CN103454681B - 评价三维地震观测系统成像效果的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供一种评价三维地震观测系统成像效果的方法和设备，所述方法包括：导入地震观测系统数据；根据面元位置，将地震观测系统数据中的炮检对进行重新排序；设置目标区域并在目标区域内选择多个目标点位置；对选择的多个目标点位置的每个目标点位置执行以下步骤：计算地震观测系统数据中的每一组炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，并将地震观测系统数据中的所有炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数相加，得到该目标点位置的最终地震波偏移成像系数；根据目标区域内的所述多个目标点位置的最终地震波偏移成像系数，绘制目标区域地震波偏移成像分布图。所述方法和设备实现了对地震波偏移成像质量的定量评估，提高了地震采集资料的保真度。

Description

评价三维地震观测系统成像效果的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种石油地震勘探三维观测系统优化设计领域，更具体地讲，涉及一种评价三维地震观测系统成像效果的方法和设备。

背景技术

随着科学技术的发展和国民生活水平的不断提高，人们对能源的需求量越来越大，同时在平原地区资源日益减少的形势下，开发利用山地油气资源是解决能源接替的途径之一。西部复杂山地地区是勘探程度较低的油气富集地区，近20多年来，适应山地地震勘探的装备不断研制成功，地球物理技术和计算技术也不断进步，这推动了山地地震勘探技术的迅速发展，为西部山地地区的油气发现发挥了重要的作用。但由于山地地区地表地震条件和地下地质条件均很复杂，对地震勘探设备和地震勘探技术的要求高，因此许多常规的地震勘探技术无法适用于山地地区。

山地三维地震数据采集是地震勘探的基础，野外采集地震数据的质量直接影响到勘探效果，而采集地震数据的准确设计是数据采集成功的关键。如今山地三维地震数据采集设计方法正在飞速发展，现代地震勘探的震源和接收器数量在迅速增加，但是由于山地地震勘探工作条件和山地地形的复杂性和特殊性，现有的山地地震勘探方法还存在许多理论方法和技术上的问题。即，由于山地起伏地形，地震勘探的震源和接收器具有明显的高程差异，进而影响地震观测系统的偏移成像效果。具体地说，起伏地表条件对地震偏移成像效果的影响实质上为起伏地表所带来的偏移噪音。参照图1，图1是山地起伏地表的示意图。山地起伏地形往往会导致地震波传播能量的不均匀，进而影响目标点位置地震波成像效果。其通常的表现方式为地震剖面的分辨率与信噪比质量的降低。因此，山地起伏地形是目前影响山地地震勘探效果的最主要因素之一，严重的山地起伏地形会严重干扰地震波成像效果，掩盖或削弱真正的反射信号，影响地震解释工作的准确性。

然而，目前三维地震观测系统的评价方法均无法实现山地起伏地表下三维地震观测系统成像效果评价。因为无法定量比较各种不同起伏地表对三维地震成像效果的影响，所以也无法直接从最终成像效果的角度指导起伏地表下三维地震观测系统设计。

发明内容

本发明的目的在于克服常规的三维地震观测系统成像效果评估方法无法适用于山地复杂地表条件的缺陷，提出一种适用于山地起伏地表条件下的三维地震观测系统成像效果的快速定量评估方法。

本发明的一方面提供一种评价三维地震观测系统成像效果的方法，所述方法包括：导入地震观测系统数据；根据面元位置，将地震观测系统数据中的炮检对进行重新排序；设置目标区域并在目标区域内选择多个目标点位置；对选择的多个目标点位置的每个目标点位置执行以下步骤：计算地震观测系统数据中的每一组炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，并将地震观测系统数据中的所有炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数相加，得到该目标点位置的最终地震波偏移成像系数；根据目标区域内的所述多个目标点位置的最终地震波偏移成像系数，绘制目标区域地震波偏移成像分布图。

