CN111007581B - 三维地震观测系统面元均匀性评价方法及系统 - Google Patents

Abstract

三维地震观测系统面元均匀性评价方法及系统。该方法包括：1)输入三维地震观测系统每个面元的方位角‑炮检距数据对；2)将每个面元的方位角‑炮检距数据对分别映射在各自的面元二维空间中；3)设定方位角和偏移均匀的标准面元二维空间，并将其方位角‑炮检距数据对映射到标准面元二维空间中；4)对于其中一个面元，利用步骤3)中的标准面元二维空间与所述面元的面元二维空间的数据计算相关度；5)遍历所述三维地震观测系统所有面元，计算每个面元的相关度。本发明定量计算每个面元方位角和炮检距二维空间的与标准的面元方位角和炮检距二维空间分布的相关度，定量评价观测系统面元的方位角和炮检距分布均匀性，并能够通过直观的数据图形给出评价结果。

Description

三维地震观测系统面元均匀性评价方法及系统

技术领域

本发明涉及三维地震勘探观测系统领域，更具体地，涉及一种三维地震观测系统面元均匀性评价方法及系统。

背景技术

三维地震勘探技术是目前石油勘探的主流技术。三维地震观测系统的优劣直接影响着采集的地震数据的质量，进而影响地震勘探的效果。因此，三维地震观测系统的评价十分重要。三维地震观测系统面元属性是评价三维观测系统的重要手段之一，其中面元方位角和炮检距的分布又是最重要的面元属性。

无论从采集还是成像的角度来说，理想的三维观测系统要求面元方位角全方位，炮检距均匀分布。宽方位和炮检距均匀分布的观测系统能够对多次波，地滚波，偏移噪音，及其他各种随机干扰和噪音有效的衰减和压制。

目前，三维观测系统面元方位角和炮检距的评价主要是通过单个面元的方位角蜘蛛图，炮检距线条图等方式来表示。这种表示方法，一方面不能定量的评价不同面元之间的差别，基本上是依靠设计人员的观测和经验来判断，另一方面，没有把炮检距和方位角综合进行评价。最近几年，也有人尝试通过一维互相关的方法定量评价面元炮检距和方位角的分布。但是，这些方法要么只考虑炮检距的分布，要么即使考虑了方位角问题，也是先考虑炮检距，然后再逐个方位角在评价不同方位角的炮检距分布，而没有把炮检距的方位角作为一个整体综合考虑。因此，期待能够针对地震勘探观测系统设计一种面元均匀性评价方法及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种基于方位角和炮检距均匀性的评价方法及系统，解决地震勘探观测系统的优化和选择。

根据本发明的一方面，提出一种三维地震观测系统面元均匀性评价方法，包括以下步骤：

1)输入三维地震观测系统每个面元的方位角-炮检距数据对；

2)将每个面元的方位角-炮检距数据对分别映射在各自的面元二维空间中；

3)设定方位角和偏移均匀的标准面元二维空间，并将其方位角-炮检距数据对映射到标准面元二维空间中；

4)对于其中一个面元，利用步骤3)中的标准面元二维空间与所述面元的面元二维空间的数据计算相关度；

5)遍历所述三维地震观测系统所有面元，计算每个面元的相关度。

优选地，所述步骤2)包括：

2.1)对于其中一个面元构建M×N的二维空间G_avo，并为G_avo每一元素设置一计数器，其中，M＝360/dθ,dθ为方位角步长，N＝X_max/dx，X_max为观测系统的最大炮检距，dx为炮检距步长；

2.2)遍历所述面元的所有方位角-炮检距数据对，将每个数据对映射到G_avo[idx,idy]的对应元素中，每映射成功一次，使对应元素的计数器加1，其中，idx＝θ/dθ，idy＝x/dx；

2.3)遍历所有面元，重复步骤2.1)-2.2)，将每个面元的方位角-炮检距数据对映射在各自的二维空间中。

优选地，在所述步骤3)中，通过以下步骤计算所述标准面元二维空间的数据：

3.1)构建M×N的标准面元二维空间G_sta；

3.2)基于公式(1)计算所述标准面元二维空间的每个元素的值：

G_sta[i,j]＝INT[Fold_max/(M×N)+0.5](1)

