一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散补偿方法.pdf

本发明涉及一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散补偿方法，其包括以下步骤：1)向计算机中读入均方根速度信息、双程垂直走时信息和炮检点分布信息；2)根据均方根速度信息和双程垂直走时信息，得出包含每一层的层速度和层厚度信息的均匀水平层状介质模型；3)对均匀水平层状介质模型从炮点出发进行射线追踪来获得射线位置与走时信息；4)由几何扩散补偿公式确定出各反射层的相对几何扩散补偿值；5)线性插值得到检波点处的补偿值，按照地震数据的格式将得到的相对几何扩散补偿值插值到相应地震数据体的采样点上，并输出数据以备后续数据处理技术使用。本发明提高了几何扩散补偿技术的准确度，可以广泛应用于地震数据处理中的几何扩散补偿技术。

1.  一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散补偿方法，其包括以下步骤：
1)向计算机中读入需要补偿的地震资料计算区域的均方根速度信息、双程垂直走 时信息和炮检点分布信息；
2)根据均方根速度信息和双程垂直走时信息，得出包含需要补偿的地震资料计算 区域中每一层的层速度和层厚度信息的均匀水平层状介质模型；
3)结合步骤1)中得到的炮检点分布信息，对步骤2)构建的均匀水平层状介质 模型，从炮点出发进行射线追踪来获得射线位置与走时信息；
4)根据步骤3)中射线追踪结果得到的各反射层的反射角，由几何扩散补偿公式 确定出各反射层的相对几何扩散补偿值；
5)将与检波点最邻近的两条射线计算得到的补偿值进行线性插值得到检波点处的 补偿值，按照地震数据的格式将得到的相对几何扩散补偿值插值到相应地震数据体的 采样点上，并输出数据以备后续数据处理技术使用。

2.  如权利要求1所述的一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散补偿方法，其 特征在于：所述步骤2)中，层速度由迪克斯公式(1)确定：
V i 2 = ( T i + 1 U i + 1 2 - T i U i 2 ) / ( T i + 1 - T i ) - - - ( 1 ) ]]>
其中，V_i为第i层的层速度，U_i为第i层的均方根速度，U_i+1为第i+1层的均方根速 度，T_i为相应的第i层的双程垂直走时，T_i+1为相应的第i+1层的双程垂直走时。

3.  如权利要求1所述的一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散补偿方法，其 特征在于：所述步骤2)中，层厚度由下述公式(2)确定：
d_i＝V_i×(T_i+1-T_i)/2  (2)
其中，d_i为第i层的层厚度，V_i为第i层的层速度，T_i为相应的第i层的双程垂直走 时，T_i+1为相应的第i+1层的双程垂直走时。

4.  如权利要求2所述的一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散补偿方法，其 特征在于：所述步骤2)中，层厚度由下述公式(2)确定：
d_i＝V_i×(T_i+1-T_i)/2  (2)
其中，d_i为第i层的层厚度。

5.  如权利要求1或2或3或4所述的一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散 补偿方法，其特征在于：所述步骤3)中，射线位置由斯奈尔定律(3)确定：
V₁/sinα₁＝V₂/sinβ₂  (3)
其中，V₁为第一层的层速度，α₁为射线从第一层入射到第二层时的入射角，V₂为 第二层的层速度，β₂为射线从第一层入射到第二层后的透射角。

6.  如权利要求1或2或3或4所述的一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散 补偿方法，其特征在于：所述步骤3)中，走时信息由下述公式(4)确定：
t_n＝d_n/(V_n·cosβ_n)  (4)
其中，t_n为第n层的走时信息，d_n为第n层的层厚度，V_n为第n层的层速度，β_n为 第n层的透射角。

7.  如权利要求5所述的一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散补偿方法，其 特征在于：所述步骤3)中，走时信息由下述公式(4)确定：
t_n＝d_n/(V_n·cosβ_n)  (4)
其中，t_n为第n层的走时信息，d_n为第n层的层厚度，V_n为第n层的层速度，β_n为 第n层的透射角。

8.  如权利要求1或2或3或4或7所述的一种基于均匀水平层状介质模型的几何 扩散补偿方法，其特征在于：所述步骤4)中，相对几何扩散补偿值由下述公式(5) 确定：

其中，为第n层的相对几何扩散补偿值，V₁为第一层的层速度，α₁为射线 从第一层入射到第二层时的入射角，x为炮检距，d_i为第i层的层厚度，α_i为第i层入 射射线的入射角。

9.  如权利要求5所述的一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散补偿方法，其 特征在于：所述步骤4)中，相对几何扩散补偿值由下述公式(5)确定：

其中，为第n层的相对几何扩散补偿值，x为炮检距，d_i为第i层的层厚度， α_i为第i层入射射线的入射角。

10.  如权利要求6所述的一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散补偿方法， 其特征在于：所述步骤4)中，相对几何扩散补偿值由下述公式(5)确定：

