CN103869355B - 一种确定炮检点组合的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地球物理勘探地震数据采集中的确定炮检点组合的方法，采集或收集以往的地震资料，获取确定炮检组合的地球物理参数，确定炮点组内距、检波点组内距的绕射波场最大时间变化率，确定炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线，根据炮检组合对绕射波的最大振幅压制特性曲线确定炮检组合。本发明可以通过地下绕射点的深度和上伏地层的均方根速度，以及偏移距矢量和炮检距矢量，结合需要保护绕射波的最高频率（高截频），确定炮点组合基距和检波点组合基距。

Description

一种确定炮检点组合的方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术，是一种地震数据采集中的确定炮检点组合的方法。

背景技术

在地震数据采集中，常用检波点组合和炮点组合(炮检组合)来压制噪音，保护有效信号。而目前炮检组合的方法，一是基于二维反射波的时间变化率来设计的，这种方法只考虑纵向组合对噪音的压制，没有考虑其它方向组合对噪音的压制，因此不适合三维地震数据采集的炮检组合的要求；二是根据最大炮检距的反射波场时间化率来确定组合基距，只考虑保护反射信号而没有考虑有效绕射波场的影响，这样组合基距的设计往往偏大，会造成有效绕射波波场能量衰减严重，不能满足叠前偏移成像的要求，影响地震偏移成像质量。

发明内容

本发明目的在于提供一种满足叠前偏移绕射成像要求的确定炮检点组合的方法。

本发明通过以下具体步骤实现：

1)采集或收集以往的地震资料，获取确定炮检组合的地球物理参数；

步骤1)所述的获取确定炮检组合的地球物理参数是：

根据地震解释资料和钻井资料确定目的层的深度；根据目的层的深度选取绕射点的深度和绕射点处的地层倾角；

根据以往的地震处理资料或者测井资料得到目的层反射时间和叠加速度；

根据目的层的反射时间和叠加速度计算绕射点以上地层的均方根速度。所述的均方根速度采用下式计算：

V_R＝V_acosφ (1)

式中：V_R为绕射点以上地层的均方根速度；V_a为叠加速度，Φ为地层倾角；

根据地质任务要求，确定需要保护绕射波的最高频率。

2)确定炮点组内距、检波点组内距的绕射波场最大时间变化率；

(1)通过绕射点与炮点、检波点的关系(附图1)建立以下炮点组合中心到绕射点再到检波点组合中心的时距方程：

$t=\frac{1}{v}(\sqrt{x_s^2+y_s^2+z^2}+\sqrt{x_r^2+y_r^2+z^2})---\left(2\right)$

式中x_s、y_s表示炮点组合中心的横坐标和纵坐标，x_r、y_r表示检波点组合中心的横坐标和纵坐标，z为绕射点的深度，v表示绕射点上伏地层的均方根速度；

(2)对以上时距方程求导取极值得到检波点组内距的最大时间变化率和炮点组内距的最大时间变化率：

${\mathrm{dt}}_{r,max}=\frac{(r_0+h)}{\sqrt{{(r_0+h)}^2+z^2}}\frac{\mathrm{\δ}r}{v}=br\frac{\mathrm{\δ}r}{v}---\left(3\right)$

${\mathrm{dt}}_{s\·\max }=\frac{(r_0-h)}{\sqrt{{(r_0-h)}^2+z^2}}\frac{\mathrm{\δ}s}{v}=bs\frac{\mathrm{\δ}s}{v}---\left(4\right)$

式中，dt_r,max为检波点组内距的最大时间变化率，dt_s,max为炮点组内距的最大时间变化率，h为半炮检距，r₀为绕射点在地面投影到炮检距中点的连线距离，δs表示炮点组合內距，δr表示检波点组合內距，z为绕射点的深度，br为绕射点至检波点的射线倾角的正弦，bs为炮点至绕射点的射线倾角的正弦；

(3)将步骤1)得到的地球物理参数代入公式(3)和公式(4)计算，绘制出炮点组内距和检波点组内距的最大时间变化率随半炮检距变化的关系曲线；

3)确定炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线；

(1)将检波点组内距的最大时间变化率公式和炮点组内距的最大时间变化率公式代入炮检组合的振幅压制特性公式，得到炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线公式：

