此外，由于浅水区高分辨率多道地震多次波的处理手段有限，利用多次波的周期性进行多次波的去除至关重要，当时间存在延迟，会影响多次波的周期性，并对最终的成像效果造成较大的影响。

现有技术中，小多道地震偏移距可以通过量绳法进行测量，即分别量取震源和电缆离开船尾的距离，两者之差即可获得最小偏移距。这种方法相对可靠，但是由于小道距地震标准化和工业化程度远远不及油气勘探，很多情况野外采集班报给出的偏移距不准确甚至没有提供。最小偏移距是确定观测系统不可缺少的参数，如果其误差较大，后续的处理工作根本无法得到正确的结果。

综上可知，系统延迟和最小偏移距的确定是数据预处理中关键的步骤，需要给出确定性的结果，而不能直接简单照搬野外采集班报的结果。而目前最小偏移距和系统延迟的确定往往被初级处理员认为是非常简单的一件事情，甚至不知道地震数据还会存在系统延迟，而最小偏移距也往往不过是采集班报中的一个数字。然而真正想确定最小偏移距和系统延迟却是一个很复杂的验证过程，而现有技术中并没有较好的相关解决方案。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的缺陷，提出一种确定高分辨率小多道地震最小偏移距和系统延迟的分析方法，该方法操作性强、且效率较高，对于未知最小偏移距和系统延迟的观测系统确立有很强的适应性。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种确定高分辨率小多道地震最小偏移距和系统延迟的分析方法，包括以下步骤：

步骤a、获得直达波起跳时间，确定最小偏移距和系统延迟之间的关系，即：

(1)当首道数据信噪比高时，选取首道数据确定直达波起跳时间时，通过公式(1)确定最小偏移距和系统延迟之间的关系：

s＝v1(t1-δt)(1)

其中，s为最小偏移距，v1为海水表面速度，t1为直达波起跳时间，δt为系统延迟；

(2)当首道数据信噪比太低难以识别出直达波，而选择其他道集数据确定直达波起跳时间时，通过公式(2)确定最小偏移距和系统延迟之间的关系：

(n-1)dx+s＝v1(t1-δt)(2)

其中n为拾取直达波起跳时间的道数，dx检波器道间距；

步骤b、得到最小偏移距和系统延迟对；

首先确定系统延迟的范围(0，tmax)，根据采样率对系统延迟的范围进行离散化，然后根据步骤a得到的最小偏移距和系统延迟之间的关系得到离散化后的系统延迟相应的最小偏移距，进而形成最小偏移距和系统延迟对；

步骤c、建立观测系统，针对最小偏移距和系统延迟对进行观测系统的设定，然后进行动校正和叠加，形成cmp道集和叠加剖面；

步骤d、对得到的最小偏移距和系统延迟对进行质量控制，具体包括：

步骤d1、测深仪水深数据与地震数据是否匹配判断；

步骤d2、多次波时间是否吻合判断；

步骤d3、海底cmp道集是否拉平判断；

步骤e、经过步骤d的质量控制判断过程，质控满足所有条件后即可获得偏移距和系统延迟；如果不满足，则寻找系统延迟最接近的两组参数值，由此确定系统延迟的边界范围，对最小偏移距和系统延迟做进一步细化后重复步骤c和步骤d的验证，直到满足质量控制条件为止。

进一步的，所述步骤d1中，对测深仪水深数据与地震数据是否匹配进行判断时，以地震数据为准，将测深仪数据与地震数据进行匹配，通过观察测深仪数据的趋势性是否与多道地震相一致以及在海底地形较为平坦时两者是否匹配实现判断。

进一步的，所述步骤d2中，对多次波时间是否吻合进行判断时，通过在叠加剖面上拾取海底起跳时间，并计算多次波出现时间；将计算得到的多次波出现时间与实际记录的多次波时间进行比较，确定多次波时间是否吻合。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案所提出的对最小偏移距和系统延迟的确定方法，设计思路清晰、原理可靠、操作性强，且效率较高，对于未知最小偏移距和系统延迟的观测系统确立有很强的适应性，同时当最小偏移距已知时也可以进行验证，具有较高的实际应用价值和现实意义。

