CN107831533A - 基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法。所述方法包括：选取勘探目的层，布设震源点和检波点；从震源点位置进行波场能量向下传播延拓，经目的层反射，形成二次震源，将此时目的层的能量作为二次震源的能量值向地表进行反向传播延拓，记录检波点接收到的能量值，记为炮检对能量值；得到每个炮检对的能量值，绘制炮检对能量值图，以图的对角线为零偏移距线，根据炮检对能量值的分布范围，得平行于零偏移距线的参考线，该参考线与检波点线的交点得到的值则是针对当前目的层的合理的检波器排列长度。能够实现了对检波器排列长度的定量评估，进而优化采集观测系统，节约施工成本，提高采集资料质量。

Description

基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法

技术领域

本发明石油地震勘探采集方案优化设计领域，更具体地讲，涉及一种一种采集方案检波器排列长度定量分析方法。

背景技术

西部复杂山地地区是是勘探程度较低的油气富集地区。由于山地地区地表地震条件和地下地质条件均很复杂，对地震勘探设备和地震勘探技术的要求高，因此许多常规的地震勘探技术无法适用于山地地区。随着科学技术的发展和国民生活水平的不断提高，人们对能源的需求量越来越大，同时在平原地区资源日益减少的形势下，开发利用山地油气资源是解决能源接替的途径之一。

地震观测系统设计和采集参数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只依赖于炮点和检波点排列范围，而与地下结构、目的层深度无关。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点进行设计的观测系统精度降低。由于目的层各CRP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优化设计方法势在必行。

基于能量统计的采集方案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。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。

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，而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的优劣。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，最大炮检距分析是二维观测系统设计中的重要参数，实际生产正急需这种定量分析。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的在于提出一种针对山地复杂构造的采集方案检波器排列长度的定量评估，进而优化采集观测系统，节约施工成本，提高采集资料质量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法。所述方法包括：选取勘探目的层，在模型的地表布设震源点和检波点；从每个震源点位置进行波场能量向下传播延拓，经过目的层的反射，在目的层形成二次震源，将此时目的层的能量作为二次震源的能量值向地表进行反向传播延拓，记录每个检波点接收到的对应于每个震源点的能量值；根据每个检波点接收到的对应于每个震源点的能量值绘制出当前模型的能量值分布图，所述能量值分布图的对角线为零偏移距线，根据图中能量值的分布范围，得到一条平行于零偏移距线的参考线，该参考线与检波点线的交点得到的值则是针对当前目的层的合理的检波器排列长度。

在本发明的一个示例性实施例中，所述布设震源点和检波点可以是在模型的地表上的每个点都有震源点和检波点，即为满布设。

在本发明的一个示例性实施例中，所述延拓可以利用高精度的有限差分算子。

在本发明的一个示例性实施例中，所述延拓的计算步骤可以包括：

式1为在频率域中，密度固定的声波方程。

式1为：(k²+Δ)U(r_s,r,ω)＝-f(ω)δ(r-r_s)。

其中：k＝ω/c₀(r)为波数，Δ为拉普拉斯算子，c₀(r)为点r处的背景场速度值，f(ω)为震源函数，r_s为震源点位置，w为频率，r为地下介质中某一点的位置，U为波场函数，δ为狄拉克函数。

式2为通过向下传播延拓和反向传播延拓后，在接收点处的波场表达式。

式2为：P(r_s,r_g,ω)＝2k²∫_V(r)G(r,r_s；ω)m(r)G(r,r_g；ω)d³r。

其中：m(r)＝δc(r)/c₀(r)是在地下r＝(x,y,z)处速度模型扰动，G(r,r_s；ω)和G(r,r_g；ω)分别是频率域中震源和检波点位置的格林函数，V(r)为目标反射层位置，r_g为检波点位置。

式3为任一个检波点接收到的对应于任一个震源点的能量值。

式3为：P_sr(r_s,r_g,ω)＝|P(r_s,r_g,ω)|。

在本发明的一个示例性实施例中，所述分布范围可以包括炮检对能量值的80％至95％。

在本发明的一个示例性实施例中，所述合理的检波器排列长度可以是山地复杂构造的采集方案检波器排列长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：能够克服常规的基于波动方程的地震采集方案评价方法无法定量分析采集方案检波器的合理摆放个数的问题。从基于能量统计的角度实现了对检波器排列长度的定量评估，进而优化采集观测系统，节约施工成本，提高采集资料质量。对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。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法的起伏地表的示意图。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法的地震波传播和反射过程的示意图。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法的所有震源和检波点的能量分布图。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例和附图来详细说明本发明的基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法，即基于能量统计的方式来定量分析采集方案中检波器排列长度的方法。

根据本发明示例性实施例的基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法可以包括如下步骤：

步骤(1)，选取目标反射层。对于地震勘探，有主要的勘探目的层，施工设计时采集参数应该主要侧重于适应主要勘探目的层，通过选取目标反射层如图1所示，选择地震波的反射点如图2所示。

