CN103645501A - 最大炮检距确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种作为地震观测系统的重要参数之一的最大炮检距确定方法。本发明的最大炮检距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，从而获得该地震波在各个检波器中的炮检对能量值；（d）在所有勘探炮分别产生地震波之后，基于多个检波器中的各个检波器所获得的炮检对能量值，绘制炮检对能量值图；（e）基于炮检对能量值图，确定针对当前目标反射层的最大炮检距。

Description

最大炮检距确定方法

技术领域

本发明涉及石油地震勘探观测系统的优化设计领域，具体地涉及一种作为地震观测系统的重要参数之一的最大炮检距确定方法。

背景技术

随着我国油气勘探向西部和西南部的转移，因复杂地表及复杂构造引起的问题变得非常突出，例如地震资料信噪比低、地震成像困难等问题严重影响着这些地区的勘探效果。因此，技术人员考虑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，进而对观测系统进行优化设计，从而提高勘探效果。

需要说明的是，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。常规地震观测系统设计的覆盖次数（一个震源和针对该震源的多个检波器所接收的反射波的能量）只依赖于炮点（勘探炮所在的位置）和检波点（检波器所在的位置）排列范围，而与地下结构、目的反射层深度无关。然而，在地表以及构造复杂的地区，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。由于目的反射层各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。因此研究基于波动方程的观测系统的优化设计方法势在必行。

针对基于波动方程的观测系统分析方法而言，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。而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。

而基于波动方程的照明度计算均是分析能量在地下介质分布的情况，其没有从目标反射层和检波点接收能量的角度去分析观测系统。使得照明度分析在指导观测系统的设计时更多的是定性的分析，而无法从定量的角度去指导观测系统的优化设计。因此，需要能够定量地分析二维观测系统设计中的重要参数的方法。

发明内容

本发明的目的在于，克服常规的基于波动方程的地震观测系统评价方法无法对最大炮检距进行定量分析缺陷，提出一种基于炮检对能量值的最大炮检距确定方法，以使定量分析的最大炮检距应用在后续的波动方程的的地震观测系统的设计上。

根据本发明的一实施例的最大炮检距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，从而获得该地震波在各个检波器中的炮检对能量值；（d）在所有勘探炮分别产生地震波之后，基于多个检波器中的各个检波器所获得的炮检对能量值，绘制炮检对能量值图；（e）基于炮检对能量值图，确定针对当前目标反射层的最大炮检距，其中，炮检对能量值是指，当产生一次地震波时一个检波器所接收到的反射波的能量的总和。

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，从而每个检波器计算接收到的反射波的能量的总和。

优选地，在步骤（c）中，当产生地震波时，地震波在频率域中的传播过程以下面的公式（1）来表示，并且从公式（1）中计算出地震波的波长值U(r_s,r,ω)，

（k²+Δ）U(r_s,r,ω)=-f(ω)δ(r-r_s)    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-r_s)是单位脉冲函数，r_s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波场通过公式（2）来表示，

P(r_s,r_g,ω)=

2k²∫_V(r)G(r,r_s;ω)m(r)G(r,r_g;ω)d³r    公式（2）

其中，G(r,r_s;ω)和G(r,r_g;ω)分别是频率域中勘探炮和检波器位置的格林函数，r_g表示检波器的三维坐标，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能量值通过公式（3）来表示，

P_sr(r_s,r_g,ω)=|P(r_s,r_g,ω)|    公式（3）。

本发明从基于炮检对能量值对最大炮检距进行了定量的分析，从而对提高山地地震数据采集系统的设计效率及优化提供了保障，具有重要应用价值。

本发明从基于波动方程的炮检对能量值计算角度，实现了对目标反射层的最大炮检距的定量评估，对进行山地复杂构造的地震采集观测系统设计的参数论证及优化提供了保障，进而为山地条件下偏移成像、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。

