CN113917522A - 用于指导采集观测系统设计的地震正演方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，包括：步骤1，设计初始的观测系统方案；步骤2，建立覆盖全部观测系统方案区域的地质模型；步骤3，计算方案目标区域中全部网格点上的散射波数向量组；步骤4，从步骤3计算得到的散射波数向量组中抽取相应的散射波数向量，即可得到该方案的散射波数向量组；步骤5，应用傅里叶变换，得到波数域目标模型数据；步骤6，计算该方案的目标区域的叠前深度偏移剖面。该用于指导采集观测系统设计的地震正演方法可以高效快速的获得叠前深度偏移剖面，避免了常规技术方法中先生成叠前炮记录，然后再处理偏移得到成像剖面的步骤，可以用于地震采集观测系统设计实际生产。

Description

用于指导采集观测系统设计的地震正演方法
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种用于指导采集观测系统设计的地震正演方法。
背景技术
地震采集观测系统设计是地震勘探中的重要步骤。对地下目标区域，需要合理的设计观测系统，以实现对目标区域的高质量成像。因此，为了检验评价观测系统设计方案的合理性，一般采用地震正演技术进行数值模拟，进而得到叠前成像剖面。这种技术方法的思路一般为，对形成的观测系统设计方案，结合地质模型，进行(基于波动方程或者射线追踪的)地震正演模拟，得到(二维或三维)地震炮记录；然后对地震炮记录进行处理、偏移等操作，得到叠前偏移剖面；通过分析目标区域的偏移剖面，对观测系统设计方案进行确定或分析修改。
但是这种技术方法存在效率难以满足生产需求的问题。一方面，观测系统设计一般在短时间内需要设计多套方案，或者需要经过多次修改完善，因此需要地震正演的次数较多，并且频率较高；另一方面，为了更充分的获得地下复杂地质构造信息，目前的观测系统方案大多设计为宽方位、大偏移距，因此导致单次地震正演的计算量巨大，即时采用一些效率优化方案，其计算周期仍然较长。而且正演得到的炮记录，还需要经过常规处理、偏移等流程才能得到成像剖面，这一过程同样十分耗时。总之，该技术方案难以满足目前观测系统设计对地震正演的高频次使用需求，缺乏可行性。
现有的技术方法中正演模拟过程和炮记录数据处理偏移过程均十分耗时，周期较长，难以满足观测系统设计生产中的对地震正演的高频次使用需求。
为此我们发明了一种新的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以高效快速的获得叠前深度偏移剖面的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，该用于指导采集观测系统设计的地震正演方法包括：步骤1，设计初始的观测系统方案；步骤2，建立覆盖全部观测系统方案区域的地质模型；步骤3，计算方案目标区域中全部网格点上的散射波数向量组；步骤4，从步骤3计算得到的散射波数向量组中抽取相应的散射波数向量，即可得到该方案的散射波数向量组；步骤5，应用傅里叶变换，得到波数域目标模型数据；步骤6，计算该方案的目标区域的叠前深度偏移剖面。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，选择对多个观测系统方案进行分组，将某一方案和对该方案的激发或接收进行加密或粗化的方案分在一组中。
在步骤2中，建立覆盖全部观测系统方案区域的地质模型，并确定目标区域；对地质模型进行网格划分。
在步骤3中，对每一个观测系统方案分组，选取分组中面元最小的方案，计算该方案目标区域中全部网格点上的散射波数向量组。
在步骤3中，散射波数向量组的计算使用以下方式：通过求解程函方程计算地震波由激发点到地下目标区域网格点的走时和入射角度，得到入射波向量，向量的大小等于波数，方向为入射角度；同样计算由地下目标区域网格点到接收点的出射波向量；通过公式(1)计算得到该网格点对应于一组激发点和接收点的散射波数向量；计算该网格点对应的全部激发点和接收点的散射波数向量，得到散射波数向量组；对目标区域中全部网格点，应用以上步骤，即可完成计算；
公式(1)为：
Figure BDA0002578497570000021
Figure BDA0002578497570000022
其中ω为激发源子波频率，
Figure BDA0002578497570000031
为入射走时梯度，
Figure BDA0002578497570000032
为入射走时梯度，cn为网格点附近的地层速度，ks为沿着激发点到网格点的射线路径上的波数向量，kr为沿着网格点到接收点的射线路径上的波数向量，二者的向量差即为该点的散射波数向量。