根据本发明实施例，所述地震观测系统数据可包括炮点的水平坐标和高程信息、检波点的水平坐标和高程信息。

根据本发明实施例，计算地震波偏移成像系数的步骤可包括：根据改进的克希霍夫波场延拓算子计算炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，其中，改进的克希霍夫波场延拓算子公式为： $u\left(r\right)=\∫\frac{{\mathrm{ik}}_0}{2\mathrm{\π\Δr}}\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δz}(n-1)\right)\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δr}\right)u_s\left(r\right)\mathrm{dr},$ 其中，i为虚数单位，k₀为波数，Δr为炮点或检波点到目标点的距离，Δz为目标点位置的深度，n为声波折射率，u_s(r)为震源激发波场。

根据本发明实施例，根据改进的克希霍夫波场延拓算子计算炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数的步骤可包括：将Δr取炮点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子设置为炮点传播算子，将Δr取炮点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为炮点聚焦算子，将Δr取检波点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子设置为检波点传播算子，并将Δr取检波点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为检波点聚焦算子；通过将炮点传播算子与炮点聚焦算子相乘来获得炮点偏移成像系数；通过将检波点传播算子与检波点聚焦算子相乘来获得检波点偏移成像系数；通过将炮点偏移成像系数与检波点偏移成像系数相乘来获得炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数。

根据本发明实施例，所述地震波偏移成像系数可包括振幅和相位信息。

本发明的另一方面提供一种评价三维地震观测系统成像效果的设备，所述设备包括：导入单元，导入地震观测系统数据；排序单元，根据面元位置，将地震观测系统数据中的炮检对进行重新排序；选择单元，设置目标区域并在目标区域内选择多个目标点位置；计算单元，对选择的多个目标点位置的每个目标点位置执行以下步骤：计算地震观测系统数据中的每一组炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，并将地震观测系统数据中的所有炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数相加，得到该目标点位置的最终地震波偏移成像系数；绘制单元，根据目标区域内的所述多个目标点位置的最终地震波偏移成像系数，绘制目标区域地震波偏移成像分布图。

根据本发明实施例，所述地震观测系统数据可包括炮点的水平坐标和高程信息、检波点的水平坐标和高程信息。

根据本发明实施例，计算单元可根据改进的克希霍夫波场延拓算子计算炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，其中，改进的克希霍夫波场延拓算子公式为： $u\left(r\right)=\∫\frac{{\mathrm{ik}}_0}{2\mathrm{\π\Δr}}\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δz}(n-1)\right)\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δr}\right)u_s\left(r\right)\mathrm{dr}$ 其中，i为虚数单位，k₀为波数，Δr为炮点或检波点到目标点的距离，Δz为目标点位置的深度，n为声波折射率，u_s(r)为震源激发波场。

根据本发明实施例，当Δr取炮点到目标点的距离时，计算单元可将改进的克希霍夫波场延拓算子设置为炮点传播算子，并将改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为炮点聚焦算子，当Δr取检波点到目标点的距离时，计算单元可将改进的克希霍夫波场延拓算子设置为检波点传播算子，并将改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为检波点聚焦算子，计算单元可通过将炮点传播算子与炮点聚焦算子相乘来获得炮点偏移成像系数，通过将检波点传播算子与检波点聚焦算子相乘来获得检波点偏移成像系数，通过将炮点偏移成像系数与检波点偏移成像系数相乘来获得地震波偏移成像系数。

根据本发明实施例，所述地震波偏移成像系数可包括振幅和相位信息。

根据本发明的实施例的山地起伏地形下三维地震观测系统成像效果评价方法利用改进的克希霍夫延拓算子，以解析的方式直接计算出山地起伏地形下目标点位置处地震偏移成像效果，分析起伏地形对地震偏移成像效果的影响程度，进而实现成像效果的定量评价，提高了山地起伏地形下地震采集资料的保真度，并为山地起伏地形下的地震波偏移成像、油气储层预测、油藏描述的可靠性奠定了基础，具有重要应用价值。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出起伏地表的示意图；

图2是示出根据本发明的实施例的评价三维地震观测系统成像效果的方法的流程图；

图3是示出根据本发明的实施例的山地起伏地形下地震波传播和反射过程的示意图；

图4是示出根据本发明的实施例的三维地震观测系统成像效果分布图；

图5是示出根据本发明的实施例的评价三维地震观测系统成像效果的设备的结构图。

具体实施方式

提供参照附图的以下描述以帮助对由权利要求及其等同物限定的本发明的实施例的全面理解。包括各种特定细节以帮助理解，但这些细节仅被视为是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可对描述于此的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简洁，省略对公知的功能和结构的描述。

