CN114442145A - 一种目标导向地震采集方法、装置、介质及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种目标导向地震采集方法、装置、介质及设备，目标导向地震采集方法，包括如下步骤：针对地下目标位置，给定初始速度模型和三维地震观测系统参数；对三维地震观测系统进行波场延拓和聚焦分析，计算地下目标区的地面地震能量分布；对地面地震能量分布进行归一化处理，然后进行等级分区，获得一级能量区和二级能量区；在一级能量区增加炮点个数，实现目标导向采集，获得目标导向非均匀铺设采集数据成像效果；将常规采集数据成像结果与目标导向非均匀铺设采集数据成像效果进行对比。本发明方法实现了激发、接收位置及其参数的自动反馈调整。

Description

一种目标导向地震采集方法、装置、介质及设备
技术领域
本发明涉及一种目标导向地震采集方法、装置、介质及设备，属于石油地震勘探三维观测系统优化设计领域。
背景技术
三维地震勘探是石油与天然气勘探的主要手段，地震采集的数据需经过处理、成像、反演等流程，才能获得地下的构造特征以及岩性物性参数。因此，地震采集的数据品质对识别地下目标体清晰度至关重要。
传统地震采集是在地面均匀铺设炮点和检波点，潜在理论是假定地下地层为水平介质，地震波均匀照明，而实际地层不可能水平。对于大部分平缓地层，地面炮点激发的地震波能够小角度反射被地面检波器接收；而高陡断裂产生高角度反射，信号不能被地面的检波器接收，无法看清陡倾角地层和断裂。因此如何让高角度地震波被地面检波器接收是地震采集技术攻关的核心问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种目标导向地震采集方法、装置、介质及设备，本发明方法摒弃传统地面均匀铺设采集观测系统的思路，既然地面观测范围内激发产生的高角度波不能被地面检波器接收，改为地面观测范围外激发，陡倾角界面反射的高角度波可以被地面观测范围内的检波器接收。此外增加部分地区的炮点个数，使得在当前的地震采集观测系统条件下，获取更多的地下有效信息，最终完成针对于特定地质目标体的地震观测系统方案设计，为后续地震资料处理、解释、反演等提供最优的初始数据。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种目标导向地震采集方法，包括如下步骤：
针对地下目标位置，给定初始速度模型和三维地震观测系统参数；
对三维地震观测系统进行波场延拓和聚焦分析，计算地下目标区的地面地震能量分布；
对地面地震能量分布进行归一化处理，然后进行等级分区，获得一级能量区和二级能量区；
在一级能量区增加炮点个数，实现目标导向采集，获得目标导向非均匀铺设采集数据成像效果；
将常规采集数据成像结果与目标导向非均匀铺设采集数据成像效果进行对比。
所述的目标导向地震采集方法，优选地，对三维地震观测系统进行波场延拓和聚焦分析，计算地下目标区的地面地震能量分布，具体步骤如下：
利用FFD进行大步长延拓，同时结合Born-Kirchhoff插值，得到大步长之间的各小层波场，完成波场延拓后，分别计算三维地震观测系统的检波点聚焦属性与炮点聚焦属性，进而定量分析整个三维地震观测系统的预期分辨率以及AVP属性，计算地下目标区的地面地震能量分布。
所述的目标导向地震采集方法，优选地，对地面地震能量分布进行归一化处理，然后进行等级分区，具体步骤如下：
以能量降1/e为限，限上为一级能量区，限下至能量降1/2为二级能量区。
本发明第二方面提供一种目标导向地震采集装置，包括：
第一处理单元，用于针对地下目标位置，给定初始速度模型和三维地震观测系统参数；
第二处理单元，用于对三维地震观测系统进行波场延拓和聚焦分析，计算地下目标区的地面地震能量分布；
第三处理单元，用于对地面地震能量分布进行归一化处理，然后进行等级分区，获得一级能量区和二级能量区；
第四处理单元，用于在一级能量区增加炮点个数，实现目标导向采集，获得目标导向非均匀铺设采集数据成像效果；
第五处理单元，用于将常规采集数据成像结果与目标导向非均匀铺设采集数据成像效果进行对比。
本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述目标导向地震采集方法的步骤。
本发明第四方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器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计算机程序时实现上述目标导向地震采集方法的步骤。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明将Born-Kirchhoff小步长波场插值(BK插值)与大步长FFD延拓结合起来(简称FFD-BK)进行波场递推计算，模拟速度显著提高。
