CN109031462B - 用于评估感兴趣的区域上的地球物理勘测采集几何结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于评估感兴趣的区域上的地球物理勘测采集几何结构的方法。该方法包括：‑关于基地营地的确定的最小表面密度来确定(200)多个基地营地的位置，‑关于接收机的确定的最小表面密度来确定(210)多个接收机的第一组位置，‑基于第一地球物理勘测采集几何结构来生成(220)第一合成地球物理数据集，‑使用地球物理处理算法和先验的地表下的模型来处理(225)第一合成地球物理数据集，以获得感兴趣的区域的地表下的第一模拟图像，‑计算(230)第一目标函数，第一目标函数取决于感兴趣的区域的地表下的第一模拟图像的至少一个第一质量指数。

Description

用于评估感兴趣的区域上的地球物理勘测采集几何结构的 方法
【技术领域】
本发明涉及用于评估感兴趣的区域上的地球物理勘测采集几何结构的方法。
【背景技术】
感兴趣的区域特别是难以进入的地区。该区域特别地包括高密度的植被，例如森林，特别是热带森林。此外，该区域可能包括崎岖的地形，如山丘(例如山麓)，悬崖和/或山脉。此外，该区域可能包括对进入地区的危险，例如具有未爆炸的炸药(UXO)的地区。
该方法也可以应用于任何感兴趣的区域。
地球物理勘测例如是大地电磁勘测，被动的地震勘测或主动的地震勘测。
在下文中，词语“地震勘测”指主动的地震勘测。
地震勘探采集是针对石油和天然气工业中的勘探而执行的主要的地球物理方法之一。在这种勘测过程中获得的地球物理测量结果在建立表示感兴趣的区域的地质情况的地表下的图像方面至关重要，特别是对于确定潜在的油气储层的位置至关重要。
这种地震勘测例如通过在感兴趣的区域的地面上部署地震源和诸如地震检波器的地震接收机而进行。地震接收机能够主要地记录由地球的不同层上的源产生的地震波的反射，以便建立地表下的图像。
地震勘测一般需要地面中一般沿着若干个剖面的各种位置处的源和大量接收机以创建源和接收机的密集的阵列。
将源和传感器放置在遥远的感兴趣的区域可能是繁琐、危险和昂贵的过程。特别地，当这个区域几乎无法进入时，诸如在热带森林和/或具有不平的地形的区域和/或具有未爆弹药的区域，源和接收机必须至少部分地由操作员的团队徒步运送。在很多情况下，必须在森林中开辟空地以将相关装备和操作员放置在地面上。然后必须在森林中开拓路线以将接收机放置就位。
这些任务会在感兴趣的区域中产生强烈的环境影响，并可能对操作员引起重大的健康和安全风险。
在处理地震勘测数据之后获得的地表下图像的质量一般而言是源和/或接收机的表面密度的函数。特别地，大量的接收机必须在地面中放置就位，以获得高质量的图像。当要求三维图像时尤其如此。
传统地，地震勘测的采集几何结构，即接收机和/或源的相对位置，是根据规则网格而限定的，例如基于主要地取决于目标的深度的经验法则。
为了在规划的地区中对简单的地质结构(诸如准二维结构)进行成像，这些基本规则导致令人满意的结果。
然而，对于复杂的三维地质结构和如以上所提及的那些的崎岖地形而言，这些规则往往不能满足，因为它们会产生巨大的缺口和高成本，因此其可能导致获得地面地表下的劣质的图像。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种用于评估地震勘测采集几何结构的有效方法，其提供地表下的良好质量的图像。
为此目的，本发明的主题是一种用于评估感兴趣的区域上的地球物理勘测采集几何结构的方法，所述采集几何结构指定多个接收机的至少一个位置，所述方法包括：
-关于感兴趣的区域上的基地营地的确定的最小表面密度来确定多个基地营地的位置；
-关于在感兴趣的区域上的接收机的确定的最小表面密度来确定多个接收机的第一组位置；
-基于第一地球物理勘测采集几何结构来生成第一合成地球物理数据集；
-使用地球物理处理算法和感兴趣的区域的先验的地表下的模型来处理第一合成地球物理数据集，用于获得感兴趣的区域的地表下的第一模拟图像，
-计算第一目标函数，所述第一目标函数取决于感兴趣的区域的地表下的第一模拟图像的至少一个第一质量指数。
根据本发明的方法可以包括单独或根据任何潜在的技术组合而获得的以下特征中的一个或多个：
-该方法进一步包括：
-关于在感兴趣的区域上的接收机的确定的最小表面密度来确定多个接收机的第二组位置，
-基于第二地球物理勘测采集几何结构来生成第二合成地球物理数据集，
-使用地球物理处理算法和感兴趣的区域的先验的地表下的模型来处理第二合成地球物理数据集，用于获得感兴趣的区域的地表下的第二模拟图像，
-计算第二目标函数，所述第二目标函数取决于感兴趣的区域的地表下的第二模拟图像的至少一个第二质量指数，
-比较第一目标函数和第二目标函数，
-基于第一目标函数和第二目标函数的比较来确定在接收机的第一组位置和第二组位置中的接收机的最佳位置组，
-通过改变多个接收机的第一组位置中的至少一个接收机的位置并且有利地通过保持多个接收机的第一组位置中的至少一个接收机的位置来获得多个接收机的第二组位置，
-该方法进一步包括确定将接收机安装在最佳位置组处的最佳逻辑操作顺序，并且有利地在显示单元上显示对应的逻辑操作顺序，
-目标函数还取决于地球物理勘测采集几何结构的至少一个特征指数，
-至少一个特征指数是从以下中的至少一个参数计算的：用于建立地球物理勘测采集几何结构的时间，用于建立地球物理勘测采集几何结构的总的行进距离，用于建立地球物理勘测采集几何结构的开辟的轨迹的里程数，用于建立地球物理勘测采集几何结构的切割木材量，用于建立地球物理勘测采集几何结构的工时数量，用于建立地球物理勘测采集几何结构的燃料消耗量，用于改善感兴趣的区域的可达性的桥接里程数，用于建立地球物理勘测采集几何结构的直升机小时数，用于建立地球物理勘测采集几何结构所生成的CO2量，用于将接收机安装在感兴趣的区域的总时间，
