CN113917524B - 基于无缆节点台站的近地表精细探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气田勘探开发技术领域,特别是在单点高密度地震勘探中基于无缆节点台站的近地表精细探测方法。其包括:按照观测系统设计的接收点位置,在三维工区内布设无缆节点台站,采集数据;沿节点台站小排列方向进行震源激发;将各台站采集的数据进合并;判别采集数据的初至时间;根据整个排列的震源激发时间、拾取初至时间、炮点和接收点观测系统,利用近地表渐变速度模型层析反演公式,获得整个排列的近地表精细速度;获得整个三维工区的精细近地表速度模型。该方法解决了逐点激发井深设计、复杂近地表静校正问题和高频段吸收衰减问题,为单点高密度地震勘探提供有力支撑,解决了单点高密度工区中近地表调查施工成本与解释精度的矛盾。
Description
技术领域
本发明涉及油气田勘探开发技术领域,特别是在单点高密度地震勘探中基于无缆节点台站的近地表精细探测方法。
背景技术
在进行地震勘探时,需要在地表布设检波器排列和激发各种震源,从而获取野外采集地震数据。复杂近地表具有速度低、地质结构疏松、纵横向变化快的特点,是影响地震勘探的重要因素。通常情况下,普遍认为近地表的高速顶或潜水面是稳定的,在野外地震勘探生产中,往往全工区选择数量不多的典型试验点,进行小折射或微测井测量解释,从而用于激发井深的设计。在考虑施工成本的情况下,近地表调查网格往往大于1km×1km,这就势必造成部分炮点未能在最佳激发深度激发,从而影响单炮品质。在单点高密度施工三维工区内采用炸药、可控震源、电火花等进行激发,地震波在低降速带地层中传播,由于近地表厚度和速度的剧烈变化,会造成有效反射信号的时间延迟,复杂近地表工区存在静校正问题。近地表地层的稀松地质特性也使传播能量剧烈吸收,造成高频段能量衰减严重,大幅降低了地震数据的分辨率。
复杂近地表岩性、速度、厚度等纵横向变化大,需要进行近地表精细探测与速度建模,从而指导逐点激发井深设计,解决复杂近地表静校正问题和高频段吸收衰减问题,而现有的近地表调查方法无法满足当前三维单点高密度地震技术的应用需求。
发明内容
针对现有技术中的不足,本发明提供一种基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,该方法解决了逐点激发井深设计、复杂近地表静校正问题和高频段吸收衰减问题,为三维单点高密度地震勘探提供有力支撑,解决了单点高密度工区中近地表调查施工成本与解释精度的矛盾。
为实现上述问题,本发明采用以下技术方案:
本发明一方面,提供一种基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,其包括:
步骤1、按照观测系统设计的接收点位置,在三维工区内布设无缆节点台站,采集数据;
步骤2、沿节点台站小排列方向进行震源激发;
步骤3、将各台站采集的数据进合并;
步骤4、三因素联合初至拾取方法判别采集数据的初至时间;
步骤5、根据整个排列的震源激发时间、拾取初至时间、炮点和接收点观测系统,利用近地表渐变速度模型层析反演公式,获得整个排列的近地表精细速度;
步骤6、获得整个三维工区的精细近地表速度模型。
作为优选技术方案,在步骤1中接收点道间距为1m、2m、3m、4m或5m;节点台站数量在50-2000台之间,各节点台站的道间距相同;
由于无缆节点台站是独立工作的,摆脱了常规有缆采集道数受限和地表障碍物影响的不足,可以根据实际需要灵活选择台站数量,并能够克服地表障碍物的不利影响。
作为优选技术方案,检波器埋置地表20cm以下,能够降低噪音的不利影响。
作为优选技术方案,在步骤2中在整个排列中进行等间隔的震源激发。
进一步优选地,采用人工震源进行激发,所述人工震源包括炸药震源、可控震源、电火花或重锤。
作为优选技术方案,在步骤2中,根据近地表地质构造调整震源激发炮点距,近地表地质构造越复杂,炮点距应设置越小。
在本发明方法中,震源激发点数量大幅增加,有利于提高近地表调查的精度。另外,每个震源激发点都要保证激发能量,并根据噪音情况进行相同炮点位置多次激发,从而获取高品质的连续采集数据,有利于后续的近地表层析反演。
