CN102169187A - 三维地震观测系统整体均衡性定量分析方法 - Google Patents

Abstract

为了能够更准确地判断三维地震观测系统采样的均衡性，本发明提供了一种三维地震观测系统方案整体均衡性定量分析方法，包括计算炮检点位移的熵的步骤，得到面元的均衡度，进而得到三维地震观测系统的整体均衡度。本发明可科学分析三维地震观测系统的均衡性，为三维地震观测系统采集数据的合理性打下基础。

Description

三维地震观测系统整体均衡性定量分析方法

技术领域

本发明属于石油地质勘探技术领域，涉及一种地震观测系统设计方案的分析方法。

背景技术

从上个世纪八十年代起，三维地震勘探逐步成为石油与天然气勘探的主要工具。

三维地震勘探的主要过程包括：

第一，数据资料采集。

数据资料采集指在勘探现场(一般是野外环境)进行下述工作：测量、钻浅井孔埋炸药(在使用炸药震源时)、埋检波器、布置电缆线至仪器车。测量的任务是定好测线及爆炸点和接收点的位置，最终在地面形成如图1所示的布置，测线上设置多个检波器(称为检点1)，爆炸点是经过钻浅井孔埋炸药形成的，也称为炮点2。炮点2在爆炸后产生出地震波，地震波遇岩层界面反射回来被检波器接收并传到仪器车，仪器车将检波器传来的信号记录下来，这就获得了用以研究地下油气埋藏情况的地震记录。完成一次上述步骤后，将图1所示的布置进行平移，移动到下一个位置重复上述步骤。多次重复，直到获得足够的地震记录数据。

第二，地震数据处理。

地震数据处理是把第一步骤采集到的数据资料(地震信息)输入专用电子计算机，按不同要求用一系列功能不同的程序进行处理运算，把数据进行归类编排，突出有效的，除去无效和干扰的，最后把经过各种处理的数据进行叠加和偏移，最终得到一份地震剖面或三维数据体文件。

第三，资料解释。

资料解释是把经过处理的地震信息变成地质成果的过程，包括运用波动理论和地质知识，综合地质、钻井、测井等各项资料，作出构造解释、地层解释、岩性和烃类检测解释及综合解释，绘出有关成果图件，对勘探区域作出含油气评价，提出钻探井位置等。

上述三维地震勘探中数据资料采集所应用的系统被称为三维地震观测系统，由于三维地震观测系统数据采集为离散采样的工作方式，为了保证三维地震观测系统采集数据的合理性，所述三维地震观测系统采样必须具备一定的均衡性。三维地震观测系统采样的均衡性是最终确定成本适当的三维地震观测系统的要素之一，是至关重要的一个环节。

常规的判断三维地震观测系统采样均衡性的方法都是利用专业人员的经验定性地判断，这样的判断常常由于人的经验的不同而导致不同的结果，同时人们对于比较相近的三维地震观测系统也难以准确的判断。为了摆脱人工判断三维地震观测系统采样均衡性所带来的不确定性，中国专利200610114254.1提供了一种地震观测系统定量分析方法，通过定量的分析三维地震观测系统采样均衡性，使得判断结果更准确。

中国专利200610114254.1提供的定量分析方法中考虑了四个象限内炮检距与方位角分布的均衡性，没有从更加精细的网格尺度上来分析面元的属性，同时也没有综合考虑各个面元所有属性因素(包括覆盖次数、炮检距、方位角等)给出该面元的整体均衡度值(需分别依据五个参数进行判断)，因此在应用过程中会产生判断结果不确定的问题。

发明内容

为了能够更准确地判断三维地震观测系统采样的均衡性，以得到准确的判断结果，本发明提供了一种三维地震观测系统方案的整体均衡度定量分析方法，通过引入信息论中熵的概念对三维地震观测系统整体采样的均衡性进行判断，得到一个均衡度数值作为判断依据，使得判断结果更准确，也更加利用对不同的观测系统方案进行比较，从而选择更优的方案。

本发明的技术方案如下：

三维地震观测系统整体均衡性定量分析方法，包括：

A、计算每个面元的炮检点位移的熵，以(x_i，y_i)表示炮检点位移，

x_i＝x_r-x_s

y_i＝y_r-y_s

x_r是检点横坐标，y_r是检点纵坐标；x_s是炮点横坐标，y_s是炮点纵坐标；

将一个面元划分成若干区域；

计算炮检点位移的熵的公式如下：

P(x_i，y_i)是在一个所述区域内炮检点位移数量与该面元内全部炮检点位移数量的比值，n为落入该面元内炮检点位移的数量；

B、取步骤A中得到的每个面元的熵的倒数为该面元的均衡度T，并绘制均衡度T的分布图；

C、利用如下公式计算步骤B得到的所述分布图的整体均衡度值，即三维地震观测系统的整体均衡度值：

T_i为均衡度，m为三维地震观测系统的面元的数量。

本发明的技术效果：

熵的概念最早出自热力学，香农(1948)将热力学中熵的概念引入到信息论中，并据此奠定了信息论的基础。熵一般被用来衡量一个随机变量出现的期望值，它代表了在被接收之前，信号传输过程中损失的信息量，因此信息熵也称信源熵、平均自信息量。从本质上讲，三维地震观测系统的均衡度与各个面元位置炮点与检波点分布的混乱程度相关，这与熵的定义类似。因此，我们可以引入信息熵理论来描述地震采样的均衡度。