步骤(2)，设计采集方案。由于本技术论证的是采集方案的检波器排列长度，因此将震源点和检波器在模型的地表全部布设，即布设满模型的整个表面。

步骤(3)，对选定的一个勘探目的层位置，从震源点位置利用高精度有限差分算子进行波场能量向下传播延拓，经过勘探目的层反射，在目的层形成二次震源，将此时勘探目的层的能量作为二次震源能量值，利用高精度有限差分算子向地表进行反向传播延拓，然后记录检波器接收到的能量值，需要说明的是对有限差分算子的选择不限于此。对所有的震源点进行同样操作，因此就可以得到整个观测系统的炮检对在检波点处的能量分布图(也可称为能量值分布图)。

计算方法如下：

在频率域中，密度固定的声波方程可以表示为：

(k²+Δ)U(r_s,r,ω)＝-f(ω)δ(r-r_s) (1)

其中：k＝ω/c₀(r)为波数，Δ为拉普拉斯算子，c₀(r)为点r处的背景场速度值，f(ω)为震源函数，r_s为震源点位置，w为频率，r为地下介质中某一点的位置，U为波场函数，δ为狄拉克函数。通过正向延拓和反向延拓，在接收点处的波场可以表示为：

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

其中：m(r)＝δc(r)/c₀(r)是在地下r＝(x,y,z)处速度模型扰动，G(r,r_s；ω)和G(r,r_g；ω)分别是频率域中震源和检波点位置的格林函数，V(r)为目标反射层位置，r_g为检波点位置。对于一个单独的炮检对，公式(2)的振幅值可以认为是这个炮点所对应的那个检波点的响应，即为炮检对能量值，公式如下：

P_sr(r_s,r_g,ω)＝|P(r_s,r_g,ω)| (3)

炮检对能见度由炮点所对应的所有检波点的能量值组合而成，计算公式如下：

步骤(4)，得到所有震源在检波点处的能量分布图。如图3所示，图中横纵坐标的单位是km或m，分别对应炮点和检波点的坐标，图中箭头所指的A区域(梭形黑色区域)为能量最高的区域，B区域(A区域外的环形白色区域)的能量相对于A区域减弱，C区域(B区域外的环形黑色区域)的能量相对于B区域减弱，D区域(C区域外的环形白色区域及向外颜色逐渐变黑的环形区域)的能量相对于C区域减弱，从A区域到B区域到C区域到D区域能量逐渐减弱，D区域以外的黑色背景区域为能量零值区域。图形的对角线则为零偏移距参考线，选择一条与零偏移距参考线平行，且包括了炮检对主要能量的一个范围(一般选择90％或者85％)的线(如图3中的虚线)，这条线与检波点线的交点(如图3中的两个黑色原点E和F)得到的值则是针对当前目标层的合理的检波器排列长度。

如图3所示为利用该技术可实现对山地复杂构造的采集方案检波器排列长度的定量评估，进而优化采集观测系统，节约施工成本，提高采集资料质量。

尽管上面已经结合附图和示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (6)

1.一种基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

选取勘探目的层，在模型的地表布设震源点和检波点；

从每个震源点位置进行波场能量向下传播延拓，经过目的层的反射，在目的层形成二次震源，将此时目的层的能量作为二次震源的能量值向地表进行反向传播延拓，记录每个检波点接收到的对应于每个震源点的能量值；

根据每个检波点接收到的对应于每个震源点的能量值绘制出当前模型的能量值分布图，所述能量值分布图的对角线为零偏移距线，根据图中能量值的分布范围，得到一条平行于零偏移距线的参考线，该参考线与检波点线的交点得到的值则是针对当前目的层的合理的检波器排列长度。

2.根据权利要求1所述的基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法，其特征在于，所述布设震源点和检波点是在模型的地表上的每个点都设置震源点和检波点。

3.根据权利要求1所述的基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法，其特征在于，所述延拓利用了高精度的有限差分算子。

4.根据权利要求1所述的基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法，其特征在于，所述延拓的计算步骤包括：

式1为在频率域中，密度固定的声波方程，

式1为：(k²+Δ)U(r_s,r,ω)＝-f(ω)δ(r-r_s)，

其中：k＝ω/c₀(r)为波数，Δ为拉普拉斯算子，c₀(r)为点r处的背景场速度值，f(ω)为震源函数，r_s为震源点位置，w为频率，r为地下介质中某一点的位置，U为波场函数，δ为狄拉克δ函数；

式2为通过向下传播延拓和反向传播延拓后，在接收点处的波场表达式，

式2为：P(r_s,r_g,ω)＝2k²∫_V(r)G(r,r_s；ω)m(r)G(r,r_g；ω)d³r，

其中：m(r)＝δc(r)/c₀(r)是在地下r＝(x,y,z)处速度模型扰动，G(r,r_s；ω)和G(r,r_g；ω)分别是频率域中震源和检波点位置的格林函数，V(r)为目标反射层位置，r_g为检波点位置；

式3为任一个检波点接收到的对应于任一个震源点的能量值，

式3为：P_sr(r_s,r_g,ω)＝|P(r_s,r_g,ω)|。

5.根据权利要求1所述的基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法，其特征在于，所述分布范围包括了炮检对能量值的80％至95％。

6.根据权利要求1所述的基于能量统计的采集方案检波器排列长度定量分析方法，其特征在于，所述合理的检波器排列长度为山地复杂构造的采集方案检波器排列长度。