-该方法进一步包括用于至少基于接收机的最佳位置来修改至少一个基地营地的位置的步骤，
-该方法进一步包括用于基于先验模型建模来确定接收机的确定的最小表面密度的在先的步骤，
-确定多个基地营地在感兴趣的区域上的位置是基于在给定时间内由操作员的团队行进的最大特征距离，最大特征距离有利地根据从以下参数中选取的感兴趣的区域的至少一个场地参数而计算：地形、植被密度指数、植被性质指数、水文网络，路线位置，
-基于感兴趣的区域的至少一个场地参数来计算多个接收机的位置，场地参数有利地是植被密度指数和/或植被性质指数，并且接收机的位置在具有局部低和/或零植被密度指数的区域中和/或在具有预定的植被性质指数的区域中计算，
-从感兴趣的区域的卫星和/或航空测量结果来确定至少一个场地参数，
-地球物理勘测是地震勘测，采集几何结构进一步指定多个源的位置，第一和/或第二合成地球物理数据集分别是第一和/或第二合成地震数据集，处理地球物理算法是地震成像算法，该方法进一步包括在确定多个基地营地的位置的步骤之后：
-关于在感兴趣的区域上的源的确定的最小表面密度来确定多个源的第一组位置，源的位置是从至少一个基地营地在地面上可达到的，
-该方法进一步包括在确定多个接收机的第二组位置的步骤之前：
-关于在感兴趣的区域上的源的确定的最小表面密度来确定多个源的第二组位置的步骤，源的位置是从至少一个基本营地可到达的，
确定步骤进一步包括确定源的最佳位置组，
-多个源的第二组位置是通过改变多个源的第一组位置中的至少一个源的位置并且有利地通过保持多个源的第一组位置中的至少一个源的位置而获得的，
-地震成像算法是照明算法或3D地震反演和迁移(inversion and migration)算法，
-该方法进一步包括用于基于先验模型建模来确定源的确定的最小表面密度和/或接收机的确定的最小表面密度的在先的步骤，先验的模型建模有利地是利用照明算法而获得的。
-多个接收机的第二组位置是通过改变多个接收机的第一组位置中的至少一个接收机的位置并且有利地通过保持多个接收机的第一组位置中的至少一个接收机的位置而获得的。
-至少一个特征指数是根据用于将源和接收机安装在感兴趣的区域中的总时间而计算的；
-该方法包括确定用以将接收机和/或源安装在最佳位置组处的最佳逻辑操作顺序，并且有利地在显示单元上显示对应的逻辑操作顺序。
-该方法包括用于基于源的最佳位置和/或接收机的最佳位置来修改至少一个基地营地的位置的步骤。
-基于感兴趣的区域的至少一个场地参数来计算多个源的位置和/或多个接收机的位置。
根据本发明的方法是由计算机实现的。特别地，该方法的所有步骤都是由计算机的处理器执行的。
本发明还涉及用于在感兴趣的区域上执行地震勘测的过程，包括：
-执行如上限定的方法以基于目标函数来确定在感兴趣的区域中的多个源的位置和多个接收机的位置，
-通过至少一个交通工具将源和接收机运送到基地营地，
-将源运送到其确定的位置，有利地在没有地面交通工具的情况下，并设置源，
-将接收机运送到其确定的位置处，特别是利用多个航空平台，该方法有利地包括将接收机从航空平台投放在地面中。
本发明进一步涉及一种用于评估感兴趣的区域上的地球物理勘测采集几何结构的系统，包括：
-基地营地位置计算模块，用于确定感兴趣的区域上的多个基地营地的位置，
-接收机位置计算模块，用于关于感兴趣的区域上的接收机的最小表面密度来确定多个接收机的第一组位置，
-计算模块，用于基于感兴趣的区域的地球物理勘测采集几何结构和先验的地表下模型来生成合成地球物理数据集，
-成像模块，用于使用地球物理处理算法来处理合成地球物理数据集，以获得感兴趣的区域的地表下的模拟图像，
-目标函数计算模块，用于计算目标函数，所述目标函数取决于感兴趣的区域的地表下的模拟图像的至少一个质量指数。
根据本发明的系统可以包括以下特征：
-该系统还包括：
-比较模块，用于比较从第一地球物理勘测采集几何结构得到的第一目标函数和从第二地球物理勘测采集几何结构得到的第二目标函数，
-优化模块，用于确定第一地震勘测采集几何结构中的多个接收机的第一组位置和第二地震勘测采集几何结构的多个接收机的第二组位置中的接收机的最佳位置组，所述最佳位置组基于第一目标函数和第二目标函数的比较，
-系统进一步包括源位置计算模块，用于关于感兴趣的区域上的源的最小表面密度来确定多个源的第一组位置，源的位置是从至少一个基地营地可到达的，地球物理勘测是地震勘测，采集几何结构进一步指定多个源的位置，合成地球物理数据集是合成地震数据集，处理地球物理算法是地震成像算法，
-优化模块进一步确定第一地震勘测采集几何结构中的多个源的第一组位置和第二地震勘测采集几何结构中的多个源的至少一个第二组位置中的源的最佳位置组。
最后，本发明进一步涉及包括软件指令的计算机程序产品，该软件指令在被计算机执行时执行上述方法。
【附图说明】
基于仅作为示例给出的并且参照以下附图做出的下面的描述，本发明将被更好地理解，其中：
-图1是感兴趣的区域的示意性地理图，地震勘测采集几何结构是通过根据本发明的方法针对该感兴趣的区域来而评估的；
-图2是图1的感兴趣的区域的部分的示意性三维视图；
-图3是用于评估感兴趣的区域上的地震勘测采集几何结构的方法的流程图；
-图4是图1的感兴趣的区域的示意性地理视图，其示出了基地营地的位置和从每个基地营地可步行到达的感兴趣的区域的对应的地区；
-图5是根据本发明的用于评估感兴趣的区域上的地震勘测采集几何结构的系统的示意图。
【具体实施方式】
图1和图2分别示出了其中执行地震勘测采集的感兴趣的区域10的投影坐标的示意性地理地图以及感兴趣的区域10的部分的三维视图的。