作为优选技术方案,在步骤3中,根据台站GPS授时及多道走时理论检验技术,将各节点台站数据进行同时段合并。
节点台站具有GPS授时功能,GPS模块的时间误差小于1ns。通过多道走时理论检验技术,对不同台站的有效信号进行校正,检验数据合并的准确性,避免了数据合并的误差。
进一步优选地,合并后的数据保存为segy格式。
作为优选技术方案,在步骤4中,利用能量比值、频率差异和相位特征三因素联合的初至拾取方法,判别采集数据的初至时间;
进一步优选地,判别公式为:FTj=aej×Ej+bfj×Fj+ctj×θj
其中:aej为能量比值判别因子,Ej为能量比值结果,bfj为频率差异判别因子,Fj为频率差异结果,ctj为相位特征判别因子,θj为相位特征结果。
根据初至信号与背景噪音在能量比值、频率差异和相位特征三个方面的差异,能够准确、高效地拾取初至走时。从节点台站开机时刻搜索,直至台站关机时刻,完成所有连续采集数据的初至自动拾取,并将初至拾取结果输出。每一个震源激发点位置对应一组自动识别的初至时间,当同一炮点位置多次激发时,则对应多组自动识别的初至时间。
作为优选技术方案,在步骤5中,若震源激发时刻未知,则根据震源激发点与最近距离接收点的位置,以及近地表速度,计算得到震源激发时间,计算公式为:
sti=rtft+depi/Vel1
其中:sti是第i个震源点的激发时间,Vel1为表层近似速度值,rtft是距震源点最近的节点台站初至到时;
(xsi,ysi,zsi)为第i个震源点的位置坐标,(xrm,yrm,zrm)为距第i个震源点最近的节点台站位置坐标;
进一步优选地,在反演过程中通过迭代,对表层速度进行优化,并根据优化后的表层速度对震源激发时间进行校正;该步骤可进一步提高近地表速度模型的准确度。根据近地表调查实际需要,网格精度可以达到1m×1m×1m。
作为优选技术方案,在步骤5中,所用反演公式为:Lm=t。其中:L为射线在网格内的长度,m为网格的慢度大小,t为射线的初至时间。
作为优选技术方案,在步骤6中,根据设计的观测系统,在三维工区内移动节点台站位置,按步骤2-5进行进行震源激发和小排列数据近地表层析反演,利用斜克里金拓展平滑方法,实现由线到体的转变,最终得到三维工区的精细近地表速度模型。斜克里金拓展平滑方法采用非线性三维内插、样条插值和多函数拟合公式,降低了三维内插误差,实现了速度模型的空间平滑延伸。
本发明另一方面,还提供以上所述所述方法得到的精细近地表速度模型在逐点激发井深设计、近地表静校正和吸收衰减补偿中的应用。
本发明中的基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,主要解决单点高密度工区中近地表调查野外施工成本与近地表解释精度之间的矛盾。利用无缆节点台站进行连续采集,摆脱了常规有缆采集道数受限和地表障碍物影响的不足,采用等间隔的接收点距和震源激发点距,实现了整个排列的高效不间断连续采集,通过三因素联合初至拾取方法大幅提高了初至拾取准确度和效率。解决了震源激发时间未知情况的近地表精细探测,利用近地表渐变速度模型层析反演公式,可以得到整个排列的近地表精细速度信息。
通过节点台站实现了三维近地表的精细调查,速度模型网格一般选择1m×1m×1m或5m×5m×5m或10m×10m×10m,相对于常规调查结果1000m×1000m×1000m的精度,基于节点台站的近地表调查结果精度大幅提升,速度模型精度实现了质的飞跃,彻底解决了复杂近地表引起的不利影响。
本发明最终建立的整个工区的三维精细近地表速度模型,可以应用于逐点激发井深设计、近地表静校正和吸收衰减补偿等,在单点高密度地震勘探中具有重要作用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明具体实施方式中的基于无缆节点台站的近地表精细探测方法的流程图。
图2为本发明具体实施方式中合并后的连续采集数据示意图。
图3为本发明具体实施方式中连续采集数据的初至拾取结果示意图。
图4为本发明具体实施方式中三维工区的精细近地表速度模型。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案,以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
