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1、恒泰艾普石油天然气技术服务股份有限公司 SAGA-层析静校正用户手册恒泰艾普公司软件用户手册层析静校正用户手册恒泰艾普石油天然气技术服务股份有限公司编写人：张元鹏2010年 12 月6-27目 录1概述1-21.1层析成像算法基本原理1-21.2层析成像算法计算流程1-42层析成像模块介绍2-13初始模型3-13.1模型建立简介3-13.2工作流程3-23.2.1载入数据3-23.2.2模型离散化及速度填充3-93.3模型demo3-124层析反演计算4-14.1参数设置4-14.2层析反演计算信息说明4-35层析反演静校正计算5-15.1基本原理5-15.2功能说明5-16模型速度QC6-1
2、6.1用户界面主窗口介绍6-16.1.1功能区6-16.1.2控制面板6-46.1.3工作区6-116.1.4状态栏6-136.2各功能模块使用说明6-136.2.1速度模型显示及相关属性设置6-136.2.2高程位图显示及相关属性设置6-206.2.3低速底界显示及编辑6-211 概述在地震勘探中，复杂地表条件制约着地震资料的采集与处理。复杂地表条件除了影响地震波的激发与接收外，还会引起严重的静校正问题，从而影响水平叠加质量和偏移成像效果。层析反演计算模块基于初至波走时，采用层析的办法反演近地表速度模型，在此基础上通过地表一致性静校正技术，消除复杂表层因素引起的静校正问题。1.1 层析成像算
3、法基本原理层析成像的数学理论基础是经典Radon变换或广义Radon变换。经典Radon变换是沿直线簇对某已知函数的积分，广义Radon变换实现了沿某曲线簇对已知函数的积分。Radon反变换是重建Radon正变换中所涉及的函数，或者恢复函数的某种特性。近地表介质各层之间波阻抗差异较大，初至波射线路径沿曲线传播，初至波走时可以作为近地表介质地震波慢度函数的广义Radon正变换，由初至波走时重建近地表介质的慢度形态函数的问题属于广义Radon反变换问题。二维经典Radon变换，记是在平面上定义的充分光滑的二元函数，在充分大的区域之外为零，为平面内的任意一条直线，则称沿直线的积分为的Radon正变换
4、，记为 （1-1）其中，表示线长元素。平面内任意直线可表示为 （1-2）其中，（）为的单位法向量，为的法线与轴正向的夹角，P为坐标原点到的距离。由此可见，任意直线对应确定的数对对应平面内确定的一条直线。所以的Radon正变换也可以表示为 （1-3）二维Radon反变换，是指根据函数Radon正变换的值求被积函数。二维Radon反变换，也称为二维Radon反演公式，公式如下： （1-4）在实际层析反演的计算过程中，为了获得介质速度分布，首先需要将模型介质进行离散化处理，通常把研究的介质离散划分为一系列小网格，网格内的速度相同，用慢度（即速度的倒数）表示，并给每个网格按一定的顺序编号，这样就构成了
5、一个离散模型。地震波以射线的形式在网格间传播，从不同的震源点到检波点经过了不同慢度的网格，因此得到了不同的走时。如图1-1所示，射线从震源点到检波点的走时为六段射线走时的总和，可以表示为： （1-5）其中表示走时，表示网格数目，表示了第条射线在第个网格中的射线路径长度，表示第个网格的慢度值。走时层析成像的目的就是由测量的走时重构介质的慢度。图1-1 射线在离散模型中的走时示意图1.2 层析成像算法计算流程如下图1-2所示：层析成像算法主要由四步组成：（1）初至拾取; （2）初始模型建立; （3）正演模拟; （4）反演计算。SAGA系统中具体步骤如下：图1-2 层析成像算法流程图（1） 拾取各炮
6、的初至旅行时Tobs。初至走时是指从炮点出发，经过介质传播最先到达接收点的地震波走时，有可能是直达波走时、回折波走时或者折射波走时。在均匀介质中主要出现的是直达波，在连续介质中主要出现的是回折波，而在层状介质中主要出现的是折射波。初至走时是层析成像计算的数据基础，一组准确的初至走时数据能够提高层析成像模型的可靠性。具体参考SAGA-初至拾取用户操作手册。（2） 建立初始速度模型，根据初至旅行时或者表层调查资料等建立正演模拟和层析反演所需要的初始模型，好的初始模型可以提高层析反演计算的收敛速度。（3） 在初步始模型的基础上，用射线追踪技术求出各炮点与检波点之间的射线路径和射线旅行时Tcal，计算
7、拾取的旅行时与正演旅行时之差Tdelta = Tobs - Tcal，当Tdelta满足精度要求时输出层析结果，结束迭代。（4） 根据正演计算结果得到反演方程ASdelta = Tdelta，其中Sdelta是模型慢度修正量，A为雅可比矩阵，其元素表示离散单元内的射线路径长度。由方程计算得到模型慢度修正量，对模型进行修正，然后再利用新的模型进行正演计算，反演迭代，直到满足一定的反演准则为止。2 层析成像模块介绍图 2-1 层析反演计算模块工作界面（初始模型范围）图2-2 层析反演模块工作界面（参数设置）图2-3层析反演模块工作界面（模型预览）图2-4层析反演模块工作界面（迭代计算）如图2-1所
