CN103543465A - 基于目的层照明能量确定有效激发点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是石油地球物理勘探中基于目的层照明能量确定有效激发点的方法。针对目的层设计观测系统，对加密炮后的观测系统进行正演模拟，得到每炮对目的层上的每个面元的照明能量，确定最小能量面元位置，利用均值和距离能量比计算备用炮点集合中每炮对能量最小区域的照明能量，根据从备用炮点集合中所选炮点加入有效激发点集合中组成的炮集合中的炮对目的层上照明能量的平均方差确定有效激发点选择加密炮点。本发明对高陡构造、逆掩推覆、速度横向变化剧烈构造区观测系统布设有效，用最少有效激发点提高阴影区照明强度，改善地震剖面质量。

Description

基于目的层照明能量确定有效激发点的方法

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探资料处理技术，是一种基于目的层照明能量确定有效激发点的方法。

背景技术

随着勘探程度的提高，复杂地区的油气勘探已成为地球物理勘探工作者的主要目标，复杂地区主要指地表起伏大,地下构造复杂,地层速度横向变化剧烈，这类地区油气勘探的地震资料信噪比普遍偏低，制约了该区地震勘探的精度。尤其在逆掩推覆构造发育区，复杂的上覆地质结构及高速推覆体的存在使下覆勘探目的层照明强度显著下降，造成目的层界面或构造成像困难。究其原因，除了地震数据处理因素外，地震资料采集中观测系统优化设计是提高信噪比的关键因素之一。目前使用的观测系统设计方法主要理论依据是共中心点反射叠加理论，该理论成立的前提是地层水平层状，倾角小，速度横向基本稳定，然而，在复杂构造区，由于高陡构造、速度横向变化剧烈等原因，使地震波场畸变，导致不规则的地下共中心点反射叠加，从而使传统观测系统设计思路在此类地区已不再适用。

近年来，公开了不同的优化观测系统的方法。1998年，Tulsa大学Liner等提出了LUG方法，该方法通过模拟一组观测系统参数：面元大小、总覆盖次数、仪器接收道数和最大、最小炮检距，与期望的地球物理目标进行比较，根据目标函数最小化原则确定观测系统的设计参数；2001年，Texas大学的Morrice等人在LUG方法的基础上，提出了基于数学规划理论的三维地震采集的最优化设计模型的MKB方法；2003年，荷兰3DsymSam地球物理咨询公司的Vermeer对LUG方法和MKB方法进行了优化。以上三种方法都是通过数学规划的思想，来实现三维地震勘探中观测系统的优化设计，但这些方法并没有针对目的层进行优化。

2001年，Toshi Chang等人采用共反射点叠加法，根据模拟射线追踪照明结果，将排列片放置在最大能量返回的区域优化观测系统；2002年，Chih-Ping J.Lu等人提出一种新的工具花图（Flower Plot）,通过在地下目的层上激发的射线来确定能精确照明目标区域的地表炮、检点位置，从而优化观测系统布设；2006年，董良国等根据波动方程地震波照明结果，利用照明统计法或地震波模拟法确定针对勘探目的层的地面最优炮点加密范围，利用射线追踪和波动方程联合模拟照明，综合分析了地下各目的层的覆盖次数以及照明能量分布曲线，确定针对目的层的最优检波器排列方式和排列长度，初步实现了利用地震波照明设计观测系统参数的思想。

2010年，赵虎等通过正常炮距的数值模拟结果，确定照明能量最小位置，采用局部炮点加密、规则布置接收排列的方式，求得目的层照明能量均匀性最高的炮点组合。该方法在确定能量最小面元位置后，根据该面元坐标在备用炮点集合中选择地面对应位置炮点进行加密，对于复杂地质构造，这种设计不能准确地确定加密炮的位置，最终的加密炮组合不能充分提高对目的层阴影区的照明度，难以获得理想的地质成像效果。

综上所述，常规优化观测系统的方法有很多，但均未能充分提高目的层阴影区的照明强度，基于目的层照明能量优化观测系统的方法较少，现有的优化方法对目的层阴影区的能量有一定的提高，但是在实际应用中都存在着一定的不足，不能合理反映复杂地区的地下地质特征。