2、基于波传播原理，使目标照明最强，求解最优化问题得到最佳地面激发接收位置，据此形成了地下目标导向非均匀地面铺设地震采集设计方法，实现了激发、接收位置及其参数的自动反馈调整。
3、与常规采集数据成像相比，目标导向非均匀铺设采集数据成像明显改善高陡构造和小断块断成像效果，将高角度地震波的采集范围从45°提高到了近60°，极大提升了地震采集技术对复杂构造的探测能力。本发明可以广泛应用于石油地震勘探三维观测系统优化设计技术领域。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的目标导向地震采集方法的流程图；
图2本发明该实施例提供的复杂介质中的共聚焦分析示意图；
图3为本发明该实施例提供的Fourier有限差分(FFD)大步长结合Born-Kirchhoff小步长延拓算法示意图；
图4为本发明该实施例提供的地下目标区的地面地震能量分布；
图5为本发明该实施例提供的能量分布示意图，其中a为常规炮点对应的能量分布示意图，b为本发明炮点增加/位置调整所对应的能量分布示意图；
图6为本发明该实施例提供的目标导向采集(b)与传统采集(a)后的数据成像对比-以中原油田某靶区为例；
图7为本发明该实施例提供的目标导向采集(b)与传统采集(a)后的数据成像对比-以大港油田某靶区为例。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所提供的目标导向地震采集方法，包括以下步骤：
1)针对地下目标位置，给定初始速度模型及三维地震观测系统参数；
2)利用FFD进行大步长延拓，同时结合Born-Kirchhoff插值，得到大步长之间的各小层波场(如图2所示，每五层做一次)。FFD大步长延拓算法为已有技术(详见申请号为201010557332.1，发明名称为：一种三维地震观测系统偏移噪声获取方法及装置的专利)，因此FFD大步长延拓不在赘述。由于单纯的用FFD波场延拓技术，计算量巨大，因此本申请提出FFD结合Born-Kirchhoff插值技术，以Lippmann-Schwinger积分公式推导出Born-Kirchhoff插值得到的波场u(r)：
Figure BDA0003475321490000051
其中，
Figure BDA0003475321490000052
式中，n为反射系数，k0为背景波数，i为纯虚数，目标点延拓前位置(x1,y2)，目标点延拓后位置(x2,y2)，延拓前目标点所在纵坐标为z，目标点延拓前后纵坐标差为Δz，us(r)为延拓前的波场。
如图3所示，波场从位于目标点rt处的震源网格点通过非均匀介质v(x,y,z)传播到位于地面z0处的检波点。观测系统的在目标点处的聚焦特性由观测到的地震波场的逆延拓进行估算。Z0为地面纵坐标，zm为目标点纵坐标。
完成波场延拓后，分别计算三维地震观测系统的检波点聚焦属性与炮点聚焦属性(检波点聚焦属性与炮点聚焦属性的详细计算或分析过程，详见申请号为201710081114.7，发明名称为：一种三维地震观测系统垂向分辨率定量分析评价方法的专利)，进而分别在空间频率域与Radon域中得到整个观测系统的预期分辨率以及AVP属性，给出地下目标区的地面能量分布(如图4所示)。
本步骤中，通过Fourier有限差分(FFD)大步长延拓及Born-Kirchhoff算子小步长波场插值，完成基于三维地震观测系统的整体延拓；Fourier有限差分(FFD)大步长延拓为已有技术，此处不再赘述。由于入射波小角度条件下的Born-Kirchhoff积分公式相比均匀条件下Kirchhoff积分公式增加了一个慢度扰动修正项，所以该算子能够适应介质速度的横向变化。波场延拓后，通过检波点、炮点及地下目标体，进行共聚焦分析，求取分辨率函数与AVP函数(Amplitude versus ray-parameter)。共聚焦分析为已有技术(详见申请号为201710081114.7，发明名称为：一种三维地震观测系统垂向分辨率定量分析评价方法的专利)，此处不再赘述。
3)对地面地震能量分布进行归一化处理，然后进行等级分区。以能量降1/e为限，限上为一级能量区，限下至能量降1/2为二级能量区；
4)除了常规设计的炮点和检波点外，在上述一级能量区进行增加炮点个数，实现目标导向采集(如图5所示)，将此设计方案作为改善三维地震观测系统设计的依据。
