CN102914795A - 一种炮检对照明度确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明是石油地球物理勘探观测系统照明分析方法，以炮点、检波点为源点计算波场在目标层分布，求和产生网格点处接收的地震道，用地震道能量表示激发波场在目标层网格点的能量，把目标层各点的波场能量和网格点反射系数，以及炮点、检波点、目标层网格点三者之间的空间位置关系四项相乘得到炮检对在目标层照明度。本发明综合了地震波从炮点传到目标层的能力，从目标层上传到检波点的能力，目标层对地震波的反射能力，以及炮点、检波点、反射点三者之间空间关系对波场影响能力，计算速度快，为观测系统照明分析提供了一种新的计算方法。

Description

一种炮检对照明度确定方法

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探观测系统照明分析技术，是一种炮检对照明度确定方法。

背景技术

石油地球物理勘探面向目标层的观测系统设计与评价中，照明分析是一项重要的技术，它能指出炮点激发的能量有多少能传播到目的层上、目的层反射的能量有多少能被检波器接收到，同时还能分析采集脚印的分布状况。

现代地震勘探采用多次覆盖技术，其本质是用多个不同方位角和偏移距的炮检对的信息叠加来获得地下一个反射点的地质信息。因此，照明分析的关键在于得到一个炮检对的照明度分布。

确定炮检对照明度的一个重要步骤是通过数值模拟方法计算地震波场的能量。波场数值模拟常用方法之一是波动方程，三维波动方程计算量大，由于受当前计算机能力的限制，其计算效率低，难以满足观测系统设计与评价中快速计算的需要。基于射线的方法计算效率高，但存在临界区、阴影区等问题，计算精度低。

高斯射线束是在旁轴渐近射线基础上发展起来的一种地震波场数值模拟方法，无需进行两点射线追踪，具有运算速度快、同时考虑波的动力学和运动学特征、对非正则区域(临界区、阴影区、焦散区等)仍能成像的特点。虽然高斯射线束的解是通过对波动方程作高频近似获得的，描述波场的精度不及波动方程法，但与传统的射线方法相比已能携带较多的波场动力学信息。在目前的计算机运算能力条件下，高斯射线束方法适合于地震采集设计工作中对复杂地质模型，尤其是三维地质模型作波场分析的需要。

目前炮检对照明度确定方法中直接把炮点处激发波场、检波点处激发波场的能量值相乘作为照明度，既不考虑地震波的成像条件，也不考虑地震波传播理论中惠更斯原理对波传播方向的描述，是一种非常近似的方法，其结果是在炮点、检波点下方产生虚假的强照明区，造成照明分析结果的畸变。

发明内容

本发明目的是提供一种快速、有效计算炮检对照明度确定方法。

本发明通过以下技术方案实现：

1)根据勘探工区的地震、地质资料，在水平角度0°～360°和垂直角度0°～90°范围内设置射线扫描起、止角度和扫描角度间隔，然后取炮点为源点，先进行目标层的直达波运动学射线追踪，得到中心射线，然后对中心射线做动力学射线追踪，得到该炮点的高斯射线束集合GB_S；

步骤1)所述的扫描起、止角度是在水平角度0°～360°和垂直角度0°～90°范围内；扫描角度间隔可取1°至2°。

步骤1)所述的目标层的直达波运动学射线追踪是利用斯奈尔定律计算穿过地层界面的透射射线，把到达目标层的全部直达波射线作为炮点的中心射线集合，对每根中心射线，利用龙格-库塔法作三维动力学射线追踪得到目标层上的高斯射线束集合GB_S。

2)选择目标层上的一个网格点，在到达目标层的高斯射线束集合GB_S中取子集G_Si；

步骤2)所属的子集G_Si应满足网格点与子集G_Si高斯射线束的距离小于该高斯射线束半宽度。

步骤2)所述的网格点是目标层上第i个网格点，i为目标层上的网格点序号。

3)对子集G_Si中的每根高斯射线束计算，得到网格点对应的高斯包g_Sij，把全部高斯包g_Sij相加，得到目标层网格点i处接收到的地震道T_Si：

$T_{\mathrm{Si}}=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{g}_{\mathrm{Sij}}---\left(1\right)$

地震道T_Si的能量为炮点处激发波场在目标层上第i个网格点处的能量U_Si；式中j为高斯射线束序号，j＝1，2，3，...，i为目标层上的网格点序号；

步骤3)所述的高斯包g_Sij是利用高斯射线束在时间域合成地震记录的方法得到。

4)对目标层上每个网格点按步骤3)方式重复，求得炮点激发波场在目标层各点的能量分布；

5)取检波点为源点，重复步骤1)至4)合成目标层网格点i处接收到的地震道T_Ri，得到检波点处激发波场在目标层上网格点i处的能量U_Ri；

6)采用下式计算一个炮检对(S，R)在目标层第i个网格点处的照明度

$I_{\stackrel{\‾}{\mathrm{SRi}}}=U_{\mathrm{Si}}\·U_{\mathrm{Ri}}\·K_i\·e^{-{(\cos \mathrm{\β}-1)}^2}---\left(2\right)$