发明内容

本发明目的是提供一种有效地提高复杂构造区目的层阴影区的照明强度，从而使目的层能量分布均匀的基于目的层照明能量确定有效激发点的方法。

本发明通过以下技术方案实现：

1）收集探区地质资料，采集测井、物探数据，结合已知的解释结果建立探区的三维地质模型，在地质模型上进行三维观测系统设计，对设计后的观测系统加密炮点；

对加密后的观测系统进行正演模拟，得到每炮对目的层的照明能量，将加密前m炮的单炮数据集合为W₁，将加密n炮的单炮数据集合为W₀；

所述的m是设计的观测系统加密前正常炮点距所需单炮数，n是设计的观测系统的炮点距为加密前正常炮点距一半时所要添加的炮数，集合W₁中的炮点为有效激发点，集合W₀中的炮点为备用炮点；

2）求取单炮数据集合W₁中所有炮对第k个面元的照明能量的和

然后对计算结果排序，找出最小能量面元位置；

式中：k为目的层上面元号，k大于等于1小于等于N；N为目的层上面元个数；m为集合W₁中单炮数；i是集合W₁中m炮编号后炮序号；Q_ik为集合W₁中第i炮对目的层上第k面元的照明能量；

3）确定第k个面元的均值能量比系数e_k；

步骤3）所述的确定第k个面元的均值能量比系数e_k是：如果A_k小于则e_k等于2，如果A_k不小于则e_k等于1；

式中：k为目的层上面元号，k大于等于1小于等于N；

为集合W₁中所有炮对目的层面元照明的平均能量

N为目的层上面元个数；A_k为步骤2）中集合W₁中所有炮对第k个面元的照明能量。

4）计算集合W₀中第l炮对目的层上第k面元的照明能量Q_lk与对应的r_k的距离能量比系数p_lk：

$p_{\mathrm{lk}}=\frac{Q_{\mathrm{lk}}}{r_k}---\left(1\right)$

式中：k为目的层上面元号；r_k为目的层上第k个面元位置与步骤2）中的最小能量面元位置的距离；l为集合W₀中n炮编号后的第l炮，l大于等于m+1小于等于n+m；m为集合W₁中炮数，n为集合W₀中炮数；

步骤4）所述的计算第k个面元与最小能量面元位置的距离，当第k个面元为最小能量面元时，r_k等于1。

5）利用步骤3）中的均值能量比系数e_k和步骤4）中的距离能量比系数p_lk计算集合W₀中每炮对能量最小区域的照明能量M_l：

$M_l=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{\mathrm{lk}}*e_k---\left(2\right)$

式中：k为目的层上面元号；l为集合W₀中n炮编号后的第l炮，l大于等于m+1小于等于n+m；m为集合W₁中炮数，n为集合W₀中炮数；N为目的层面元数；

然后对计算结果排序，取出对应的最大的前t炮；

步骤5）所述的取出最大的前t炮，t为n/5。

步骤5）所述的取出最大的前t炮，当集合W₀中的炮数小于t，则t取集合W₀中所有炮。

6）取步骤5）t炮中任一炮，用选取的炮和集合W₁中所有炮组成新的炮集合，共组成t个新的炮集合，分别计算t个新的炮集合和集合W₁中的炮对目的层照明能量的平均方差，对t个新的炮集合计算结果排序，取前t/4个最小值，从对应的t/4炮中确定与步骤5）中最大的M_l对应的炮为有效激发点；

步骤6）所述的t/4炮中确定于步骤5）中最大M_l对应的炮为有效激发点，有效激发点和集合W₁中组成的炮集合对目的层上照明能量的平均方差应小于集合W₁中炮对目的层上照明能量的平均方差；

步骤6）所述的t/4炮中确定于步骤5）中最大M_l对应的炮为有效激发点，将确定的有效激发点加入集合W₁中，同时从备用炮点集合W₀中去除掉；

从备用炮点集合W₀中选取有效激发点，将选取的有效激发点加入集合W₁中，若从集合W₀中选取的任一炮与集合W₁组成新集合的炮对目的层上照明能量的平均方差比集合W₁中炮对目的层上照明能量的平均方差大，则集合W₀中没有有效激发点，选取有效激发点结束。

本发明对于高陡构造、逆掩推覆、速度横向变化剧烈等复杂构造区的观测系统布设非常有效，达到用最少有效激发点的情况下有效地提高目的层阴影区的照明强度，从而使目的层的能量分布均匀，改善目的层地震剖面质量。

