CN102645670A - 一种基于叠加响应分析的观测系统优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明是通过分析三维观测系统叠加响应来判别观测系统的优劣的一种基于叠加响应分析的观测系统优化设计方法，对初步拟定的观测系统确定观测系统的最小循环子区，选取目的层埋深的共中心点道集，抽取对应模型道集，加权叠加得到面元的叠加响应，求取最小循环子区内的平均振幅值和最小循环子区内的振幅标准偏差，比较振幅标准偏差大小确定观测系统优劣，选择观测系统。本发明利用叠加响应振幅标准差选择观测系统避免用视觉判断带来的假象，降低观测系统选择不当带来的采集“脚印”，提高地震资料的信噪比和保真度。

Description

一种基于叠加响应分析的观测系统优化设计方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探方法，是通过分析三维观测系统叠加响应来判别观测系统的优劣的一种基于叠加响应分析的观测系统优化设计方法。

背景技术

石油地球物理勘探是基于地球物理学和石油地质学理论，采用相应的地球物理仪器和装备在地球表面(包括陆地和海洋)，或者在空中、井中记录地下信息，并通过相应的数据处理和解释获取地下地层的物性(弹性、电性、磁性、密度、放射性)及结构，寻找隐藏在地层中的石油及天然气的方法。

地震勘探是地球物理勘探常用的手段，在实施地震勘探时需要将激发点和接收点按照一定方式组成连续观测的排列片，完成这种组合即观测系统设计，在此基础上对设计的几种观测系统属性进行分析确定最终观测系统。目前观测系统分析中主要是对炮检距、方位角、覆盖次数分析。这种方法由于观测系统炮线、接收线周期性滚动观测，会引起炮检距、方位角等属性周期性变化，从而引起反射波振幅、相位等特征周期性变化，在三维数据体时间切片上形成“采集脚印”，影响观测系统分析的效果。

在对观测系统分析仅仅对炮检距、方位角、覆盖次数从视觉评价选择的观测系统受人为因素较大，确乏科学的评价依据。同时仅仅从炮检距、方位角、覆盖次数选择观测系统分析的观测系统也不全面。

发明目的

本发明目的在于提供一种减少观测系统产生的“采集脚印”的基于叠加响应分析的观测系统优化设计方法。

发明内容

本发明采用以下步骤实现：

1)对初步拟定的观测系统模拟放炮，得到满覆盖区域内炮检距分布以及面元内炮检距分布呈周期性变化的区域，确定观测系统的最小循环子区，

或，根据以往地震剖面求取工区目的层的速度、地层倾角、埋深、主频、反射时间地球物理参数进行面元大小、接收线距、炮线距、最大炮检距确定观测系统参数，得到观测系统的最小循环子区；

步骤1)所述的最小循环子区也就是在纵向和横向方向上都存在周期性变化的区域。

步骤1)所述的炮检距主要指每个共中心点面元内含有炮检距分布。

2)选取工区内能代表勘探区域大部分目的层埋深的共中心点道集，或，根据工区模型正演模拟出共中心点道集作为模型道；

步骤2)所述的模拟方法是根据工区内以往的二维勘探剖面标定的不同反射层的反射时间建立时间模型，根据不同反射层的平均速度及反射时间转化为深度模型，建立工区地球物理模型，利用该三维观测系统确定的道距、最大炮检距在该地球物理模型上正演模拟放炮，获得地震记录，形成共中心点道集。

步骤2)所述的共中心点道集的最大炮检距不小于三维分析最大炮检距，且共中心点道集具有较高的信噪比。

所述的信噪比指的有效信号与噪音能量比值。

步骤2)所述的模型道集偏移距应均匀分布，并进行能量均衡和动校拉伸切除。

3)对最小循环子区内的某面元内的所有偏移距抽取对应模型道集，加权叠加得到该面元的叠加响应；

步骤3)所述的加权叠加由以下公式计算：

$E\left(k\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j*e\left(x_j\right)/\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j---\left(1\right)$

式中，E(k)为第k个面元的叠加响应，j为面元内炮检距号，k为面元号，N为有效覆盖次数，w_j为第j炮检距的加权系数，x_j为第j个炮检距，e(x_j)是对应x_j的模型道。

4)求取最小循环子区内的平均振幅值，其计算公式如下：

$\mathrm{Avg}=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i/K---\left(2\right)$

式中，Avg为平均振幅值，K为子区内共中心点面元的个数，A_i为对应第i个面元的振幅，i为面元序号；

步骤4)所述振幅指面元的叠加响应能量。

5)求取最小循环子区内的振幅标准偏差，其计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{rms}}={\left(\frac{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{(A_i-\mathrm{Avg})}^2}{K}\right)}^{1/2}---\left(3\right)$