炮检组合的振幅压制特性公式是：

$\left|H\left(f\right)\right|=\frac{\sin \left({\mathrm{\πfNdt}}_s\right)}{N\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_s\right)}\frac{\sin \left({\mathrm{\πfMdt}}_r\right)}{M\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_r\right)}---\left(5\right)$

式中：H(f)表示炮检组合振幅压制特性值；N为炮点组合个数；M为检波点组合个数；dt_r为检波点组内距的时间变化率，dt_s为炮点组内距的时间变化率；

炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线公式是：

$\begin{array}{c}|H\left(f\right){|}_{\max }=\frac{\sin \left({\mathrm{\πfNdt}}_{s\·\max }\right)}{N\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_{s\·\max }\right)}\frac{\sin \left({\mathrm{\πfMdt}}_{r\·\max }\right)}{M\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_{r\·\max }\right)}\\ =\frac{\sin (\mathrm{\π}f\·bs\·Ls/v)}{N\sin (\mathrm{\π}f\·bs\·Ls/(N\×v\left)\right)}\frac{\sin (\mathrm{\π}f\·br\·Lr/v)}{M\sin (\mathrm{\π}f\·br\·Lr/(M\×v\left)\right)}\end{array}---\left(6\right)$

式中：|H(f)|_max表示炮检组合的最大振幅压制特性值；N为炮点组合个数；M为检波点组合个数；Ls表示炮点组合基距，Ls＝N×δs；Lr表示检波点组合基距，Lr＝M×δr；v表示绕射点上伏地层的均方根速度，δs表示炮点组合內距，δr表示检波点组合內距，br为绕射点至检波点的射线倾角的正弦，bs为炮点至绕射点的射线倾角的正弦；

(2)根据以上公式计算绘制炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线；

4)根据炮检组合对绕射波的最大振幅压制特性曲线确定炮检组合。

步骤4)所述的确定炮检组合是根据不同的炮检组合基距能保护的绕射波频率范围确定炮点组合基距和检波点组合基距。

确定炮检组合的条件是绕射波的压制衰减不超过3dB，或绕射波的高频信号最多衰减30％。

本发明可以通过地下绕射点的深度和上伏地层的均方根速度，以及偏移距矢量和炮检距矢量，结合需要保护绕射波的最高频率(高截频)，确定炮点组合基距和检波点组合基距。

附图说明

图1绕射点与炮点、检波点关系示意图；

图2检波点组内距的最大时间变化率随半炮检距变化的曲线；

图3炮点组内距的最大时间变化率随半炮检距变化的曲线；

图4炮检组合对绕射波的最大振幅压制曲线。

具体实施方式

本发明的核心是就是从点源绕射波场分布特征出发，按照叠前偏移成像对绕射波场保护的要求，确定在任意方向上的炮点组合基距和检波点组合基距。

具体实现步骤如下：

1)收集以往的地震资料，获取确定炮检组合的地球物理参数；

步骤1)所述的获取确定炮检组合的地球物理参数是：

根据地震解释资料和钻井资料确定目的层的深度；根据目的层的深度选取绕射点的深度和绕射点处的地层倾角；

根据以往的地震处理资料或者测井资料得到目的层反射时间和叠加速度；

根据目的层的反射时间和叠加速度计算绕射点以上地层的均方根速度。所述的均方根速度采用下式计算：

V_R＝V_acosφ (1)

式中：V_R为绕射点以上地层的均方根速度；V_a为叠加速度，Φ为地层倾角；

根据地质任务要求，确定需要保护绕射波的最高频率。

以一个绕射点为例，绕射点深度为2000m，地层倾角为10°，叠加速度为2500m/s，根据公式(1)可知这个绕射点的上伏地层均方根速度为2462m/s。根据地质任务要求，需要保护绕射波的最高频率为60Hz。