本发明的均衡度公式中炮检点位移包含了炮检距和方位角信息，n代表了覆盖次数，也就是说本发明考虑了面元的所有属性因素(包括覆盖次数、炮检距、方位角等)，进而得到单个面元的综合均衡度值，并最终将整个地震观测系统的所有面元的均衡度值进一步采用热力学熵理论计算为观测系统整体均衡度值，实现了本发明的目的。同时，相比于现有技术(中国专利200610114254.1)，本发明从更加精细的网格尺度上来分析面元的属性，因此所得到的结果更加准确。

附图说明

图1为三维地震勘探数据采集阶段炮点、检点和测线的布置图。

图2本发明方法的流程图。

图3是面元区域划分的一个例子。

图4是表1所示两个三维地震观测系统面元均衡度分布图。

图5是在图4基础上得到的三维地震观测系统的均衡度对比图。

图中标识说明如下：

1、检点；2、炮点。

具体实施方式

以下结合图2对本发明的三维地震观测系统整体均衡性定量分析方法进行详细说明。

第一，导入三维地震观测系统数据。导入多个三维地震观测系统的数据准备进行处理。

第二，计算面元炮检点位移的熵。对三维地震观测系统炮检点参数进行一些简化。一般而言，描述任意一个炮检点对(一个炮点与其对应的一个检波点，为三维地震观测系统的最小单位)需要4个参数：炮点横坐标x_s、炮点纵坐标y_s、检波点横坐标x_r、检波点纵坐标y_r。因为面元总是处于炮点与检波点的中心点位置，所以炮点与检波点的位置总是相对于中心点对称分布，所以上述4个参数中真正有效的参数仅有2个。计算每个面元的炮检点位移的熵，以(x_i，y_i)表示炮检点位移，

x_i＝x_r-x_s

y_i＝y_r-y_s

x_r是检点横坐标，y_r是检点纵坐标；x_s是炮点横坐标，y_s是炮点纵坐标；

将一个面元划分成若干区域，如图3所示的例子，一个面元被分成3×3个区域(实际应用中也可采用8×8个区域的划分方式)，区域划分的数量根据对精细度的要求选择，其中的圆点就是炮检点位移。

计算炮检点位移的熵的公式如下：

$-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}P(x_i,y_i){\log }_{b}P(x_i,y_i)---\left(1\right)$

P(x_i，y_i)是在一个所述区域内炮检点位移数量与该面元内全部炮检点位移数量的比值，也就是一个区域内炮检点位移在该面元内的概率，n为落入该面元内炮检点位移的数量。

b是对数所使用的底，通常为2，自然常数e，或是10。当b＝2，熵的单位是bit；当b＝e，熵的单位是nat；而当b＝10，熵的单位是dit

第三，获得面元均衡度。取第三步骤中得到的每个面元的熵的倒数为每个面元的均衡度T。绘制均衡度分布图，如图4所示的图例，具体方式就是将均衡度的值对应一个色度，然后将每个面元的均衡度以对应的色度表示形成均衡度分布图。

第四，获取三维地震观测系统整体均衡度值。利用如下公式计算三维地震观测系统整体均衡度值：

$-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i{\log }_b{T}_i---\left(2\right)$

T_i为均衡度，m为三维地震观测系统的面元的数量。

其中b的含义与公式(2)中b的含义相同。

表1

编号	方案一	方案二
			观测系统	8L8S90T	32L8S200T
接收线距	50(m)	160(m)
			炮线距	100(m)	160(m)
炮点距	200(m)	40(m)
			接收点距	150(m)	40(m)
面元	25×50(m)	20×20(m)
			滚动线数	4	2
覆盖次数	15纵×4横＝60次	25纵×16横＝400次
			接收道数	720	6400
纵向排列	2225-25-50-25-2225	3820-20-40-20-4140

表1给出了两个三维地震观测系统的具体参数，通过本发明的分析方法，得到图4所示的均衡度分布图，其中图4(a)对应方案一，图4(b)对应方案二。如果直观观察图4所示的结果，可以看出方案一的均衡度更佳，如果进一步采用公式(2)得出图5所示的结果，则更量化体现了两个方案在均衡度方面的差异。

Claims (1)

1.三维地震观测系统整体均衡性定量分析方法，其特征在于包括：

A、计算每个面元的炮检点位移的熵，以(x_i，y_i)表示炮检点位移，

x_i＝x_r-x_s

y_i＝y_r-y_s

x_r是检点横坐标，y_r是检点纵坐标；x_s是炮点横坐标，y_s是炮点纵坐标；

将一个面元划分成若干区域；

计算炮检点位移的熵的公式如下：

P(x_i，y_i)是在一个所述区域内炮检点位移数量与该面元内全部炮检点位移数量的比值，n为落入该面元内炮检点位移的数量；

B、取步骤A中得到的每个面元的熵的倒数为该面元的均衡度T，并绘制均衡度T的分布图；

C、利用如下公式计算步骤B得到的所述分布图的整体均衡度值，即三维地震观测系统的整体均衡度值：

T_i为均衡度，m为三维地震观测系统的面元的数量。

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