附图说明

本发明附图说明如下：

图1为某勘探区的三维地质模型；

图2为对图1地质模型目的层阴影区设计的加密炮点分布图；

图3为集合W₁和集合W₀中炮点位置分布图；

图4为加密前集合W₁中炮的CMP叠加的剖面图，图中目的层圈定的位置能量较弱；

图5为加密前集合W₁、加密后集合W₀和加密后从集合W₀中选取的有效激发点的炮点位置分布图；

图6为加密后集合W₁中炮的CMP叠加的剖面图，图中目的层圈定的位置能量变强。

具体实施方式

本发明是在地质模型上针对目的层设计观测系统，对加密炮后的观测系统进行正演模拟，得到每炮对目的层上的每个面元的照明能量，确定目的层最小能量面元位置，利用均值能量比系数和距离能量比系数，计算备用炮点集合中每炮对能量最小区域的照明能量，根据从备用炮点集合中所选炮点加入有效激发点集合中组成的炮集合中的炮对目的层上照明能量的平均方差确定有效激发点，从而选择加密炮点。

本发明提供的技术主要是对备用炮点集合中的每炮计算均值能量比系数和距离能量比系数、计算备用炮点集合中每炮对能量最小区域的照明能量、计算加炮前后有效激发点集合中的炮对目的层上照明能量的平均方差确定有效激发点。

1）收集探区地质资料，采集测井、物探数据，结合已知的解释结果建立探区的三维地质模型，如图1，在地质模型上进行三维观测系统设计，对设计后的观测系统加密炮点。设计的观测系统为：单条炮线上16炮，面元大小20×20，道间距40m，加密炮前炮线距600m，加密炮后炮线距300m，观测系统加密炮点设计分布如图2。

对加密后的观测系统进行正演模拟，得到每炮对目的层的照明能量；加密前127炮的单炮数据集合为W₁，加密的129炮的单炮数据集合为W₀；

图3为集合W₁和集合W₀中炮点位置分布图，图中黑色的小正方块为集合W₁中炮点的位置，也即加密前有效激发点的位置，灰色的小正方块为集合W₀中炮点的位置，为备用炮点的位置；图4为加密前集合W₁中炮的CMP叠加的剖面图，图中目的层圈定的位置能量较弱；

2）目的层上共有51076个面元，对于第510个面元，加密后第175炮对第510个面元的照明能量为0.90872，单炮数据集合W₁中所有炮对第510个面元的照明能量的和：A₅₁₀=25.6184，对单炮数据集合W₁中所有炮对每个面元的照明能量的和计算，第26528个面元能量最小，位置为（7080,6520）；

3）确定每个面元的均值能量比系数；

利用步骤2）计算集合W₁中所有炮对目的层面元照明的平均能量为26.3274，如果A_k小于26.3274，则e_k等于2，如果A_k不小于26.3274，则e_k等于1。A₅₁₀为25.6184小于26.3274，第510个面元的均值能量比系数为2。目的层上每个面元的均值能量比系数均可求出。

式中：k为目的层上面元号，k大于等于1小于等于51076，A_k为步骤2）中集合W₁中所有炮对第k个面元的照明能量；

4）用公式（1）计算集合W₀中第175炮对目的层上第510面元的照明能量0.90872与r₅₁₀为1430的距离能量比系数为0.000635；

集合W₀中每炮对目的层上每个面元均可相应地求出距离能量比系数。

5）利用步骤3）中的均值能量比系数和步骤4）中的距离能量比系数，用公式（2）计算集合W₀中的炮编号后从第128炮到256炮对能量最小区域的照明能量依次为：8.4016,12.7452，……,14.8323,

9.0314，然后对计算结果排序，取出对应的最大的前25炮；

6）取步骤5）25炮中任一炮，用选取的炮和集合W₁中所有炮组成新的炮集合，共组成25个新的炮集合，分别计算25个新的炮集合和集合W₁中的炮对目的层上照明能量的平均方差，选取的25炮对应的平均方差分别为：0.15872023,0.16222018,……,0.15641208，集合W₁炮的平均方差为：0.159711，对于前25炮计算结果排序，取前6个最小值，在集合W₀中的炮编号后为：166,181,182,198,199,200,所选6炮中第182炮为步骤5）中对能量最小区域的照明能量贡献最大的炮，将第182炮加到集合W₁中，同时将确定的第182炮从集合W₀中去除掉；

从备用炮点集合W₀中选取有效激发点，将选取的有效激发点加入集合W₁中，若从集合W₀中选取的任一炮与集合W₁组成新集合的炮对目的层上照明能量的平均方差比集合W₁中炮对目的层上照明能量的平均方差大，则集合W₀中没有有效激发点，选取有效激发点结束。最后集合W₁中有192炮，为观测系统中有效激发点，集合W₀中有64炮，为观测系统中未使用的炮。