感兴趣的区域10例如是具有不平坦地形12的区域。不平坦地形12特别地包括丘陵、山脉、悬崖或任何类型的崎岖的地形。感兴趣的区域10例如位于难以接近的山脚下。
感兴趣的区域10进一步包括植被14。植被14例如是森林，特别是热带森林。它包括高密度的植被14，例如形成覆盖感兴趣的区域10中大部分地面表面的冠层18的树木16。
位于地面下的地表下(subsurface)20包括地质构造层22和潜在的油气储层24。
在感兴趣的区域10中，植被14限定了多个自然和/或人造空地26。感兴趣的区域10中的植被14还限定了冠层18中的天空孔28。
空地26以沿着两个相邻空地之间的视线所取的一般包括在在100米与500米之间的，优选地300m的距离在感兴趣的区域10中延伸。
空地26一般地在地面水平处具有大于25平方米的表面积并且通常在冠层18的顶部处大于900平方米。可以将地震源30放置就位在空地26中
例如，在OGP标准“OGP-Helicopter Guideline for Land Seismic and Helirigoperations–Report 420version 1.1June 2013”中限定了空地26。
天空洞28一般是天然的。它们有利地在冠层18与地面之间形成垂直的“光管”。
例如，天空洞28具有大于1平方米的最小表面积，优选地大于3平方米，并且例如包括在3平方米和20平方米之间。
至少一个天空孔28具有比空地26的表面积更小的表面积。
根据本发明的方法适用于不同类型的地球物理勘测，诸如大地电磁勘测，被动地震勘测或主动地震勘测。
在以下描述中，词语“地震勘测”指主动地震勘测。
地震勘测是地球物理勘测，其包括收集地球物理测量结果，用于确定位于感兴趣的区域10中的地表下20的物理特性和/或用于基于处理收集到的测量结果来建立地表下20的图像，优选地为地表下20的三维图像。
物理特性典型地是地质构造层22的密度和/或波速。
典型地，地震勘测包括根据地震勘测采集几何结构在感兴趣的区域10中安装多个源30和多个接收机32。
地震勘测采集几何结构指定感兴趣的区域10中的源30和接收机32的位置。
每个源30能够生成在地表下20中传播并在地质构造层22的交界面处反射的波。
源30例如包括能够在地面中生成波的爆炸物，特别是炸药。
源30典型地被插入在钻到地面中的洞中，例如在包括0米至100米之间的深度处，优选地在5米至80米之间的深度处。
例如，使用无人地面交通工具(诸如半自动钻井平台)来进行钻泂。
在变形中，源30包括机械装置，例如锤子、振动器......
放置在感兴趣的区域14中的源30位置的密度一般地包括在每平方公里10个源位置和每平方公里100个源位置之间。每个源位置可以包括一个或多个源30。
在图2的示例中，每个源30优选地被布设在空地26中或位于空地26的附近。
有利地，多个源30被布设在空地26中或空地26的附近。
优选地在没有来自基地营地的地面交通工具的情况下每个源30被运送到它们的位置处。
例如，使用空中飞行器36(例如飞艇或直升机)或无人地面交通工具(UGV)将源30的至少部分运送到其位置处。
在一个变体中或另外地，源30的至少部分是由操作员团队通过步行运送到其位置处。
每个接收机32能够记录由每个源30生成的波和地质构造层22的交界面处的反射波。
接收机32例如是能够测量直接波和反射波的速度的地震检波器。
有利地，接收机32包括至少一个地震检波器，特别是三个地震检波器和/或加速度计。
每个接收机32被部分地引入地面中以确保与地面的良好的耦合。
在图2的示例中，接收机32被运输到它们的位置并从航空平台38投放。
典型地，接收机32自由降落，直到它们与地面碰撞并刺穿地面，保持就位以准备好记录源信号。
在变形中，可以朝地面发射接收机32。可以通过将推进器(例如：烟火、涡轮机、螺旋桨......)集成在接收机中来获得发射冲量或通过使用航空平台38上的推进机构(例如发射致动器或解压弹簧)来获得发射冲量。冲量加速接收机32的降落以帮助接收机32进一步穿透到冠层和/或地面中。
在另外又一变形中，接收机32的降落可通过制动机构(例如，附接到后部封闭部分的降落伞)而减速。对接收机32的降落进行减速可以例如避免损坏接收机32。
航空平台38典型地从基地营地34起飞。
例如，航空平台38是无人机(UAV无人航空器)。
每个接收机32具有例如被适配于被引入地面中的飞镖的形状。在变形中，接收机32具有球形或/和平行管形状。
例如使用诸如地面交通工具(例如卡车、无人地面交通工具(UGV))或空中交通工具(例如直升机)之类的交通工具将源30和接收机32运输到基地营地34。
典型地，接收机32的密度例如在每平方公里10个接收机32和每平方公里1000个接收机32之间，特别是每平方公里300个接收机32和每平方公里500个接收机32之间，特别是每平方公里400个接收机32。
根据本发明的方法在安装每个源30和每个接收机32之前执行，并且有利地在确定每个基地营地34在感兴趣的区域中的位置之前执行。它旨在确定用于每个源30、每个接收机32和每个基地营地34的最佳位置。
用于评估地震勘测采集几何形状的方法包括用于确定感兴趣的区域10上的多个基地营地34的位置的第一步骤200。
每个基地营地34例如包括被适配于在地震勘测期间容纳操作员的设施和用于地震勘测的装备。基地营地34包括直升机停机坪并且典型地用于管理起飞和着陆。
基地营地34可以用于急救(例如，救伤直升机)。
每个基地营地34典型地包括收集和/或分析单元40以及通讯系统42，通讯系统42能够将由接收机32测量的数据传递到收集和/或分析单元40并且从收集和/或分析单元40传递到外部站(未示出)。