附图说明

图1为本发明实施例所述地震波传播路径示意图；

图2为本发明实施例所述分析方法流程示意图；

图3为本发明实施例直达波起跳时间示意图；

图4为本发明实施例测深仪数据与地震数据匹配与检测示意图；

图5为本发明实施例修正前测深仪水深数据及多次波质控示意图；

图6为本发明实施例第一次修正后测深仪水深数据及多次波质控示意图；

图7为本发明实施例第二次修正后测深仪水深数据及多次波质控示意图；

图8为本发明实施例再次修正后测深仪水深数据及多次波质控示意图；

图9为本发明实施例cmp道集海底及海底多次波动校正后拉平示意图；

图10为本发明实施例叠加剖面与测深仪数据匹配示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

通过研究发现，在不考虑虚反射的情况下，同时解决最小偏移距和系统延迟的问题可以通过直达波起跳时间和海底起跳时间来确定，地震波传播路径如图1所示，则有：

其中，s为最小偏移距，v1为海水表面速度，t1为直达波起跳时间，δt为系统延迟，h为海水深度，v2为海水传播速度，t2为海底起跳时间，直达波起跳时间和海底起跳时间可以通过地震数据拾取，海水深度可以通过测深仪测得，海水表面速度可以通过声速仪测得，海水传播速度一般为1500m/s，由此可以求出最小偏移距和系统延迟。

考虑到海水深度由测深仪测得，但是测深仪受仪器性能和海况影响很大，其测得的数据有很大不确定性，另外，考虑到公式(3)本身基于海底水平的情况，而当海底地形变化较大时，其结果可靠性较差，因此反演最小偏移距和系统延迟时很难得到稳定解，基于公式(3)来获得最小偏移距和系统延迟在实际应用时效果并不理想。

本方案在上述理论的基础上，提出一种确定高分辨率小多道地震最小偏移距和系统延迟的分析方法，采用分布式迭代统计方法实现对最小偏移距和系统延迟的确定，其基本原理为：公式(3)中的直达波公式即公式(1)可靠性高，以此为基础将其分解为多组最小偏移距-系统延迟对，通过统计的方法分别来验证是否匹配测深仪海底深度，是否匹配多次波反射时间以及海底反射波同相轴是否拉平确定最终的最小偏移距和系统延迟。该方法可以获得相对准确的最小偏移距和系统延迟值，同时操作简单，中间过程有严格的质量控制标准，可以逐渐逼近真实结果，避免了结果难以收敛的问题。

具体的，如图2所示，确定高分辨率小多道地震最小偏移距和系统延迟的分析方法包括以下步骤：

步骤a、获得直达波起跳时间，确定最小偏移距和系统延迟之间的关系；

步骤b、得到最小偏移距和系统延迟对；

首先确定系统延迟的范围(0，tmax)，根据采样率对系统延迟的范围进行离散化，然后根据步骤a所确定的最小偏移距和系统延迟之间的关系得到相应的最小偏移距，进而形成最小偏移距和系统延迟对；

步骤c、建立观测系统，针对最小偏移距和系统延迟对进行观测系统的设定，然后进行动校正和叠加，形成cmp道集和叠加剖面；

步骤d、对得到的cmp道集和叠加剖面进行测深仪水深数据与地震数据是否匹配、多次波时间是否吻合以及海底cmp道集是否拉平等三个方面的质量控制；

步骤e、经过步骤d的质量控制判断过程，质控满足条件后即可获得偏移距和系统延迟对，如果不满足，则寻找系统延迟最接近的两组参数值，由此确定系统延迟的边界范围，做进一步细化后重复步骤c和步骤d的验证直到获得满意结果为止。

具体的：

1.确定直达波起跳时间：

为方便确定直达波起跳时间，将炮集数据按照道号进行排列，一般情况下，选首道数据进行直达波起跳时间的确定，但是当首道数据信噪比太低而难以识别出直达波时，可以选择其他道集数据进行拾取。

(1)当首道数据信噪比高时，选取首道数据确定直达波起跳时间时，通过公式(1)确定最小偏移距和系统延迟之间的关系：

s＝v1(t1-δt)(1)

