本发明总体上涉及油和气的地球物理勘探。更具体地说，本发明 给出了一种方法，它采用地震折射数据以准确可靠地确定所选定的地 质构造在地下的位置。

一般说，有两类地震勘探方法，这些方法都是在一个第一地表位 置把地震能量射入地层，并且在地震能量穿过地下构造传播的同时， 在一第二地表位置检测这地震能量。在其中一种方法(反射法)中， 地震能量直接被地下构造之间的边界反射，并返回地表。在其中另一 种方法、即折射法中，地震能量以某一角度到达地下构造之间的这样 一些边界，使得地震能量沿一条穿过两构造中较低一个并基本上与构 造之间边界平行的路径发生折射。当从所述较低构造进入上层构造时， 地震能量又以一个与其先前从上层构造进入较低构造时相近的角度在 上述边界处发生折射。当返回到地表时，该地震能量破作为地震折射 信号记录下来。

折射测震学当然远不如反射测震学那样为众人所知。仅有的一本 有相当深度地考虑折射勘探的当代图书就是那部由A.W. Musgrave编辑、勘探地球物理学家学会1967年出版的“地震 折射勘探”。

在折射地震勘探中，通常(但并非必须如此)将多个地震探测器 以彼此间比反射地震勘探更大的间距布设，同时折射探测器阵列离地 震扰动源的距离也很大，实际可达5至15英里。这样，用折射地震 勘探能快速进行大面积勘查，还能测绘某些遥远的区域，而在这些区 域采用反射地震勘探将极为困难或者价格昂贵。另外，在折射勘探中， 折射信号具有较低的频谱，这样，与反射地震勘探中主要常感兴趣的 较高频谱相比，折射信号的低衰减是所关心的。在大块地质构造的测 绘中，例如在石灰石地层或类似的地层中，采用折射地震勘探也是人 们所希望的，因为这种折射技术所提供的速度信息可以帮助人们联系 并鉴别那些所希望的波至或关键层位。

人们现已发展了一些改进了的技术，用于获得并解释折射数据， 其中的许多技术已载于勘探地球物理学家学会1967年出版的 “地震折射勘探”一书。不过，虽然折射地震勘探有许多优点，目前 反射技术应用得更为普遍。据信造成这种状况的一个原因是：在地震 折射工作中，至今未能开发出适当的技术，用来抑制不希望的波至并 增强所希望的波至。

在油和气的勘探中，地震反射勘探已广为人知，并已采用了几十 年。自60年代中期以来，地震反射数据的共深度点(CDP)记录 已成为油气储量的主要的地面勘探技术。在Mayne于1962年引 入这种技术后，地球物理学家仅用了几年时间就了解了CDP叠加的 基本性质。Mayne的最初思想是用CDP叠加来模拟大型接收器阵 列的工作，而不会使反射点模糊不清。这个思想已被其本身一次又一 次证明为现有最好的地震数据增强技术。今天，共中心点(CMP) 叠加一词比CDP一词应用得更为普遍，因为它更好地描述了这种方 法的几何性质。CMP地震道是所有那些具有同样的位于它们相应的 源位置和接收器位置之间一半处的几何中点的道。

地震数据常用一个源或源阵列发出信号被记录进多个接收器或接 收器阵列的方法来采集。用多达480个接收器阵列自动记录来自一 单个地震源的数据。接收器阵列通常沿着地震测线以均匀增加的间距 布设。通常把源与任何给定的接收器阵列之间的距离称为源至接收器 偏移距或简单地称为偏移距。为获得CMP几何条件，有源接收器阵 列随源的位置沿地震测线的移动而递增。源的位置通常均匀地按接收 器阵列的间距而递增，以至有源接收器阵列可以简单地随源位置的改 变而按均匀的增量而“滚向前”，使与源的偏移距几何条件保持恒定。 有源接收器阵列可以全部设置在源的一侧(端点放炮排列)，也可在 源的两侧各设置一半(中间放炮排列)，或者大约介于二者之间(非 对称中间放炮排列)。按某一给定中点的CDP重叠范围或CMP道 数由有源接收器群的数目和沿测线的源的增量来控制。

