CN110174696B - 一种介质对称轴与观测坐标轴互换的地震波采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种介质对称轴与观测坐标轴互换的地震波采集方法，建立了观测坐标轴，布设辐射状地震测线，可以获取较多的裂缝储层中的地震波信息。利用相互垂直的两条测线观测到的快、慢横波信息可以较方便地预判出裂缝的走向。本发明震源为三维球对称性，充分利用了震源瞬时振幅的有效性。本发明将介质对称轴与观测坐标轴互换后观测，可以大大节省预测裂缝性储层的周期和成本，除了场源具有三维的球对称分布，观测系统具有二维分布的属性，容易实现，提高了勘探效率。本发明方案合理，结构简单，容易实现，能充分发挥多条测线的优势。

Description

一种介质对称轴与观测坐标轴互换的地震波采集方法

技术领域

本发明属于地震勘探领域，尤其涉及一种介质对称轴与观测坐标轴互换的地震波采集方法。

背景技术

裂缝性油气藏研究已成为一个非常重要的勘探领域，其具有储层规模小、非均质和各向异性效应强等特点。要进行裂缝性油气藏的勘探开发，首先需要研究地震波在裂缝储层中的传播特征才能更合理地分析和解释实际资料。目前，对于裂缝性储层的研究和识别方法大部分以数值模拟为主。三维模型是最理想最接近实际介质的模拟，然而需要大量的计算机资源，对计算机内存资源和CPU时间有较高的要求。常规的观测是沿直线测线进行，所得数据反映测线下方二维平面内的地震信息。这种二维的数据形式难以确定侧向反射的存在以及断层走向方向等问题，为精细详查地层情况以及利用地震资料进行储集层描述，有时在地面的一定面积内布置若干条测线，以取得足够密度的三维形式的数据体进而进行三维勘探，但实际中三维地震观测也较难以实现。

目前对于讨论裂缝性油气藏的观测方法的专利较少，大部分集中在介质中的地震波响应检测和数值模拟方法研究上，如《快慢横波分裂的裂缝方位角测试方法》(黄友华，2009，申请号200910216743.1)、《一种横波分裂裂缝检测的方法》(王九栓等，2011，申请号201110199239.2)、《一种裂缝介质地震波响应的确定性数值模拟方法》(张美根，2013，申请号201310340843.1)、《地质勘探中的裂缝检测方法》(魏修成等，2014，申请号201410079665.6)、《一种检测地层裂缝走向方位角度的方法》(李向阳等，2013，申请号201310553945.1)、《基于横波双折射的裂缝属性因子提取方法和装置》(陈蕾，2015，201510254556.8)、《含垂直裂缝的页岩的波场传播特征的正演模拟方法》(许凯，2015，申请号201510674490.8)、《基于多机多核的裂缝介质地震波场数值模拟方法》(蔡涵鹏等，2017，申请号201710749074.9)等。这些方法虽然不同程度地对裂缝介质中的地震波响应、数值模拟方法和动力学特征做了一定的讨论，但是对裂缝性介质中横波分后快慢横波的运动学特征及对地震波探测各向异性裂缝油气储层时的观测方法尚缺乏讨论。观测采集方法是获取地震资料很重要的一个环节，直接决定了裂缝储层勘探的有用信息高比例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种介质对称轴与观测坐标轴互换的地震波采集方法，可将介质对称轴和观测坐标轴进行互换，实现用二维三分量代替三维对裂缝性储层识别的地震波观测采集。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种介质对称轴与观测坐标轴互换的地震波采集方法，包括以下步骤：

步骤1：在测量区域布设多条地震测线，使测线呈辐射状排列，将测线束中两条相互垂直的测线组成的坐标轴作为观测坐标轴；

步骤2：选择两条相互垂直的测线分别进行地震波数据采集，分析观测平面获取的地震波信息，根据获取的地震波信息判断出判定裂缝的介质对称轴与两条相互垂直的测线的关系；

步骤3：根据裂缝的介质对称轴判断裂缝介质走向，判断出裂缝性油气的储层空间。

进一步，步骤2具体为：

(2.1)两条相互垂直的测线记为测线M和测线N，选择测线M进行地震波数据采集，分析观测平面获取的地震波信息，若得到的地震波信息中只有一种横波分量，记为S₁，横波速度记为V_S1，则判定裂缝的介质对称轴与观测坐标轴平行或垂直；

