CN101937102A

CN101937102A - 三维观测系统聚焦性能分析方法

Info

Publication number: CN101937102A
Application number: CN2010103000397A
Authority: CN
Inventors: 周明非; 碗学俭; 符力耘; 沈万杰; 魏伟; 王广智; 张松平; 杨素玉; 葛雪钦
Original assignee: China Petrochemical Corp; Geophysics Exploration Co of Sinopec Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau
Current assignee: China Petrochemical Corp; Geophysics Exploration Co of Sinopec Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2011-01-05

Abstract

本发明涉及一种三维观测系统聚焦性能分析方法，属于石油地震勘探三维观测系统优化设计领域，由拟采用的观测系统方案，得到SPS数据，输入地下速度模型数据，计算出三维地震观测系统检波点聚焦属性、震源点聚焦属性及炮检点聚焦属性，对整个观测系统的聚焦分辨率、聚焦清晰度进行定量、定性分析，并对AVP属性进行定性分析，优选出聚焦分辨率值小、聚焦清晰度高的观测系统方案，本发明的有益效果是可在任意复杂介质模型条件下，通过计算三维地震观测系聚焦分辨率和聚焦清晰度，实现对三维地震观测系统聚焦性能的定性、定量分析，从而优选出最佳的观测系统设计方案。

Description

三维观测系统聚焦性能分析方法

技术领域

本发明涉及一种三维观测系统聚焦性能分析方法，属于石油地震勘探三维观测系统优化设计领域。

背景技术

在石油地震勘探三维观测系统优化设计中，现有技术是通过共聚焦技术对三维观测系统的聚焦分辨率进行定性分析。

常规的地震采集论证中含有一些简单的以数字信号处理为基础的横、纵向分辨率的估算方法，进而计算面元大小、覆盖次数等的取值范围。这种方法是以地下共中心点(CMP)水平叠加理论为基础，以求在数据处理中取得最佳的CMP叠加效果。近年来，国内也研究开发共反射点(CRP)方法，适合叠前深度偏移和CRP偏移叠加处理方法，但针对复杂介质叠前偏移效果的分辨率分析，却并没有一个很好的评价方法。

在20世纪80年代由荷兰Delft科技大学Berkhout提出的双聚焦理论，起初主要用于偏移成像上，后来他与Volker开始将均匀介质的散射双聚焦成像原理应用到三维观测系统优化设计中去，并发表了很多相关文章。2004年我国狄帮让、顾培成、曹卫平等人发明地震观测系统优化设计的层状介质双聚焦方法及其应用(专利号200410086401.X)，按以下步骤实现：①震源到地下目标正向传播效应由系列的层间传播算子(矩阵)相乘来实现；②从地下目标点到地表检波排列片的正向传播效应用一系列的层间传播算子(矩阵)相乘实现；③从地下目标点到地表震源的反向聚焦震源效应及从地表检波排列片到地下目标点的反向聚焦检波效应也用一系列的层间聚焦算子(矩阵)相乘；④由步骤①-③套入均匀介质双聚焦计算求得聚焦检波束和聚焦震源束和层状介质双聚焦的3个特征函数(分辨率函数、AVP函数和照明强度分布切片)，通过估算、分析3个双聚焦特征函数完成三维观测系统优化设计这一目标。从原理上分析，狄帮让采用Kirchhoff逐层递推与射线追踪的手段，实现了层状、全弹性介质模型下的共聚焦分析，但对于复杂构造地区勘探，上述方法忽略了地震波的粘滞性衰减与频散效应，无法考虑波场传播距离对地震波频率和能量衰减的影响，上述方法将不再适用；另一方面，由于直接将共聚焦分析扩展至频率段意味着需要对多个频率分别进行共聚焦分析，算法的运算量会数十倍的增加，为了减小运算量，上述方法均在单频率下进行，而实际的地震波频率总会有一定的带宽规律；同时，上述方法只进行了聚焦分辨率定性分析，无法全面、精确评价三维观测系统聚焦性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过分析聚焦分辨率和聚焦清晰度，全面、精确地衡量三维观测系统聚焦性能的分析方法，克服现有技术不适合复杂模型、只在单频率下进行分辨率定性分析、无法满足复杂构造地震勘探需要的缺陷。