在对CMP地震反射道求和(或叠加)以便在沿地震测线的每一 个中点处生成一个单独的叠加道之前，通常可以用各种地球物理学的 处理方法对这些数据进行处理。这些方法包括增益、球面发散校正、 反相积、静态校正、正常时差(NMO)迁移、以及道噪声抑制。由 于传统的CMP叠加是为了增强反射信号，所进行的NMO校正在源 至接收器的偏移距中呈双曲线型。在那些地下存在相当大的结构倾斜 的区域，可以用与倾斜有关的双曲线型NMO。双曲线型时差量由 NMO或叠加速度确定。叠加速度是均方根(rms)速度和结构倾 斜角的函数。在存在倾斜的情况下，叠加速度用倾斜角的余弦来修正。 与倾斜有关的NMO实现了这种余弦校正并且部分地把反射能量偏移 校正到用于叠加的、真实的共反射点。刚好在CMP叠加前，通常需 对大偏移距和浅的双程旅行时的数据进行噪声抑制或归零处理。这样 做是为了降低NMO扩展的作用并且抑制由所不希望的折射波至引起 的污染。

一个叠加地震记录剖面就是按单调递增的CMP位置并排显示的 一群叠加的CMP地震道。根据这些叠加的剖面可以对地下结构作出 解释。不过，在作结构解释前通常需偏移校正叠加数据，以生成更好 的地震图象。叠加的剖面可以以几种形式产生。第一种方法是产生多 重叠加地震记录剖面，每个剖面都对应一个不同的有效叠加速度。这 些被称为被稳定速度(CV)叠加的剖面或图片。这些被CV叠加的 图片可用来作出一个速度解释，而这个速度解释是为构成一个合成的 或单独的最终叠加剖面所必需。解释者可以从多个被CV叠加的图片 中简单地选取某些特定的反射信号。然后它根据时间和空间的变化应 用相应的NMO速度并在各图片间内推，以产生一个所有想要的反射 信号的合成叠加剖面。最终的CMP叠加剖面从而将使用随双路旅行 时和CMP位置二者变化的速度函数。然后这个合成叠加可被用来进 行结构解释或在解释前转到一个偏移校正步骤。

正如前面所提到的，折射信号通常在传统的CMP叠加方法中被 减弱掉。折射信号被看作是不希望的相干噪声，并且在CMP叠加过 程中采取了许多措施来抑制这种形式的能量。在世界上的许多地区里， 这些折射信号及其它有关源所产生的相干噪声完全掩盖了任何反射信 号。这些区域被认为是无记录(NR)数据区域，因此几乎提供不出 多少地下结构信息。不过，折射信号能够提供某些地下结构信息。在 引入CMP反射叠加法之前，地震折射法曾广泛地用于测绘地下结构。 事实上，本世纪上半叶所发现的许多大油田都是用折射法发现的。今 天，折射信号的应用主要限于计算近地表静态校正。

反射波至只能在低速层下面的高速层中才能发生，而且需具备某 些其它条件。反射波至在最近偏移距的地震道和最远偏移距的地震道 上都能出现，而对于一给定的折射界面，折射波至只能在那些在临界 偏移距离以外记录的地震道上才能出现。为记录来自越来越深的声学 界面处的折射波至，就一定要记录到越来越长的源至接收器偏移距的 道。常用的“姆指法则”是：需要约三倍于地下感兴趣处的垂直深度 的偏移距。在反射CMP记录中，今天所采用的典型的最大偏移距约 为3000米的数量级。于是，希望折射波至能存在于约1000米 深度的数据中。

对平面折射界面，那些折射波至将具有偏移距增加的线性时差。 这个线性时差是结构倾斜角和折射层速度的函数。在地震道的一个爆 炸剖面选排中，一给定的平面折射层的线性时差在上倾方向和下倾方 向是不相同的的(中间放炮排列记录)。不过，在地震道的CMP选 排中，由于源与接收器的位置可以互易，上倾和下倾之间的时差并无 区别。在一个CMP道选排中，来自一个单独的平面折射层上的折射 波至的线性时差速度可以简单地表示为折射层速度被折射层中倾斜角 的余弦除。