其中，i＝1,2,...,M，j＝1,2,...,N，Fold_max表示观测系统中的最大覆盖次数，INT表示对括号里结果取整。

优选地，所述步骤4)包括：

4.1)基于公式(2)计算所述标准面元二维空间中各个元素的均值

4.2)基于公式(3)计算其中一个面元的面元二维空间中各个元素的均值

4.3)基于公式(4)计算所述其中一个面元的面元二维空间与所述标准面元二维空间的相关度R：

优选地，还包括步骤6)，具体包括：

6.1)选取所有面元二维空间与标准面元二维空间的相关度R的最大值R_max；

6.2)将[0,R_max]范围分等分L段，遍历所有面元的相关度R，统计属于每个等分的相关度个数R_num[i]，其中，i＝0,1,2,…,L。

根据本发明的另一方面，提出一种三维地震观测系统面元均匀性评价系统，其存储于计算机程序中，所述程序被处理器执行以下步骤：

1)输入三维地震观测系统每个面元的方位角-炮检距数据对；

2)将每个面元的方位角-炮检距数据对分别映射在各自的面元二维空间中；

3)设定方位角和偏移均匀的标准面元二维空间，并将其方位角-炮检距数据对映射到标准面元二维空间中；

4)对于其中一个面元，利用步骤3)中的标准面元二维空间与所述面元的面元二维空间的数据计算相关度；

5)遍历所述三维地震观测系统所有面元，计算每个面元的相关度。

优选地，所述步骤2)包括：

2.1)对于其中一个面元构建M×N的二维空间G_avo，并为G_avo每一元素设置一计数器，其中，M＝360/dθ,dθ为方位角步长，N＝X_max/dx，X_max为观测系统的最大炮检距，dx为炮检距步长；

2.2)遍历所述面元的所有方位角-炮检距数据对，将每个数据对映射到G_avo[idx,idy]的对应元素中，每映射成功一次，使对应元素的计数器加1，其中，idx＝θ/dθ，idy＝x/dx；

2.3)遍历所有面元，重复步骤2.1)-2.2)，将每个面元的方位角-炮检距数据对映射在各自的二维空间中。

优选地，在所述步骤3)中，通过以下步骤计算所述标准面元二维空间的数据：

3.1)构建M×N的标准面元二维空间G_sta；

3.2)基于公式(1)计算所述标准面元二维空间的每个元素的值：

G_sta[i,j]＝INT[Fold_max/(M×N)+0.5] (1)

其中，i＝1,2,...,M，j＝1,2,...,N，Fold_max表示观测系统中的最大覆盖次数，INT表示对括号里结果取整。

优选地，所述步骤4)包括：

4.1)基于公式(2)计算所述标准面元二维空间中各个元素的均值

4.2)基于公式(3)计算其中一个面元的面元二维空间中各个元素的均值

4.3)基于公式(4)计算所述其中一个面元的面元二维空间与所述标准面元二维空间的相关度R：

优选地，所述处理器执行所述程序时还实现以下步骤：

6.1)选取所有面元二维空间与标准面元二维空间的相关度R的最大值R_max；

6.2)将[0,R_max]范围分等分L段，遍历所有面元的相关度R，统计属于每个等分的相关度个数R_num[i]，其中，i＝0,1,2,…,L。

本发明将面元炮检距和方位数据映射在一个二维空间中，通过二维空间互相关的方法，定量计算每个面元方位角和炮检距二维空间的与一个标准的面元方位角和炮检距二维空间分布的相关度，定量评价观测系统面元的方位角和炮检距分布均匀性，并能够通过直观的数据图形给出评价结果。设计者可以依据该结果，对设计的观测系统进行调整，或者在多个备选方案中，优选出最佳的方案。事实证明，本发明的方法和系统是可行的，在实际应用中是能解决观测系统面元均匀性的评价和优选问题。

本发明的方法和系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出根据本发明的示例性实施方案的三维地震观测系统面元均匀性评价方法的流程图；

图2示出一个面元中的炮检距数据映射到面元二维空间的示意图；

图3示出标准面元二维空间的示意图；

图4a-4c示出34L8S240T正交观测系统1的相关度输出结果；

图5a-5c示出34L8S240T正交观测系统2的相关度输出结果；

图6a-6c示出34L8S240T正交观测系统3的相关度输出结果。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出根据本发明的示例性实施方案的三维地震观测系统面元均匀性评价方法的流程图。如图1所示，该方法包括步骤S1～S6。