其中，s为最小偏移距，v1为海水表面速度，t1为直达波起跳时间，δt为系统延迟；

(2)当首道数据信噪比太低难以识别出直达波，而选择其他道集数据确定直达波起跳时间时，通过公式(2)确定最小偏移距和系统延迟之间的关系：

(n-1)dx+s＝v1(t1-δt)(2)

其中n为拾取直达波起跳时间的道数，dx检波器道间距；

2.得到偏移距和系统延迟对

基于公式(1)或(2)，假设系统延迟为0，由于系统延迟为正值，当逐渐增大系统延迟时，实际上就是逐渐逼近真实值得过程，由于在实际处理时，事先并不清楚系统延迟究竟是多少，但是却知道当系统延迟增加到t1时，偏移距为0；而实际的最小偏移距必然会大于0，因此偏移距稍微大于零时为系统延迟的极限，设为tmax，由此可以确定系统延迟的范围(0，tmax)。

按照采样率对系统延迟范围进行离散化，再根据公式(1)或(2)计算出相应的最小偏移距，由此可以形成最小偏移距和系统延迟对。

具体处理时，理论上对每一组数据进行验证最终必然可以获得正确的结果，但是实际上往往数据组数比较大，同时质控时难以做到全流程化，即往往还需要人工干预，因此为提升处理效率，本实施例采用先大时间间隔(粗化)，再小时间间隔(细化)的方法逐步缩小系统延迟的范围，最终获得正确的结果。粗化时间对即大时间间隔，例如系统延迟范围为[0，100ms]，采样率为4ms，粗化的系统延迟为[0,20,40,60,80,100]，当第一轮质控结束后，确定系统延迟在[20-40ms]区间时，再细化时间间隔为[20,24,28,32,36,40]，再进行验证。

3.观测系统建立

通过建立观测系统，分别针对不同最小偏移距和系统延迟对进行观测系统的设定，然后进行动校正和叠加，动校正时采用水速进行校正，即速度为1500m/s，形成cmp道集和叠加剖面。

4.对得到的cmp道集和叠加剖面进行质量控制，包括判断测深仪水深是否匹配、多次波时间是否吻合和海底cmp道集是否拉平；

4.1测深仪水深数据与地震数据的匹配

测深仪测得的水深数据与地震勘探获得的海底数据可能存在一定的系统性误差，同时在海底地形变化较大时两者很难准确匹配，深水区的测深仪数据受仪器影响较大，可能存在一定误差，且测深仪数据受海况影响较大，在海况较差时甚至测不到准确数值，同时测深仪安放在船底，而多道地震采集则位于船后一定距离，两者存在距离差。因此两者的匹配不是简单地将测深仪数据直接导入到地震数据中即可，往往需要做一定的校正，基本原则是以地震数据为准，将测深仪数据与地震数据进行匹配。

本实施例主要观察测深仪数据的趋势性是否与多道地震相一致以及在海底地形较为平坦时两者是否匹配。

4.2多次波时间是否吻合

质量控制，尤其是粗化最小偏移距和系统延迟对的质量控制时，往往只采用多次波时间是否吻合来判断，这是因为当海底较平时，多次波时间为海底时间的2倍，这个简单关系具有确定性。

因此首先以多次波时间是否吻合来进行质控，实际处理时，需要在叠加剖面上拾取海底时间，然后计算出多次波出现时间，再与实际记录到的多次波进行比较，确定多次波是否吻合。

海底拾取时虽然可以通过振幅差异通过计算机智能拾取，但是在存在噪音以及海水较浅时，往往难以准确拾取，而人工拾取则会浪费大量时间。本实施例采用导入测深仪数据的方式来进行简单验证，以大大提高验证效率。

4.3海底cmp道集是否拉平

在海底平坦的地区，cmp道集必然是拉平的，但是在斜坡区域，cmp道集可能并不平，验证时应该满足其趋势性的特点。

5.质控满足条件后即可获得准确的偏移距和系统延迟对，如果不满足，则寻找最接近的两组系统延迟参数值，由此确定细化后的系统延迟边界范围，做进一步细化后重复上述验证直到获得满意结果为止。