外部站可以位于主营地(未示出)。主营地有利地包括用于收集数据的设施以及主计算单元和/或控制中心。
典型地，每个基地营地34的位置是基于由直升机停机坪施加的约束而确定的。例如，直升机停机坪必须遵守上述的OGP标准。
例如，直升机停机坪的尺寸为150米×50米。
典型地，例如如果直升机停机坪位于山顶，则可以缩小尺寸。
两个直升机停机坪之间的距离典型地包括在2公里与10公里之间，例如3.6公里。
有利地，确定感兴趣的区域10上的多个基本营地34的位置是基于在给定的时间内由操作员的团队从特定的基地营地34位置行进的最大特征距离。
在变形中或另外，多个基地营地34的位置被确定以便每个基地营地34在给定的时间内从至少一个其它基地营地34可进入。
典型地，多个基地营地34的位置被确定以便每个基地营地34能够与所有其它基地营地34进行无线电通信。
有利地，基地营地的位置和数量被优化以确保在给定的时间内从至少一个基地营地34可到达超过50％、有利地超过80％且优选地100％的感兴趣的区域10。
附加地，在给定的时间内，从至少一个基地营地34可到达空地26的任何位置以及因此可到达源30。
例如，给定的时间包括在一小时至五小时之间，典型地为三小时。
有利地，给定的时间被选取以便允许操作员的团队在同一工作日返回到基地营地34。
该方法优选地包括限定一组基地营地34位置，确定在给定的时间内可达的可到达的地区44，例如通过确定距基地营地34位置的每个方向上的最大特征距离，以及确定可到达的地区44对感兴趣的区域10的覆盖范围。
可能地，该方法包括移动至少一个基本营地34位置以在最小化重叠的同时最大化表面覆盖范围。
图4示出了基于从基地营地34在每个方向上由操作者的团队行进的最大特征距离的从每个基地营地34可到达的地区44。
在每个方向上最大特征距离是根据感兴趣的区域10的至少一个场地参数而计算的。
例如，最大特征距离是取决于至少一个场地参数在给定的时间段内由操作员的团队可以行进的步行距离，同时有利地遵守健康和安全约束。
场地参数包括例如感兴趣的区域的地形和/或水文网络。
场地参数例如包括现有路线或开辟的路线的以及要在植被14中开辟的计算出的最佳路线的路线位置图。
例如，计算出的最佳轨迹是基于提供例如关于地形和植被的信息的卫星数据集的分类而确定的，以获得反映在感兴趣的区域10中行进的难度的地图。
典型地，最佳路线包括多个次序的最佳路线，诸如主路线，第二级路线或第三级路线。
典型地，沿着最佳路线行进的难度随着最佳路线的级次而增加。
例如，感兴趣的区域10包括允许在感兴趣的区域10的主要部分中移动的多个主要路线和允许移动到每个主要部分的不同子部分的多个第二级路线，以及最后允许进入空地26的第三级路线。
典型地，对每条最佳路线的数量和长度进行优化，以便最小化行进的长度并最大化在感兴趣的区域10中的行进速度。
最大特征距离例如取决于感兴趣的区域10中的局部斜率，山麓和/或悬崖的存在，或由地形和/或水文网络限定的其它崎岖的地形特征。
最大特征距离例如取决于河流的存在以及水文网络中的山谷的脊/峰。
场地参数有利地还包括植被密度指数和/或植被性质指数，其表征沿着限定的路径的植被的密度和/或性质。
有利地，场地参数是根据感兴趣的区域10的卫星和/或航空测量结果而确定的。
有利地，场地参数是由场地数据或场地观察而验证并最终更新的。
例如，植被密度指数和/或植被性质指数是从航空照片确定的。
在变形中，植被密度指数和/或植被性质指数是使用光谱遥感数据以及光谱遥感数据结合数字表面模型而确定的。
在另一变形中或另外，密度指数和/或植被性质指数是使用诸如激光雷达勘测之类的航空激光扫描方法而确定的。
可以例如通过处理与地面上的校准站耦合的航空照片或卫星数据来确定感兴趣的区域10的地面的地形变化。
在变形中且另外，地面的地形变化是由激光雷达勘测确定的。
有利地，确定感兴趣的区域10上的多个基地营地34的位置还是基于健康、安全和环境(HSE)约束而确定的。
例如，基地营地34的位置是考虑诸如洪水可能性和/或滑坡危险和/或死树倒塌风险之类的危险而确定的。
例如，限定了包括危险的地区的地图，并且计算出包括危险的限定的地区中的最小通道。
有利地，基地营地34的位置还是基于最小化对当地环境的影响而确定的，诸如通过最小化森林砍伐。
典型地，HSE约束是基于卫星和/或航空地球物理数据(诸如遥感数据)而确定的，并且可以至少包括诸如树木密度、树木健康状况、升高的地面、水源附近，通过步行来往于工作地区(诸如空地26)的可达性之类的参数。
一旦预定了基地营地34的位置，该方法就进一步有利地包括用于基于先验模型建模(有利地利用照明算法(图3)而获得的)确定源30的初始最小表面密度和/或接收机32的初始最小表面密度的初始步骤215。
放置在感兴趣的区域10中的源30的确定的最小表面密度一般包括在每平方公里10个源位置和每平方公里100个源位置之间。每个源位置可以包括一个或多个源30。
放置在感兴趣的区域中的接收机32的确定的最小表面密度宝座在例如每平方公里10个探测器和每平方公里1000个探测器之间，特别是在每平方公里300个探测器和每平方公里500个探测器之间，特别是每平方公里400个探测器。
在变形中，源30的最小表面密度和/或接收机32的最小表面密度是通过例如基于目标的预期深度的与地形的尺寸的关联而确定的。
根据本发明的方法进一步包括步骤205，用于基于感兴趣的区域10上的源的确定的最小表面密度来确定多个源30的第一组位置。
根据本发明的方法进一步包括步骤210，用于基于感兴趣的区域10上的接收机的确定的最小表面密度来确定多个接收机32的第一组位置。
在第一轮中，多个源30的位置分布在感兴趣的区域10中。这些位置是基于它们从基地营地34的可访问性而确定的。