本发明由拟采用的观测系统方案，得到SPS数据，输入地下速度模型数据，计算出三维地震观测系统检波点聚焦属性、震源点聚焦属性及炮检点聚焦属性，对整个观测系统的聚焦分辨率、聚焦清晰度进行定量、定性分析，并对AVP属性进行定性分析，优选出聚焦分辨率值小、聚焦清晰度高的观测系统方案。

本发明的有益效果是：可在任意复杂介质模型条件下，通过计算三维地震观测系聚焦分辨率和聚焦清晰度，实现对三维地震观测系统聚焦性能的定性、定量分析，从而优选出最佳的观测系统设计方案。

附图说明：图1为本发明程序流程框图；

图2为本发明检波点聚焦示意图；

图3为本发明炮检点聚焦示意图；

图4为本发明AVP函数生成示意图；

图5为本发明为观测系统聚焦分辨率成像和AVP属性成像示意图；

图6为本发明图5聚焦分辨率成像图X方向切片和Y方向切片图；

图7为本发明表1中四个方案的聚焦分辨率、聚焦清晰度成像图。

图8为本发明图7中四个方案的成像图对应X方向上切片。

具体实施方式

结合附图对本发明进行进一步描述。

由附图1可知，本发明由拟采用的观测系统方案，得到SPS数据，输入地下速度模型数据，计算出三维地震观测系统检波点聚焦属性、震源点聚焦属性及炮检点聚焦属性，对整个观测系统的聚焦分辨率、聚焦清晰度进行定量、定性分析，并对AVP属性进行定性分析，优选出聚焦分辨率值小、聚焦清晰度高的观测系统方案。其具体实施方式如下：

(一)由表1得到四个观测系统的SPS数据，并输入速度模型。

表1拟采用的观测系统方案

方案	观测方式	观测系统	CDP面元 M×M	排列长度 M	横向覆盖次数	纵向覆盖次数	道间距M	排列线距 M	激发线距 M	激发点距M
											方案一	16L1S160R	3975-12.5-( 25) -12.5-3975	12.5× 50	400 0	8	20	25	100	100	100
方案二	16L1S80R	3950-25-(50 )-25-3950	25×50	400 0	8	20	50	100	100	100
											方案三	16L1S40R	3900-50-( 100) -50-3900	50×50	400 0	8	20	100	100	100	100
方案四	16L1S20R	3800-100-( 200) -100-3800	25×50	400 0	8	20	200	100	100	200

上述的速度模型由地层深度、地层产状、断层位置、地层速度或等效速度参数确定。

（二）计算三维地震观测系统检波点聚焦属性：

单个频率下检波点聚焦属性，可由下式计算：

Figure DEST_PATH_501716DEST_PATH_IMAGE002

(1)

由图2所示，其中，F为从检波点r_r到聚焦点r_f周围所有地下点的波场逆向聚焦算子，W为从聚焦点r_f到各个检波点r_r的波场正向传播算子，S_R为检波点在地表的采样算子；

上式的物理意义为将一个二次震源放在聚焦点时，所有地面接收点对聚焦点及其周围点的响应；

对于均匀介质，粘弹性介质下波场正向传播算子为：

Figure DEST_PATH_32186DEST_PATH_IMAGE003

(2)

其中，

Figure DEST_PATH_53494DEST_PATH_IMAGE004

Figure DEST_PATH_992500DEST_PATH_IMAGE005

k为粘弹性条件下波数，w为角频率，由地震波主频、频率采集间隔、最低频率、最高频率确定，v为介质速度，Q为品质因子，在地震频带宽度内，基本上为与频率无关的常数；

波场的逆向聚焦算子可以近似为波场正向传播算子的共轭，即有：

Figure DEST_PATH_441061DEST_PATH_IMAGE006

(3)

其中，

可以看到，波场逆向聚焦算子与正向传播算子互为共轭；

当目标点较深时，

Figure DEST_PATH_782361DEST_PATH_IMAGE008

，式(2)与式(3)可以近似表示为：

Figure DEST_PATH_451239DEST_PATH_IMAGE009

(4)

Figure DEST_PATH_70702DEST_PATH_IMAGE010

(5)

将式(4)与式(5)带入式(1)：

(6)