在步骤S1中，输入三维地震观测系统每个面元的方位角-炮检距数据对。

三维地震观测系统是在三维地震数据采集时描述面积上分布的激发点与接收点之间空间位置关系的观测方式。面元是三维成像的基本单元(如同像素)，每个炮点与检波点对对应在不同的面元中，同一炮而不同道的炮检对组合应处于不同的面元之中，同一道而不同炮的炮检对组合也同样应处于不同的面元之中。

在步骤S2中，将每个面元的方位角-炮检距数据对分别映射在各自的面元二维空间中。参考图2，其中，Xmax＝3500米,dx＝100米，dθ＝15°。

具体地，可以通过以下方式实现方位角-炮检距数据对到面元二维空间的映射：

首先，指定一个方位角步长dθ，将方位角等分成M等分，其中M＝360/dθ；指定一个炮检距步长dx，将炮检距等分成N等分，其中N＝Xmax/dx，其中Xmax为观测系统的最大炮检距。

指定其中一个面元，构建一个M×N的二维空间G_avo，并为G_avo每一元素设置一计数器。

遍历该面元的所有方位角-炮检距数据对，利用以下公式将每个avo数据对映射到G_avo对应元素G_avo[idx,idy]中，每映射成功一次，使G_avo[idx,idy]的计数器+1：

遍历每一个面元，重复以上两段所述步骤，为每个面元构建一个二维空间，并将方位角-炮检距数据映射到该空间。

在步骤S3中，设定方位角和偏移均匀的标准面元二维空间，并将其方位角-炮检距数据对映射到标准面元二维空间中，参考图3。

具体地，与步骤S2的内容类似，首先创建一对比面元二维空间G_sta，其大小同样为M×N，并为G_sta每一元素设置一计数器。

之后，基于公式(1)计算将其方位角-炮检距数据对映射到标准面元二维空间后，所述标准面元二维空间的每个元素的值：

G_sta[i,j]＝INT[Fold_max/(M×N)+0.5] (1)

其中，i＝1,2,...,M，j＝1,2,...,N，Fold_max表示观测系统中的最大覆盖次数，INT表示对括号里结果取整。

在步骤S4中，对于其中一个面元，利用步骤3)中的标准面元二维空间与所述面元的面元二维空间的数据计算相关度。

具体地，可以通过以下方法对相关度进行计算；

按照公式(2)计算标准面元均值

对于该面元，按照公式(3)计算该面元的均值

按照公式(4)计算该面元与标准面元的相关度值R：

在步骤S5中，重复步骤S4，遍历三维观测系统的所有面元，计算每个面元的相关度。

在一个示例中，该方法还包括步骤S6，具体包括：

6.1)选取所有面元二维空间与标准面元二维空间的相关度R的最大值R_max；

6.2)将[0,R_max]范围分等分L段，遍历所有面元的相关度R，统计属于每个等分的相关度个数R_num[i]，其中，i＝0,1,2,…,L。

可以通过以下绘图方式直观显示统计结果：

1、以面元的相关度R的值为颜色标尺，以面元中心位置为坐标绘制彩色平面图，平面图的颜色深浅表示了面元的相关度R值高低。本领域技术人员应当理解，也可以相应地用灰度来表示相关度R值高低；

2、以步骤6.2)统计的R_num结果绘制条形图，其中条形图中每个条格代表该分段所占的面元个数；

3、以步骤6.2)统计的R_num结果绘制扇形图，其中扇形图中每个扇区代表该分段面元数占总面元数的百分比。

本发明还提出了一种三维地震观测系统面元均匀性评价系统，其存储于计算机程序中，所述程序被处理器执行以下步骤：

1)输入三维地震观测系统每个面元的方位角-炮检距数据对；

2)将每个面元的方位角-炮检距数据对分别映射在各自的面元二维空间中；

3)设定方位角和偏移均匀的标准面元二维空间，并将其方位角-炮检距数据对映射到标准面元二维空间中；

4)对于其中一个面元，利用步骤3)中的标准面元二维空间与所述面元的面元二维空间的数据计算相关度；

5)遍历所述三维地震观测系统所有面元，计算每个面元的相关度。

在一个示例中，所述步骤2)包括：

2.1)对于其中一个面元构建M×N的二维空间G_avo，并为G_avo每一元素设置一计数器，其中，M＝360/dθ,dθ为方位角步长，N＝X_max/dx，X_max为观测系统的最大炮检距，dx为炮检距步长；