2)确定炮点组内距、检波点组内距的绕射波场最大时间变化率；

(1)通过绕射点与炮点、检波点的关系建立以下炮点组合中心到绕射点再到检波点组合中心的时距方程：

图1是绕射点与炮点、检波点关系示意图。图中炮点S(x_s,y_s)到检波点R(x_r,y_r)之间的连线距离称为炮检距，绕射点P(0,0,z)在地面投影到炮点至检波点之间距离(炮检距)中点的连线距离为r₀，称为偏移距，连接检波点R(x_r,y_r)的虚线为检波点组合示意线，连接炮点S(x_s,y_s)的虚线为炮点组合示意线；S(x_s,y_s)为炮点坐标，R(x_r,y_r)为检波点坐标，P(0,0,z)为绕射点的空间坐标，h为半炮检距，α为偏移距矢量与x轴正向的夹角，β为炮检距矢量与x轴正向夹角，θ_r为检波点组合方向与x轴正向的最小夹角。z为绕射点的深度。

$t=\frac{1}{v}(\sqrt{x_s^2+y_s^2+z^2}+\sqrt{x_r^2+y_r^2+z^2})---\left(2\right)$

式中x_s、y_s表示炮点组合中心的横坐标和纵坐标，x_r、y_r表示检波点组合中心的横坐标和纵坐标，z为绕射点的深度，v表示绕射点上伏地层的均方根速度；

(2)对以上时距方程求导取极值得到检波点组内距的最大时间变化率和炮点组内距的最大时间变化率：

${\mathrm{dt}}_{r,max}=\frac{(r_0+h)}{\sqrt{{(r_0+h)}^2+z^2}}\frac{\mathrm{\δ}r}{v}=br\frac{\mathrm{\δ}r}{v}---\left(3\right)$

${\mathrm{dt}}_{s\·\max }=\frac{(r_0-h)}{\sqrt{{(r_0-h)}^2+z^2}}\frac{\mathrm{\δ}s}{v}=bs\frac{\mathrm{\δ}s}{v}---\left(4\right)$

式中，dt_r,max为检波点组内距的最大时间变化率(ms)，dt_s,max为炮点组内距的最大时间变化率(ms)，h为半炮检距(m)，r₀为绕射点在地面投影到炮检距中点的连线距离，δs表示炮点组合內距，δr表示检波点组合內距，z为绕射点的深度，br为绕射点至检波点的射线倾角的正弦，bs为炮点至绕射点的射线倾角的正弦；

(3)将步骤1)得到的地球物理参数代入公式(3)和公式(4)计算，绘制出炮点组内距和检波点组内距的最大时间变化率随半炮检距变化关系曲线；

根据公式(3)和公式(4)，以及由步骤1)获得的这个绕射点的上伏地层均方根速度为2462m/s和绕射点深度为2000m；取r₀＝1000m，检波点组内距δr＝2m，3m，4m和炮点组内距δs＝2m，4m，6m；可以绘制出这个绕射点在炮点组内距、检波点组内距的最大时间变化率随半炮检距变化的曲线。

图2是检波点组內距的最大时间变化率随半炮检距变化的曲线，横坐标为半炮检距，单位为m；纵坐标最大时间变化率，单位为ms；不同颜色实线代表不同的检波点组内距的最大时间变化率。

图3是炮点组內距的最大时间变化率随半炮检距变化的曲线，横坐标为半炮检距，单位为m，纵坐标最大时间变化率，单位为ms，不同颜色实线代表不同的炮点组内距的最大时间变化率。

3)确定炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线：

(1)将检波点组内距的最大时间变化率公式和炮点组内距的最大时间变化率公式代入炮检组合的振幅压制特性公式，得到炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线公式：

炮检组合的振幅压制特性公式是：

$\left|H\left(f\right)\right|=\frac{\sin \left({\mathrm{\πfNdt}}_s\right)}{N\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_s\right)}\frac{\sin \left({\mathrm{\πfMdt}}_r\right)}{M\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_r\right)}---\left(5\right)$