式中：

U_Si——以炮点为源点激发的波场在网格点i处的能量

U_Ri——以检波点为源点激发的波场在网格点i处的能量

K_i——i点处的反射系数

β——从i点指向检波点的向量与满足斯奈尔定律的反射射线向量之间的夹角；

步骤6所述的一个炮检对(S，R)在目标层第i个网格点处的照明度同时受到的地震波从激发点下传到目标层的能量、地震波从目标层上传到接收点的能量、目标层对地震波的反射能力以及激发点-反射点-接收点三者之间的空间位置的影响权重相同。

图1描述了一个炮检对的照明分析原理，从震源S激发的地震波传到地层界面上B点，B点反射地震波，检波器R接收到反射波，向量BM为反射点B处的界面法线，θ(即∠SBM)为射线的入射角，向量BD为根据斯奈尔定律求出的反射射线的方向，反射点与检波器之间的向量BR与反射射线BD之间的夹角为β(即∠DBR)。

7)改变目标层网格点位置，重复步骤6)计算目标层上的每个网格点照明度，得到一个炮检对在整个目标层上各网格点处的照明度分布；

8)把观测系统中所有炮检对在目标层上的照明度都计算出来，然后相加，就可得到整个观测系统在目标层上的照明度分布。

本发明可以得到整个观测系统在目标层上的照明度分布，从而快速确定一个观测系统对目标层各区域的照明能力。本发明计算速度比波动方程照明快，精度比射线法照明高，能满足石油地震勘探采集设计工作中快速、准确计算一个观测系统在目标层上照明度分布的要求。

附图说明

本发明附图说明如下：

图1一个炮检对的照明过程示意图；

图2三维水平地层模型；

图3炮点处激发波场的能量分布；

图4检波点处激发波场的能量分布；

图5炮检对(S，R)的照明度分布；

图6三维多断层复杂模型；

图7一条三维线束观测系统；

图8第5层正演叠加剖面与照明分析结果对比。

具体实施方式

本发明首先利用高斯射线束方法快速计算出目标层一个网格点处的炮点激发波场能量和检波点激发波场能量，然后把炮点激发波场能量、检波点激发波场能量、网格点处的反射系数以及炮点、检波点与目标层网格点三者之间空间位置关系四个因素的乘积作为炮检对在目标层上该点处的照明度。

本发明提供技术包含炮点处激发波场能量的高斯射线束法计算、检波点处激发波场能量的高斯射线束法计算和炮检对照明度值计算三部分。

1、根据勘探工区的地震、地质资料，取水平角度0°～360°和垂直向下角度0°～90°范围为运动学射线追踪的起、止角度，角度间隔取1°。

2、在观测系统中选取一个炮点，以其空间位置(x_S，y_S，z_S)为源点，以步骤1确定的射线追踪角度进行到目标层的直达波运动学射线追踪，把追踪得到的射线作为该炮点的中心射线。对每个角度都作一次，从而得到炮点的中心射线集合CR_S。

3、对中心射线集合CR_S中的每根射线从炮点(x_S，y_S，z_S)出发利用龙格-库塔法作三维动力学射线追踪，求得到达目标层上的高斯射线束集合GB_S

4、对于目标层上第i个网格点(x_i，y_i，z_i)(i＝1，2，3，Λ)，在到达目标层的高斯射线束集合GB_S中找出满足该点与高斯射线束距离小于高斯射线束半宽度的子集G_Si。对于子集G_Si中的每根高斯射线束j(j＝1，2，3，Λ)，计算网格点i接收到的高斯包g_Sij。i为目标层上的网格点序号，j为高斯射线束序号。

5、按公式(1)把全部高斯包g_Sij相加，得到目标层网格点i处接收到的地震道T_Si，然后用地震道T_Si的能量来表征炮点处激发波场在目标层i网格点处的能量U_Si。

对目标层上每个网格点都按步骤4～5重复进行，从而可以求得炮点处激发波场在目标层各点的能量分布。

6、在观测系统中选取上述炮点排列中的一个检波点，以其空间位置(x_R，y_R，z_R)为源点，参照步骤2～5同样的方式进行到目标层的直达波运动学射线追踪、动力学射线追踪并按公式(1)计算出目标层网格点i接收到的地震道T_Ri，然后用地震道T_Ri的能量来表征检波点处激发波场在目标层i网格点处的能量U_Ri。

对目标层上每个网格点都按上述步骤重复进行，从而可以求得检波点处激发波场在目标层各点处的能量分布。

7、对于目标层上的每个网格点都根据公式(2)计算炮检对(S，R)在该点处的照明度从而可求得炮检对(S，R)在整个目标层上各点处的照明度。

8、把观测系统中所有炮检对在目标层上的照明度都计算出来，然后相加，就可得到整个观测系统在目标层上的照明度分布。

本发明实例如下。

图1是一个炮检对的照明过程示意图；

如图2所示，一个长10Km、宽5Km、深5Km、有6套水平地层的三维模型，炮点S在地表(4000，2500，0)处，检波点R在地表(6000，2500，0)。

把最下面一层作为目标层，取到目标层的直达波运动学射线追踪的水平角度范围为0°～360°，垂直向下角度范围为0°～90°，角度间隔为1°。

炮点处激发波场的能量分布如图3所示，检波点处激发波场的能量分布如图4所示。从图可见，炮点、检波点波场的能量成同心圆分布，圆心处能量最强，分别位于炮点、检波点的垂直下方，从圆心向外，能量逐渐减弱，符合均匀介质中地震波场的分布特征。

