CN103645460A - 基于目标层可视性分析的激发位置确定方法 - Google Patents

基于目标层可视性分析的激发位置确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过地震波针对目标反射层的可视性分析来确定地震波最优激发位置的方法。本发明的基于目标层可视性分析的激发位置确定方法包括：（a）从地质模型中选取目标反射层；（b）在地质模型的整个表面上均匀地布置多个勘探炮和多个检波器；（c）并且当多个勘探炮中的一个勘探炮产生地震波时，记录每个检波器接收到的能量值，从而得到每个检波器分别针对当前产生地震波的勘探炮的炮检对的能量值；（d）在所有勘探炮分别产生相同次数的地震波之后，基于多个检波器分别针对每个勘探炮的炮检对的能量值，绘制基于地质模型的炮检对可视性分析图；（e）基于炮检对可视性分析图，确定在实际的地震勘探中应该增加的勘探炮的最佳位置。

Description

基于目标层可视性分析的激发位置确定方法
技术领域
本发明涉及一种从定量的角度去指导地质观测系统的方法，，尤其涉及一种通过地震波针对目标反射层的可视性分析来确定地震波激发位置的方法。
背景技术
随着我国油气勘探向西部和西南部的转移，复杂地表及复杂构造问题变得非常突出，地震资料信噪比低、地震成像困难等问题严重影响着这些地区的勘探效果。通过研究地震波在复杂地质条件下的传播规律与能量分布特征，进而能够实现观测系统的优化设计具有重要的现实意义。
针对地震观测系统的设计和采集参数的优化是整个石油勘探中非常重要的环节，是地震资料品质好坏的先决条件，也是地震资料处理和解释的基础。常规地震观测系统的设计的覆盖次数只依赖于炮点和检波点的排列范围，而与地下结构、目的反射层深度无关。然而，在构造复杂的地区，覆盖次数除了与炮点和检波点排列有关外，还与目的反射层的深度以及上覆地质结构有关，此时，常规的基于水平层状假设的针对CMP点（共中心点）进行设计的观测系统精度降低。由于目的发射层各CRP点（共反射点）上的覆盖次数和地震波照射能量共同决定了该点的成像质量，但是复杂的上覆地质结构会造成下伏地层地震照明阴影区，从而引起下伏勘探目的层照明强度显著下降，最终使得这些目的层界面成像的效果不理想。基于波动方程的观测系统分析方法目前主要是照明度分析，而地震波照明又可以分为基于射线追踪的地震波照明方法和基于波动方程的地震波照明方法两类。射线追踪地震波照明方法目前应用最为普遍，该方法简单直观、计算效率高，但由于射线理论本身的缺陷（如高频近似、射线盲区等）和复杂介质中的奇异性问题，基于射线的照明分析方法在复杂构造区会出现很大的误差，照明精度较低。相反，基于波动方程的地震波照明方法能有效地克服射线照明分析方法在复杂构造区的不足，尤其是利用波动方程中的单程波方程的地下照明分析是近几年的一个研究热点,它克服了射线照明方法的缺陷，能适应强横向变速介质，使得目标照明分析更加合理、准确。但是，基于波动方程的照明度计算是分析能量在地下介质分布的情况，并且不会考虑从目标反射层和检波器接收能量针对观测系统的影响，使得照明度分析在指导观测系统设计更多的是定性的角度，无法从定量的角度指导观测系统的优化设计。
因此，需要一种能够适应复杂地表结构且可以从定量的角度去指导地质观测系统的地震波激发位置的方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于目标层可视性分析的激发位置确定方法。
根据本发明的一实施例的基于目标层可视性分析的激发位置确定方法，包括以下步骤：（a）从地质模型中选取目标反射层；（b）在地质模型的整个表面上均匀地布置多个勘探炮和多个检波器；（c）使所有勘探炮分别产生地震波，并且当多个勘探炮中的一个勘探炮产生地震波时，多个检波器分别接收该地震波被目标反射层反射回来的反射波，同时记录每个检波器接收到的能量值，从而得到每个检波器分别针对当前产生地震波的勘探炮的炮检对的能量值；（d）在所有勘探炮分别产生相同次数的地震波之后，基于多个检波器分别针对每个勘探炮的炮检对的能量值，绘制基于地质模型的炮检对可视性分析图；（e）基于炮检对可视性分析图，确定在实际的地震勘探中应该增加勘探炮数量的范围，其中，炮检对的能量值是指一个检波器接收到的一个地震波的能量值。