在步骤4中，对于分组中的其他方案，根据该方案的激发点和接收点分布情况，从上一步计算得到的散射波数向量组中抽取相应的散射波数向量，即可得到该方案的散射波数向量组；由此可得到全部设计方案的散射波数向量组。
在步骤6中，对于每一个设计方案，将波数域目标模型数据与该方案的散射波数向量组相乘，并应用傅里叶反变换，即可得到该方案的目标区域的叠前深度偏移剖面。
该用于指导采集观测系统设计的地震正演方法还包括，在步骤6之后，通过对叠前深度偏移剖面进行分析，确定或改进观测系统设计方案。
本发明中的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，可以高效快速的获得叠前深度偏移剖面，避免了常规技术方法中先生成叠前炮记录，然后再处理偏移得到成像剖面的步骤，可以用于地震采集观测系统设计实际生产。本发明与现有技术相比，具有以下优点：
第一、本发明避免了传统技术方法中先生成叠前炮记录，然后在处理偏移得到成像剖面的步骤，效率高，可满足实际生产需求。
第二、本发明规避了观测系统设计过程中大量的重复正演计算，提高了应用效率。
附图说明
图1为本发明的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法的一具体实施例的流程图；
图2为本发明的一具体实施例中使用的模型及在模型中选定目标区域；
图3为本发明的一具体实施例中选取的目标区域的放大图；
图4为本发明的一具体实施例中目标区域中某一点(记为A)的散射波向量组的极坐标显示；
图5为本发明的一具体实施例中目标区域中A点处的模型转化到波数域的波数域振幅谱；
图6为本发明的一具体实施例中根据(a)-(e)观测系统方案得到的目标区域的叠前深度偏移剖面。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法的流程图。
步骤101，设计形成初始的一个或多个观测系统方案。为了提高效率，可以选择对多个观测系统方案进行分组，将某一方案和对该方案的激发或接收进行加密或粗化的方案分在一组中。
步骤102，建立覆盖全部观测系统方案区域的地质模型，并确定目标区域。对地质模型进行网格划分。
步骤103，对每一个观测系统方案分组，选取分组中面元最小的方案，计算该方案目标区域中全部网格点上的散射波数向量组。散射波数向量组的计算可以使用(但不限于)以下方式：通过求解程函方程计算地震波由激发点到地下目标区域网格点的走时和入射角度，得到入射波向量，向量的大小等于波数，方向为入射角度；同样可计算由地下目标区域网格点到接收点的出射波向量；通过公式(1)计算得到该网格点对应于一组激发点和接收点的散射波数向量；计算该网格点对应的全部激发点和接收点的散射波数向量，得到散射波数向量组；对目标区域中全部网格点，应用以上步骤，即可完成计算。
Figure BDA0002578497570000041
Figure BDA0002578497570000042
其中ω为激发源子波频率，
Figure BDA0002578497570000043
为入射走时梯度，
Figure BDA0002578497570000044
为入射走时梯度，cn为网格点附近的地层速度，ks为沿着激发点到网格点的射线路径上的波数向量，kr为沿着网格点到接收点的射线路径上的波数向量，二者的向量差即为该点的散射波数向量。
步骤104，对于分组中的其他方案，根据该方案的激发点和接收点分布情况，从上一步计算得到的散射波数向量组中抽取相应的散射波数向量，即可得到该方案的散射波数向量组。由此可得到全部设计方案的散射波数向量组。采用分组和抽取的方式，省去大量重复的计算量。设计方案的分组至此步骤可以取消。
步骤105，对地质模型的目标区域应用傅里叶变换，得到波数域目标模型数据。
步骤106，对于每一个设计方案，将波数域目标模型数据与该方案的散射波数向量组相乘，并应用傅里叶反变换，即可得到该方案的目标区域的叠前深度偏移剖面。
步骤107，通过对叠前深度偏移剖面进行分析，确定或改进观测系统设计方案。
在应用本发明的一具体实施例中，以经典Marmousi模型为例，说明本发明的具体实施流程。
(1)初步设计4套观测系统方案，具体参数如下：每炮的接收道数为炮点右侧100道接收，道间距为10米，最小偏移距为10米，最大偏移距1000米；起始炮点位置为0米，4套方案的炮间距分别为(a)100米、(b)50米、(c)30米、(d)20米、(e)10米，相应的覆盖次数分别为(a)5次、(b)10次、(c)17次、(d)25次、(e)50次。
(2)使用经典的Marmousi模型，如图2所示
