CN104570062B - 一种以激发为中心的vsp观测系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以激发为中心的VSP观测系统设计方法，属于VSP观测系统设计领域。本方法包括：(1)根据勘探任务设计出常规VSP观测系统；(2)依据地表激发条件，重新设计炮点位置和排列方式，得到不规则的炮点排列；(3)获取不规则的炮点排列对应的接收点位置；(4)将落在接收区间内的接收点位置进行离散统计得到理想接收点位置密度分布图；(5)根据理想接收点位置密度分布图确定接收点密度和接收点排列方式。

Description

一种以激发为中心的VSP观测系统设计方法

技术领域

本发明属于VSP观测系统设计领域，具体涉及一种以激发为中心的VSP观测系统设计方法。

背景技术

观测系统设计是VSP野外地震数据采集的施工依据。但长期以来，由于技术的局限，常规的观测系统设计都是假设水平地表和水平介质，并且激发和接收都设计成规则形状。随着勘探程度的不断深入，地表平坦和目的层为水平的勘探工区越来越少，大幅度的起伏地表探区越来越多。在观测系统设计领域一直沿用的方法仍然是设计成规则的炮点和接收点排列。在一些地表极其复杂的地区，按规则排列的炮点激发往往很难得到高质量的原始VSP记录。经常得到的原始VSP记录是信噪比底、激发能量弱、干扰波严重。这样的原始记录质量使后续的VSP资料处理困难重重，根本无法反演出目的层的真实参数。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种以激发为中心的VSP观测系统设计方法，采用以激发为中心的观测系统设计方法，首先根据地表激发条件确定好炮点排列。然后根据炮点排列和对目的层的覆盖次数要求，反演出接收排列的位置和形状。从而提高VSP野外地震记录的质量，为进一步的波场分离、数据叠加和成像提供保障。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种以激发为中心的VSP观测系统设计方法，包括：

(1)根据勘探任务设计出常规VSP观测系统；

(2)依据地表激发条件，重新设计炮点位置和排列方式，得到不规则的炮点排列(炮点排列包括了炮点位置和排列方式)；

(3)获取不规则的炮点排列对应的接收点位置；

(4)将落在接收区间内的接收点位置进行离散统计得到理想接收点位置密度分布图；

(5)根据理想接收点位置密度分布图确定接收点密度和接收点排列方式。

所述方法进一步包括：

(6)根据步骤(2)确定的炮点位置和排列方式和步骤(5)确定的接收点密度和接收点排列方式，进行炮点-CRP-接收点方向的射线追踪计算，获得基于CRP的叠加次数统计和方位角统计；

(7)对步骤(6)得到的结果中，叠加次数和方位角没达到勘探任务对CRP面元属性的要求的面元，进行接收点-CRP-炮点方向的射线追踪计算，获取需要补炮的炮点密度分布图，并根据所述需要补炮的炮点密度分布图确定加密补炮的炮点位置和排列方式。

所述步骤(2)是这样实现的：

沿复杂地表的沟谷、地势平坦区域、岩性有利区域重新设计炮点位置和排列方式，形成根据地势变化的不规则的炮点排列；

重新设计炮点位置和排列方式的过程中，炮线数量和炮间距参考步骤(1)中得到的常规观测系统中的参数；

在炮线减少的情况下，减小炮间距，增加炮点数量，但总炮数不超过步骤(1)中得到的常规观测系统中的总炮数。

所述步骤(3)是这样实现的：

根据步骤(2)得到的不规则的炮点排列，以及勘探任务对CRP面元属性的要求，进行炮点-CRP-接收点方向的射线追踪计算，得到经过CRP面元中心的每条射线的理想接收点位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所设计的VSP观测系统，由于是以激发为中心的思想设计的，它较好地保证了VSP野外采集记录的信噪比、减少了干扰波，有效解决了复杂地表引起的原始资料能量弱的问题。这为后续提高VSP资料处理(包括波场分离、道集叠加和数据成像)质量创造了条件。

附图说明

图1是按常规VSP观测系统设计获得的炮点分布图。

图2是以激发为中心的设计思想获得的炮点分布图。

图3是在经过射线追踪计算和CRP面元属性的补偿后，获得了加密补炮的位置和排列方式。

图4-1是VSP射线路径示意图。

图4-2是接收点密度图(也就是射线数量统计直方图)。

图5本发明方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明针对常规VSP观测系统设计中，由于复杂地表引起的激发能量不足和干扰波严重的问题，采取以激发为中心的观测系统设计思想，从而改善VSP野外地震记录的质量。由于首先根据地表条件确定炮点位置，观测系统的接收设计成非规则排列，对于由此引起的覆盖次数不均匀性，采用加炮补炮的方法来解决。

