CN107966728A - 炸药震源多震源系统的地震采集方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炸药震源多震源系统的地震采集方法及装置，该采集方法包括随机设置炸药震源多震源系统中的各炸药震源的放置位置；随机激发各炸药震源，并采集各炸药震源所产生的混叠的多震源记录数据；基于与各炸药震源随机激发时间相对应的时间向量对所述混叠的多震源记录数据进行分离,得到伪单震源记录数据；去除所述伪单震源记录数据中的混叠噪音以得到对应于各炸药震源的单震源记录数据。该方法实现了炸药震源的高效采集，最大程度地提高了野外地震采集的效率，节约了勘探成本。
Description
技术领域
本发明属于地震勘探采集技术领域，尤其涉及一种炸药震源多震源系统的地震采集方法及装置。
背景技术
炸药震源因其具有激发能量强、激发频带宽、施工方便的优点而广泛应用于地震采集生产，炸药震源多震源系统是陆上地震勘探中一种主要的地震采集方式。
目前针对炸药震源激发的地震采集，仍主要是沿用常规的采集方式。一般为，下一炮必须等上一炮激发过后才能激发。这种激发采集方式严重影响采集效率，增加了勘探成本。
以常规的炸药震源激发为例，日生产炮在400-800炮，一般平均40炮/小时，如果三维施工200Km2，炮密度为125炮/Km2，需要总炮次75000炮，那么常规采集需要50天。
随着石油价格的持续走低，勘探成本成为影响当前油气勘探进程的关键因素之一，因此如何提高炸药震源的激发采集效率，降低其激发采集成本成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高炸药震源的激发采集效率，降低其激发采集成本的炸药震源的激发采集方案。
为解决上述问题，本发明首先提供了一种炸药震源多震源系统的地震采集方法，所述方法包括以下步骤：随机设置炸药震源多震源系统中的各炸药震源的放置位置；随机激发各炸药震源，并采集各炸药震源所产生的混叠的多震源记录数据；基于与各炸药震源随机激发时间相对应的时间向量对所述混叠的多震源记录数据进行分离,得到伪单震源记录数据；去除所述伪单震源记录数据中的混叠噪音以得到对应于各炸药震源的单震源记录数据。
优选的，所述随机设置炸药震源多震源系统中的各炸药震源的放置位置，包括随机设置炸药震源的数量以及随机设置各炸药震源的空间位置。
优选的，所述随机激发各炸药震源，包括各炸药震源的激发顺序随机以及各炸药震源的激发时间随机。
优选的，各炸药震源的激发时间的间隔小于对所述混叠的多震源记录数据进行采集的整个采集过程的连续记录时间。
优选的，根据如下表达式对各炸药震源所产生的混叠的多震源记录数据u(x,y,z,t,T)进行采集：
其中，ui(xi,yi,zi,t,T)表示混叠的多震源记录数据u(x,y,z,t,T)中对应于第i个炸药震源的记录数据，n表示炸药震源的个数；xi,yi,zi表示第i个炸药震源的位置坐标，t表示对炸药震源进行采样的时间，T表示对混叠的多震源记录数据进行采集的整个采集过程的连续记录时间。
优选的，根据如下表达式对所述混叠的多震源记录数据进行分离：
其中，P为伪单震源记录数据，Γ为与各炸药震源随机激发时间相对应的时间向量。
优选的，采用最小二乘法对所述混叠的多震源记录数据进行分离。
优选的，所述去除所述伪单震源记录数据中的混叠噪音以得到对应于各炸药震源的单震源记录数据，包括：将所述伪单震源记录数据从共炮点道集变化到共偏移距道集以使所述伪单震源记录数据中的混叠噪音表现为随机分布；去除所述伪单震源记录数据中随机分布的混叠噪音。
优选的，所述去除所述伪单震源记录数据中随机分布的混叠噪音，包括：步骤一、获取所述伪单震源记录数据的一个时间层的切片数据，基于所述切片数据选取一个空间中心采样点；步骤二、获取所述空间中心采样点设定半径范围内的各采样点，并基于所述空间中心采样点与各采样点的值计算该设定半径范围的方差；步骤三、将所述设定半径范围内的各采样点的值大于所述方差的采样点过滤掉；步骤四、计算过滤之后所述设定半径范围内的各采样点的均值，并用所述均值替换所述空间中心采样点的值；步骤五、重复步骤一到步骤四，直至去除所述伪单震源记录数据中随机分布的混叠噪音。
本发明还包括一种炸药震源多震源系统的地震采集装置，该装置包括：第一随机模块，其随机设置炸药震源多震源系统中的各炸药震源的放置位置；第二随机模块，其随机激发各炸药震源，并采集各炸药震源所产生的混叠的多震源记录数据；震源分离模块，其基于与各炸药震源随机激发时间相对应的时间向量对所述混叠的多震源记录数据进行分离,得到伪单震源记录数据；混叠去噪模块，其去除所述伪单震源记录数据中的混叠噪音以得到对应于各炸药震源的单震源记录数据。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