若得到的地震波信息中有两种横波，一种速度快称之为快横波，另一种速度慢称之为慢横波，根据快慢横波振幅的强弱对观测坐标轴以一定的角度旋转后再继续观测，旋转角度和方向根据快慢横波振幅的强弱调整；

(2.2)再选择测线N进行地震波数据采集，分析观测平面获取的地震波信息，得到的地震记录中也只有一种横波分量，记为S₂，横波速度记为V_S2，将V_S2与步骤2中的横波速度V_S1进行比较，判断出判定裂缝的介质对称轴与测线M和测线N的关系。

进一步，步骤(2.2)中，判定裂缝的介质对称轴与测线M和测线N的关系具体为：

若V_S1>V_S2，则判定裂缝的介质对称轴垂直于测线M，而平行于测线N；若V_S1<V_S2，则判定裂缝的介质对称轴平行于测线M，而垂直于测线N。

进一步，步骤(2.1)中，当得到的地震波信息中有两种横波时，若选择测线M观测到的快横波振幅大于慢横波振幅，则向M轴方向旋转观测坐标轴，直至选择测线M只观测到一种横波，此时裂缝介质的对称轴与测线M垂直，即裂缝介质走向与M测线平行；反之，则是裂缝介质走向与测线M垂直。

进一步，测线束中还包括一条在与两条相互垂直的测线组成的平面内呈45°的测线。

进一步，在步骤2和步骤3之间加验证步骤，具体为：

选择45°的测线进行观测，获取地震信息中的横波将会有两种，一种传播速度较快为快横波，另一种传播速度较慢为慢横波，且快横波和慢横波的振幅和能量相当。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种介质对称轴与观测坐标轴互换的地震波采集方法，建立了观测坐标轴，布设辐射状地震测线，可以获取较多的裂缝储层中的地震波信息。利用相互垂直的两条测线观测到的快、慢横波信息可以较方便地预判出裂缝的走向。本发明震源为三维球对称性，充分利用了震源瞬时振幅的有效性。本发明方案合理，结构简单，容易实现，能充分发挥多条测线的优势。

由于横波分裂是衡量储层介质是否包含裂缝的重要标志，它在地震记录中较容易识别，其实纵波同样存在着各向异性，相对而言没有横波的特征那么明显。通过这样的测线布设，就可以把一个三维的问题简化为二维三分量问题，观测到的地震数据信息量比二维的观测要准确且丰富的多。

进一步，若得到的地震波信息中有两种横波，一种速度快称之为快横波，另一种速度慢称之为慢横波，用地震数据处理软件如Vista、Landmark等分析，根据快慢横波振幅的强弱可对观测坐标轴以一定的角度旋转后再继续观测，旋转角度和方向根据快慢横波振幅的强弱调整，若在M测线观测到的快横波振幅大于慢横波振幅，则向M轴方向旋转观测坐标轴，直至在M测线只观测到一种横波，而旋转观测坐标轴这种横波速度为快横波，此时裂缝介质的对称轴与M测线垂直，即裂缝介质走向与M测线平行。反之，则是裂缝介质走向与M测线垂直。该过程与数值计算时观测坐标轴不变、介质对称轴旋转得到地震记录刚好相反，所以相当于把介质对称轴与观测坐标轴互换了一下而得到地震波信息。本发明将介质对称轴与观测坐标轴互换后观测，可以大大节省预测裂缝性储层的周期和成本，除了场源具有三维的球对称分布，观测系统具有二维分布的属性，容易实现，提高了勘探效率。

进一步，通过将V_S2与V_S1进行比较，若V_S1>V_S2，则判定裂缝的介质对称轴垂直于测线M，而平行于测线N；若V_S1<V_S2，则判定裂缝的介质对称轴平行于测线M，而垂直于测线N。这是因为裂缝的介质对称轴与裂缝介质走向垂直，当裂缝介质走向于观测坐标轴平行时，说明横波为快横波，当裂缝介质走向于观测坐标轴垂直时，说明横波为慢横波。