图2是示出根据本发明的实施例的评价三维地震观测系统成像效果的方法的流程图。

参照图2，在步骤S201，导入地震观测系统数据。这里，三维地震观测系统是指地震数据采集中炮点和检波点的布设情况，具有陆上和海上标准格式。地震观测系统数据包括炮点的水平坐标和高程信息、检波点的水平坐标和高程信息。

在步骤S202，根据面元位置，将地震观测系统数据中的炮检对进行重新排序。

具体地讲，重新排序的步骤可包括：计算三维地震观测系统的每一组炮检对的中点坐标；将相同的中点坐标的炮检对放在一起组成一个面元（也就是说，一个面元相应于具有相同中点坐标的多组炮检对）；按照面元位置，对三维地震观测系统数据的炮点与检波点信息进行重新排序。这里，炮点与检波点信息可包括三维观测系统炮检对的属性分布，例如，覆盖次数、炮检距和方位角等。

在步骤S203，设置目标区域并在目标区域内选择多个目标点位置。根据本发明实施例，目标区域设置的方法为首先在要进行地震勘探的山地中选择一个目标点，然后在目标点周围选取一个预定大小（例如，4000m×4000m）的目标区域，在该目标区域中选择多个目标点位置。

在步骤S204，对选择的多个目标点位置的每个目标点位置执行以下步骤：计算地震观测系统数据中的每一组炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，并将地震观测系统数据中的所有炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数相加，得到该目标点位置的最终地震波偏移成像系数。其中，地震波偏移成像系数包括振幅和相位信息。

具体地说，山地起伏地形往往会导致地震波传播能量的不均匀，进而影响目标点位置地震波偏移成像效果，山地起伏地形是目前影响山地地震勘探效果的最主要因素之一，通常的表现方式为地震剖面的分辨率与信噪比质量的降低。严重的山地起伏地形会严重干扰地震波成像效果，掩盖或削弱真正的反射信号，影响地震解释工作的准确性。为了剥离地下介质因素的影响，独立的分析山地起伏地形对地震波偏移成像的影响，对地下介质情况进行简化，假设其为均匀介质，即介质速度为一恒定值。下面，参照图3来描述山地起伏地形下地震波传播和反射过程。

图3是示出根据本发明的实施例的山地起伏地形下地震波传播和反射过程的示意图。如图3所示，在起伏地表下，地震波经由目的层反射，被地表的检波点接收，其中，炮点或检波点到目标点的距离即为Δr。根据本发明的实施例的评价三维地震观测系统成像效果的方法考虑图3中示出的地震波传播和反射过程，根据改进的克希霍夫波场延拓算子计算炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，其中，改进的克希霍夫波场延拓算子公式为：

$u\left(r\right)=\∫\frac{{\mathrm{ik}}_0}{2\mathrm{\π\Δr}}\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δz}(n-1)\right)\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δr}\right)u_s\left(r\right)\mathrm{dr}$

其中，i为虚数单位，k₀为波数，Δr为炮点或检波点到目标点的距离，Δz为目标点位置的深度，n为声波折射率，u_s(r)为震源激发波场。

这里，改进的克希霍夫波场延拓算子为一个矩阵，表示地震波的实际正向传播过程；地震波聚焦算子为改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭，表示地震波实际正向传播过程的逆过程；炮点传播算子也是一个矩阵，表示地震波从炮点出发传播到目标点的过程；检波点传播算子也是一个矩阵，表示地震波从目标点出发传播到检波点的过程。

因此，根据本发明的实施例，在计算炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数时，将Δr为炮点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子设置为炮点传播算子，并将Δr为炮点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为炮点聚焦算子，将Δr为检波点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子设置为检波点传播算子，并将Δr为检波点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为检波点聚焦算子；随后，通过将炮点传播算子与炮点聚焦算子相乘来获得炮点偏移成像系数，并通过将检波点传播算子与检波点聚焦算子相乘来获得检波点偏移成像系数；随后，通过将炮点偏移成像系数与检波点偏移成像系数相乘来获得炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数。