炮检对(S，R)在最下面一层上的照明度如图5所示，从图可见，炮检对(S，R)在地层界面上的照明度值呈椭圆状分布，椭圆长轴位于炮、检点在水平界面上垂直投影点的连线上，椭圆中心区域照明度最大，从中心向外，照明度逐渐变小，与炮检对(S，R)在水平界面上的反射点分布区域特征一致。

图6为多断层复杂模型。图7为一条线束三维观测系统。展示了在多断层复杂模型上一条三维线束的观测系统正演叠加剖面与照明分析结果的对比。图8为目标层第5层的水平叠加剖面与照明分析结果的对比。(a)为水平叠加剖面，是通过先正演单炮地震记录，然后用处理系统作全三维常规数据处理得到，图中的直线段表示断层界面；(b)为照明分析结果，图中的水平直线表示第5号面元线的空间位置。比较可见，水平叠加剖面上同相轴强弱变化的规律与照明分析图第5号面元线附近面元照明值的变化规律是基本一致的，不同之处在于前者属于时间域、后者属于空间域，存在位置的偏移。上下图之间的双箭头线表示了两者之间的位置对应点。

Claims (7)

1.一种炮检对照明度确定方法，特点是通过以下技术步骤实现：

1)根据勘探工区的地震、地质资料，在水平角度0°～360°和垂直角度0°～90°范围内设置射线扫描起、止角度和扫描角度间隔，然后取炮点为源点，先进行目标层的直达波运动学射线追踪，得到中心射线，然后对中心射线做动力学射线追踪，得到该炮点的高斯射线束集合GB_S；

2)选择目标层上的一个网格点，在到达目标层的高斯射线束集合GB_S中取子集G_Si；

3)对子集G_Si中的每根高斯射线束计算，得到网格点对应的高斯包g_Sij，把全部高斯包g_Sij相加，得到目标层网格点i处接收到的地震道T_Si：

$T_{\mathrm{Si}}=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{g}_{\mathrm{Sij}}---\left(1\right)$

地震道T_Si的能量为炮点处激发波场在目标层上第i个网格点处的能量U_Si；式中j为高斯射线束序号，j＝1，2，3，...，i为目标层上的网格点序号；

4)对目标层上每个网格点按步骤3)方式重复，求得炮点激发波场在目标层各点的能量分布；

5)取检波点为源点，重复步骤1)至4)合成目标层网格点i处接收到的地震道T_Ri，得到检波点处激发波场在目标层上网格点i处的能量U_Ri；

6)采用下式计算一个炮检对(S，R)在目标层第i个网格点处的照明度

$I_{\stackrel{\‾}{\mathrm{SRi}}}=U_{\mathrm{Si}}\·U_{\mathrm{Ri}}\·K_i\·e^{-{(\cos \mathrm{\β}-1)}^2}---\left(2\right)$

式中：

U_Si——以炮点为源点激发的波场在网格点i处的能量

U_Ri——以检波点为源点激发的波场在网格点i处的能量

K_i——i点处的反射系数

β——从i点指向检波点的向量与满足斯奈尔定律的反射射线向量之间的夹角；

7)改变目标层网格点位置，重复步骤6)计算目标层上的每个网格点照明度，得到一个炮检对在整个目标层上各网格点处的照明度分布；

8)把观测系统中所有炮检对在目标层上的照明度都计算出来，然后相加，就可得到整个观测系统在目标层上的照明度分布。

2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1)所述的扫描起、止角度是在水平角度0°～360°和垂直角度0°～90°范围内；扫描角度间隔可取1°至2°。

3.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1)所述的目标层的直达波运动学射线追踪是利用斯奈尔定律计算穿过地层界面的透射射线，把到达目标层的全部直达波射线作为炮点的中心射线集合，对每根中心射线，利用龙格-库塔法作三维动力学射线追踪得到目标层上的高斯射线束集合GB_S。

4.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)所属的子集G_Si应满足网格点与子集G_Si高斯射线束的距离小于该高斯射线束半宽度。

5.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)所述的网格点是目标层上第i个网格点，i为目标层上的网格点序号。

6.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤3)所述的高斯包g_Sij是利用高斯射线束在时间域合成地震记录的方法得到。

7.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤6所述的一个炮检对(S，R)在目标层第i个网格点处的照明度

同时受到的地震波从激发点下传到目标层的能量、地震波从目标层上传到接收点的能量、目标层对地震波的反射能力以及激发点-反射点-接收点三者之间的空间位置的影响权重相同。

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