典型地，确定多个源30的位置以便确保与感兴趣的区域10的至少一个基地营地34的无线电通信。
例如，源30的位置必须位于小于距基地营地34的最大特征距离的距离处。
多个接收机32的位置也分布在感兴趣的区域10中。
它们例如位于小于距基地营地的特征飞行距离的距离处。
多个源30和多个接收机32的第一组位置限定了第一地震采集勘测。
有利地，该方法包括界定其中未安装接收机32的感兴趣的地区10的至少一个禁区。例如，禁区包括村庄，受保护的地区和/或具有HSE风险的地区。
根据本发明的方法进一步包括用于基于第一地震勘测采集几何结构和感兴趣的区域10的先验模型来生成第一合成地震数据集的步骤220。
先验模型包括例如地质信息，诸如地质结构的位置，例如断层和/或地质岩性。
地质结构和/或地质岩性的位置也可以是例如通过诸如电磁勘测或重力勘测之类的附加的地球物理勘测而确定的。
另外，地质结构和/或地质岩性的位置是从场地观测确定的。
先验模型进一步包括地表下的物理特性，例如地质构造层22的密度，P波速度VP，S波速度VS以及对应的品质因子QP和QS。
典型地，先验模型可以包括地表下的物理特性的异向性(anisotropy)。
地表下的物理特性例如是从附加的地球物理勘测的建模和/或从对于来自地质构造层22的岩石的场地样品的实验室测量结果而确定的。
地表下的物理特性还可以是通过地表下的物理特性之间的经验和/或理论关系(诸如地震速度与应力和/或深度之间的关系)而确定的。
例如，Vs是从VP确定的，或替代地，VP是通过泊松关系从VS确定的：
Figure BDA0001688518980000151
其中v是泊松的比值
例如，密度是由加德纳(Gardner)关系而确定的：
ρ＝αVP β
其中α和β是取决于地质情况的凭经验得出的常数。
例如，第一合成地震数据集是利用地震数据的三维或二维正演数值建模而生成的。
例如，第一合成地震数据集是由从现有技术已知的射线追踪或波动方程方法而生成的。
有利地，正演建模(forward modeling)方法被选取为必要的精度与期望的计算时间之间的折衷。
根据本发明的方法进一步包括用于使用地震成像算法来处理第一合成地震数据集以获得感兴趣的区域10的地表下的第一模拟图像的步骤225。
有利地，成像算法是照明算法或3D地震反演和迁移算法。
成像算法例如是确定或随机反演成像算法。
反演和迁移算法细节可以例如在Claerbout,1976年斯坦福大学Mc Graw-Hill的“Fundamental of Geophysical Data Processing”，Claerbout,1984年斯坦福大学Blackwell Scientific Publications的“Imaging the Earth’s interior”，或Berkhout，1980，Elsevier的“Seismic Migration(1st edition),Imaging of Acousitc Engergy byWave Field extrapolation”中找到。
照明算法细节在“3D Seismic Surey Design”，G.L.O.Vermeer，GeophysicalReferences Series N°12，SEG，2002(第1版)，2003(第2版)中。
根据本发明的方法进一步包括用于计算第一目标函数的步骤230。第一目标函数取决于感兴趣的区域10的地表下的第一模拟图像的第一质量指数。
例如，第一质量指数基于例如地震属性(诸如一致性)的计算和分析，和/或信噪比的分析。
如果成像算法是照明算法，则第一质量指数可以典型地基于照明密度(照明图)。
在变形中，第一质量指数可以基于在地表下的位置处确定的立体角。立体角越广，估计在该位置处的物理特性的能力就越好。
有利地，目标函数进一步取决于地震勘测采集几何结构的至少一个特征指数。
例如，特征指数取决于以下参数中的一个或多个：用于建立地震勘测采集几何结构的时间，用于建立地震勘测采集几何结构的总的行进距离，用于建立地震勘测采集几何结构的开辟的轨迹的里程数，用于建立地震勘测采集几何结构的切割木材量，用于建立地震勘测采集几何结构的工时数量，用于建立地震勘测采集几何结构的燃料消耗量，用于改善感兴趣的区域10的可达性的桥接里程数，用于建立地震勘测采集几何结构的多个直升机小时数，用于建立地震勘测采集几何结构的产生的CO2量，用于将源30和接收机32安装在感兴趣的区域10中的总时间。
典型地，用于将源30和接收机32安装在感兴趣的地区10中的总时间取决于操作的顺序，并且取决于至少另一个特征指数。
在变形中，操作顺序也可以直接是目标函数中的约束。例如，由操作序列提供的约束包括在利用感兴趣的地区10的第二区域中的第二组源30生成地震信号之前，利用位于感兴趣的地区10的第一区域中的第一组源30生成地震信号。
在变形中，如上所述首先确定在感兴趣的区域10中行进的最佳路线，并且特征指数是每个阶次的最佳路线的长度。
典型地，特征指数可能是多重依赖的。
典型地，一些特征指数取决于天气条件和一年中的时间。
第一目标函数可以是以下类型的：
Figure BDA0001688518980000171
其中QI1为图像的第一质量指数，CIi为如以上限定的各种特征指数，WQI1和
Figure BDA0001688518980000172
为取决于情况的有利地在从0至1的范围的权重系数，并且XS1，YS1，XR1，YR1分别为第一组的多个源30的坐标和第一组的多个接收机32的坐标。
典型地，第一目标函数可以包括有限数量的特征指数。
在变形中，多个特征指数可以被另一指数取代。