通过随机布设炸药震源多震源系统中的各炸药震源，并对各炸药震源进行随机激发，使得共偏移距道集上的有效信号与激发所产生的混叠噪音存在显著性差异，进而通过去除噪音获取单震源记录数据，实现了炸药震源的高效采集，最大程度地提高了野外地震采集的效率，节约了勘探成本。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为根据本发明一实施例的炸药震源多震源系统的地震采集方法的流程示意图；
图2为根据本发明一实施例的对炸药震源进行空间随机布设的示意图；
图3为根据本发明一实施例的共炮点道集上的混叠的多震源记录数据；
图4为根据本发明一实施例的对包含混叠噪音的多震源记录数据进行滤波的流程示意图；
图5为将伪单震源记录数据从共炮点道集变化到共偏移距道集的示意图；
图6为对图5所示的共偏移距道集数据进行滤波后得到的数据的示意图；
图7为去除了混叠噪音的单震源记录数据；
图8为根据本发明另一实施例的炸药震源多震源系统的地震采集装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
图1为根据本发明一实施例的炸药震源多震源系统的地震采集方法的流程示意图，如图所示，该方法包括以下步骤：
步骤S110、随机设置炸药震源多震源系统中的各炸药震源的放置位置。
步骤S120、随机激发各炸药震源，并采集各炸药震源所产生的混叠的多震源记录数据。
步骤S130、基于与各炸药震源随机激发时间相对应的时间向量对上述混叠的多震源记录数据进行分离,得到伪单震源记录数据。
步骤S140、去除伪单震源记录数据中的混叠噪音以得到对应于各炸药震源的单震源记录数据。
具体的，在步骤S110中，采用常规三维布设方法布设陆地采集观测系统，其道间距、炮间距、覆盖次数、排列长度、方位角均需满足地质要求，同时需要保证各炮点之间的空间随机最大化。
在本发明的一个实施例中，空间随机设置可以包括随机设置炸药震源的数量以及随机设置各炸药震源的空间位置。如图2所示，Xs表示炸药震源的个数，Xc表示炸药震源的空间位置(空间网格数)，Xs与Xc在布设区域内均表现出随机性。
在步骤S120中，随机激发各炸药震源以保证各炮点的激发时间随机最大化。即需要满足各炸药震源的激发时间的间隔小于对混叠的多震源记录数据进行采集的整个采集过程的连续记录时间。
在本发明的一个实施例中，时间随机可以包括各炸药震源的激发顺序随机以及各炸药震源的激发时间随机，不同炮线炮点的随机激发。震源激发时间可以由随机编码形成。
通过步骤S110和步骤S120的处理，可以保证各炸药震源的时间和空间的随机最大化。
对经过上述布设的炸药震源多震源系统所产生的地震数据进行采集，记录为共炮点道集上的混叠的多震源记录数据。
多震源激发的波场传播的波动方程如表达式(1)所示：
式中，u为波场，为单个震源在空间中的位置，s(t)为震源激发的子波函数，为多震源数对应的随机激发时间组成的列向量。
进一步地，在本发明的实施例中，采用表达式(2)来对各炸药震源所产生的混叠的多震源记录数据u(x,y,z,t,T)进行采集：
其中，ui(xi,yi,zi,ti,T)表示混叠的多震源记录数据u(x,y,z,t,T)中对应于第i个炸药震源的记录数据，n表示炸药震源的个数；xi,yi,zi表示第i个炸药震源的位置坐标，t表示对炸药震源进行采样的时间，T表示对混叠的多震源记录数据进行采集的整个采集过程的连续记录时间。
接下来，在步骤S130中，基于与各炸药震源随机激发时间相对应的时间向量对混叠的多震源记录数据u(x,y,z,t,T)进行分离，如表达式(3)所示，
其中，P为伪单震源记录数据，Γ为与各炸药震源随机激发时间相对应的时间向量。
利用表达式(3)分离单震源就是求取P值，这个求解是个欠定性问题，可以采用最小二乘法进行求解，得到的是伪分离记录，即按照每个震源激发时间进行时间上的校正。
在常规炸药震源的地震采集中，一般是震源的激发时间间隔大于震源的记录时间，这样在记录得到的共炮点道集上不存在混叠噪音。即假设共炮点道集的记录为Si(xi,yi,zi,ti,Ti)，则在Si(xi,yi,zi,ti,Ti)上不会存在S1，S2，…SN的混叠噪音。而当各炸药震源S1，S2，…SN同步激发时，就会在Si(xi,yi,zi,ti,Ti)上出现混叠的噪音。如图3所示，图3为根据本发明一实施例的共炮点道集上的混叠的多震源记录数据，可以看出相邻炮间存在明显的干扰。
因此，根据表达式(3)分离得到的单震源记录为伪单震源记录数据，还需要对其进行处理以去除混叠的噪音。