进一步，通过对45°的测线进行观测，获得振幅和能量相当的快慢横波，可以对步骤3的结果进行验证，起到协助作用。

附图说明

图1为本发明的测线布置示意图；

图2为相同参数下裂缝介质中二维模型的地震波场快照，其中图(a)为X分量的地震波场快照，图(b)为Z分量的地震波场快照；

图3为相同参数下裂缝介质中二维三分量的地震波场快照，其中图(a)为X分量的地震波场快照，图(b)为Y分量的地震波场快照，图(c)为Z分量的地震波场快照；

图4为相同参数下裂缝介质中三维模型的地震波场快照；其中图(a)为X分量的地震波场快照，图(b)为Y分量的地震波场快照，图(c)为Z分量的地震波场快照。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，为节约成本，先在观测区布设两条相互垂直的测线，分别记为测线M和测线N，测线M沿着x轴，测线N沿着y轴，采用集中力源震源激发后进行波场数据采集，裂缝介质对称轴如图1所示平行于x轴方向，若先对沿着x轴的测线进行观测，集中力源在各向异性介质中会既产生纵波又产生横波，而横波经过裂缝后会产生横波分裂，但前提条件是测线与裂缝介质走向斜交，也既是当测线与介质对称轴平行或垂直时均观测不到横波分裂现象，此时由于测线M与裂缝介质对称轴平行，所以观测不到横波分裂，但是仍然会有一种横波。同样地，若先选择沿y轴的测线进行观测，也是只会得到一种横波，这两种横波的速度不等，前者小于后者，因为y轴平行于裂缝介质的各向同性面。

根据上述原理，设计了一种介质对称轴与观测坐标轴互换的地震波采集方法，包括以下步骤：

步骤1：在测量区域布设多条地震测线，使测线呈辐射状排列，测线束中包含两条相互垂直的测线和一条在与两条相互垂直的测线组成的平面内呈45°的测线，将两条相互垂直的测线记为测线M和测线N，将测线M和测线N组成的坐标轴作为观测坐标轴；

步骤2：选择测线M进行地震波数据采集，分析观测平面获取的地震波信息，若得到的地震波信息中只有一种横波分量，记为S1，横波速度记为VS1，则判定裂缝的介质对称轴与观测坐标轴平行或垂直；

若得到的地震波信息中有两种横波，一种速度快称之为快横波，另一种速度慢称之为慢横波，用地震数据处理软件如Vista、Landmark等分析，根据快慢横波振幅的强弱可对观测坐标轴以一定的角度旋转后再继续观测，旋转角度和方向根据快慢横波振幅的强弱调整，若在M测线观测到的快横波振幅大于慢横波振幅，则向M轴方向旋转观测坐标轴，直至在M测线只观测到一种横波，而旋转观测坐标轴这种横波速度为快横波，此时裂缝介质的对称轴与M测线垂直，即裂缝介质走向与M测线平行。反之，则是裂缝介质走向与M测线垂直。

该过程与数值计算时观测坐标轴不变、介质对称轴旋转得到地震记录刚好相反，所以相当于把介质对称轴与观测坐标轴互换了一下而得到地震波信息。

步骤3：选择测线N进行地震波数据采集，分析获取的地震波信息，若得到的地震记录中也只有一种横波分量，记为S2，横波速度记为VS2，将VS2与步骤2中的横波速度VS1进行比较，判断出判定裂缝的介质对称轴于测线M和测线N的关系；

步骤4：根据裂缝的介质对称轴判断裂缝介质走向，进而可以判断出裂缝性油气的储层空间。

更优地，在步骤3和步骤4之间加验证步骤，具体为：选择45°的测线进行观测，获取地震信息中的横波将会有两种，一种传播速度较快为快横波，另一种传播速度较慢为慢横波，且快、慢横波的振幅和能量分别相当。这样对步骤3的结果做了一个验证，说明其结果是正确的。

步骤3中判裂缝的介质对称轴于测线M和测线N的关系具体为：若VS1>VS2，则判定裂缝的介质对称轴垂直于测线M，而平行于测线N；若VS1<VS2，则判定裂缝的介质对称轴平行于测线M，而垂直于测线N。