该方法进一步包括步骤235和240，用于分别基于源30的确定的最小表面密度来确定多个源30的第二组位置，并且基于接收机32的确定的最小表面密度来确定多个接收机32的第二组位置。
有利地，通过改变多个源30的第一组位置中的至少一个源30的位置，并且有利地通过保持源30的第一组位置中的至少一个源30的位置来获得多个源30的第二组位置。
有利地，第一组中的源30的位置的数量等于第二组中的源30的位置的数量。类似地，第一组接收机32中的接收机32的位置的数量等于第二组中的接收机32的数量。
在变形中，源30的数量和/或接收机32的数量从第一组增加或减少到第二组。
优选地，多于50％的源30和/或接收机32的位置在第一组和第二组中保持不变，以允许源30位置的局部优化。
该方法然后包括用于基于源30和接收机32的第二组位置生成第二合成地震数据集的步骤245，用于处理第二合成数据集以获得地表下的第二模拟图像的步骤250，以及用于计算第二目标函数的步骤255。第二目标函数取决于第二模拟图像的至少一个第二质量指数。
步骤245，250和255是类似于上面针对多个源30的第一组位置和多个接收机32的第一组位置所描述的那样而实现的。
然后，该方法包括比较第一目标函数和第二目标函数的步骤260。
该方法包括步骤265，用于基于重复步骤235至260和基于对连续目标函数的比较来分别在多个源30和接收机32的第一组位置和第二组位置中确定源30的最佳位置组和接收机32的最佳位置组。
典型地，选取源30的最佳位置和接收机32的最佳位置，以便使感兴趣的区域的地表下的模拟图像的质量指数最大化。
另外，取决于特征指数，选取源30的最佳位置和接收机32的最佳位置以使至少一个特征指数最小化或最大化，以便将与操作者的健康和安全相关的风险最小化并限制对环境的影响。
例如，通过减少建立地震勘测的时间或用于建立地震勘测的总的行进距离或桥接的里程数，减少了操作员的事故风险。
例如，要求的操作员的数量也减少了，从而降低了事故的风险。
例如，通过减少用于建立地震勘测的开辟的轨迹的里程数或用于建立勘测的切割木材的量或用于建立地球物理勘测的燃料消耗量，减少了对环境的影响。
确定源30的最佳位置和接收机32的最佳位置的步骤265例如是使用优化算法而实现的。
例如，优化算法是非线性算法。
有利地，优化算法是全局优化算法。
优化算法是鲁棒的并且适配于确定源30的全局最佳位置和接收机32的最佳位置，从而避免局部最小值。
例如，优化算法是例如暴力(Brute Force)算法、SAT求解算法、约束编程算法或强化学习算法，诸如Q学习，值迭代或贝叶斯网络。
有利地，优化算法是基于先前获得的结果且基于相似性的启发式或元启发式算法以优化接下来的结果。典型地，由于需要考虑大量的特征指标，因此该算法用于简化优化问题。因此，解决方案可能不是最佳的解决方案，而是一种近似的解决方案。
有利地，该方法包括用于研究源30的确定的最佳位置的灵敏度和接收机32的确定的最佳位置的灵敏度，以确定所确定的最佳位置组的鲁棒性的步骤。
有利地，该方法包括在目标函数上设置一组边界和/或约束，例如在至少一个特征指标上。
例如，用于建立地震勘测采集几何结构的时间和/或燃料消耗量和/或切割木材的里程数被最大的对应的值限制。
有利地，该方法进一步包括步骤270，用于基于源30的最佳位置和/或接收机32的最佳位置来修改至少一个基地营地34的位置。
基地营地34的位置被适配以考虑如上所述的源30的最佳位置和/或接收机32的最佳位置以及约束。
然后重复步骤235到265以及可选地270，直到发现用于基地营地34、用于源30和用于接收机32的适当的位置组，其具有如上所限定的地表下的模拟图像的最佳质量指数和最佳的特征指数组。然后该方法在步骤280处停止。
典型地，当典型地在基地营地34和/或源30和/或接收机的位置上获得收敛时，例如当基地营地34和/或源30和/或接收机32的位置变化不超过1米时，步骤235至265以及可选地270停止。
可以使用其他标准，诸如低梯度，低于最小阈值的目标函数。
在变形中，该方法在预定的持续时间(例如一天)之后停止。
一旦根据本发明的方法被执行，源30和接收机32就被根据最佳的总体计划而放置就位。
在变形中，该方法包括在确定最佳位置的步骤完成期间和/或之后，建立用于将源30和/或接收机32运送到其最佳位置处的操作顺序。
有利地，该方法然后包括优化操作顺序，以最小化勘测的至少一个特征指数，优选地勘测的多个特征指数。
该方法的输出于是不仅包括基地营地34，源30和接收机32的位置，还包括源30和接收机32的安装的次序，以及用于安装源30和接收机32的最佳设置计划，包括例如路线位置，安装顺序等......勘测的时间长度及其成本也可以被计算和计划。
该方法有利地包括在显示单元上显示对应的逻辑操作顺序。这允许对逻辑操作的完整性进行视觉上的控制。
在另一变形中，可以在勘测的建立期间至少再一次执行根据本发明的方法，以便更新源30和接收机32的最佳位置，以考虑例如场地限制。
在图2的示例中，该方法包括使用UAV来将接收机32安装在感兴趣的区域中。
在变形中或另外，该方法可以包括界定感兴趣的地区10的至少一个区域，在该至少一个区域中使用至少一种替代技术(诸如手动)或使用UGV来放置接收机32。例如，该区域是例如潮湿的地区或岩屑堆的地区。
在变形中，该方法包括基于场地约束来固定目标函数的各种特征指数，并确定源30的最佳位置组和/或接收机32的最佳位置组，以使得地表下的模拟图像的质量指数最大化。
典型地，其它类型的接收机32可以用在这些地区中，诸如潮湿区域中的水听器。
图5示意性地图示了根据本发明的用于评估感兴趣的区域10上的地震勘测采集几何结构10的系统400。
系统400包括用于评估地震勘测采集几何结构的计算器402，连接到计算器402以显示由计算器402和人机接口406所提供的结果的显示单元404。