其中，为第n层的相对几何扩散补偿值，V₁为第一层的层速度，α₁为射线 从第一层入射到第二层时的入射角，x为炮检距，d_i为第i层的层厚度，α_i为第i层入 射射线的入射角。

一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散补偿方法
技术领域
本发明涉及一种几何扩散补偿方法，特别是关于一种地震数据处理中的基于均匀 水平层状介质模型的2.5维几何扩散补偿方法。
背景技术
几何扩散补偿技术是地震数据处理中不可忽略的一环，是进一步进行AVO (Amplitude Versus Offset，振幅随偏移距的变化)属性分析、全波形反演、偏移等 后续数据处理技术的基础。几何扩散补偿技术应用的精确与否，直接影响其他数据处 理与解释技术在应用时的效果。因此很有必要专门研究几何扩散补偿的准确度问题， 而研究其准确度的核心问题是更精确的计算几何扩散的问题。在数值计算问题上，几 何扩散补偿技术实现的核心技术是采用的计算方式不同。现有技术以及现有软件对模 型或者实际数据进行的几何扩散补偿，是基于零炮检距的2-D(2维)几何扩散补偿公 式进行补偿的。然而，这种补偿方式是有其缺陷的：
一是用零炮检距公式进行补偿，即在整个数据体中，随着炮检距的不同各道补偿 值是不变的，但实际情况是补偿值随着炮检距的改变而变化，特别的，当炮检距较大 时这种补偿不足损失的能量越来越大；
二是2-D几何扩散补偿技术并没有考虑射线平面外的扩散，因此其准确度有限。 对于后续处理资料特别是偏移的成像质量，有着较明显的影响。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种地震数据处理中的既能提高准确度、又 能保持计算效率的基于均匀水平层状介质模型的2.5维几何扩散补偿方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于均匀水平层状介质模型的 几何扩散补偿方法，其包括以下步骤：1)向计算机中读入需要补偿的地震资料计算区 域的均方根速度信息、双程垂直走时信息和炮检点分布信息；2)根据均方根速度信息 和双程垂直走时信息，得出包含需要补偿的地震资料计算区域中每一层的层速度和层 厚度信息的均匀水平层状介质模型；3)结合步骤1)中得到的炮检点分布信息，对步 骤2)构建的均匀水平层状介质模型，从炮点出发进行射线追踪来获得射线位置与走 时信息；4)根据步骤3)中射线追踪结果得到的各反射层的反射角，由几何扩散补偿 公式确定出各反射层的相对几何扩散补偿值；5)将与检波点最邻近的两条射线计算得 到的补偿值进行线性插值得到检波点处的补偿值，按照地震数据的格式将得到的相对 几何扩散补偿值插值到相应地震数据体的采样点上，并输出数据以备后续数据处理技 术使用。
所述步骤2)中，层速度由迪克斯公式(1)确定：
V i 2 = ( T i + 1 U i + 1 2 - T i U i 2 ) / ( T i + 1 - T i ) - - - ( 1 ) ]]>
其中，V_i为第i层的层速度，U_i为第i层的均方根速度，U_i+1为第i+1层的均方根速度， T_i为相应的第i层的双程垂直走时，T_i+1为相应的第i+1层的双程垂直走时。
所述步骤2)中，层厚度由下述公式(2)确定：
d_i＝V_i×(T_i+1-T_i)/2        (2)
其中，d_i为第i层的层厚度，V_i为第i层的层速度，T_i为相应的第i层的双程垂直走时， T_i+1为相应的第i+1层的双程垂直走时。
所述步骤3)中，射线位置由斯奈尔定律(3)确定：
V₁/sinα₁＝V₂/sinβ₂       (3)
其中，V₁为第一层的层速度，α₁为射线从第一层入射到第二层时的入射角，V₂为第二 层的层速度，β₂为射线从第一层入射到第二层后的透射角。
所述步骤3)中，走时信息由下述公式(4)确定：
t_n＝d_n/(V_n·cosβ_n)       (4)
其中，t_n为第n层的走时信息，d_n为第n层的层厚度，V_n为第n层的层速度，β_n为第n 层的透射角。
所述步骤4)中，相对几何扩散补偿值由下述公式(5)确定：