优选地，在步骤（c）中，利用有限差分算子，对当前产生的地震波进行正向延拓到目标反射层，然后再从目标反射层反向延拓到检波器，来模拟地震波被目标反射层反射回来的反射波，从而记录每个检波器接收到的反射波的能量值。
优选地，在步骤（c）中，当产生地震波时，地震波在频率域中以下面的公式（1）的形式传播，
（k2+Δ）U(rs,r,ω)=-f(ω)δ(r-rs)   公式（1）
其中，k=ω/c0(r)为波数，ω表示地震波的频率，c0(r)为位于目标反射层的点r=(x,y,z)处的背景场速度值，Δ为拉普拉斯算子，f(ω)为勘探炮函数，δ(r-rs)是单位脉冲函数，rs表示勘探炮的三维坐标。
优选地，在步骤（c）中，利用有限差分算子，对当前产生的地震波进行正向延拓到目标反射层，然后再从目标反射层反向延拓到检波器，
其中，检波器接收到的反向延拓的反射波的地震波场通过公式（2）来表示，
P(rs,rg,ω)=
2k2∫V(r)G(r,rs;ω)m(r)G(r,rg;ω)d3r   公式（2）
其中，G(r,rs;ω)和G(r,rg;ω)分别是频率域中勘探炮和检波器位置的格林函数，rg表示检波器位置的三维坐标，m(r)是位于目标反射层的点r=(x,y,z)处速度模型扰动，V(r)为目标反射层的所有点的集合。数学上还可有如下的表示m(r)=δc/c(r)，c(r)是地质模型的速度值，δc是对速度值的求导，但是本发明中没有使用该式来求出m(r)。
优选地，多个检波器中的一个检波器针对当前产生地震波的勘探炮的炮检对的能量值通过公式（3）来表示，
Psr(rs,rg,ω)=|P(rs,rg,ω)|   公式（3）。
本发明从基于目标反射层可视性分析的角度对勘探炮位置（即，激发位置）进行了定量评估，对在后续的地质勘探中提高山地地震采集设计效率及优化提供了保障，具有重要应用价值。
本发明基于可视性分析计算角度，确定了对目标反射层的影响较大的观测系统的激发位置，对进行山地复杂构造的地震资料采集观测系统设计的激发位置的优选提供了保障，进而为山地复杂条件下的偏移成像、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。
根据本发明，可以确定能够更好地获取目标反射层的反射信息的地表位置，即在这些优选的地表上布置勘探炮时可以得到针对目标反射层的更好的成像效果。
附图说明
通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出本发明的基于目标层可视性分析的激发位置确定方法的流程图。
图2是示出二维地质模型的示意图。
图3是示出地震波传播和反射过程的示意图。
图4是示出一个勘探炮所产生的地震波被目标反射层反射之后由检波器所接收到的反射波的可视性能量分布图。
图5是示出在显示单元上显示基于地质模型的炮检对可视性分析图。
图6是示出根据本发明的方法对图2的二维地质模型的目标反射层进行的实际应用的图，图6的（a）是示出在优选的激发位置增加勘探炮后得到的偏移剖面的图，图6的（b）是示出在优选的激发位置之外增加勘探炮后得到的偏移剖面的图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。
本发明利用有限差分算子，对勘探炮所产生的进行地震波场正向延拓到目标反射层，然后再反向延拓到检波器，记录每个检波器接收到的反射波的能量值进而绘制当前地质模型的炮检对可视性分析图，从而基于炮检对可视性分析图来确定在检波器处的能量贡献较大的地震波激发位置。
以下，详细说明本发明的各个流程。
图1是示出本发明的基于目标层可视性分析的激发位置确定方法的流程图。图2是示出二维地质模型的示意图。
在图1的步骤S101，从地质模型中选择目标反射层。本发明中选择如图2所示的二维地质模型中的某一目标反射层，并且该地质模型的任何地层都可被选择为目标反射层。并且，根据已知地质信息建立二维地质模型进而分析各种参数的选取是地球物理领域通用的方法。