本发明的基于炮检对能量值的最大炮检距确定方法，考虑了目标反射层和检波点所接收的能量对地震观测系统的影响，来确定最大炮检距，最大炮检距这个参数对采集成本和采集资料的效果影响非常大，最大炮检距过大，会严重增加采集施工成本，而过小则也严重影响采集资料的效果，因此对地震观测系统的最重要参数之一的最大炮检距进行了定量分析而不是传统的定性分析，能够更好的在采集成本和采集资料的效果之间取得最佳的平衡。

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是示出根据本发明的基于炮检对能量值的最大炮检距确定方法的流程图。

图2是示出二维地质模型的示意图。

图3是示出地震波的传播和反射过程的示意图。

图4是示出针对单个地震波的所有检波器所接收的反射波的炮检对能量值的分布图。

图5是示出在地质模型的基础上针对所有地震波的检波器的炮检对能量值图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

在本发明中最大炮检距是指，距产生地震波的勘探炮最远的检波器的距离。在勘探领域中，检波器都是均匀地埋在地表底下的。在检波器彼此之间的距离一定的情况下，若最大炮检距太小，则勘探炮周围接收反射波的检波器太少，导致接收到的反射能量太少，采集资料的信息不足而不利于全面勘探目的反射层的成像；相反，若最大炮检距太大，则需要人工埋置更多的的检波器，这样会增加人工成本和需要更多的仪器租赁成本，进而导致勘探成本太高。因此在设计地质勘探系统时，需要事先计算出合适的最大炮检距，又能对地下地质条件进行精确的勘探，同时还能有效控制成本，在成本和采集资料效果两者之间取得平衡。

本发明的最大炮检距确定方法，利用有限差分算子，对震源处（即，勘探炮的位置）产生的地震波正向延拓到目标反射层，并且将从震源处正向延拓到目标反射层的地震波作为二次震源，反向延拓到每个检波点（检波器的位置），将目标反射层每个点反向延拓到同一个检波点的能量相加，进而得到关于目标反射层的当前震源在各个检波点的能量值（即，炮检对能量值），此时基于炮检对能量值绘制炮检对能量值图，从而确定针对当前目标反射层的最佳最大炮检距。

图1是示出根据本发明的基于炮检对能量值的最大炮检距确定方法的流程图。图2是示出二维地质模型的示意图。

参照图1，在步骤S1011从地质模型中选取目标反射层。在地质勘探中，有主要的目的勘探层，因此施工、设计地质勘探系统时其采集的参数应该主要侧重于适应在主要的目的勘探层，由此在图2中通过选取目标反射层来选择地震波的反射点。在此，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。参照图2可知，在大于目标反射层的上侧的地表上布置勘探炮的检波器。并且，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能量值图的影响是相同的。并且，在整个表面上仅布置一个勘探炮和一个检波器在实践中是没有太大价值的，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，并且每个检波器将所接收到的反射波的能量相加，从而获得该地震波在各个检波器中的炮检对能量值。在此，炮检对能量值是指，当产生一次地震波时，一个检波器所接收到的反射波的能量的总和。

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，但是相比地震观测系统的其他Km单位的距离，两者之间的距离很小，因此在本领域中当作是在同一个地方。

并且，当产生地震波时，密度固定的地震波在频率域中的传播过程能够以下面的公式（1）来表示，并且从公式（1）中计算出地震波的波长值U(r_s,r,ω)，

（k²+Δ）U(r_s,r,ω)=-f(ω)δ(r-r_s)    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-r_s)是单位脉冲函数，r_s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是示出地震波的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，以此来模拟地震波被目标反射层反射回来的反射波，此时每个检波器对接收到的反射波的的能量值进行叠加。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，检波器接收到的波场（被目标反射层反射回来的反射波场）可通过公式（2）来表示。

P(r_s,r_g,ω)=

2k²∫_V(r)G(r,r_s;ω)m(r)G(r,r_g;ω)d³r    公式（2）

其中，G(r,r_s;ω)和G(r,r_g;ω)分别是频率域中勘探炮和检波器位置的格林函数，r_g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，