如图1所示,所述基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,其包括:
步骤1、按照观测系统设计的接收点位置,在三维工区内布设无缆节点台站,采集数据;
按照观测系统设计的接收点位置,将无缆节点台站布设于地面或浅埋于地下,检波器埋置地表20cm以下能够降低噪音的不利影响。根据施工区域的近地表地质构造,接收点道间距采用1m、2m、3m、4m或5m,由于台站的道间距是相同的,因此台站布设于近地表后位置就固定不动,直至完成该排列的连续采集施工。节点台站数量在50-2000台之间,由于无缆节点台站是独立工作的,摆脱了常规有缆采集道数受限和地表障碍物影响的不足,可以根据实际需要灵活选择台站数量,并能够克服地表障碍物的不利影响。
步骤2、沿节点台站小排列方向进行震源激发;
完成节点台站布设后,按照观测系统设计的炮点位置,沿小排列方向,采用炸药震源、可控震源、电火花或重锤等进行激发。震源激发炮点距选择2m、3m、4m、5m、7m或10m,可根据近地表地质构造进行调整,由于节点台站的接收点道间距是相同的,则可以在整个排列中进行等间隔的震源激发。
步骤3、将各台站采集的数据进合并;
由于无缆节点台站是独立工作和接收数据的,并且节点台站开机后不间断连续采集,根据台站GPS授时及多道走时理论检验技术,将不同节点台站数据进行同时段合并。节点台站具有GPS授时功能,GPS模块的时间误差小于1ns。通过多道走时理论检验技术,对不同台站的有效信号进行校正,检验数据合并的准确性,避免了数据合并的误差。不同台站合并数据的时间误差小于1ns,合并后的连续采集数据如图2所示。将合并后的连续采集数据保存为segy格式。
步骤4、判别采集数据的初至时间;
利用能量比值、频率差异和相位特征三因素联合的初至拾取方法,对连续采集数据进行初至自动拾取,判别采集数据的初至时间;判别公式为:FTj=aej×Ej+bfj×Fj+ctj×θj
其中:aej为能量比值判别因子,Ej为能量比值结果,bfj为频率差异判别因子,Fj为频率差异结果,ctj为相位特征判别因子,θj为相位特征结果。
从节点台站开机时刻搜索,直至台站关机时刻,完成所有连续采集数据的初至自动高效拾取,并将高准确度的初至拾取结果输出。每一个震源激发点位置对应一组自动识别的初至时间,当同一炮点位置多次激发时,则对应多组自动识别的初至时间,连续采集数据的初至拾取结果如图3所示。
步骤5、根据整个排列的震源激发时间、拾取初至时间、炮点和接收点观测系统,利用近地表渐变速度模型层析反演公式,获得整个排列的近地表精细速度:
每一个炮点位置对应一组初至拾取时间,如果同一炮点位置进行了多次激发,则对应多组初至拾取时间。初至时间能够反映近地表的速度和厚度信息,初至信息越丰富,则建立的近地表模型越准确。
若震源激发时刻未知,则根据震源激发点与最近距离接收点的位置,以及近地表速度,计算得到震源激发时间,计算公式为:sti=rtft+depi/Vel1,其中:sti是第i个震源点的激发时间,Vel1为表层近似速度值,rtft是距震源点最近的节点台站初至到时,(xsi,ysi,zsi)为第i个震源点的位置坐标,(xrm,yrm,zrm)为距第i个震源点最近的节点台站位置坐标。然后将震源激发时间和拾取初至时间全部输入近地表渐变速度模型层析反演公式中,在反演过程中通过迭代,对表层速度进行多次优化,并根据优化后的表层速度对震源激发时间进行校正。根据近地表调查实际需要,网格精度可以达到1m×1m×1m,网格越小,则反演迭代效率越慢。
采用的近地表渐变速度模型层析反演公式为:Lm=t。其中:L为射线在网格内的长度,m为网格的慢度大小,t为射线的初至时间。
步骤6、获得整个三维工区的精细近地表速度模型:
根据设计的观测系统,在三维工区内移动节点台站位置,按步骤2-5进行进行震源激发和小排列数据近地表层析反演,利用斜克里金拓展平滑方法,实现由线到体的转变,最终得到三维工区的精细近地表速度模型,所得精细近地表速度模型如图4所示。