式中：H(f)表示炮检组合振幅压制特性值；N为炮点组合个数；M为检波点组合个数；dt_r为检波点组内距的时间变化率，dt_s为炮点组内距的时间变化率；

炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线公式是：

$\begin{array}{c}|H\left(f\right){|}_{\max }=\frac{\sin \left({\mathrm{\πfNdt}}_{s\·\max }\right)}{N\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_{s\·\max }\right)}\frac{\sin \left({\mathrm{\πfMdt}}_{r\·\max }\right)}{M\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_{r\·\max }\right)}\\ =\frac{\sin (\mathrm{\π}f\·bs\·Ls/v)}{N\sin (\mathrm{\π}f\·bs\·Ls/(N\×v\left)\right)}\frac{\sin (\mathrm{\π}f\·br\·Lr/v)}{M\sin (\mathrm{\π}f\·br\·Lr/(M\×v\left)\right)}\end{array}---\left(6\right)$

式中：|H(f)|_max表示炮检组合的最大振幅压制特性值；N为炮点组合个数；M为检波点组合个数；Ls表示炮点组合基距，Ls＝N×δs；Lr表示检波点组合基距，Lr＝M×δr；v表示绕射点上伏地层的均方根速度，δs表示炮点组合內距，δr表示检波点组合內距，br为绕射点至检波点的射线倾角的正弦，bs为炮点至绕射点的射线倾角的正弦；

(2)根据以上公式计算绘制炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线；

由步骤1)获得的这个绕射点的上伏地层均方根速度为2462m/s和绕射点深度为2000m；以及由根据步骤2)获得的炮点组内距的最大时间变化率、检波点组内距的最大时间变化率，取检波点组合个数M＝10；炮点组合个数N＝5；检波点组内距δr＝2m，3m，4m和炮点组内距δs＝2m，4m，6m，则检波点组合基距为Lr＝20m，30m，40m，炮点组合基距为Ls＝10m，20m，30m，可以得到如下的炮检组合方式(见表1)：

表1炮检组合方式统计表

注：R1、R2、R3分别代表激发组合基距20m、30m、40m；S1、S2、S3分别代表激发组合基距10m、20m、30m；如：R2S2表示检波点基距30m与炮点基距20m的振幅特性。

取r0＝1000m，h＝1500m，根据公式(6)绘制出不同炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线；

图4是不同炮检组合对绕射波振幅的压制曲线，横坐标为绕射波的频率，纵坐标为振幅压制的分贝数。图中不同颜色线代表不同的炮检组合方式。

4)根据炮检组合对绕射波的最大振幅压制特性曲线确定炮检组合。

步骤4)所述的确定炮检组合是根据不同的炮检组合基距能保护的绕射波频率范围确定炮点组合基距和检波点组合基距。

确定炮检组合的条件是绕射波的压制衰减不超过3dB，或绕射波的高频信号最多衰减30％。

根据步骤3)的炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线图，根据确定炮检组合的条件，绕射波的压制衰减不超过3dB，可以得到不同炮检组合方式能保护绕射波的最高频率(表2)，结合步骤1)得到的需要保护绕射波的最高频率为60Hz，采用R1S1和R1S2的炮检组合方式，即炮点组合基距和检波点组合基距都应该在20m之内，能满足保护最高频率为60Hz的绕射波信息。

表2不同炮检组合方式保护绕射波的最高频率统计表

组合方式	R1S1	R2S1	R3S1	R1S2	R2S2	R3S2	R1S3	R2S3	R3S3
										最高频率(Hz)	69	67	46	46	45	45	35	35	34

Claims (5)

1.一种确定炮检点组合的方法，特点是通过以下具体步骤实现：

1)采集或收集地震资料，获取确定炮检组合的地球物理参数；

2)确定炮点组内距、检波点组内距的绕射波场最大时间变化率；

(1)通过绕射点与炮点、检波点的关系建立以下炮点组合中心到绕射点再到检波点组合中心的时距方程：

$t=\frac{1}{v}(\sqrt{x_s^2+y_s^2+z^2}+\sqrt{x_r^2+y_r^2+z^2})---\left(2\right)$

式中x_s、y_s表示炮点组合中心的横坐标和纵坐标，x_r、y_r表示检波点组合中心的横坐标和纵坐标，z为绕射点的深度，v表示绕射点上伏地层的均方根速度；

(2)对以上时距方程求导取极值得到检波点组内距的最大时间变化率和炮点组内距的最大时间变化率：

${\mathrm{dt}}_{r,max}=\frac{(r_0+h)}{\sqrt{{(r_0+h)}^2+z^2}}\frac{\mathrm{\δ}r}{v}=br\frac{\mathrm{\δ}r}{v}---\left(3\right)$