首先给出炮点和检波点的位置，形成地下目标导向非均匀地面铺设地震采集设计方法，即步骤4)所说的“在一级能量区增加炮点个数”。
这里所得到的结果就是地震采集的数据。结果是通过调整后的炮点检波点设计后，会进行数据采集，这个采集的数据再经过地震的处理和成像，就可以得到图6右侧和7右侧的成像结果。图6左侧和图7左侧的成像图是炮点和检波点没有调整，是均匀铺设的观测系统，这样采集的数据再经过地震的处理和成像，就可能得到图6左侧和图7左侧。
5)将上述分析方法应用到实际地区，对比基于常规采集数据成像结果与目标导向非均匀铺设采集数据成像效果(如图6和图7所示)。从图6和图7中可以看出传统方法无法识别目标和断裂，而采用本发明的方法可以清晰的识别出目标特征和断裂特征。
本发明第二方面提供一种目标导向地震采集装置，包括：
第一处理单元，用于针对地下目标位置，给定初始速度模型和三维地震观测系统参数；
第二处理单元，用于对三维地震观测系统进行波场延拓和聚焦分析，计算地下目标区的地面地震能量分布；
第三处理单元，用于对地面地震能量分布进行归一化处理，然后进行等级分区，获得一级能量区和二级能量区；
第四处理单元，用于在一级能量区增加炮点个数，实现目标导向采集，获得目标导向非均匀铺设采集数据成像效果；
第五处理单元，用于将常规采集数据成像结果与目标导向非均匀铺设采集数据成像效果进行对比。
本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述目标导向地震采集方法的步骤。
本发明第四方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器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计算机程序时实现上述目标导向地震采集方法的步骤。
本发明是根据具体实施方式的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解为可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种目标导向地震采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
针对地下目标位置，给定初始速度模型和三维地震观测系统参数；
对三维地震观测系统进行波场延拓和聚焦分析，计算地下目标区的地面地震能量分布；
对地面地震能量分布进行归一化处理，然后进行等级分区，获得一级能量区和二级能量区；
在一级能量区增加炮点个数，实现目标导向采集，获得目标导向非均匀铺设采集数据成像效果；
将常规采集数据成像结果与目标导向非均匀铺设采集数据成像效果进行对比。
2.根据权利要求1所述的目标导向地震采集方法，其特征在于，对三维地震观测系统进行波场延拓和聚焦分析，计算地下目标区的地面地震能量分布，具体步骤如下：
利用FFD进行大步长延拓，同时结合Born-Kirchhoff插值，得到大步长之间的各小层波场，完成波场延拓后，分别计算三维地震观测系统的检波点聚焦属性与炮点聚焦属性，进而定量分析整个三维地震观测系统的预期分辨率以及AVP属性，计算地下目标区的地面地震能量分布。
3.根据权利要求1所述的目标导向地震采集方法，其特征在于，对地面地震能量分布进行归一化处理，然后进行等级分区，具体步骤如下：
以能量降1/e为限，限上为一级能量区，限下至能量降1/2为二级能量区。
4.一种目标导向地震采集装置，其特征在于，包括：
第一处理单元，用于针对地下目标位置，给定初始速度模型和三维地震观测系统参数；
第二处理单元，用于对三维地震观测系统进行波场延拓和聚焦分析，计算地下目标区的地面地震能量分布；
第三处理单元，用于对地面地震能量分布进行归一化处理，然后进行等级分区，获得一级能量区和二级能量区；
第四处理单元，用于在一级能量区增加炮点个数，实现目标导向采集，获得目标导向非均匀铺设采集数据成像效果；
第五处理单元，用于将常规采集数据成像结果与目标导向非均匀铺设采集数据成像效果进行对比。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任意一项所述目标导向地震采集方法的步骤。
6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-3任意一项所述目标导向地震采集方法的步骤。
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