本实施例以南极某地区采集的高分辨率小多道地震为例，对本发明方法的原理进行详细的说明：

1.确定直达波起跳时间

首先抽取首道数据，检测数据质量，找到采集时海况较好的数据，即直达波子波稳定，形态好，如图3所示。可以看到直达波最大振幅时间为79ms，而直达波起跳时间为77ms，为方便检测，在77ms位置处划线，将测线所有数据进行对比，确定直达波起跳时间是否合理。

2.确定海面处海水速度

由于检波器之间的距离确定，且地震波在检波器之间传播的距离可以在地震道集上量取，由此可以计算出海面处的海水速度。海面处海水速度变化相对较大，一般在1480m/s-1540m/s之间。本例中经测量后海面处海水速度为1530m/s。

3.由于拾取的是首道直达波起跳时间，因此通过公式(1)可以计算出最小偏移距和系统延迟对，因直达波起跳时间为77ms，因此粗化系统延迟首先采用[0,20,40,60,70ms]，因此计算出最小偏移距为[118,87,57,26,11m]

4.分别按照不同最小偏移距和系统延迟对建观测系统，按照水速进行动校正，生成叠加剖面，将测深仪水深数据按照炮号导入叠加剖面中，评估测深仪水深数据。如图4所示，可以看出测深仪水深与地震海底形态基本吻合，两者之间相对可靠，在海底平坦的区域，测深仪数据与多道地震海底基本上存在稳定差，表明仪器整体比较稳定，两者之间的差值可能由地震的系统延迟以及测深仪误差造成。

5.检测多次波时间是否吻合及验证测深仪数据是否存在误差

如图5所示(从左到右系统延迟分别为0,20ms,40ms,60ms,70ms，灰色线表示测深仪水深数据，黑色线为2倍灰色线，测深仪数据为原始数据)，可以看到当系统延迟为70ms时，测深仪数据与海底吻合时，但是多次波时间并不吻合，其余数据吻合性更差，表明测深仪数据存在系统误差。

本实施例采用以下方法修正测深仪数据：一是对每个叠加剖面都将测深仪数据同步修正，这种方法实现起来相对简单；二是将测深仪数据分别与每个叠加剖面海底相对应，检测多次波是否吻合来最终确定修正量，这种方法比较直观。

经过反复试验，初步判断测深仪数据延迟24ms时与多道地震数据吻合效果较好。修正后测深仪水深数据的多次波质控如图6所示(从左到右系统延迟分别为0,20ms,40ms,60ms,70ms，灰色线表示测深仪水深数据，黑色线为2倍灰色线，测深仪数据经24ms延迟校正)，可以明显看出当地震系统延迟在40ms时，多次波时间吻合最好，系统延迟40ms剖面还略显不足，而50ms剖面略有过量，因此判断系统延迟介于40-50ms之间。

6.细化系统延迟采用[42,44,46,48,50ms]，计算出最小偏移距为[54,50,47,44,41m]，再次进行多次波质控，如图7所示(从左到右系统延迟分别为42,44ms,46ms,48ms,50ms，灰色线表示测深仪水深数据，黑色线为2倍灰色线，测深仪数据经24ms延迟校正)，此时相对误差已经比较小，再通过其余位置处多次波吻合程度，如图8所述(从左到右系统延迟分别为44ms,46ms,48ms，灰色线表示测深仪水深数据，黑色线为2倍灰色线，测深仪数据经24ms延迟校正)，综合判断采用46ms系统延迟和47m最小偏移距为最佳。

7.对cmp道集进行质控，找海底较为平坦的地区，如图9所示，经过水速动校正后的cmp道集海底拉平，时间大约为550ms，同时多次波道集也拉平，时间大约为1100ms，符合预期，而cmp道集的质控在斜坡处会出现斜同相轴，不能当成判断标准。

8.测深仪数据与叠加剖面数据的对比验证，如图10所示，经统计分析，可以看到测深仪数据基本与叠加剖面海底数据相吻合，符合预期。

本方案在未知最小偏移距和系统延迟时的观测系统确立解决方案，需要保护整一套方法体系，操作性强，且效率较高，对于未知最小偏移距和系统延迟的观测系统确立有很强的适应性，同时当最小偏移距已知时也可以进行验证。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。