在步骤S140中，将伪单震源记录数据P从共炮点道集变化到共偏移距道集。一般的，S1共炮点道集(时间方向)上的有效信号与S2，…SN混叠噪音具有相同的特征，无法进行有效分离。但在共偏移距道集(空间方向)中，当炸药震源的激发时间随机分布时，混叠噪音表现为随机分布，具体主要表现为δ脉冲，可以采用对应的滤波算法对混叠噪音进行压制，例如通过线性Radon变换或高维空间均值滤波等方法进行滤波。
在本发明的一个实施例中，采用基于混叠噪音信号特征的高维空间均值滤波技术去除上述混叠噪音，如图4所示，包括如下步骤：
步骤S410、获取伪单震源记录数据的一个时间层的切片数据，基于该切片数据选取一个空间中心采样点。
步骤S420、获取该空间中心采样点设定半径范围内的各采样点，并基于该空间中心采样点与各采样点的值计算该设定半径范围的方差。
步骤S430、将上述设定半径范围内的各采样点的值大于该设定半径范围的方差的采样点过滤掉。
步骤S440、计算过滤之后设定半径范围内的各采样点的均值，并用计算得到的均值替换该空间中心采样点的值。
步骤S450、重复步骤S410到步骤S440，直至去除伪单震源记录数据中随机分布的混叠噪音。
具体的，获取时间层的切片数据dk(x)，其中dk(x)表示观测数据d(x,t)第k个时间采样点处的切片信号，x表示数据的采样坐标。
假设xi是第i个空间采样点，用集合S(xi)记录数据xi半径r之内的所有空间采样点：
计算集合S(xi)的均值：其中N表示集合S(xi)元素的个数。
计算集合S(xi)的方差：
过滤集合S(xi)中方差之外的元素，用集合S'(xi)表示集合S(xi)中方差以内的元素：
计算集合S'(xi)的均值：
其中，N'表示集合S'(xi)元素的个数。
用均值E'更新xi处的值：dk(xk)＝E'。
重复以上步骤，直到输出所有时间切片层经上述高维空间均值滤波后的数据d'(x,t)，对切片数据进行滤波后得到的数据。
如图5所示是将伪单震源记录数据从共炮点道集变化到共偏移距道集的示意图，经过高维空间均值滤波方法分离后，如图6所示，可以看到去噪分离后清晰完整的共偏移距道集数据图像。
再根据所有时间切片层上的滤波数据得到滤除掉噪音的单震源记录数据，如图7所示，可以看到去噪分离后清晰完整的单炮记录数据。
本发明实施例针对陆地炸药震源激发数据采集，采用同步随机激发方式，最大程度地提高了野外地震采集的效率，并且通过多震源分离技术，实现多源地震数据的成像分离，在提高采集效率的同时，节约勘探成本，易于实际推广应用。
图8为根据本发明另一实施例的炸药震源多震源系统的地震采集装置的结构示意图，如图所示，该采集装置包括：
第一随机模块81，其随机设置炸药震源多震源系统中的各炸药震源的放置位置。
第二随机模块82，其随机激发各炸药震源，并采集各炸药震源所产生的混叠的多震源记录数据。
震源分离模块83，其基于与各炸药震源随机激发时间相对应的时间向量对混叠的多震源记录数据进行分离,得到伪单震源记录数据。
混叠去噪模块84，其去除伪单震源记录数据中的混叠噪音以得到对应于各炸药震源的单震源记录数据。
上述各功能模块的具体操作可参见前一实施例中对应的方法步骤得出，此处不再赘述。
与现有常规的炸药震源激发相比，本发明实施例的地震采集方法能够大大缩小生产周期，显著降低生产成本。
举例而言，日生产炮在400-800炮，一般平均40炮/小时，而采集随机同步激发和连续记录数据方式，600炮/小时(平均10炮/分)。如果三维施工200Km2，炮密度125炮/Km2，总炮次75000炮，常规采集需要50天，随机同步采集只需要5天，节约生产成本约675万元。可控震源激发一般为炸药震源的3倍的炮点密度，如果三维施工200Km2，炮密度375炮/Km2，总炮次75000炮。目前，采用滑动扫描施工，平均效率2000炮/天，可控震源的采集时间需要38天。而采用本发明实施例的随机同步采集将缩短生产周期33天，节约生产成本约495万元。
本发明实施例的地震采集方法，一方面保持了炸药震源激发能量强、频带宽、施工方便等优点，另一方面相比可控震源高效地震采集，大量减少工作量，能有效缩短施工周期，节约地震采集成。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种炸药震源多震源系统的地震采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
随机设置炸药震源多震源系统中的各炸药震源的放置位置；
随机激发各炸药震源，并采集各炸药震源所产生的混叠的多震源记录数据；
基于与各炸药震源随机激发时间相对应的时间向量对所述混叠的多震源记录数据进行分离,得到伪单震源记录数据；