计算器402包括数据库408。数据库408能够存储由计算器402提供的结果。
计算器402包括处理器410和接收软件模块的存储器412。处理器410能够执行软件模块以执行根据本发明的方法。
存储器412包含用于确定感兴趣的区域10上的多个基地营地34的位置的基地营地位置计算模块414。
存储器412进一步包括源位置计算模块416，用于关于感兴趣的区域10上的源30的确定的最小表面密度来确定多个源30的位置。
存储器412还包括接收机位置计算模块418，用于关于感兴趣的区域10上的接收机32的确定的最小表面密度来确定多个接收机32的位置。
存储器412包括计算模块420，用于基于地震勘测采集几何结构和感兴趣的区域10的先验的地表下的模型来生成合成地震数据集。
存储器412进一步包括成像模块422，用于使用成像算法来处理合成地震数据集，以获得感兴趣的区域的地表下的模拟图像。
存储器412包括用于计算目标函数的目标函数计算模块424，用于计算目标函数。
有利地，存储器412进一步包括比较模块426，用于比较从第一地震勘测采集几何结构产生的第一目标函数和从第二地震勘测采集几何结构产生的第二目标函数。
有利地，存储器412包括优化模块428，用于通过比较第一和第二目标函数，分别在第一地震勘测采集几何结构的多个源30的第一组位置和第二地震勘测采集几何结构的多个源30的第二组位置，以及第一地震勘测采集几何结构的多个接收机32的第一组位置和第二地震勘测采集几何结构的多个接收机32的第二组位置中确定源30的最佳位置组和接收机32的最佳位置组。
在根据本发明的方法的另一实施例中，地球物理勘测是大地电磁(MT)勘测。
那么接收机32是大地电磁传感器并且由磁力计和电极组成，磁力计用以测量自然地磁场变化，电极用以测量感兴趣的区域10的表面上的地电场变化。
该方法于是一般地包括在步骤225处使用MT反演算法来处理MT数据集，以获得反映感兴趣的区域10的地表下的电导率变化的图像。
在根据本发明的方法的另一实施例中，地球物理勘测是被动地震勘测。
于是接收机32是至少一个地震检波器以测量由环境地震噪声引起的地面振动。
该方法典型地包括使用被动地震反演算法来处理225数据集，以获得反映感兴趣的区域10的地表下的S波和/或P波速度变化的图像。
根据本发明的用于评估感兴趣的区域10上的地球物理勘测采集几何结构的方法是特别有利的，因为其允许优化预期的地球物理勘测的质量以及健康，安全和环境约束。
此外，在其中照明算法被用作地震成像算法的实施例中，该方法允许快速确定感兴趣的区域上的最佳地球物理勘测采集几何形状。
在变形中，多个接收机32的第二组位置是通过改变多个接收机32的第一组位置中的至少一个接收机32的位置，并且有利地通过保持多个接收机32的第一组位置中的至少一个接收机32的位置而获得的。

Claims (14)

1.一种用于评估感兴趣的区域(10)上的地震勘测采集几何结构的方法，所述采集几何结构指定多个接收机(32)的至少一个位置以及多个源(30)的位置，所述方法包括：
-关于感兴趣的区域(10)上的基地营地(34)的确定的最小表面密度来确定(200)多个基地营地(34)的位置，
-关于在感兴趣的区域(10)上的源(30)的确定的最小表面密度来确定(205)多个源(30)的第一组位置，源(30)的位置是从至少一个基地营地(34)在地面上可到达的，
-关于在感兴趣的区域(10)上的接收机(32)的确定的最小表面密度来确定(210)多个接收机(32)的第一组位置，
-基于第一地震勘测采集几何结构来生成(220)第一合成地震数据集，
-使用地震处理算法和感兴趣的区域(10)的先验的地表下的模型来处理(225)第一合成地震数据集，以获得感兴趣的区域(10)的地表下的第一模拟图像，
-计算(230)第一目标函数，所述第一目标函数取决于感兴趣的区域(10)的地表下的第一模拟图像的至少一个第一质量指数，
-用于关于在感兴趣的区域(10)上的源(30)的确定的最小表面密度来确定多个源(30)的第二组位置的步骤(235)，源(30)的位置是从至少一个基地营地(34)可到达的，多个源(30)的第二组位置是通过改变多个源(30)的第一组位置中的至少一个源(30)的位置并且通过保持所述多个源(30)的第一组位置中的至少一个源(30)的位置而获得的，
-关于在感兴趣的区域(10)上的接收机(32)的确定的最小表面密度来确定(240)多个接收机(32)的第二组位置，多个接收机(32)的第二组位置是通过改变多个接收机(32)的第一组位置中的至少一个接收机(32)的位置并且通过保持多个接收机(32)的第一组位置中的至少一个接收机(32)的位置而获得的，
-基于第二地球物理勘测采集几何结构来生成(245)第二合成地震数据集，
-使用地球物理处理算法和感兴趣的区域(10)的先验的地表下的模型来处理(250)第二合成地震数据集，以获得感兴趣的区域(10)的地表下(20)的第二模拟图像，
-计算(255)第二目标函数，所述第二目标函数取决于感兴趣的区域(10)的地表下(20)的第二模拟图像的至少一个第二质量指数，
-比较(260)第一目标函数和第二目标函数，
-基于第一目标函数和第二目标函数的比较，确定(265)在接收机(32)的第一组位置和第二组位置中的接收机(32)的最佳位置组并且确定在源(30)的第一组位置和第二组位置中的源(30)的最佳位置组。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定用以将接收机(32)安装在最佳位置组处的最佳逻辑操作顺序，并且有利地在显示单元上显示对应的逻辑操作顺序。