以前在地震折射数据方面所做的工作还没有包括对折射数据的 CMP叠加。美国专利3,629,798(D.W.Rockwell， 1971)对折射数据进行了处理，但仅是来自一单独爆炸的叠加数 据。并没有为叠加而在一个CMP范围对数据进行选排，从而提供了 折射波至适当成象的优点。

Adam等人在1980年接受了美国专利4,232,378, 该专利涉及一项折射地震技术，这项技术研究了长的和短的爆炸源至 接收器距离的折射波的幅值，但没有讨论折射波的叠加。

同样，Ruehle  在美国专利4,242,740中教导了一项 获取折射数据的技术，但并未公开叠加该数据的方法。

Gassaway等人接受了已转让给申请者的受让人的有关的美国 专利4,373,197、4,393,488和4,528,649。 这些专利中公开了一项移动源和接收器阵列的“滚向前”技术，利用 它可以把所产生的折射数据有次序转让到偏移距位置上。这样就产生 了已转位到一共同的同线位置和折射旅行方向上的重叠的可叠加的显 示。然而，这些专利中并未公开CMP叠加技术，而所采用的方法涉 及的是区分压缩波数据和剪切波数据。

Monastyrsv，V.K.等人于1981年接受了苏维埃社会 主义共和国联盟专利864215。该专利记录了一些折射波的多重 剖面，还在距地震激励点距离已知的多处记录了弹性振荡波，这些距 离基本上与距折射波射出地面的多个初始点的距离相同。该方法为对 共同深度折射区域的多重叠加作了准备。选取相应于该全部深度区域 的折射波，并用不同的截止速度对τp求和，这些截止速度是根据最 大能量值和信噪比而确定的。该专利没有讨论适当地对从临界偏移距 离之内一点发出的到达波进行噪声抑制的必要性。也没有谈到用几个 稳定速度来产生求过和的数据的多重图片。同样，Monastyrsv等 人也没有论述用一个生成的近地表速度模型来得到一个近地表静态解。

一本俄国小册子发表于1988年9月5日，其名称被翻译为 “研究地质层中折射边界的方法”。据信这本小册子由西西伯利亚地 球物理研究所发表，该研究所属于苏联地质部，该小册子还可进一步 定为RD03345，印刷号1024。它涉及一种共同深度区域地 震折射方法，该方法基于对折射波中有用信息的多重求和。这种方法 本身并没有公开，公开的只是它的优点。公开的优点包括：可以同时 对几个地质边界进行研究，能够研究地质折射边界，能够探测近地表 剖面区域数据中的不均匀性。

Hinkley在美国专利4,577,298中公开了一种用来评 价和校正地震道中所含的源和接收器静校正的方法。该方法只是将折 射路径校正到反射所取的路径，以校正折射和反射信号分量之间的角 位移。

Yang，H.于1986年12月发表了一篇题为“对地震折射 波的叠加和偏移校正方法”的文章。不过，这篇文章既没有讨论CMP 叠加，也没有讨论CDP叠加。而Yang仅仅用了一种共接收器或共 源点叠加方法。

上述那些方法都局限于使地震数据成象，而没有尝试象本申请主 题所教导的那样结合折射数据的CDP或CMP叠加。直到今天，折 射波至才首次被用来生成用于静校正计算的近地表速度模型。一旦完 成对折射波至“初至波”的勾选，地震数据就被抛在一边。到目前为 止尚未有人试图使折射层本身成象。

现有的仅利用反射数据的方法经常不能提供地表下地质情况的适 当的地震图象，于是需要用一种改进了的地震方法来获取质量更好的 地震数据。

本发明在改进地质结构的分辨率方面有惊人的成功。本方法安置 了声波接收器。使它们距一声波源的偏移距离足够远，以接收折射波， 这折射波来自一个感兴趣的地下折射层并且以临界角射出该折射层。

从多个波源产生声波并将声波送入地下，以使声波遇到感兴趣的 折射层。在各接收器位置记录声波的波至显示。然后把被折射的波的 波至选排进CMP道选排中。对来自所估价的临界偏移距离以内的一 点的折射波显示进行噪声抑制，而且对来自该临界偏移距离以外的折 射波至数据进行一τp求和，把这些数据投射进源至接收器的零偏移 距中。然后将求和的数据作为一个稳定速度叠加道显示。