在步骤S102，在地质模型的整个表面上均匀地布置多个勘探炮和多个检波器。在此，只有在地质模型的整个表面上均匀地布置勘探炮和检波器，才能使每个勘探炮产生的地震波对炮检对可视性分析图的影响是相同的。并且，在整个表面上仅布置一个勘探炮和一个检波器是没有太大价值的，因此在此步骤中将不会考虑这种情况。
在步骤S103，使所有勘探炮分别产生地震波，并且当多个勘探炮中的一个勘探炮产生地震波时，多个检波器分别接收该地震波被目标反射层反射回来的反射波，同时记录每个检波器接收到的能量值，从而得到每个检波器分别针对当前产生地震波的勘探炮的炮检对的能量值。其中，炮检对的能量值是指一个检波器接收到的一个地震波的能量值。并且，在地质模型的整个表面上均匀地布置多个勘探炮和多个检波器的前提下，为使每个勘探炮产生的地震波对炮检对可视性分析图起到相同权值的影响，使所有勘探炮分别产生相同次数的地震波。
在本发明中，是基于勘探炮处产生的地震波对目标反射层的贡献来确定贡献度较大的勘探炮，因此为了使多个勘探炮对目标反射层有相同权值的影响，需要使每个勘探炮产生的地震波的数量相同。在此，虽然在本发明中使所有勘探炮各产生一次地震波，但是根据需要，可使所有勘探炮分别产生多次（例如，2次，3次。。。n次等）地震波。
另外，在产生地震波时，勘探炮位置以及地震波的激发位置（即，地震炮和地震波的产生位置）实际上是不同的，但是相比其他诸如数Km的距离，位置差别很小，因此在本领域中一般认为是相同的。
并且，当产生地震波时，在频率域中且密度固定的地震波能够以下面的公式（1）形式传播，
（k2+Δ）U(rs,r,ω)=-f(ω)δ(r-rs)   公式（1）
其中，k=ω/c0(r)为波数，ω表示地震波的频率，c0(r)为点r=(x,y,z)处的背景场速度值，Δ为拉普拉斯算子，f(ω)为勘探炮函数，δ(r-rs)是单位脉冲函数，rs表示勘探炮的三维坐标。而且，公式（1）为本领域公知的地震波的传播数学式，因此在此不对此进行详细的说明。
图3是示出地震波传播和反射过程的示意图。因此，在步骤S103中，利用有限差分算子，对当前产生的地震波进行正向延拓到目标反射层，然后再从目标反射层反向延拓到检波器，此时记录每个检波器接收到的针对当前产生的地震波的能量值。其中，有限差分算子作为地震波场的传播算子，其实际数学表示为一个矩阵，表示地震波的实际正向传播过程。并且反向延拓可以看成，将从勘探炮正向延拓到目标反射层的地震波当作二次勘探炮，进而从目标反射层到检波器的正向延拓。
此时，检波器接收到的地震波场（被目标反射层反射回来的反射波场）通过公式（2）来表示，
P(rs,rg,ω)=
2k2∫V(r)G(r,rs;ω)m(r)G(r,rg;ω)d3r   公式（2）
其中，G(r,rs;ω)和G(r,rg;ω)分别是频率域中勘探炮和检波器位置的格林函数，rg表示检波器位置的三维坐标，m(r)是位于目标反射层的点r=(x,y,z)处速度模型扰动，V(r)为目标反射层的所有点的集合。数学上还可有如下的表示m(r)=δc/c(r)，c(r)是地质模型的速度值，δc是对速度值的求导，但是本发明中没有使用该式来求出m(r)。
并且，多个检波器中的一个检波器针对当前产生地震波的勘探炮的炮检对的能量值通过公式（3）来表示，
Psr(rs,rg,ω)=|P(rs,rg,ω)|   公式（3）。
图4是示出一个勘探炮所产生的地震波被目标反射层反射之后由检波器所接收到的反射波的能见度（可视性能量）分布图。图5是示出基于地质模型的炮检对可视性分析图。
在步骤S104，在所有勘探炮分别产生相同次数的地震波之后，基于多检波器分别针对每个勘探炮的炮检对的能量值，绘制根据地质模型的炮检对可视性分析图。
具体地，一个勘探炮所产生的地震波被目标反射层反射之后由检波器所接收到的反射波的可视性能量分布图如图4所示，并且图5以图2的二维地质模型的左上角为原点，且检波点离原点的距离为横坐标，勘探炮离原点的距离为纵坐标。因此，在绘制图5所示的炮检对可视性分析图时，将同一个检波器在所有勘探炮产生地震波时所接收的炮检对的能量值加起来（简称，能量值总和），然后将该检波器离原点的距离作为横坐标，将当前产生地震波的勘探炮离原点的距离作为纵坐标，并且，针对每个检波器的能量值总和的大小在图5上能够用不同的颜色来表示（在显示单元上用颜色来表示能量大小是可行的），例如可用红色代表能量最强，蓝色代表能量最弱，此时为了提高用户体检，可使用显示器来显示彩色的炮检对可视性分析图。当然，也可以用诸如直接标注能量值、点的密度等来表示能量值的大小。由此，图5的每个点表示同一个检波器针对所有地震波（从目标反射层反射回来的反射波）记录的能量值的总和。