3.根据权利要求1所述的方法，其中目标函数进一步取决于地球物理勘测采集几何结构的至少一个特征指数。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个特征指数是从以下参数中的至少一个参数计算的：用于建立地球物理勘测采集几何结构的时间，用于建立地球物理勘测采集几何结构的总的行进距离，用于建立地球物理勘测采集几何结构的开辟的轨迹的里程数，用于建立地球物理勘测采集几何结构的切割木材量，用于建立地球物理勘测采集几何结构的工时数量，用于建立地球物理勘测采集几何结构的燃料消耗量，用于改善感兴趣的区域(10)的可达性的桥接里程数，用于建立地球物理勘测采集几何结构的直升机小时数，用于建立地球物理勘测采集几何结构的生成的CO2量，用于将接收机(32)安装在感兴趣的区域(10)的总时间。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用于至少基于接收机(32)的最佳位置来修改至少一个基地营地(34)的位置的步骤(270)。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用于基于先验的模型建模来确定接收机(32)的确定的最小表面密度的在先的步骤(215)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述多个基地营地(34)在感兴趣的区域上的位置是基于在给定时间内由操作员的团队行进的最大特征距离，最大特征距离有利地是从以下参数中选取的感兴趣的区域(10)的至少一个场地参数而计算的：地形、植被密度指数、植被性质指数、水文网络，路线位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其中多个接收机(32)的位置是基于感兴趣的区域(10)的至少一个场地参数而计算的，场地参数有利地是植被密度指数和/或植被性质指数，并且接收机(32)的位置是在具有局部低和/或零植被密度指数的区域中和/或在具有预定的植被性质指数的区域中计算的。
9.根据权利要求7所述的方法，其中至少一个场地参数是从感兴趣的区域(10)的卫星和/或航空测量结果确定的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中地震成像算法是照明算法或3D地震反演和迁移算法。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用于基于先验的模型建模来确定源(30)的确定的最小表面密度和/或接收机(32)的确定的最小表面密度的在先的步骤，先验的模型建模有利地是利用照明算法而获得的。
12.一种在感兴趣的区域(10)上执行地震勘测的过程，包括：
-执行根据权利要求1所述的方法，以基于目标函数来确定在感兴趣的区域(10)中的多个源(30)的位置和多个接收机(32)位置，
-通过至少一个交通工具将源(30)和接收机(32)运输到基地营地，
-将源(30)运送到其确定的位置，有利地在没有地面交通工具的情况下，并设置源(30)，
-将接收机(32)运输到其确定的位置处，特别是利用多个航空平台(38)，所述方法有利地包括将接收机(32)从航空平台(38)投放在地面中。
13.一种用于评估感兴趣的区域(10)上的地震勘测采集几何结构的系统(400)，所述采集几何结构指定多个接收机(32)的至少一个位置以及多个源(30)的位置，所述系统包括：
-基地营地位置计算模块(414)，用于确定感兴趣的区域(10)上的多个基地营地(34)的位置，
-接收机位置计算模块(418)，用于关于感兴趣的区域(10)上的接收机(32)的最小表面密度来确定多个接收机(32)的第一组位置和第二组位置，多个接收机(32)的第二组位置是通过改变多个接收机(32)的第一组位置中的至少一个接收机(32)的位置并且通过保持多个接收机(32)的第一组位置中的至少一个接收机(32)的位置而获得的，
-源位置计算模块(416)，用于关于在感兴趣的区域(10)上的源(30)的确定的最小表面密度来确定多个源(30)的第一组位置和第二组位置的步骤(235)，源(30)的位置是从至少一个基地营地(34)可到达的，多个源(30)的第二组位置是通过改变多个源(30)的第一组位置中的至少一个源(30)的位置并且通过保持所述多个源(30)的第一组位置中的至少一个源(30)的位置而获得的，
-计算模块(420)，用于基于地震勘测采集几何结构来生成地震地球物理数据集，
-地震成像模块(422)，用于使用地震处理算法和感兴趣的区域(10)的先验的地表下的模型来处理地震地球物理数据集，以获得感兴趣的区域的地表下的模拟图像，
-目标函数计算模块(424)，用于计算目标函数，所述目标函数取决于感兴趣的区域的地表下的模拟图像的至少一个质量指数，
-比较模块(426)，用于比较从第一地震勘测采集几何结构得到的第一目标函数和从第二地震勘测采集几何结构得到的第二目标函数，
-优化模块(428)，用于在第一地震勘测采集几何结构中的多个接收机(32)的第一组位置和第二地震勘测采集几何结构中的多个接收机(32)的第二组位置中确定接收机(32)的最佳位置组，并且用于在第一地震勘测采集几何结构中的多个源(30)的第一组位置和第二地震勘测采集几何结构中的多个源(30)的至少一个第二组位置中确定源(30)的最佳位置组，所述最佳位置组基于第一目标函数和第二目标函数的比较。
14.一种包括软件指令的存储器，该软件指令在被计算机执行时，执行根据权利要求1所述的方法。
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