返回参照图2，在步骤S205中，根据目标区域内的所述多个目标点位置的最终地震波偏移成像系数，绘制目标区域地震波偏移成像分布图。

图4是示出根据本发明的实施例的三维地震观测系统成像效果分布图。图4是某三维地震观测系统应用实例，其中，横坐标为米，纵坐标为米，区域中心的深色点为能量聚焦点，如图4所示，根据本发明实施例的能量聚焦点很小，表明本发明对地表起伏造成的目标点处地震波偏移成像效果很好。利用该技术可实现对地表起伏下地震波偏移成像效果的分析，进而实现定量评估地表起伏对成像效果的影响程度。

图5是示出根据本发明的实施例的评价三维地震观测系统成像效果的设备的结构图。

参照图5，评价三维地震观测系统成像效果的设备包括导入单元501、排序单元502、选择单元503、计算单元504、绘制单元505。

当山地地震观测系统数据采集来以后，导入单元501可将地震观测系统数据导入到设备中。其中，地震观测系统数据包括炮点的水平坐标和高程信息、检波点的水平坐标和高程信息。

排序单元502可根据面元位置，将地震观测系统数据中的炮检对进行重新排序。具体地说，排序单元502计算三维地震观测系统的每一组炮检对的中点坐标，将相同的中点坐标的炮检对放在一起组成一个面元（也就是说，一个面元相应于具有相同中点坐标的多组炮检对），按照面元位置，对三维地震观测系统数据的炮点与检波点信息进行重新排序。这里，炮点与检波点信息可包括三维观测系统炮检对的属性分布，例如，覆盖次数、炮检距和方位角等。

选择单元503可设置目标区域并在目标区域内选择多个目标点位置。具体地说，选择单元503可在要进行地震勘探的山地中选择一个目标点，然后在目标点周围选取一个预定大小（例如，4000m×4000m）的目标区域，在该目标区域中选择多个目标点位置。

计算单元504可对选择的多个目标点位置的每个目标点位置执行以下步骤：计算地震观测系统数据中的每一组炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，并将地震观测系统数据中的所有炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数相加，得到该目标点位置的最终地震波偏移成像系数。其中，地震波偏移成像系数包括振幅和相位信息。

具体地说，计算单元504可根据改进的克希霍夫波场延拓算子计算炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，其中，改进的克希霍夫波场延拓算子公式为：

$u\left(r\right)=\∫\frac{{\mathrm{ik}}_0}{2\mathrm{\π\Δr}}\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δz}(n-1)\right)\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δr}\right)u_s\left(r\right)\mathrm{dr}$

其中，i为虚数单位，k₀为波数，Δr为炮点或检波点到目标点的距离，Δz为目标点位置的深度，n为声波折射率，u_s(r)为震源激发波场。

根据本发明的实施例，计算单元504在计算炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数时，可将Δr取炮点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子设置为炮点传播算子，并将Δr取炮点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为炮点聚焦算子，将Δr取检波点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子设置为检波点传播算子，并将Δr取检波点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为检波点聚焦算子。随后，计算单元504可通过将炮点传播算子与炮点聚焦算子相乘来获得炮点偏移成像系数，并通过将检波点传播算子与检波点聚焦算子相乘来获得检波点偏移成像系数。随后，计算单元504可通过将炮点偏移成像系数与检波点偏移成像系数相乘来获得炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数。

绘制单元505可根据目标区域内的所述多个目标点位置的最终地震波偏移成像系数，绘制目标区域地震波偏移成像分布图。

根据本发明的实施例的山地起伏地形下三维地震观测系统成像效果评价方法，通过根据改进的克希霍夫延拓算子，以解析的方式直接计算出山地起伏地形下目标点位置处地震偏移成像效果，分析起伏地形对地震偏移成像效果的影响程度，进而实现成像效果的定量评价。克服常规的三维地震观测系统成像效果评估方法无法适用于山地复杂地表条件的缺陷，从山地地震勘探采集的源头实现了对山地地形起伏所引起的地震波偏移成像质量的定量评估，提高了山地起伏地形下地震采集资料的保真度，并为山地起伏地形下的地震波偏移成像、油气储层预测、油藏描述的可靠性奠定了基础，具有重要应用价值。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (8)