式中：σ_rms为振幅标准偏差，K为子区内共中心点面元的个数，A_i为对应第i个面元的振幅，i为面元序号，Avg为平均振幅值；

6)比较振幅标准偏差大小确定观测系统的优劣，选择观测系统；

振幅标准偏差大，表明观测系统叠加响应的振幅变动范围大，易产生较强的采集“脚印”，观测系统叠加响应差，

振幅标准偏差小，表明观测系统叠加响应的振幅变动范围小，采集“脚印”较弱，观测系统具有良好的叠加响应。

本发明利用叠加响应振幅标准差选择观测系统避免用视觉判断带来的假象，降低观测系统选择不当带来的采集“脚印”，可进一步提高了地震资料的信噪比和保真度。

附图说明

图1是利用炮检距变化确定叠加响应分析子区，(a)12线9炮480道正交；(b)12线15炮360道正交；(c)8线12炮288道砖墙。

图2是不同观测系统的叠加响应分析，(a)12线9炮480道正交；(b)12线15炮360道正交；(c)8线12炮288道砖墙。

具体实施方式

叠加响应观测系统分析方法实现步骤如下：

1)对初步拟定的观测系统模拟放炮，得到满覆盖区域内炮检距分布以及面元内炮检距分布呈周期性变化的区域，确定观测系统的最小循环子区(见图1)。

或，根据以往地震剖面求取工区目的层的速度、地层倾角、埋深、主频、反射时间地球物理参数进行面元大小、接收线距、炮线距、最大炮检距确定观测系统参数，得到观测系统的最小循环子区；

步骤1)所述的最小循环子区也就是在纵向和横向方向上都存在周期性变化的区域。

步骤1)所述的炮检距主要指每个共中心点面元内含有炮检距分布。

步骤1)主要根据图1中观测系统炮检距在纵向(Inline)方向和横向(Crossline)方向变化规律确定出炮检距循环变换的区域。图框部分为三种观测系统Inline方向和Crossline方向炮检距呈周期性变化区域，该区域就是下步叠加响应分析的子区。

2)选取工区内能代表勘探区域大部分目的层埋深的共中心点道集，或，根据工区模型正演模拟出共中心点道集作为模型道；

步骤2)所述的模拟方法是根据工区内以往的二维勘探剖面标定的不同反射层的反射时间建立时间模型，根据不同反射层的平均速度及反射时间转化为深度模型，建立工区地球物理模型，利用该三维观测系统确定的道距、最大炮检距在该地球物理模型上正演模拟放炮，获得地震记录，形成共中心点道集。

步骤2)所述的共中心点道集的最大炮检距不小于三维分析最大炮检距，且共中心点道集具有较高的信噪比。

所述的信噪比指的有效信号与噪音能量比值。

步骤2)所述的模型道集偏移距应均匀分布，并进行能量均衡和动校拉伸切除。

3)对最小循环子区内的某面元内的所有偏移距抽取对应模型道集，加权叠加得到该面元的叠加响应(见图2)；

步骤3)所述的加权叠加由以下公式计算：

$1),E\left(k\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j*e\left(x_j\right)/\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j---\left(1\right)$

式中，E(k)为第k个面元的叠加响应，j为面元内炮检距号，k为面元号，N为有效覆盖次数，w_j为第j炮检距的加权系数，x_j为第j个炮检距，e(x_j)是对应x_j的模型道。

步骤3)中图2就是12线9炮480道正交、12线15炮360道正交和8线12炮288道砖墙三观测系统求取的面元的叠加响图，图1a中的能量较均匀，而后面两种则很难区分。

4)求取最小循环子区内的平均振幅值，其计算公式如下：

$2),\mathrm{Avg}=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i/K---\left(2\right)$

式中，Avg为平均振幅值，K为子区内共中心点面元的个数，A_i为对应第i个面元的振幅，i为面元序号；

步骤4)所述振幅指面元的叠加响应能量。

步骤4)对图2中12线9炮480道正交、12线15炮360道正交和8线12炮288道砖墙三种观测系统进行叠加响应求取，平均振幅分别为0.985、0.963、0.975。

5)求取最小循环子区内的振幅标准偏差，其计算公式如下：

$3),{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{rms}}={\left(\frac{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{(A_i-\mathrm{Avg})}^2}{K}\right)}^{1/2}---\left(3\right)$

式中：σ_rms为振幅标准偏差，K为子区内共中心点面元的个数，A_i为对应第i个面元的振幅，i为面元序号，Avg为平均振幅值；

步骤5)对图2中12线9炮480道正交、12线15炮360道正交和8线12炮288道砖墙三种观测系统叠加响应进行振幅标准偏差求取，分别为0.009、0.02、0.015。

6)比较振幅标准偏差大小确定观测系统的优劣，选择观测系统；

振幅标准偏差大，表明观测系统叠加响应的振幅变动范围大，易产生较强的采集“脚印”，观测系统叠加响应差，

振幅标准偏差小，表明观测系统叠加响应的振幅变动范围小，采集“脚印”较弱，观测系统具有良好的叠加响应。

步骤6)通过对12线9炮480道正交、12线15炮360道正交和8线12炮288道砖墙三种观测系统叠加响应进行振幅标准偏差分析，可以很容易地看出12线9炮480道正交观测系统最优，8线12炮288道砖墙观测系统次之，12线15炮360道正交观测系统最差。12线9炮480道正交观测系统的采集脚印明显弱于12线15炮360道正交观测系统和8线12炮288道砖墙观测系统。同时，最终三维采集效果也证实我们采用12线9炮480道正交观测系统较8线12炮288道砖墙观测系统采集质量有了较大幅度的提高。