(1)复杂地表对VSP观测带来的影响

在一些地表复杂的勘探地区，往往单独或同时存在地形起伏激烈、地表切割严重、地表类型变化多样的特点，在进行VSP野外数据采集施工时，很难进行炮点位置的规则布设和精确定位。室内设计好的观测系统很难在野外施工时实施，即使勉强施工，得到的野外资料往往能量不够、信噪比低。

同时，在地表复杂地区还存在表层岩性变化大，激发一致性差的问题。这种地表的不均匀性还直接引起近地表的散射效应，导致野外接收资料干扰严重。

由于地表复杂地区的VSP施工中，常规的规则排列的激发方式，无法获得好的野外采集资料，使很多后续的地震数据处理和成像方法和手段都无法获得好的结果。

(2)以激发为中心的VSP观测系统设计流程图

如图5所示，本发明的设计流程和实现步骤如下：

1.根据勘探任务，按常规VSP观测系统设计方法，确定出常规观测系统(常规设计方法可以由技术人员使用不同软件，考虑不同因素设计而成，不会完全相同，但基于设计手段和思想的局限，所有得到的常规观测系统都无法考虑特殊的地表激发因素。)；

2.在上述确定的大致激发范围内，重新设计炮点位置和排列方式。设计思路：沿复杂地表的沟谷、地势平坦区域、岩性有利区域重设炮点和排列，形成不规则的炮点排列(即炮线不再遵循规则排列，地势怎么样就怎么样布，布设完成的炮点排列是非规则形状。)。其中炮线数量，炮间距可以大致参考原来的参数(即常规观测系统中的参数)，在炮线减少的情况(很多的情况下，无法布设足够的炮线，就会出现炮线减少的情况，这些情况包括激发有利区域不足、激发不利区域(陡坡、岩性松散区域)等等)下，可以适当减小炮间距，增加炮点数量(在现在(沿沟谷)设计的炮线上加密炮点)，以总炮数不超过原设计炮数(即常规观测系统中的炮数)为原则。

3.根据重新设计的不规则炮点位置，以及勘探任务对CRP面元属性(叠加次数、方位角均匀性和偏移距)的要求，进行S-CRP-R(炮点-CRP-接收点)方向的射线追踪计算，得到经过CRP面元中心的每条射线的接收点位置；

4.获得理想接收点位置密度分布图：将落在接收区间内的接收点位置进行离散统计就得到理想接收点位置密度分布图。

5.根据接收点位置密度分布图确定接收点密度和接收点排列方式，即按照密度分布图来排列接收点，具体到实施例中，就是根据图4-2的密度分布统计直方图来确定接收点密度和接收点排列方式。

6.根据确定的炮点和接收点设计，进行射线追踪计算，求取基于CRP的叠加次数统计和方位角统计，即判断CRP反射点落在哪个面元，就统计进那个面元的属性里去。

7.对上述计算结果中，叠加次数和方位角设计没达到要求(即前述的“对CRP面元属性(叠加次数、方位角均匀性和偏移距)的要求”)的面元，进行R-CRP-S(接收点-CRP-炮点)方向的射线追踪计算。获取需要补炮的炮点密度分布图，并以此进行恰当的加密补炮设计。这里进行的是补充射线追踪，基本的(主要的)设计已经完成了：接收点确定了，有利的炮点也确定好了。但有一部分面元的叠加次数不足，所以这时以接收点和CRP点为已知条件，来反向追踪炮点位置。再额外增加射线和炮点数量，使每个面元的叠加次数达到设计要求。

(3)炮点布设排列的确定

按常规VSP观测系统设计(步骤1)，获得的炮点分布图如图1所示：

根据以激发为中心的设计思想，在上述确定的大致激发范围内，重新设计炮点位置和排列方式。设计思路：沿复杂地表的沟谷、地势平坦区域、岩性有利区域重设炮点和排列，形成不规则的炮点排列。其中炮线数量，炮间距可以大致参考原来的参数，在炮线减少的情况下，可以适当减小炮间距，增加炮点数量，以总炮数不超过原设计炮数为原则。新的炮点排列图如图2所示(步骤2)：

在经过射线追踪计算和CRP面元属性的补偿后，获得了加密补炮的位置和排列方式，最终的炮点排列如图3所示(步骤7)：

其中的炮线1-8为“步骤2”确定的不规则炮线，炮线9、10、11、12、13为最后的补炮结果。

(4)接收点分布密度图(即前述的接收点位置密度分布图)的生成

如图4-1和图4-2所示，针对所有炮点对每个CRP反射面元进行射线追踪计算(追踪到井位位置，例如图4-1中的S1-CRP1-R4、S1-CRP2-R2、S2-CRP1-R5、S2-CRP2-R3、S2-CRP3-R1等五条射线)，并对落在接收区间内的射线数量进行离散统计，形成图4-2中的接收点密度图(也就是射线数量统计直方图)。

(5)S-CRP-R方向和R-CRP-S方向射线追踪的实现(射线追踪的方法是通用的方法，它是根据弹性波传播理论，通过简化而得。这里R-CRP-S方向的(反向)射线追踪应用了弹性波传播中射线对称的原理，即在二层介质不变的情况下，激发点和接收点互换，射线路径不变。)