步骤2中，当得到的地震波信息中有两种横波时，若在测线M观测到的快横波振幅大于慢横波振幅，则向M轴方向旋转观测坐标轴，直至在测线M只观测到一种横波，而旋转观测坐标轴这种横波速度为快横波，此时裂缝介质的对称轴与测线M垂直，即裂缝介质走向与M测线平行；反之，则是裂缝介质走向与测线M垂直。

为了得到更精准的数据，旋转观测坐标轴(y轴)，使与之前的y轴夹角分别为30°、45°、60°和90°，该过程相当于介质对称轴与观测坐标轴互换了一下，进而得到多条测线的观测数据。测线是地震资料地质解释的基本依据，测线的布置对于了解地下地质结构影响很大。常规的观测是沿直线测线进行，所得数据反映测线下方二维平面内的地震信息。这种二维的数据形式难以确定侧向反射的存在以及断层走向方向等问题，为精细详查地层情况以及利用地震资料进行储集层描述，在地面的一定面积内布置若干条测线，以取得足够密度的三维形式的数据体，所以本发明的测线布置为三维的，但裂缝介质沿着走向方向性质没有变化仍然是二维的，因此，折中后为一种二维三分量观测，但测量的结果跟三维的结果从定性的角度讲是相同的。这种采集方法节约了测线布置的成本，还获取了更多裂缝介质中的地震波信息，提高了判断裂缝介质走向的效率。

图2中看到二维模型模拟结果中观测不到横波，但图3和图4中二维三分量和三维模型均可观测到明显的横波分裂现象，从振幅上也可以发现二维三分量和三维的波场中纵波相差较大，但横波变化不大，所以在二维三分量模型模拟时旋转介质对称轴的方向计算得到的结果去近似三维模型结果里y＝0的平面切片。这种方法可用于指导野外实际观测，布置观测系统后观测。

Claims (3)

1.一种介质对称轴与观测坐标轴互换的地震波采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在测量区域布设多条地震测线，使测线呈辐射状排列，将测线束中两条相互垂直的测线组成的坐标轴作为观测坐标轴；

步骤2：选择两条相互垂直的测线分别进行地震波数据采集，分析观测平面获取的地震波信息，根据获取的地震波信息判断出判定裂缝的介质对称轴与两条相互垂直的测线的关系；

步骤2具体为：

(2.1)两条相互垂直的测线记为测线M和测线N，选择测线M进行地震波数据采集，分析观测平面获取的地震波信息，若得到的地震波信息中只有一种横波分量，记为S₁，横波速度记为V_S1，则判定裂缝的介质对称轴与观测坐标轴平行或垂直；

若得到的地震波信息中有两种横波，一种速度快称之为快横波，另一种速度慢称之为慢横波，根据快慢横波振幅的强弱对观测坐标轴以一定的角度旋转后再继续观测，旋转角度和方向根据快慢横波振幅的强弱调整；

当得到的地震波信息中有两种横波时，若选择测线M观测到的快横波振幅大于慢横波振幅，则向M轴方向旋转观测坐标轴，直至选择测线M只观测到一种横波，此时裂缝介质的对称轴与测线M垂直，即裂缝介质走向与M测线平行；反之，则是裂缝介质走向与测线M垂直；

(2.2)再选择测线N进行地震波数据采集，分析观测平面获取的地震波信息，得到的地震记录中也只有一种横波分量，记为S₂，横波速度记为V_S2，将V_S2与步骤2中的横波速度V_S1进行比较，判断出判定裂缝的介质对称轴与测线M和测线N的关系；

若V_S1>V_S2，则判定裂缝的介质对称轴垂直于测线M，而平行于测线N；若V_S1<V_S2，则判定裂缝的介质对称轴平行于测线M，而垂直于测线N；

步骤3：根据裂缝的介质对称轴判断裂缝介质走向，判断出裂缝性油气的储层空间。

2.如权利要求1所述的一种介质对称轴与观测坐标轴互换的地震波采集方法，其特征在于，测线束中还包括一条在与两条相互垂直的测线组成的平面内呈45°的测线。

3.如权利要求1所述的一种介质对称轴与观测坐标轴互换的地震波采集方法，其特征在于，在步骤2和步骤3之间加验证步骤，具体为：

选择45°的测线进行观测，获取地震信息中的横波将会有两种，一种传播速度较快为快横波，另一种传播速度较慢为慢横波，且快横波和慢横波的振幅和能量相当。

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