本发明利用叠加响应振幅标准差选择观测系统避免用视觉判断带来的假象，降低观测系统选择不当带来的采集“脚印”，可进一步提高了地震资料的信噪比和保真度。

图1分别是12线9炮480道正交、12线15炮360道正交和8线12炮288道砖墙观测系统的炮检距分布图，我们根据三种观测系统炮检距在Inline方向和Crossline方向变化规律确定出炮检距循环变换的区域。图框部分为三种观测系统Inline方向和Crossline方向炮检距呈周期性变化区域，该区域就是下步叠加响应分析的子区。

图2分别是12线9炮480道正交、12线15炮360道正交和8线12炮288道砖墙观测系统进行叠加响应进行分析，三种观测系统叠加响应平均振幅分别为0.985、0.963、0.975，对应的振幅标准偏差分别为0.009、0.02、0.015。从视觉上图1a中的能量较均匀，而后面两种则很难区分。但根据从能量的标准偏差，可以很容易地看出12线9炮480道正交观测系统最优，8线12炮288道砖墙观测系统次之，12线15炮360道正交观测系统最差。采集脚印明显弱于12线15炮360道正交观测系统和8线12炮288道砖墙观测系统。同时，最终三维采集效果也证实我们采用12线9炮480道正交观测系统较8线12炮288道砖墙观测系统采集质量有了较大幅度的提高。

Claims (9)

1.一种基于叠加响应分析的观测系统优化设计方法，特点是采用以下步骤实现：

1)对初步拟定的观测系统模拟放炮，得到满覆盖区域内炮检距分布以及面元内炮检距分布呈周期性变化的区域，确定观测系统的最小循环子区，

或，根据已知地震剖面求取工区目的层的速度、地层倾角、埋深、主频、反射时间地球物理参数进行面元大小、接收线距、炮线距、最大炮检距确定观测系统参数，得到观测系统的最小循环子区；

2)选取工区内能代表勘探区域大部分目的层埋深的共中心点道集，

或，根据工区模型正演模拟出共中心点道集作为模型道；

3)对最小循环子区内的某面元内的所有偏移距抽取对应模型道集，加权叠加得到该面元的叠加响应；

4)求取最小循环子区内的平均振幅值，计算公式如下：

$\mathrm{Avg}=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i/K---\left(2\right)$

式中，Avg为平均振幅值，K为子区内共中心点面元的个数，A_i为对应第i个面元的振幅，i为面元序号；

5)求取最小循环子区内的振幅标准偏差，计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{rms}}={\left(\frac{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{(A_i-\mathrm{Avg})}^2}{K}\right)}^{1/2}---\left(3\right)$

式中：σ_rms为振幅标准偏差，K为子区内共中心点面元的个数，A_i为对应第i个面元的振幅，i为面元序号，Avg为平均振幅值；

6)比较振幅标准偏差大小确定观测系统的优劣，选择观测系统；

振幅标准偏差大，表明观测系统叠加响应的振幅变动范围大，易产生较强的采集“脚印”，观测系统叠加响应差；

振幅标准偏差小，表明观测系统叠加响应的振幅变动范围小，采集“脚印”较弱，观测系统具有良好的叠加响应。

2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1)所述的最小循环子区是在纵向和横向方向上都存在周期性变化的区域。

3.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1)所述的炮检距主要指每个共中心点面元内含有炮检距分布。

4.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)所述的模拟方法是根据工区内以往的二维勘探剖面标定的不同反射层的反射时间建立时间模型，根据不同反射层的平均速度及反射时间转化为深度模型，建立工区地球物理模型，利用该三维观测系统确定的道距、最大炮检距在该地球物理模型上正演模拟放炮，获得地震记录，形成共中心点道集。

5.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)所述的共中心点道集的最大炮检距不小于三维分析最大炮检距，且共中心点道集具有较高的信噪比。

6.根据权利要求5所述的方法，特点是所述的信噪比指的有效信号与噪音能量比值。

7.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)所述的模型道集偏移距应均匀分布，并进行能量均衡和动校拉伸切除。

8.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤3)所述的加权叠加由以下公式计算：

$E\left(k\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j*e\left(x_j\right)/\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j---\left(1\right)$

式中，E(k)为第k个面元的叠加响应，j为面元内炮检距号，k为面元号，N为有效覆盖次数，w_j为第j炮检距的加权系数，x_j为第j个炮检距，e(x_j)是对应x_j的模型道。

9.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤4)所述振幅指面元的叠加响应能量。

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