去除所述伪单震源记录数据中的混叠噪音以得到对应于各炸药震源的单震源记录数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随机设置炸药震源多震源系统中的各炸药震源的放置位置，包括随机设置炸药震源的数量以及随机设置各炸药震源的空间位置。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述随机激发各炸药震源，包括各炸药震源的激发顺序随机以及各炸药震源的激发时间随机。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，各炸药震源的激发时间的间隔小于对所述混叠的多震源记录数据进行采集的整个采集过程的连续记录时间。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据如下表达式对各炸药震源所产生的混叠的多震源记录数据u(x,y,z,t,T)进行采集：
<mrow>
<mi>u</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>x</mi>
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<mi>y</mi>
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<mi>t</mi>
<mo>,</mo>
<mi>T</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，ui(xi,yi,zi,t,T)表示混叠的多震源记录数据u(x,y,z,t,T)中对应于第i个炸药震源的记录数据，n表示炸药震源的个数；xi,yi,zi表示第i个炸药震源的位置坐标，t表示对炸药震源进行采样的时间，T表示对混叠的多震源记录数据进行采集的整个采集过程的连续记录时间。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据如下表达式对所述混叠的多震源记录数据进行分离：
<mrow>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>n</mi>
</munderover>
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<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mi>P</mi>
<mi>&Gamma;</mi>
</mrow>
其中，P为伪单震源记录数据，Γ为与各炸药震源随机激发时间相对应的时间向量。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，采用最小二乘法对所述混叠的多震源记录数据进行分离。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除所述伪单震源记录数据中的混叠噪音以得到对应于各炸药震源的单震源记录数据，包括：
将所述伪单震源记录数据从共炮点道集变化到共偏移距道集以使所述伪单震源记录数据中的混叠噪音表现为随机分布；
去除所述伪单震源记录数据中随机分布的混叠噪音。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述去除所述伪单震源记录数据中随机分布的混叠噪音，包括：
步骤一、获取所述伪单震源记录数据的一个时间层的切片数据，基于所述切片数据选取一个空间中心采样点；
步骤二、获取所述空间中心采样点设定半径范围内的各采样点，并基于所述空间中心采样点与各采样点的值计算该设定半径范围的方差；
步骤三、将所述设定半径范围内的各采样点的值大于所述方差的采样点过滤掉；
步骤四、计算过滤之后所述设定半径范围内的各采样点的均值，并用所述均值替换所述空间中心采样点的值；
步骤五、重复步骤一到步骤四，直至去除所述伪单震源记录数据中随机分布的混叠噪音。
10.一种炸药震源多震源系统的地震采集装置，其特征在于，包括：
第一随机模块，其随机设置炸药震源多震源系统中的各炸药震源的放置位置；
第二随机模块，其随机激发各炸药震源，并采集各炸药震源所产生的混叠的多震源记录数据；
震源分离模块，其基于与各炸药震源随机激发时间相对应的时间向量对所述混叠的多震源记录数据进行分离,得到伪单震源记录数据；
混叠去噪模块，其去除所述伪单震源记录数据中的混叠噪音以得到对应于各炸药震源的单震源记录数据。
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