本发明的一个进一步变化涉及一种方法，该方法此外还用多个声 波源和声波接收器位置对多个中点进行τp求和。然后用多个稳定速 度来生成τp和数的多重图片。然后把这些多重图片中几个图片的局 部组合起来，组成一幅完整的地下折射层的图象。接着由τp和数的 多重图片设计一个近地表速度模型。可以用该近地表速度模型确定地 震道中近地表静校正的解。

参考本发明下列详细的叙述并结合附图，本发明所述方法的上述 和其它目的、优点和特色将变得更为明显。

图1是沿双曲线对反射数据求和和沿直线对折射数据求和概念的 一幅示意图。

图2是表明如何把多个τp和数的图片组合起来生成一个完整的 地下折射层图象的一幅侧视图。

图3是表明地震道的一个CMP选排的反射几何条件的地层剖面 示意图。

图3(a)是反映地震道的一个CMP选排的折射几何条件的地 层剖面示意图。

图4是对于反射和折射波波至的相应的旅行时的示意图。

图5是反映一CMP选排的反射几何条件的地层剖面示意图，此 处向地层边界中引入了一个大小为θ的倾斜角。

图5(a)是反映一CMP选排的折射几何条件的地层剖面示意 图，此处向地层边界中引入了一个大小为θ的倾斜角。

图6是图2的一个复盖层图，反映了相应于以θ角倾斜地层的反 射和折射波波至的旅行时。

图7是对地震测线102的一个常规的CMP反射叠加。

图8是相应于地震测线102的τp叠加。

图9是地震测线2000的两个爆炸剖面。

图10是所得到的对地震测线2000的常规CMP反射叠加。

图11是对地震测线2000的几个CMP选排道的剖面。

图12表示对地震测线2000的一个稳定速度、τp叠加。

根据本发明，现已发展了一种利用地震折射数据改进地质结构的 地震分辨率的新的方法和手段。

对CMP叠加法做些改进，便可用来增强折射信号。图1显示了 地震道的一个CMP选排，所述的选排上有反射波至1及折射波至2 出现。在常规的反射叠加或求和的过程假定有双曲线形时差。不过， 要叠加折射波至，求和前必须假定时差是线性的。另外，将不象对反 射数据那样对长偏移距地震道进行噪声抑制。而将对位于估算的临界 折射距离(临界偏移距离)内的道进行噪声抑制。加在上述数据上的 线性时差直接与所感兴趣的折射层速度相关。象在反射CMP叠加中 所做的那样，可以针对一个完整的地震测线生成一组恒定时差或速度 被叠加的图片。这些恒定速度图片可以在速度均匀增加方面有所增加， 或在速度的倒数(一般称为慢度(slowness))方面有所增加。

另一个广泛用来表示随慢度均匀增加的求和的术语被称为“τp” 求和。我们在此用“τp求和”表示对已加有线性时差的CMP地震 道的单个求和。“τp叠加”将被定义为沿一地震测线对许多CMP 道在一恒定的折射速度处的一批τp和数。于是一恒定折射速度图片 就是在一单个的恒定线性时差处的一个τp叠加。线性时差校正在源 至接收器零偏移距处为零，并且随偏移距的增加呈线性增加。这就使 稳定速度τp叠加图片上的折射波波至时间与常用于折射方法中的时 间线段相等。对于简单的分层模型，很容易将时间线段与折射层地下 深度相联系。这样，可以在τp叠加的基础上作出结构解释。

由于折射速度在地下有很强的非连续性，应当用一种“切割和接 合”方法而不是跨越大量稳定速度τp叠加的内插法来生成一个合成 折射叠加剖面。图2中示出了这种切割和接合方法。该图顶部示出了 三个稳定速度τp叠加图片。这些叠加图片的每一个都包含一个所感 兴趣的折射波至3，在时间方面每个都比另一个略深。图2的底部示 出了一个τp“被结合”的剖面4。它包含了所有三个折射波至在适 当的线性时差速度上的叠加。采用这种方法将不会在τp叠加或合成 折射叠加中引入任何时差扩展。