8、示，模块提供了观测系统预览、根据观测系统定义初始模型范围、初始模型离散化、初始速度填充、层析反演参数设置以及层析反演计算等功能。下面分别简单说明：1.基于观测系统确定初始模型的范围：载入初至数据文件之后，可以通过偏移距范围、炮点ID、接收点ID、初至走时范围、以及XY方向起止坐标确定初始模型的XY方向覆盖范围。可能通过Source points与Receiver points标签页查看当前初始模型范围内的炮点与接收点分布情况，通过Model Elev标签页查看当前模型的高程图等信息。2.设置参数完成初始模型的建立以及层析反演计算：在确定模型XY方向长度以及模型深度之后，可以指定离散单元格的大小
9、、模型顶部底部填充速度以及速度填充方式来完成初始模型的建立。3.初始模型切片预览：对建立的初始模型可以分别以XZ 与YZ方向的切片方式进行预览。4.层析反演计算信息显示：在模型建立过程以及层析反演过程中，可以通过Message标签页查看程序运行的详细信息，包括模型可用的初至走时数据个数、模型底部高程、模型XYZ方向的长度，单元格长度以及单元格数等。层析反演过程中可以查看当前程序迭代的次数、各炮点迭代使用的时间、每次迭代之后的走时残差等信息。3 初始模型3.1 模型建立简介初始模型的建立主要包括以下几个方面的内容：一是初始模型的范围。射线的覆盖次数决定着层析成像的精度，射线的覆盖次数越多，层析反
10、演的精度越高，如果反演区域内没有射线通过，该区域就无法实现层析成像，同时，反演区域的大小影响着层析成像的迭代时间，分辨率一定的情况下，反演区域越大，层析迭代所需要的时间就越长。初始模型的范围包括 XYZ三个方向。一般情况下，XY方向的长度由观测系统决定，XY方向的覆盖区域要小于或者等于观测系统的覆盖区域，在观测区域的边缘由于射线覆盖次数比较少，层析成像的精度低。Z方向，即反演模型的厚度，要根据实际反演区域的地质情况、最大炮检距越大，模型厚度就应该越大，确保初至波射线路径有足够的传播空间，同时近地表层的低降速带越深，速度纵向变化越大，对应的模型厚度就越大，反之则反。二是初始模型的分辨率，即模型的
11、离散化程度。模型范围一定的情况下，离散网格数越多，层析成像的分辨率越高，层析迭代所需要的时间也越长;但是观测数据的个数越少，层析成像能够达到的分辨率就越低。在实际计算过程中，要综合考虑模型的覆盖范围，观测数据个数等因素来决定离散模型网格的长度，建议X方向网格长度采用道距的整数倍，Y方向网格长度采用线距的整数倍，Z方向网格长度根据需要的分辨率及地表层纵向速度变化的速率来决定。三是初始模型的速度填充方式。初始模型的速度分布与实际情况越接近，层析计算收敛速度越快，需要的迭代次数越少，层析成像的结果也越好。因此初始模型的速度分布应该根据测井资料或者速度谱等资料来确定。如果没有足够的先验信息，无法给定与
12、实际结果相近的初始速度模型，可以通过给定常速初始模型进行反演计算，一般情况下填充速度要求大于或者等于实际介质的最高速度。3.2 工作流程3.2.1 载入数据启动层析反演计算模块，启动界面如下图3-1所示，载入初至走时数据与观测系统等信息。本系统只支持一种数据结构“*.rbt”文件，本文件格式由SAGA系统内部定义。如下图3-2所示，用户可以直接将文件名称输入文件名框内，也可以通过输入框右边的按钮“”通过文件选择对话框来选择文件。在载入用户输入的初至文件时，程序将自动跳转到“Message”标签页，显示当前程序的工作状态如下图3-3所示：图3-1 层析反演计算模块启动界面图3-2 打开文件工作区
13、域图3-3 载入初至数据文件其中： Loading the information of FBT data分析初至数据文件结构 Loading the all location number points载入初至数据桩点信息 Successed in opening FBT data成功打开初至数据文件 The number of RBT data表示拾取初至数据的个数打开初至文件成功之后，用户可以切换到Survey Information标签页查看观测系统的具体布局，如下图3-4所示：图3-4 观测系统基本信息在当前界面中提供了显示预览与范围编辑功能：（1）Survey Range Cont
14、rol:通过选择开关并设置范围来确定初始模型的覆盖范围及参加层析反演计算的炮点接受点范围。初始模型覆盖范围及初至走时筛选共提供了5种控制方式，分别为偏移距、炮点桩号、接收点桩号、初至走时范围、XY坐标，可以通过开关按钮选择一种方式或者多种方式共同作用完成初始模型建立。l 偏移距范围：如下图3-5所示，通过开关“Use offset for range”，决定是否使用偏移距作为初始模型范围及初至走时筛选条件。输入控制范围时要求：Offsets Start 值小于或者等于Offsets End值，否则模块会提示数据范围有误，要求重新设置参数范围。图3-5 偏移距域范围控制l 炮点桩号范围：如下图3-6所示，通过开关“Use source NO. for range”，决定是否使用炮点桩号作为初始模型范围及初至走时筛选条件。输入控制范围时要求：source NO. Start 值小于或者等于source NO. End值，否则模块会提示数据范围有误，要求重新设置参数范围。图3-6 炮点桩号范围控制l 接收点桩号范围：如下图3-7所示，通过开关“Use receiver NO. for range”，决定是否使用接收点桩号作为初始模型范围及初至走时筛选条件。输入控制范围时要求：re