选定如图2中黑框中所示区域为目标区域。使用2米乘以2米的网格将地质模型进行网格划分，如图3所示。
(3)对于方案(e)，设置激发源子波为25赫兹的Ricker子波，应用基于求解程函方程的射线追踪算法，计算目标区域中全部网格点上的散射波数向量组，如图4所示。
(4)对于其他方案，根据该方案的激发点和接收点分布情况，从方案(e)的散射波数向量组中抽取相应的散射波数向量，即可得到该方案的散射波数向量组。
(5)将地质模型目标区域应用傅里叶变换，转换到波数域，如图5所示(以方案(e)为例)。
(6)将波数域目标模型数据与该方案的散射波数向量组相乘，并傅里叶反变换，即可得到目标区域的叠前深度偏移剖面，如图6所示。
(7)通过对叠前深度偏移剖面进行分析，综合成像质量和经济实用高效等因素，建议采用20米到30米之间的炮间距进行地震采集。

Claims (8)

1.用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，其特征在于，该用于指导采集观测系统设计的地震正演方法包括：
步骤1，设计初始的观测系统方案；
步骤2，建立覆盖全部观测系统方案区域的地质模型；
步骤3，计算方案目标区域中全部网格点上的散射波数向量组；
步骤4，从步骤3计算得到的散射波数向量组中抽取相应的散射波数向量，即可得到该方案的散射波数向量组；
步骤5，应用傅里叶变换，得到波数域目标模型数据；
步骤6，计算该方案的目标区域的叠前深度偏移剖面。
2.根据权利要求1所述的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，其特征在于，在步骤1中，选择对多个观测系统方案进行分组，将某一方案和对该方案的激发或接收进行加密或粗化的方案分在一组中。
3.根据权利要求1所述的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，其特征在于，在步骤2中，建立覆盖全部观测系统方案区域的地质模型，并确定目标区域；对地质模型进行网格划分。
4.根据权利要求1所述的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，其特征在于，在步骤3中，对每一个观测系统方案分组，选取分组中面元最小的方案，计算该方案目标区域中全部网格点上的散射波数向量组。
5.根据权利要求4所述的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，其特征在于，在步骤3中，散射波数向量组的计算使用以下方式：通过求解程函方程计算地震波由激发点到地下目标区域网格点的走时和入射角度，得到入射波向量，向量的大小等于波数，方向为入射角度；同样计算由地下目标区域网格点到接收点的出射波向量；通过公式(1)计算得到该网格点对应于一组激发点和接收点的散射波数向量；计算该网格点对应的全部激发点和接收点的散射波数向量，得到散射波数向量组；对目标区域中全部网格点，应用以上步骤，即可完成计算；
公式(1)为：
Figure FDA0002578497560000021
Figure FDA0002578497560000022
其中ω为激发源子波频率，
Figure FDA0002578497560000023
为入射走时梯度，
Figure FDA0002578497560000024
为入射走时梯度，cn为网格点附近的地层速度，ks为沿着激发点到网格点的射线路径上的波数向量，kr为沿着网格点到接收点的射线路径上的波数向量，二者的向量差即为该点的散射波数向量。
6.根据权利要求1所述的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，其特征在于，在步骤4中，对于分组中的其他方案，根据该方案的激发点和接收点分布情况，从上一步计算得到的散射波数向量组中抽取相应的散射波数向量，即可得到该方案的散射波数向量组；由此可得到全部设计方案的散射波数向量组。
7.根据权利要求1所述的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，其特征在于，在步骤6中，对于每一个设计方案，将波数域目标模型数据与该方案的散射波数向量组相乘，并应用傅里叶反变换，即可得到该方案的目标区域的叠前深度偏移剖面。
8.根据权利要求1所述的用于指导采集观测系统设计的地震正演方法，其特征在于，该用于指导采集观测系统设计的地震正演方法还包括，在步骤6之后，通过对叠前深度偏移剖面进行分析，确定或改进观测系统设计方案。
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