本实施例提供了基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,主要解决单点高密度工区中近地表调查野外施工成本与近地表解释精度之间的矛盾,建立的三维精细近地表速度模型,可以应用于逐点激发井深设计、近地表静校正和吸收衰减补偿等。通过逐点激发井深设计能够优选最佳井深,利用近地表静校正可以解决近地表引起的同相轴抖动问题,根据近地表模型进行吸收衰减补偿可以恢复高频信息,从而提高资料的分辨率,最终为单点高密度地震勘探提供有力支撑。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,其特征在于,其包括:
步骤1、按照观测系统设计的接收点位置,在三维工区内布设无缆节点台站,采集数据;
步骤2、沿节点台站小排列方向进行震源激发;
步骤3、将各台站采集的数据进合并;
步骤4、利用三因素联合的初至拾取方法判别采集数据的初至时间;
步骤5、根据整个排列的震源激发时间、拾取初至时间、炮点和接收点观测系统,利用近地表渐变速度模型层析反演公式,获得整个排列的近地表精细速度;
步骤6、获得整个三维工区的精细近地表速度模型;
在步骤4中,利用能量比值、频率差异和相位特征三因素联合的初至拾取方法,判别采集数据的初至时间;
判别公式为:FTj=aej×Ej+bfj×Fj+ctj×θj
其中:aej为能量比值判别因子,Ej为能量比值结果,bfj为频率差异判别因子,Fj为频率差异结果,ctj为相位特征判别因子,θj为相位特征结果。
2.根据权利要求1所述基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,其特征在于,在步骤1中接收点道间距为1m、2m、3m、4m或5m;节点台站数量在50-2000台之间,各节点台站的道间距相同;
检波器埋置地表20cm以下。
3.根据权利要求1所述基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,其特征在于,在步骤2中在整个排列中进行等间隔的震源激发;
采用人工震源进行激发,所述人工震源包括炸药震源、可控震源、电火花或重锤。
4.根据权利要求1所述基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,其特征在于,在步骤2中,根据近地表地质构造调整震源激发炮点距,近地表地质构造越复杂,炮点距应设置越小。
5.根据权利要求1所述基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,其特征在于,在步骤3中,根据台站GPS授时及多道走时理论检验技术,将各节点台站数据进行同时段合并;
合并后的数据保存为segy格式。
6.根据权利要求1所述基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,其特征在于,在步骤5中,若震源激发时刻未知,则根据震源激发点与最近距离接收点的位置,以及近地表速度,计算得到震源激发时间,计算公式为:
sti=rtft+depi/Vel1
其中:sti是第i个震源点的激发时间,Vel1为表层近似速度值,rtft是距震源点最近的节点台站初至到时;
(xsi,ysi,zsi)为第i个震源点的位置坐标,(xrm,yrm,zrm)为距第i个震源点最近的节点台站位置坐标;
在反演过程中通过迭代,对表层速度进行优化,并根据优化后的表层速度对震源激发时间进行校正。
7.根据权利要求1所述基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,其特征在于,在步骤5中,反演公式为:Lm=t;其中:L为射线在网格内的长度,m为网格的慢度大小,t为射线的初至时间。
8.根据权利要求1所述基于无缆节点台站的近地表精细探测方法,其特征在于,在步骤6中,根据设计的观测系统,在三维工区内移动节点台站位置,按步骤2-5进行震源激发和小排列数据近地表层析反演,利用斜克里金拓展平滑方法,实现由线到体的转变,最终得到三维工区的精细近地表速度模型。
9.权利要求1-8任一项所述方法得到的精细近地表速度模型在逐点激发井深设计、近地表静校正和吸收衰减补偿中的应用。
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