射线追踪的理论基础是在高频近似的条件下，地震波场主能量沿射线轨迹附近传播。射线追踪方法主要采用费马原理(Fermat’s principle)、惠更斯原理(Huygens’principle)、斯涅尔定律(Snell’s law)和程函方程(Eikonal equation)。

从Fermat原理出发，利用一阶Taylor不完全展开，可得到如下形式的迭代射线追踪算法(关于所有中间路径点的矩阵方程)：

其中：

Δ_i＝v_il_i

a_i＝x_i-x_i-1，b_i＝y_i-y_i-1，c_i＝z_i(x_i，y_i)-z_i-1(x_i-1，y_i-1)

上式可简写为：

B·T＝D

其中B为2nX2n阶矩阵，T为2n×1阶矩阵，D为2n×1阶矩阵，n为介质模型的层数。通过求解上述方程，可以求得射线中间点的位移修正量，修正后的位移代入上式，可以求得新的修正量，这样不断迭代，最终求得精确射线路径。

S-CRP-R方向射线追踪

现在已知炮点S和共反射点CRP的情况下，可以利用上述方程先求得S-CRP半支的射线路径(射线追踪需要的参数就是射线经过的每一层介质的速度，以及工区的一个分层模型，有条件的可以提供更复杂的模型。根据不同的模型数据可以使用不同的射线追踪方法，但不管用什么射线追踪方法，得到的射线路径是一样的，只是精度稍有不同而已，这种精度上的差异在观测系统的设计上基本反映不出来)。有了半支射线路径，就知道了射线在数学模型中每一层的出射角，由此可以逐步推算出射线在每一层的出射点位置，直至VSP井位。这样就可以求得经过CRP面元中心的每条射线的出射点(即接收点)位置。

R-CRP-S方向射线追踪

现在已知接收点R和共反射点CRP的情况下，可以利用上述方程先求得R-CRP半支的射线路径。有了半支射线路径，就知道了射线在数学模型中每一层的入射角，由此可以逐步推算出射线在每一层的入射点位置，直至地面。这样就可以求得经过CRP面元中心的每条射线的入射点(即炮点)位置。

本发明针对地表复杂地区激发能量弱、信噪比低、干扰严重的特点，以激发为中心的设计思想，优先解决炮点排列布设。采用射线追踪算法确定不规则接收排列。用补炮的方法改善CRP面元属性的均匀性。从而改善了复杂地表情况下VSP野外地震记录的质量，为VSP资料的波场分离和数据成像提供了保障。本方法可在普通台式机和笔记本电脑上安装使用，占用计算机资源少、计算量小，方法简单实用。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (4)

1.一种以激发为中心的VSP观测系统设计方法，其特征在于：所述方法包括：

（1）根据勘探任务设计出常规VSP观测系统；

（2）依据地表激发条件，重新设计炮点位置和排列方式，得到不规则的炮点排列；

（3）获取不规则的炮点排列对应的接收点位置；

（4）将落在接收区间内的接收点位置进行离散统计得到理想接收点位置射线数量统计直方图；

（5）根据理想接收点位置射线数量统计直方图确定接收点密度和接收点排列方式。

2.根据权利要求1所述的以激发为中心的VSP观测系统设计方法，其特征在于：所述方法进一步包括：

（6）根据步骤（2）确定的炮点位置和排列方式和步骤（5）确定的接收点密度和接收点排列方式，进行炮点-CRP-接收点方向的射线追踪计算，获得基于CRP的叠加次数统计和方位角统计；

（7）对步骤（6）得到的结果中，叠加次数和方位角没达到勘探任务对CRP面元属性的要求的面元，进行接收点-CRP-炮点方向的射线追踪计算，获取需要补炮的炮点射线数量统计直方图，并根据所述需要补炮的炮点射线数量统计直方图确定加密补炮的炮点位置和排列方式。

3.根据权利要求1或2所述的以激发为中心的VSP观测系统设计方法，其特征在于：所述步骤（2）是这样实现的：

沿沟谷、地势平坦区域、岩性有利区域重新设计炮点位置和排列方式，形成根据地势变化的不规则的炮点排列；

重新设计炮点位置和排列方式的过程中，炮线数量和炮间距参考步骤（1）中得到的常规观测系统中的参数；

在炮线减少的情况下，减小炮间距，增加炮点数量，但总炮数不超过步骤（1）中得到的常规观测系统中的总炮数。

4.根据权利要求3所述的以激发为中心的VSP观测系统设计方法，其特征在于：所述步骤（3）是这样实现的：

根据步骤（2）得到的不规则的炮点排列，以及勘探任务对CRP面元属性的要求，进行炮点-CRP-接收点方向的射线追踪计算，得到经过CRP面元中心的每条射线的理想接收点位置。