1.一种评价三维地震观测系统成像效果的方法，所述方法包括：

(1)导入地震观测系统数据；

(2)根据面元位置，将地震观测系统数据中的炮检对进行重新排序；

(3)设置目标区域并在目标区域内选择多个目标点位置；

(4)对选择的多个目标点位置的每个目标点位置执行以下步骤：计算地震观测系统数据中的每一组炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，并将地震观测系统数据中的所有炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数相加，得到该目标点位置的最终地震波偏移成像系数；

(5)根据目标区域内的所述多个目标点位置的最终地震波偏移成像系数，绘制目标区域地震波偏移成像分布图，

其中，计算地震波偏移成像系数的步骤包括：

根据改进的克希霍夫波场延拓算子计算炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，

其中，改进的克希霍夫波场延拓算子公式为：

$u\left(r\right)=\∫\frac{{\mathrm{ik}}_0}{2\mathrm{\π}\mathrm{\Δ}r}\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δ}z\right(n-1\left)\right)\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δ}r\right)u_s\left(r\right)dr,$

其中，i为虚数单位，k₀为波数，Δr为炮点或检波点到目标点的距离，Δz为目标点位置的深度，n为声波折射率，u_s(r)为震源激发波场。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述地震观测系统数据包括炮点的水平坐标和高程信息、检波点的水平坐标和高程信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据改进的克希霍夫波场延拓算子计算炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数的步骤包括：

将Δr取炮点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子设置为炮点传播算子，将Δr取炮点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为炮点聚焦算子，将Δr取检波点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子设置为检波点传播算子，并将Δr取检波点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为检波点聚焦算子；

通过将炮点传播算子与炮点聚焦算子相乘来获得炮点偏移成像系数；

通过将检波点传播算子与检波点聚焦算子相乘来获得检波点偏移成像系数；

通过将炮点偏移成像系数与检波点偏移成像系数相乘来获得炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述地震波偏移成像系数包括振幅和相位信息。

5.一种评价三维地震观测系统成像效果的设备，所述设备包括：

导入单元，导入地震观测系统数据；

排序单元，根据面元位置，将地震观测系统数据中的炮检对进行重新排序；

选择单元，设置目标区域并在目标区域内选择多个目标点位置；

计算单元，对选择的多个目标点位置的每个目标点位置执行以下步骤：计算地震观测系统数据中的每一组炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，并将地震观测系统数据中的所有炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数相加，得到该目标点位置的最终地震波偏移成像系数；

绘制单元，根据目标区域内的所述多个目标点位置的最终地震波偏移成像系数，绘制目标区域地震波偏移成像分布图，

其中，计算单元根据改进的克希霍夫波场延拓算子计算炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数，

其中，改进的克希霍夫波场延拓算子公式为：

$u\left(r\right)=\∫\frac{{\mathrm{ik}}_0}{2\mathrm{\π}\mathrm{\Δ}r}\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δ}z\right(n-1\left)\right)\exp \left({\mathrm{ik}}_0\mathrm{\Δ}r\right)u_s\left(r\right)dr,$

其中，i为虚数单位，k₀为波数，Δr为炮点或检波点到目标点的距离，Δz为目标点位置的深度，n为声波折射率，u_s(r)为震源激发波场。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述地震观测系统数据包括炮点的水平坐标和高程信息、检波点的水平坐标和高程信息。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，计算单元将Δr取炮点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子设置为炮点传播算子，将Δr取炮点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为炮点聚焦算子，将Δr取检波点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子设置为检波点传播算子，并将Δr取检波点到目标点的距离时的改进的克希霍夫波场延拓算子的共轭设置为检波点聚焦算子，随后，计算单元通过将炮点传播算子与炮点聚焦算子相乘来获得炮点偏移成像系数，通过将检波点传播算子与检波点聚焦算子相乘来获得检波点偏移成像系数，并通过将炮点偏移成像系数与检波点偏移成像系数相乘来获得炮检对在目标点位置的地震波偏移成像系数。

8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述地震波偏移成像系数包括振幅和相位信息。