2.2)遍历所述面元的所有方位角-炮检距数据对，将每个数据对映射到G_avo[idx,idy]的对应元素中，每映射成功一次，使对应元素的计数器加1，其中，idx＝θ/dθ，idy＝x/dx；

2.3)遍历所有面元，重复步骤2.1)-2.2)，将每个面元的方位角-炮检距数据对映射在各自的二维空间中。

在一个示例中，在步骤3)中，通过以下步骤计算所述标准面元二维空间的数据：

3.1)构建M×N的标准面元二维空间G_sta；

3.2)基于公式(1)计算所述标准面元二维空间的每个元素的值：

G_sta[i,j]＝INT[Fold_max/(M×N)+0.5] (1)

其中，i＝1,2,...,M，j＝1,2,...,N，Fold_max表示观测系统中的最大覆盖次数，INT表示对括号里结果取整。

4.1)基于公式(2)计算所述标准面元二维空间中各个元素的均值

4.2)基于公式(3)计算其中一个面元的面元二维空间中各个元素的均值

4.3)基于公式(4)计算所述其中一个面元的面元二维空间与所述标准面元二维空间的相关度R：

在一个示例中，所述程序还被处理器执行以下步骤：

6.1)选取所有面元二维空间与标准面元二维空间的相关度R的最大值R_max；

6.2)将[0,R_max]范围分等分L段，遍历所有面元的相关度R，统计属于每个等分的相关度个数R_num[i]，其中，i＝0,1,2,…,L。

应用示例

将根据本发明的三维地震观测系统面元均匀性评价方法分别应用于34L8S240T观测系统1、2、3。观测系统参数如下表，三个系统除了炮线距，其他参数都相同。

	系统1	系统2	系统3
				道距(米)	50	50	50
接收线距(米)	400	400	400
				炮点距(米)	50	50	50
炮线距(米)	300	400	500
				接收线数	34	34	34
单排列道数	240	240	240
				覆盖次数	304	255	204

为了评价这三个观测系统的面元均匀性，利用本发明的三维地震观测系统面元均匀性评价方法，分别计算了三个观测系统与标准面元的相关度，得到如图4a-4c、图5a-5c、图6a-6c的输出结果。

对比三个系统，从系统1到系统3，图4a、图5a、图6a采集脚印现象逐渐显现，说明相关度在逐渐降低。同样，从图4b、图5b、图6b的条形图和图4c、图5c、图6c的扇形图上，也能看出系统1的相关度高的面元数占的比例也明显的高于系统2和系统3，系统1中0.45-0.5占88％，系统2和3相关度都低于0.45。

再比较系统2和系统3，系统2的相关度高于系统3。系统2中相关度全部在0.4-0.45之间，系统3中相关度0.4-0.45的占96％。

因此，依据本例中的相关度指数，观测系统1在面元均匀性性方面优于系统2和系统3。

综上，通过应用示例证明，本发明的方法是可行的，在实际应用中是能解决观测系统面元均匀性的评价和优选问题。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种三维地震观测系统面元均匀性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)输入三维地震观测系统每个面元的方位角-炮检距数据对；

2)将每个面元的方位角-炮检距数据对分别映射在各自的面元二维空间中；

3)设定方位角和偏移均匀的标准面元二维空间，并将每个面元的方位角-炮检距数据对映射到标准面元二维空间中；

4)对于其中一个面元，利用步骤3)中的标准面元二维空间的数据与所述面元的面元二维空间的数据计算相关度，所述标准面元二维空间的数据为所述标准面元二维空间的每个元素的值，所述面元的面元二维空间的数据为该面元对应的面元二维空间的每个元素的值；

5)遍历所述三维地震观测系统所有面元，计算每个面元的相关度。

2.根据权利要求1所述的三维地震观测系统面元均匀性评价方法，其特征在于，所述步骤2)包括：

2.1)对于其中一个面元构建M×N的二维空间G_avo，并为G_avo每一元素设置一计数器，其中，M＝360/dθ,dθ为方位角步长，N＝X_max/dx，X_max为观测系统的最大炮检距，dx为炮检距步长；

2.2)遍历所述面元的所有方位角-炮检距数据对，将每个数据对映射到G_avo[idx,idy]的对应元素中，每映射成功一次，使对应元素的计数器加1，其中，idx＝θ/dθ，idy＝x/dx；