对于非均匀介质，粘弹性介质下波场正向传播算子为：

Figure DEST_PATH_686677DEST_PATH_IMAGE012

上式可以拆分为三个串联的方程：

Figure DEST_PATH_210062DEST_PATH_IMAGE013

Figure DEST_PATH_266005DEST_PATH_IMAGE014

Figure DEST_PATH_632264DEST_PATH_IMAGE015

实际应用中利用上述方程实现非均匀介质下的波场外推，得到检波点聚焦算子，确定检波点聚焦属性；

（三）计算震源点聚焦属性：

与检波点聚焦属性类似，震源点聚焦属性可以表示为：

Figure DEST_PATH_907388DEST_PATH_IMAGE016

(7)

进而表示为与式(6)相似的形式：

Figure DEST_PATH_176957DEST_PATH_IMAGE017

其中，

Figure DEST_PATH_636757DEST_PATH_IMAGE018

实际应用中利用上述方程实现非均匀介质下的波场外推，得到震源聚焦算子，确定震源点聚焦属性；

（四）计算炮检点聚焦属性：

在空间域，由震源聚焦与检波点聚焦的乘积计算炮检点聚焦属性，从而得到聚焦分辨率函数，原理示意如附图3所示；

聚焦分辨率函数可以表示为：

Figure DEST_PATH_365679DEST_PATH_IMAGE019

；

其中，

Figure DEST_PATH_70592DEST_PATH_IMAGE020

与分别为每个模板的检波点聚焦与震源点聚焦属性；

在Radon域，由检波点聚焦与震源点聚焦属性的乘积计算AVP属性，原理示意如附图4所示；

AVP函数可以表示为：

Figure DEST_PATH_464850DEST_PATH_IMAGE022

其中，

Figure DEST_PATH_41587DEST_PATH_IMAGE023

与分别为Radon域每个模板的检波点聚焦与震源点聚焦属性；

（五）根据上述步骤（四）的聚焦分辨率函数结果成像，对观测系统聚焦分辨率、聚焦清晰度进行定量分析；由聚焦分辨率成像或者AVP成像结果对观测系统进行定性分析。

观测系统定性分析：采用聚焦分辨率成像分析方法，聚焦分辨率成像图越聚于一点，旁瓣能量越少，观测系统聚焦性能越好；采用AVP属性分析方法，AVP成图越趋于圆形，观测系统聚焦性能越好，如图5所示。

观测系统定量分析：采用聚焦分辨率成像分析方法，具体聚焦分辨率定量值是取聚焦分辨率成像图形中主瓣能量最大值的

的纵轴所夹横轴的长度，如附图6a所示；聚焦清晰度定量值是取聚焦分辨率成像图中主瓣能量占总能量的百分比值，如附图6b所示。

按照上述步骤，依次计算出表1中四个观测系统方案聚焦分辨率和聚焦清晰度，如附图7所示，方案一成像旁瓣能量最少，聚焦清晰度最高，观测系统聚焦性能最好，设计方案最优；分别对附图7中四个方案聚焦分辨率成像在X方向上切片，可以直观显示聚焦清晰度效果，如附图8所示。

根据聚焦分辨率成像结果进行定量分析，可以得到精确的聚焦分辨率和聚焦清晰度定量结果。其结果如表2所示：

	方案一	方案二	方案三	方案四
					聚焦清晰度	x方向：97.82％ y方向：74.11％聚焦清晰度： 72.49％	x方向：93.38％ y方向：74.61％聚焦清晰度： 69.67％	x方向：75.85％ y方向：74.83％聚焦清晰度： 56.75％	x方向：52.31％ y方向：75.32％聚焦清晰度： 39.39％
聚焦分辨率 (M)	x方向：39.83 y方向：38.70	x方向：39.48 y方向：38.40	x方向：39.33 y方向：38.36	x方向：39.00 y方向：38.39

表2：表1中四个观测系统方案聚焦分辨率值和聚焦清晰度值

由表2对比可知，以上四个观测系统的聚焦分辨率值基本一致，因此，单靠聚焦分辨率值无法满足优选观测系统的需要，只有与聚焦清晰度值共同进行对比，才能区分观测系统方案的优劣。表2中，方案一聚焦清晰度值最大，说明方案一观测系统聚焦性能最好，选取方案一为三维观测系统最佳设计方案。