图3和图3a分别表示对于一个简单的双层速度(V)模型中多 个地震道的一个CMP选排的反射和折射几何条件，该模型中V2＞ V1，所以在2号层中将发生折射。图4表示对于各个波至的相应的 旅行时曲线。反射波至在速度V1处有双曲线形时差，而折射波至在 速度V2处具有线性时差，该时差开始于临界偏移距离所确定的一个 偏移距。反射波至和折射波至二者在临界偏移距离处相切且重叠。反 射波至将在临界偏移距离以外作大角度反射而继续。在临界偏移距离 之外，这个大角度反射将在波至波形中出现相位变化。TO表示零偏 移距双路反射时间，而Ti表示被投射的折射层时间线段。从这些零 偏移距时间的每一个到深度的变换如下所示：

Z＝(TO/2)*V1                          反射方程(1) $Z=(\mathrm{Ti}/2)*(V2*V1)/\sqrt{V2*V2-V1*V1}$ 折射方程(2)

图5和5a分别表示图3中同样的双层模型中多个地震道的一个 CMP选排的反射和折射几何条件，区别仅在于向层边界6中引入了 倾斜角θ5。应当注意的是，如果地层边界的倾斜角超过了临界折射 角的许可范围(compliment)，折射波至将不存在。这里反射层 /折射层的深度(Z)被定义为到CMP位置下的地层边界的垂直距 离。图6中在图4的一复盖层上所示的是相应于该倾斜地层的旅行时。 由于深度Z被定义为沿垂直路径到达该层的距离，零偏移距双路反射 时间(TO)与图4相比没有变化。在偏移距中它仍是双曲线形的， 但速度则被地层边界中的倾斜角的余弦修正。折射波至时间性质与此 相似。首先，时间线段Ti与图4相比没有改变。不过，临界距离以 外的线性时差速度又被倾斜角的余弦加以修正。从这些图中可以得出 的一个有意义的结论是：仍然能用方程(1)和(2)来计算水平地 层边界与倾斜层边界二者的垂直地层深度。于是，如果层速度沿地震 测线不改变，则方程(1)和(2)可简化为：

Z＝TO*C1                        反射方程(1)

Z＝Ti*C2                        折射方程(2)

其中C1和C2只是由两个速度V1和V2确定的常数。由于Z 在两方程(3)和(4)中相同。这意味着叠加的TO反射时间仅仅 是叠加的Ti折射时间线段的一个按比例改变的形式。于是一个CMP 反射叠加剖面上所看到图象呈显为在一被CMP折射叠加的剖面上所 看到的图象的一个按比例改变的形式。

上述讨论仅适用于呈平面倾斜的双层模型。对在一个大范围上倾 斜近于平面的双层模型的情形，方程(4)将是一个很好的一级近似， 从中可得出类似的结果。对于结构在大范围内紧凑的一个双层模型，用 平滑处理的方法可使深度估价中的时间线段变得平滑。对于多重倾斜的 地层，方程(3)和(4)都不正确。不过，时间结构在两个CMP 叠加剖面之间将是相似的。

在目前的油气储量地震勘探中，折射波至主要用于生成静校正计 算所需的近地表速度模型。通用的方法中用折射波至上的第一初至勾 选作为输入，送给线性和非线模型生成程序中。上述那些勾选可由手 工、机器或二者结合来完成。一旦勾选工作完成，即可把实际上摆动 的道地震数据抛开，并且生成一个速度模型，用来使原始勾选次数和 理论勾选次数的差别最小。不会对实际摆动的道地震数据做出错误的 极小化。问题只会出在勾选次数本身。没有原始单重地震数据道上的 很好的第一初至数据，这类方法很容易给出糟糕的结果。