${\mathrm{dt}}_{s\·\max }=\frac{(r_0-h)}{\sqrt{{(r_0-h)}^2+z^2}}\frac{\mathrm{\δ}s}{v}=bs\frac{\mathrm{\δ}s}{v}---\left(4\right)$

式中，dt_r,max为检波点组内距的最大时间变化率，dt_s,max为炮点组内距的最大时间变化率，h为半炮检距，r₀为绕射点在地面投影到炮检距中点的连线距离，δs表示炮点组合內距，δr表示检波点组合內距，z为绕射点的深度，br为绕射点至检波点的射线倾角的正弦，bs为炮点至绕射点的射线倾角的正弦；

(3)将步骤1)得到的地球物理参数代入公式(3)和公式(4)计算，绘制出炮点组内距和检波点组内距的最大时间变化率随半炮检距变化的关系曲线；

3)确定炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线；

(1)将检波点组内距的最大时间变化率公式和炮点组内距的最大时间变化率公式代入炮检组合的振幅压制特性公式，得到炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线公式：

炮检组合的振幅压制特性公式是：

$\left|H\left(f\right)\right|=\frac{\sin \left({\mathrm{\πfNdt}}_s\right)}{N\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_s\right)}\frac{\sin \left({\mathrm{\πfMdt}}_r\right)}{M\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_r\right)}---\left(5\right)$

式中：H(f)表示炮检组合振幅压制特性值；N为炮点组合个数；M为检波点组合个数；dt_r为检波点组内距的时间变化率，dt_s为炮点组内距的时间变化率；

炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线公式是：

$\begin{array}{c}{\left|H\left(f\right)\right|}_{\max }=\frac{\sin \left({\mathrm{\πfNdt}}_{s\·\max }\right)}{N\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_{s\·\max }\right)}\frac{\sin \left({\mathrm{\πfMdt}}_{r\·\max }\right)}{M\sin \left({\mathrm{\πfdt}}_{r\·\max }\right)}\\ =\frac{\sin (\mathrm{\π}f\·bs\·Ls/v)}{N\sin (\mathrm{\π}f\·bs\·Ls/(N\×v\left)\right)}\frac{\sin (\mathrm{\π}f\·br\·Lr/v)}{M\sin (\mathrm{\π}f\·br\·Lr/(M\×v\left)\right)}\end{array}---\left(6\right)$

式中：|H(f)|_max表示炮检组合的最大振幅压制特性值；N为炮点组合个数；M为检波点组合个数；Ls表示炮点组合基距，Ls＝N×δs；Lr表示检波点组合基距，Lr＝M×δr；v表示绕射点上伏地层的均方根速度，δs表示炮点组合內距，δr表示检波点组合內距，br为绕射点至检波点的射线倾角的正弦，bs为炮点至绕射点的射线倾角的正弦；

(2)根据以上公式计算绘制炮检组合对绕射波的最大压制特性曲线；

4)根据炮检组合对绕射波的最大振幅压制特性曲线确定炮检组合。

2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1)所述的获取确定炮检组合的地球物理参数是：

根据地震解释资料和钻井资料确定目的层的深度；根据目的层的深度选取绕射点的深度和绕射点处的地层倾角；

根据以往的地震处理资料或者测井资料得到目的层反射时间和叠加速度；

根据目的层的反射时间和叠加速度计算绕射点以上地层的均方根速度。

3.根据权利要求2所述的方法，特点是所述的均方根速度采用下式计算：

V_R＝V_acosφ (1)

式中：V_R为绕射点以上地层的均方根速度；V_a为叠加速度，Φ为地层倾角；

根据地质任务要求，确定需要保护绕射波的最高频率。

4.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤4)所述的确定炮检组合是根据不同的炮检组合基距能保护的绕射波频率范围确定炮点组合基距和检波点组合基距。

5.根据权利要求1所述的方法，特点是确定炮检组合的条件是绕射波的压制衰减不超过3dB，或绕射波的高频信号最多衰减30％。