在步骤S105，基于炮检对可视性分析图，确定在实际的地震勘探中应该增加勘探炮数量的范围。在图5中，用半圆形实线包围的位置即为应该增加勘探炮数量的范围。
图6是示出根据本发明的方法对图2的二维地质模型的目标反射层进行的实际应用的图，图6的（a）是示出在优选的激发位置增加勘探炮后得到的偏移剖面的图，图6的（b）是示出在优选的激发位置之外增加勘探炮后得到的偏移剖面的图。
通过实际应用可知，通过本发明可以确定更好地获取目标反射层的反射信息的地表位置（即，优选的激发位置），因此在后续实际的地质勘探中向这些优选的激发位置增加勘探炮能够获取更准确的目标反射层的信息。
本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。
产业上的可利用性
本发明可用在对于地质观测系统的设计以及评价。

Claims (5)

1.一种基于目标层可视性分析的激发位置确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）从地质模型中选取目标反射层；
（b）在地质模型的整个表面上均匀地布置多个勘探炮和多个检波器；
（c）使所有勘探炮分别产生地震波，并且当多个勘探炮中的一个勘探炮产生地震波时，多个检波器分别接收该地震波被目标反射层反射回来的反射波，同时记录每个检波器接收到的能量值，从而得到每个检波器分别针对当前产生地震波的勘探炮的炮检对的能量值；
（d）在所有勘探炮分别产生相同次数的地震波之后，基于多个检波器分别针对每个勘探炮的炮检对的能量值，绘制基于地质模型的炮检对可视性分析图；
（e）基于炮检对可视性分析图，确定在实际的地震勘探中应该增加勘探炮数量的范围，
其中，炮检对的能量值是指一个检波器接收到的一个地震波的能量值。
2.根据权利要求1所述的基于目标层可视性分析的激发位置确定方法，其特征在于，在步骤（c）中，利用有限差分算子，对当前产生的地震波进行正向延拓到目标反射层，然后再从目标反射层反向延拓到检波器，来模拟地震波被目标反射层反射回来的反射波，从而记录每个检波器接收到的反射波的能量值。
3.根据权利要求1所述的基于目标层可视性分析的激发位置确定方法，其特征在于，在步骤（c）中，当产生地震波时，地震波在频率域中以下面的公式（1）的形式传播，
（k2+Δ）U(rs,r,ω)=-f(ω)δ(r-rs)   公式（1）
其中，k=ω/c0(r)为波数，ω表示地震波的频率，c0(r)为位于目标反射层的点r=(x,y,z)处的背景场速度值，Δ为拉普拉斯算子，f(ω)为勘探炮函数，δ(r-rs)是单位脉冲函数，rs表示勘探炮的三维坐标。
4.根据权利要求3所述的基于目标层可视性分析的激发位置确定方法，其特征在于，在步骤（c）中，利用有限差分算子，对当前产生的地震波进行正向延拓到目标反射层，然后再从目标反射层反向延拓到检波器，
其中，检波器接收到的反向延拓的反射波的地震波场通过公式（2）来表示，
P(rs,rg,ω)=
2k2∫V(r)G(r,rs;ω)m(r)G(r,rg;ω)d3r   公式（2）
其中，G(r,rs;ω)和G(r,rg;ω)分别是频率域中勘探炮和检波器位置的格林函数，rg表示检波器位置的三维坐标，m(r)是位于目标反射层的点r=(x,y,z)处速度模型扰动，V(r)为目标反射层的所有点的集合。
5.根据权利要求4所述的基于目标层可视性分析的激发位置确定方法，其特征在于，多个检波器中的一个检波器针对当前产生地震波的勘探炮的炮检对的能量值通过公式（3）来表示，
Psr(rs,rg,ω)=|P(rs,rg,ω)|   公式（3）。
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