折射静校正的首要目的仅仅是建立了一个近地表速度模型。然而， 本发明还能生成一个折射层本身的图象。因为记录参数主要是为很深 结构的成象而设的，所以常规的CMP反射叠加一般来说对很接近地 表结构的成象毫无用处。另一方面，此处公开的CMP折射叠加方法 很适于用常规方法记录到的CMP反射数据使那些近地表折射层成象。 一旦作出了所感兴趣的折射层的时间图象，就可以根据叠加剖面上显 示的时间线段进行深度计算。由于时间线段的勾选是在大量的CMP 求和工作以后完成的，因此信噪比得到提高，这样就可得到比原来稳 定得多的结果。

图7是地震测线102的一个常规CMP反射叠加图。从图7上 可以见到一组浅的反射，表明在约0.4秒处有一个凹陷。图8中示 出的是相应于每秒4200米稳定速度处的τp叠加。图中在约0.3 秒时间线段处可以见到一个折射波至8。这个折射波至的结构轮廓与 常规叠加上的那些反射波至非常相似。反射边界和折射边界因此极可 能是同样的波至。在这个例子中，虽然反射叠加和折射叠加源于CMP 选排地震道上相互独立的数据，也就是说反射数据来自近偏移距数据， 而折射数据来自远偏移距数据，但反射和折射叠加二者都产生相似的 图象。在本例中，图8中示出的折射图象可被用来生成一个近地表折 射静校正模型。

在世界上的许多地区，用CMP反射法尚不能生成地下反射层的 图象，其主要原因是源产生的噪声，这噪声是源发出向外传播的噪声。 这种噪声具有相对低许多倍的传播速度，仅仅掩盖那些较近偏移距的 地震道。由于折射主要作用于远偏移距的道上，它们会表现出远远小 得多的噪声污染，并且非常适于叠加。在几处勘探区域中已是这种情 况。由于常规方法记录的CMP数据的偏移距大小有限，用所发明的 CMP折射法仅能对非常浅的折射层(＜1000米)成象。不过， 通过记录更长的偏移距，可以对更深的折射层成象。

图9至12中的每一个显示了2000号地震测线的地震数据的 不同形式，该地震测线位于反射数据质量很差的一个近海区域。图9 示出了地震测线2000的两个爆炸剖面。所用的最大的源至接收器 偏移距约为3800米，略大于通常情形。图10是所得到的常规的 CMP反射叠加。该反射叠加上所显示出的数据效果非常差。图11 示出了几个被CMP选排的道剖面。在图9和11两图中，在那些远 偏移距记录道上可以见到折射波至9。图12中示出了在每秒3043 米速度处的一个稳定速度τp叠加。图中很容易看到一组折射波至10 在约0.6秒处升至剖面左邻的约0.3秒处。剖面中央约0.6秒 处表现出一个背斜的特征11。在常规的叠加(图10)上看不到任 何波至。在本例中，通过采用所发明的τp折射叠加法，结构解释的 质量得到明显改善。

上述叠加地震折射数据的最佳实施例可以下述方式来进一步论述：

1.安置多个声波接收器，使它们从一声波源起的偏移距离足以 接收折射波，这些折射波来自一个所感兴趣的地下折射层，并且以一 临界角射出该折射层。

2.把从多个波源所发生的声波送入地下，使它们遇到所感兴趣 的折射层。在接收器位置记录声波波至的显示。

3.然后把折射波波至选排成共中心点道选排。

4.对来自所估价的临界偏移距离之内一点的显示进行噪声抑制， 并对来自临界偏移距离之外并被输入进源至接收器的零偏移距之中的 折射波至数据施行一次τp求和。

5.然后把所求出的和数显示为稳定速度的一些叠加。

6.本发明的另一个实施例涉及一种方法，该方法另外还用多个 声波源和声波接收器的位置生成对于多个中点的一些τp和数。

7.然后用多个稳定速度来生成一些τp和数的多重图片。

8.然后把这些多重图片中几个的局部组合起来，以生成一幅地 下折射层的完整图象。

9.然后根据一些τp和数的多重图片设计出一个近地表速度模 型，可根据该近地表速度模型来确定一些地震道中近地表静校正的一 个解。

在叙述并说明本发明一个最佳实施例的同时，很显然，在不背离 本发明的精神和范围的前提下可以做出许多对本发明的改进。因此， 本发明不应限于上述叙述，而仅应由此处所附权利要求书的范围所限定。