2.3)遍历所有面元，重复步骤2.1)-2.2)，将每个面元的方位角-炮检距数据对映射在各自的二维空间中。

3.根据权利要求2所述的三维地震观测系统面元均匀性评价方法，其特征在于，在所述步骤3)中，通过以下步骤计算所述标准面元二维空间的数据：

3.1)构建M×N的标准面元二维空间G_sta；

3.2)基于公式(1)计算所述标准面元二维空间的每个元素的值：

G_sta[i,j]＝INT[Fold_max/(M×N)+0.5] (1)

其中，i＝1,2,...,M，j＝1,2,...,N，Fold_max表示观测系统中的最大覆盖次数，INT表示对括号里结果取整。

4.根据权利要求3所述的三维地震观测系统面元均匀性评价方法，其特征在于，所述步骤4)包括：

4.1)基于公式(2)计算所述标准面元二维空间中各个元素的均值

4.2)基于公式(3)计算其中一个面元的面元二维空间中各个元素的均值

4.3)基于公式(4)计算所述其中一个面元的面元二维空间与所述标准面元二维空间的相关度R：

5.根据权利要求1所述的三维地震观测系统面元均匀性评价方法，其特征在于，还包括步骤6)，具体包括：

6.1)选取所有面元二维空间与标准面元二维空间的相关度R的最大值R_max；

6.2)将[0,R_max]范围分等分L段，遍历所有面元的相关度R，统计属于每个等分的相关度个数R_num[i]，其中，i＝0,1,2,…,L。

6.一种三维地震观测系统面元均匀性评价系统，其特征在于，所述系统包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

1)输入三维地震观测系统每个面元的方位角-炮检距数据对；

2)将每个面元的方位角-炮检距数据对分别映射在各自的面元二维空间中；

3)设定方位角和偏移均匀的标准面元二维空间，并将每个面元的方位角-炮检距数据对映射到标准面元二维空间中；

4)对于其中一个面元，利用步骤3)中的标准面元二维空间的数据与所述面元的面元二维空间的数据计算相关度，所述标准面元二维空间的数据为所述标准面元二维空间的每个元素的值，所述面元的面元二维空间的数据为该面元对应的面元二维空间的每个元素的值；

5)遍历所述三维地震观测系统所有面元，计算每个面元的相关度。

7.根据权利要求6所述的三维地震观测系统面元均匀性评价系统，其特征在于，所述步骤2)包括：

2.1)对于其中一个面元构建M×N的二维空间G_avo，并为G_avo每一元素设置一计数器，其中，M＝360/dθ,dθ为方位角步长，N＝X_max/dx，X_max为观测系统的最大炮检距，dx为炮检距步长；

2.2)遍历所述面元的所有方位角-炮检距数据对，将每个数据对映射到G_avo[idx,idy]的对应元素中，每映射成功一次，使对应元素的计数器加1，其中，idx＝θ/dθ，idy＝x/dx；

2.3)遍历所有面元，重复步骤2.1)-2.2)，将每个面元的方位角-炮检距数据对映射在各自的二维空间中。

8.根据权利要求7所述的三维地震观测系统面元均匀性评价系统，其特征在于，在所述步骤3)中，通过以下步骤计算所述标准面元二维空间的数据：

3.1)构建M×N的标准面元二维空间G_sta；

3.2)基于公式(1)计算所述标准面元二维空间的每个元素的值：

G_sta[i,j]＝INT[Fold_max/(M×N)+0.5] (1)

其中，i＝1,2,...,M，j＝1,2,...,N，Fold_max表示观测系统中的最大覆盖次数，INT表示对括号里结果取整。

9.根据权利要求8所述的三维地震观测系统面元均匀性评价系统，其特征在于，所述步骤4)包括：

4.1)基于公式(2)计算所述标准面元二维空间中各个元素的均值

4.2)基于公式(3)计算其中一个面元的面元二维空间中各个元素的均值

4.3)基于公式(4)计算所述其中一个面元的面元二维空间与所述标准面元二维空间的相关度R：

10.根据权利要求6所述的三维地震观测系统面元均匀性评价系统，其特征在于，所述处理器执行所述程序时还实现以下步骤：

6.1)选取所有面元二维空间与标准面元二维空间的相关度R的最大值R_max；

6.2)将[0,R_max]范围分等分L段，遍历所有面元的相关度R，统计属于每个等分的相关度个数R_num[i]，其中，i＝0,1,2,…,L。

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