P_sr(r_s,r_g,ω)=|P(r_s,r_g,ω)|    公式（3）。

图4是示出针对单个地震波的所有检波器所接收的反射波的炮检对能量值的分布图。图5是示出在地质模型的基础上针对所有地震波的检波器的炮检对能量值图。

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能量值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被目标反射层反射进而被检波器接收的能量的大小，来确定能够较好的接收来自目的反射层的反射波的检波器的位置，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次等）地震波。但是，特殊的当勘探炮产生的地震波的数量不同时，从多个检波器中删除

在步骤S104，在所有勘探炮分别产生的地震波之后，基于多个检波器中的各个检波器所获得的炮检对能量值，绘制炮检对能量值图。

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炮检对能量值的分布图如图4所示。并且，图5以图2的二维地质模型的最左地面点为原点，且检波器离原点的距离为横坐标，勘探炮离原点的距离为纵坐标。在二维图上为了表示三维数值，图5上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）能量值的大小。因此，在图5的炮检对能量值图中同一个震源位置对应的检波点位置的炮检对能量值就是图4，数学上来将，平行于横坐标的每条线都是当前震源位置产生地震波时所有的检波器接收到的炮检对能量值的分布图，与图4的区别在于图5中用颜色来表示了炮检对能量值的大小而已，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。

从上可知，使每个勘探炮均产生一次地震波即可绘制出图5，但是实践中为了提高数据的准确性，可使所有勘探炮分别产生相同次数的地震波，此时或使用多次地震波的炮检对能量值的平均值，或只用多次地震波的炮检对能量值的总和。

在步骤S105，基于炮检对能量值图，确定针对当前目标反射层的最大炮检距。在图5的炮检对能量值图中，对角线为距原点的检波器和勘探炮的距离相同的零偏移距参考线，此时，与零偏移距参考线之间的空间包括了炮检对能量值的预定百分比且与零偏移距参考线平行的线，就是能够定量的分析最大炮检距的目标平行线。此时，这条目标平行线与检波点位置的交点就是针对当前目标反射层的最佳最大炮检距。

在此，预定百分比可以取30%到50%，从图5中可知炮检对能量值的分布以对角线为准被分成了两部分，因此目标平行线与零偏移距参考线之间的空间最多只能包括炮检对能量值的一半。

本发明的基于炮检对能量值的最大炮检距确定方法，考虑了目标反射层和检波点所接收的能量对地震观测系统的影响，来确定最大炮检距，从而对地震观测系统的参数之一的最大炮检距进行了定量分析，有助于后续的地震观测系统的精度的提高。

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。

Claims (5)

1.一种最大炮检距确定方法，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，从而获得该地震波在各个检波器中的炮检对能量值；

（d）在所有勘探炮分别产生地震波之后，基于多个检波器中的各个检波器所获得的炮检对能量值，绘制炮检对能量值图；

（e）基于炮检对能量值图，确定针对当前目标反射层的最大炮检距，

其中，炮检对能量值是指，当产生一次地震波时一个检波器所接收到的反射波的能量的总和。

2.根据权利要求1所述的最大炮检距确定方法，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，从而每个检波器计算接收到的反射波的能量的总和。

3.根据权利要求1所述的最大炮检距确定方法，其特征在于，在步骤（c）中，当产生地震波时，地震波在频率域中的传播过程以下面的公式（1）来表示，并且从公式（1）中计算出地震波的波长值U(r_s,r,ω)，

（k²+Δ）U(r_s,r,ω)=-f(ω)δ(r-r_s)    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-r_s)是单位脉冲函数，r_s表示勘探炮的三维坐标。

4.根据权利要求3所述的最大炮检距确定方法，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波场通过公式（2）来表示，

P(r_s,r_g,ω)=

2k²∫_V(r)G(r,r_s;ω)m(r)G(r,r_g;ω)d³r    公式（2）

其中，G(r,r_s;ω)和G(r,r_g;ω)分别是频率域中勘探炮和检波器位置的格林函数，r_g表示检波器的三维坐标，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所述的最大炮检距确定方法，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能量值通过公式（3）来表示，

P_sr(r_s,r_g,ω)=|P(r_s,r_g,ω)|    公式（3）。

Images