其中，为第n层的相对几何扩散补偿值，V₁为第一层的层速度，α₁为射线从第 一层入射到第二层时的入射角，x为炮检距，d_i为第i层的层厚度，α_i为第i层入射射 线的入射角。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于针对不同的炮检 距计算几何扩散补偿，提高了几何扩散补偿技术的准确度。2、本发明由于准确的描述 了地下射线的扩散，进一步提高了几何扩散补偿技术的准确度。3、本发明由于数值计 算的主要计算量在2-D数据域进行计算，保持了计算效率。本发明可以广泛应用于地 震数据处理中的几何扩散补偿技术。
附图说明
图1是本发明的流程示意图
图2是由Dix反演得到的层速度构建的均匀水平层状介质模型信息
图3是用2.5-D和2-D几何扩散计算的北海模型第5层归一化相对补偿值的对比 图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的一种基于均匀水平层状介质模型的几何扩散补偿方法， 其包括以下步骤：
1)向计算机中读入需要补偿的地震资料计算区域的均方根速度信息、双程垂直走 时信息和炮检点(炮点和检波点)分布信息。
2)根据均方根速度信息和双程垂直走时信息，通过Dix(迪克斯)公式(1)反 演得出的层速度来构建出均匀水平层状介质模型的整体框架：
V i 2 = ( T i + 1 U i + 1 2 - T i U i 2 ) / ( T i + 1 - T i ) - - - ( 1 ) ]]>
其中，V_i为第i层的层速度，U_i为第i层的均方根速度，U_i+1为第i+1层的均方根速 度，T_i为相应的第i层的双程垂直走时，T_i+1为相应的第i+1层的双程垂直走时。
由均方根速度U_i和U_i+1、双程垂直走时信息T_i和T_i+1反演出需要补偿的地震资料计 算区域中每一层的层速度V_i，并依据双程垂直走时信息T_i和T_i+1，由公式(2)确定出 第i层的层厚度d_i，从而得到包含具体每一层的层厚度和层速度信息的均匀水平层状介 质模型(如图2所示)。
d_i＝V_i×(T_i+1-T_i)/2      (2)
3)通过步骤2)构建的均匀水平层状介质模型，从炮点进行射线追踪来获得射线 位置与走时信息：
在已经建立好的均匀水平层状介质模型中，由Snell(斯奈尔)定律，结合步骤1) 中得到的炮点和检波点分布信息，由炮点出发进行射线追踪，通过发射足够数量的射 线来覆盖检波器存在的区域，从而确定出射线位置与走时信息。
Snell定律如下式所示：
V₁/sinα₁＝V₂/sinβ₂      (3)
其中，V₁为第一层的层速度，α₁为射线从第一层入射到第二层时的入射角，V₂为 第二层的层速度，β₂为射线从第一层入射到第二层后的透射角。
如图2所示，其中，横轴代表检波点位置，纵轴代表深度，V_n与d_n分别表示第n层 的层速度与层厚度，图中曲线表示对这个均匀水平层状介质模型进行射线追踪的射线 路径示意图；α_n-1和β_n分别为射线从第n-1层透射到第n层时的入射角和透射角，由 Snell定律(3)即可得到透射角β_n＝argsin(sinα_n-1·V_n/V_n-1)，其中，V_n和V_n-1分别为第n 层和第n-1层的层速度；α_n和θ_n分别为射线从第n层反射的入射角和反射角，则α_n＝θ_n， 又由于第n层的入射角α_n与第n层的透射角β_n是相等的，即α_n＝β_n＝θ_n，则第n层的射 线位置即可由求得的第n层的入射角α_n确定。
第n层的走时信息t_n可由第n层的层厚度d_n、第n层的层速度V_n与第n层的透射角 β_n确定，即：
t_n＝d_n/(V_n·cosβ_n)        (4)
4)计算各反射层的几何扩散补偿值：
根据步骤3)中射线追踪结果得到的各反射层的反射角，由几何扩散补偿公式(5) 确定出各反射层的相对几何扩散补偿值：

其中，x为炮检距，为第n层的相对几何扩散补偿值，α_i为第i层入射射线 的入射角。
5)根据数据处理技术的需要，将与检波点最邻近的两条射线计算得到的相对几何 扩散补偿值进行线性插值得到检波点处的相对几何扩散补偿值。按照地震数据的格式， 即由地震道数，采样点数和采样间隔确定的地震数据体，将计算得到的相对几何扩散 补偿值插值到相应地震数据体的采样点上，并输出数据以备后续数据处理技术使用。
根据已发表资料Ursin,B.(1990)."Offset-dependent geometrical spreading  in a layered medium."GEOPHYSICS 55(4):492-496，文中给出了北海模型，其具体 速度、走时等参数如表1所示。利用这个模型，分别对其进行2-D和2.5-D几何扩散 补偿。炮的基本参数：道间距为50m，最小炮检距为50m，检波点个数为80个。模型 的第5层的归一化相对几何扩散补偿值如图3所示。
表1 北海模型

如图3所示，图中同时给出了在2-D和2.5-D情况下，针对北海模型第5层的几 何扩散归一化相对补偿值对比图。其中实线代表2.5-D的归一化相对补偿值，虚线代 表2-D的归一化相对补偿值。通过对比可以发现：当层深度确定时，随着炮检距的增 加，2.5-D的相对补偿值的增长要明显大于2-D情况下的补偿值，在远炮检距时其值 甚至相差在50％以上。这说明，炮检距对几何扩散补偿的影响不可忽略。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中的一些方法和步骤等都是可以有所变化的， 凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护 范围之外。