图5为加密前集合W₁、加密后集合W₀和加密后从集合W₀中选取的有效激发点的炮点位置分布图，图中黑色的小正方块为加炮前使用的有效激发点的位置，灰色小正方块为加密后集合W₀中未使用的炮点的位置，灰色的圆点为从备用炮点集合W₀中选取的有效激发点的位置；图6为加密后集合W₁中炮的CMP叠加的剖面图，与图4中目的层圈定的位置能量比较，图6中目的层圈定的位置能量变强了。

Claims (7)

1.一种基于目的层照明能量确定有效激发点的方法，特点是通过以下步骤实现：

1）收集探区地质资料，采集测井、物探数据，结合已知的解释结果建立探区的三维地质模型，在地质模型上进行三维观测系统设计，对设计后的观测系统加密炮点；

对加密后的观测系统进行正演模拟，得到每炮对目的层的照明能量，将加密前m炮的单炮数据集合为W₁，将加密n炮的单炮数据集合为W₀；

所述的m是设计的观测系统加密前正常炮点距所需单炮数，n是设计的观测系统的炮点距为加密前正常炮点距一半时所要添加的炮数，集合W₁中的炮点为有效激发点，集合W₀中的炮点为备用炮点；

2）求取单炮数据集合W₁中所有炮对第k个面元的照明能量的和

然后对计算结果排序，得到最小能量面元位置；

式中：k为目的层上面元号，k大于等于1小于等于N；N为目的层上面元个数；i是集合W₁中m炮编号后炮序号；Q_ik为集合W₁中第i炮对目的层上第k面元的照明能量；

3）确定第k个面元的均值能量比系数e_k；

4）计算集合W₀中第l炮对目的层上第k面元的照明能量Q_lk与对应的r_k的距离能量比系数p_lk：

$p_{\mathrm{lk}}=\frac{Q_{\mathrm{lk}}}{r_k}---\left(1\right)$

式中：k为目的层上面元号；r_k为目的层上第k个面元位置与步骤2）中的最小能量面元位置的距离；l为集合W₀中n炮编号后的第l炮，l大于等于m+1小于等于n+m；m为集合W₁中炮数，n为集合W₀中炮数；

5）利用步骤3）中的均值能量比系数e_k和步骤4）中的距离能量比系数p_lk计算集合W₀中每炮对能量最小区域的照明能量M_l：

$M_l=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{\mathrm{lk}}*e_k---\left(2\right)$

式中：k为目的层上面元号；l为集合W₀中n炮编号后的第l炮，l大于等于m+1小于等于n+m；m为集合W₁中炮数，n为集合W₀中炮数；N为目的层面元数；

然后对计算结果排序，得到对应的最大的前t炮；

6）取步骤5）最大的前t炮中任一炮，用选取的炮和集合W₁中所有炮组成新的炮集合，共组成t个新的炮集合，分别计算t个新的炮集合和集合W₁中的炮对目的层照明能量的平均方差，对t个新的炮集合计算结果排序，取前t/4个最小值，从对应的t/4炮中确定与步骤5）中最大的M_l对应的炮为有效激发点；

从集合W₀中选取有效激发点，将选取的有效激发点加入集合W₁中，若从集合W₀中选取的任一炮与集合W₁组成新集合的炮对目的层上照明能量的平均方差比集合W₁中炮对目的层上照明能量的平均方差大，则集合W₀中没有有效激发点，选取有效激发点结束。

2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤3）所述的确定第k个面元的均值能量比系数e_k是：如果A_k小于

则e_k等于2，如果A_k不小于

则e_k等于1；

式中：k为目的层上面元号，k大于等于1小于等于N；

为集合W₁中所有炮对目的层面元照明的平均能量

N为目的层上面元个数；A_k为步骤2）中集合W₁中所有炮对第k个面元的照明能量。

3.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤4）所述的计算第k个面元与最小能量面元位置的距离，当第k个面元为最小能量面元时，r_k等于1。

4.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤5）所述的取出最大的前t炮，此时t为n/5。

5.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤5）所述的取出最大的前t炮，当集合W₀中的炮数小于t，则t取集合W₀中所有炮。

6.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤6）所述的t/4炮中确定于步骤5）中最大M_l对应的炮为有效激发点，有效激发点和集合W₁中组成的炮集合对目的层上照明能量的平均方差应小于集合W₁中炮对目的层上照明能量的平均方差。

7.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤6）所述的t/4炮中确定于步骤5）中最大M_l对应的炮为有效激发点，将确定的有效激发点加入集合W₁中，同时从备用炮点集合W₀中去除掉。

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